hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
植物有用成分生合成遺伝子情報を用いた新規非天然型化合物開発

1)ポリケタイド化合物ライブラリーの創成。植物ポリケタイド合成酵素の鍵となる活性中心のアミノ酸残基1-3個置換することによりオクタケタイド・ヘプタケタイド、ペンタケタイドを作り分けることができるようになった。中でもオクタケタイドについては放線菌を除き、高等植物由来のものとしては初めて縮合環系の生成に成功した。ピロン環に置換する直鎖アルキル鎖を単純に延長することを酵素的に行なうことには困難のあることが窺われた。しかし有機化学的に困難な各種鎖長を有するポリケトメチレン鎖を作り分けることができた。またアントラニルCoAを基質として、ベンザルアセトン合成酵素遺伝子のコードする酵素タンパクを用いて86%の収率で生理活性キノリノンアルカロイド(4-ヒドロキシ-2-キノリノン)の工学的生成に成功した。ペンタケタイドクロモン合成酵素の結晶化とX線解析に成功した。(2)トリテルペン合成酵素由来非天然型新規環状ポリプレノイド創製C_<20>ユニット(=C_<15>+C_5)を合成し、インドールやピロールなど含窒素ヘテロ芳香環とカップリング反応を行うことにより、一連の人工基質を合成し、ゲラニルゲラニオールを用い、同様に反応を行い、5環性閉環生成物と4環性生成物および3環性生成物が得られた。微生物由来スクアレン環化酵素が示す広範な基質特異性と触媒能のポテンシャルには、新規基質アナログや、組換え体の作成を組み合わせていくことで、分子多様性と生物活性を備えた「超天然型」化合物ライブラリーの構築が可能となると期待される。(1)カルコン合成酵素関連タンパクの機能解析と、ポリケタイド化合物ライブラリーの創成。酵素的に生成することのできたヘプタケタイド、ペンタケタイドは薬用植物成分としては生合成中間体として微量含まれていることは知られていたが、今回の結果から生理活性を検討するに必要な量を、分子生物学と生物有機化学を組み合わせた手法によって確保できる見通しが立った。このような酵素をコードする遺伝子を確保できたことは世界的に見ても例がない。中でもオクタケタイドについては放線菌を除き、高等植物由来のものとしては初めてのものである。植物クロモン類の骨格が抗アレルギー薬として数多くリード化合物となってきたが、ピロン環に置換する直鎖アルキル鎖を単純に延長することを酵素的に行なうことには困難のあることが窺われた。(2)トリテルペン合成酵素由来非天然型新規環状ポリプレノイド創製スクアレン(C30=C15+C15)のアナログとして、ファルネソールやゲラニルゲラニルオールを原料としてカップリング反応を行い、非天然型のC35(=C15+C20),C40(=C20+C20)など、一連のポリプレンを合成する。芳香環部分を有するプレニルアレンについても合成を検討し、下記のスクアレン閉環酵素による変換を行った。(3)プレニル転移酵素を用いた非天然型化合物の生成ムラサキの4-ヒドロキシ安息香酸のゲラニル転移酵素遺伝子の配列とシロイヌナズナのプレニル転移酵素遺伝子において共通に保存されている領域の配列を用い、カンゾウ、クワ、ユーカリのプレニル化酵素遺伝子ファミリーの網羅的単離を行う。得られた遺伝子はRACE法によって全長cDNAを得、遺伝子の機能は酵母のCoq2欠損株を用いて調べる。酵素活性を検討するうえでジメチルアリルジリン酸、ゲラニルジリン酸、ファルネシルジリン酸を合成し基質の受容性を検討した。1)カルコン合成酵素関連タンパクの機能解析と、ポリケタイド化合物ライブラリーの創成。植物ポリケタイド合成酵素の鍵となる活性中心のアミノ酸残基13個置換することによりオクタケタイド・ヘプタケタイド、ペンタケタイドを作り分けることができるようになった。

中でもオクタケタイドについては放線菌を除き、高等植物由来のものとしては初めて縮合環系に近づくことができた。植物クロモン類の骨格が抗アレルギー薬として数多くリード化合物となってきたが、ピロン環に置換する直鎖アルキル鎖を単純に延長することを酵素的に行なうことには困難のあることが窺われた。しかし有機化学的に困難な各種鎖長を有するポリケトメチレン鎖を作り分けることができた。またアントラニルCoAを基質として、ベンザルアセトン合成酵素遺伝子のコードする酵素タンパクを用いて86%の収率で生理活性キノリノンアルカロイド(4-ヒドロキシ-2-キノリノン)の工学的生成に成功した。また同酵素のアミノ酸残基入れ替えに基づく機能改変には既に成功し報告済みである。鎮咳薬(せきどめ)であったり、抗痙攣薬であったり、脳代謝賦活薬と考えられるNMDA拮抗薬はこのキノリノン誘導体があり、天然からも鎮痙鎮痛鎮吐作用などのある化合物が単離されている。従って本酵素遺伝子の検討は新規な様々な精神作用を有する化合物を開発するうえで有望である。ペンタケタイドクロモン合成酵素の結晶化とX線解析に成功した。(2)トリテルペン合成酵素由来非天然型新規環状ポリプレノイド創製ゲラニオールを出発物質としてC_<20>ユニット(=C_<15>+C_5)を合成し、インドールやピロールなど含窒素ヘテロ芳香環とカップリング反応を行うことにより、一連の人工基質を合成し、ゲラニルゲラニオールを用い、同様に反応を行い、イソプレンユニットの結合パターンが閉環反応に及ぼす影響について検討を行ったところ、5環性閉環生成物と4環性生成物および3環性生成物が得られた。微生物由来スクアレン環化酵素が示す広範な基質特異性と触媒能のポテンシャルには、新規基質アナログや、組換え体の作成を組み合わせていくことで、分子多様性と生物活性を備えた「超天然型」化合物ライブラリーの構築が可能となると期待される。
マイクロサテライト安定性に基づくBRAFV600E変異陽性大腸がんの治療開発

切除不能進行・再発大腸がんに対する薬物療法において、既存の分子標的薬に加えて、マイクロサテライト安定性に応じた免疫チェックポイント阻害薬の有効性が示され、さらに層別化されていくことが想定される。本研究において、BRAF変異大腸がんをマイクロサテライト安定性に基づいて分類し、1網羅的な遺伝子発現解析による治療標的のスクリーニング2独自に開発したCRISPR/CAS9網羅的遺伝子ノックアウトを用いた治療標的の同定3ヒト大腸がん組織における標的分子の発現の検証、を行うことによりMSI-H/MSS BRAF変異大腸がんに対する新たな治療標的を抽出し、新規治療法開発の基盤を構築する。
多中性骨肉腫樹立細胞株を用いた病態解明と転移抑制のための実験的研究

骨肉腫の中で多発骨病変を来たす特殊な病態として、治療抵抗性で予後不良な多中心性骨肉腫(HMOS)がある。本研究は樹立したHMOSの先行病変部と後発病変部由来の細胞株を用いて、骨転移に関与する諸因子とそれらを制御する治療薬開発の基盤研究である。骨肉腫細胞株(MNNG/HOS)とHMOSを比較したところ、CXCL12はHMOSで発現が顕著に増加していた。HMOSの先行病変部より後発病変部で発現が増加している因子は、MMP-2、MT1-MMP、IL-6, COL8A2などであった。ヒト型ファージ抗体ライブラリーを用いて、HMOSに特異的に反応する5種類のmonoclonal抗体をクローニングした。研究の達成目標として、樹立した多中心性骨肉腫細胞株を用いてin vivoにおける細胞株の移植の実験系を構築し、1)細胞動態を観察し高い確率で骨転移を形成する細胞株(亜株)を新たに作成する。2)1)で作成した亜株における骨肉腫の骨転移に関与する因子の検索と解析を行うことである。1)に関しては平成23年度までに一定の成果を得ており、本年度(平成24年度)においては主に骨肉腫の骨転移に関与する因子についての研究を行った。本学の総合医科学研究所・抗体プロジェクトが開発したヒト抗体型ファージライブラリーを多中心性骨肉腫細胞株と反応させ、多中心性骨肉腫を認識する抗体セットを作成した。この抗体セットはポリクロナールであり、多中心性骨肉腫細胞株に対して親和性が高いことをFACSで確認した。さらに、総合医科学研究所・抗体プロジェクトが所有している他の腫瘍細胞(肺癌、前立腺癌、髄膜腫)で作成した抗体セットとの比較実験を行ったところ、今回作成した抗体セットが多中心性骨肉腫に対して最も反応強度が高かった。また、それぞれの腫瘍細胞に対しても同様に抗体セットでFACSを行い、反応強度に相関関係を認めた。この結果は、抗体セットの組み合わせとそれに対する各種腫瘍細胞の反応を研究することにより、細胞のキャラクターを容易に判定する技術へ発展する可能性を示唆している。来年度(平成25年度)は、各種腫瘍細胞と抗体セットの組み合わせを増やし、腫瘍のキャラクター別に分類していく。また、骨指向性の腫瘍に共通する因子を解析することで、骨転移に必要な因子を同定することを計画している。1)に関しては平成23年度までに一定の成果を得ている。平成24年度に作製した各種腫瘍細胞に特異的に反応する抗体セットを、多数の細胞に対して一度に反応させ、その反応の強さを蛍光強度で定量的に測定することを試みている。また、研究目標2)に関係して、近年、カドヘリン11が骨転移に関係する因子として注目されている。カドヘリンはサブタイプによって各種組織に偏在して存在することが分かっている。E-カドヘリン,N-カドヘリンは癌腫の転移において注目されている接着因子である。多中心性骨肉腫細胞株におけるE-カドヘリン、N-カドヘリン、カドヘリンの三種類の接着因子の発現についてマイクロアレイの解析、FACS、組織染色を行った。本年度(平成23年度)における研究の達成目標として、樹立した多中心性細胞株を用いてin vivoにおける細胞株の移植の実験系を構築し、1)細胞動態の観察2)高い確率で骨転移を形成する細胞株(亜株)を新たに作成することである。1)については免疫不全マウスの皮下へ移植する実験において増殖、腫瘤を形成することが確認できている。現在は移植部位からの転移巣検索をより確実かつ容易にするために、腫瘍細胞内へ蛍光色素であるGFPの遺伝子導入を検討しており、一部の細胞ではその形態を維持しつつ増殖していることが確認できている。近日中に移植実験に再度トライする予定である。2)については現在移植細胞は肺転移および骨転移することが確認できてはいるが、特に骨転移巣における病変部を肉眼的に同定することは、蛍光色素なしには非常に困難であるため、安定したGFPの遺伝子導入を現在急務として行っているところである。また来年度(平成24年度)の研究課題ではあるが、乳癌や前立腺癌など骨親和性の強い腫瘍細胞の骨転移に特異的に関与するとされる因子にケモカインの一つであるCXCR4とそのリガンドであるCXCL12 (CXCR4/CXCL12 axis)の報告があり、これらの腫瘍細胞における原発巣と骨転移巣の発現において、骨転移巣で有意にその発現が増強することが報告されている。今回我々は新たに原発巣と二次性病変のCXCR4/CXCL12axisの発現を、real-time PCR,免疫染色にて確認したところ、いずれの因子も二次性病変で増強していることを確認することができた。このデータは二次性病変がやはり骨転移巣であること、多中心性骨病変が骨転移によって成り立つものであることを示唆する所見であると考えられ、現在投稿に向けて準備中である。研究の達成目標として、樹立した多中心性細胞株を用いてIin vivoにおける細胞株の移植の実験系を構築し、1)細胞動態の観察し、高い確率で骨転移を形成する細胞株(亜株)を新たに作成する。

2)1)で作成した亜株における骨肉腫の骨転移に関与する因子の検索と解析を行うことである。1)に関しては平成23年度までに一定の成果を得ている。平成24年度に作成した各種腫瘍細胞に特異的に反応する抗体セットを、多数の細胞に対して一度に反応させ、その反応の強さを蛍光強度で定量的に測定する事を試している。また、研究目標2)に関係して、近年、カドヘリン11が骨転移に関係する因子として注目されている。カドヘリンはサブタイプによって各種組織に偏在して存在する事がわかっている。E-カドヘリン、N-カドヘリンは癌腫の転移において注目されている接着因子である。多中心性骨肉腫細胞株におけるEーカドヘリンは、N-カドヘリンは、カドヘリンの三種類の接着因子の発現についてマイクロアレイの解析、FACS,組織染色を行った。研究の達成目標として、樹立した多中心性細胞株を用いてin vivoにおける細胞株の移植の実験系を構築し、1)細胞動態を観察し、高い確率で骨転移を形成する細胞株(亜株)を新たに作成する。2)1)で作成した亜株に終える骨肉腫の骨転移に関与する因子の検索と解析を行うことである。1)に関しては平成23年度までに一定の成果を得た。平成24年度にphage displayの技術を用いて作成した、多中心性骨肉腫細胞株に特異的に反応する抗体セット(polyclonal抗体)を使用して、多中心性骨肉腫に特異的に発現する抗体の同定を試みた。得られたpolyclonal抗体をmonoclonal抗体に分離し、100種類程度の抗体を得た。その抗体を多中心性骨肉腫細胞株と市販されている骨肉腫細胞株に反応させて、その反応の強さを蛍光強度で定量的に測定する方法を開発した。その結果多中心性骨肉腫細胞株のみに反応する抗体を2種類得た。今後はその抗体のアミノ酸配列を測定し抗原を同定し、先に得たマイクロアレイのdataと照合させることを目指している。また、これまでの研究結果についての報告を執筆中である。また、研究目標2)に関して、近年カドヘリン11とN-カドヘリンが骨肉腫の肺転移に関係すると言われている。また、E-カドヘリンとN-カドヘリンは癌腫の転移において注目されている接着因子である。多中心性骨肉腫細胞株におけるE-カドヘリン、N-カドヘリン、カドヘリン-11の三種類の接着因子の発現についてマイクロアレイの解析、FACS,組織染色を行ったが、有意な結果が得られなかったため、市販の骨肉腫細胞株やその他の癌腫の細胞株と比較して実験を継続している。骨肉腫の中で多発骨病変を来たす特殊な病態として、治療抵抗性で予後不良な多中心性骨肉腫(HMOS)がある。本研究は樹立したHMOSの先行病変部と後発病変部由来の細胞株を用いて、骨転移に関与する諸因子とそれらを制御する治療薬開発の基盤研究である。骨肉腫細胞株(MNNG/HOS)とHMOSを比較したところ、CXCL12はHMOSで発現が顕著に増加していた。HMOSの先行病変部より後発病変部で発現が増加している因子は、MMP-2、MT1-MMP、IL-6, COL8A2などであった。ヒト型ファージ抗体ライブラリーを用いて、HMOSに特異的に反応する5種類のmonoclonal抗体をクローニングした。
学習形態の多様化に対応した中学校普通教室の広さに関する実証研究

中学校において生徒の体格向上等のため普通教室が相対的に狭くなってきており、「主体的・対話的で深い学び」の視点からの多様な学習形態での授業を円滑に実施できるかどうかが懸念されるが、普通教室の対応性については十分に分かっていない。本研究の目的は、どの位の広さであれば授業を円滑に実施できるのかを解明することである。本研究では、学習形態ごとに物的学習環境(広さ、収納状況など)と教員の主観的評価(満足度など)との関係性を分析する。そして、分析結果を統合して学習形態の多様化に対する普通教室の対応性について総合的に考察し、広さについて実証的に検証する。
実験的腎機能低下ラットに対する弗化物投与による骨組織および生体内微量元素への影響

目的)腎機能低下状態での弗化物曝露により生じる血清中弗素(F)濃度の変化および尿中へのF排泄量を動物実験により検討した。方法)13週齢Wistar系雄ラットの左腎の2分の1を部分切除、右腎を全摘出して腎全体の約4分の3を摘出することにより腎機能低下状態を作製した。この腎部分切除群とコントロール群、各4匹を16週齢まで手術侵襲の回復を待ってから以下の処置を行った。2日間の実験期間中は代謝ケージにて絶食とし蒸留水のみ自由摂取とした。まず尿中F基礎排泄量の測定のため24時間尿を採取した。次に弗化ナトリウム溶液(F濃度として20ppm)を胃チューブにて強制的に6cc経口投与した。(投与F総量:120μg/rat)経時的な血清中F濃度測定のため投与直前と30分、1、3、6、12、24時間後において心採血を施行し、同時に投与後の24時間尿も採取して尿量、F排泄量を測定した。なお血清中および尿中F濃度はイオン電極法にて測定した。さらにF投与24時間後の弗素クリアランス(C_F)、クレアチニンクリアランス(Ccr)そしてBUNも検討した。結果)腎部分切除群において尿量はコントロール群の4分の3、F排泄量は約5分の3に減少していた。クレアチニンおよび弗素クリアランスは腎部分切除群はコントロール群に比し約2分の1に低下しBUNは約2倍に上昇していた。次に血清中F濃度の経時的変化に関しては30分後は両群とも急速に上昇したが腎部分切除群の方がさらに高値を示した。以後下降し6時間後においてコントロール群はほぼ投与前値に回復したが腎部分切除群はコントロール群に比しその程度は遅延し12時間経過してもまだコントロール群に比し高値を示していた。24時間後は両群ともほぼ投与前値の30ng/ml前後を示したがやはり腎部分切除群が若干高値であった。
2光子励起法を用いた外分泌腺におけるイオン・水輸送機能の解析

本年度は、昨年度に引き続き、膵臓外分泌腺のインタクトな標本を用いて2光子励起局所ケージド解離法によりイオンチャネルの機能的な分布を可視化するために、局所活性化システム、2光子断層イメージングシステム、電気生理システムから構成される測定システムを確立した。ケージド物質が近赤外超短パルスレーザー光を2光子吸収する過程により超極微少領域でのみ活性化することを確認し、続いて外分泌腺細胞の腺腔膜領域を立体的に包含できるよう10μm^3の空間内を2000ポイントで解除できた。そこで、まず、マウス海馬CA1領域のスライス標本において細胞外に投与したケージドグルタミン酸の2光子励起活性化実験を行った。錐体細胞をホールセル・パッチクランプし、そのスパイン領域においてグルタミン酸の2光子活性化を行ったところ、興奮性シナプス後電流と同じ時間特性を持つ一過的な内向き電流を生じせしめることに成功した。この結果、スパイン毎にグルタミン酸感受性が大きくばらついており、その感受性と形態は互いに強く相関することが明らかになった。さらにグルタミン酸受容体型チャネルの数を、ノイズ解析法を用いて定量的に評価したところ、1スパインあたり0-50個の間であった。この結果、2光子励起局所ケージド解離法は組織的標本においてイオンチャネルの空間分布や動態、あるいは細胞内局所における刺激を行うことができることが確認された。一方、インタクトな外分泌腺房標本に対してホールセルクランプを行う方法論を確立し、パッチ電極からの組織的標本内の1個の細胞へ色素が導入される様子の断層イメージングに成功した。以上のような成果を踏まえ、2光子励起局所ケージド解離システムを膵臓外分泌腺細胞にケージドカルシウム試薬を導入し外分泌腺細胞においても細胞内カルシウムイオン濃度の濃度上昇をイメージとして確認するのと同時にカルシウムイオン電流を電気生理的に取得することが可能となった。さらに機能マップを取る作業を行っている。本年度は膵臓外分泌腺のインタクトな標本を用いて2光子励起局所ケージド解離法によりイオンチャネルの機能的な分布を可視化するために、局所活性化システム、2光子断層イメージングシステム、電気生理システムから構成される測定システムの確立を主として行った。まずケージド物質が近赤外超短パルスレーザー光を2光子吸収する過程により超極微少領域でのみ活性化することを確認し、続いて外分泌腺細胞の腺腔膜領域を立体的に包含できるよう10μm^3の空間内を2000ポイントで解除できるよう空間的分解能を構成した。そこで、この手法と電気生理測定部との協同的な動作を確認するために、マウス海馬CA1領域のスライス標本において細胞外に投与したケージドグルタミン酸の2光子励起活性化実験を行った。さらにグルタミン酸受容体型チャネルの数を、ノイズ解析法を用いて定量的に評価したところ、1スパインあたり0-150個の間であった。以上のような成果を踏まえ、2光子励起局所ケージド解離システムを膵臓外分泌腺細胞にケージドカルシウム試薬を導入し機能マッピングを開始している。

以上のような成果を踏まえ、2光子励起局所ケージド解離システムを膵臓外分泌腺細胞にケージドカルシウム試薬を導入し外分泌腺細胞においても細胞内カルシウムイオン濃度の濃度上昇をイメージとして確認するのと同時にカルシウムイオン電流を電気生理的に取得することが可能となった。さらに機能マップを取る作業を行っている。
破骨細胞活性化を制御する細胞内シグナルの研究

破骨細胞は骨吸収を中心的に担う細胞であり、正常な骨モデリング・リモデリングのみならず、骨粗鬆症、慢性関節リウマチ、あるいは癌骨転移など整形外科疾患のさまざまなアスペクトにおいて重要な役割を果たすことが明らかになっている。したがって破骨細胞の骨吸収メカニズムを分子レベルで明らかにすることによってこれらの疾患の新しい治療法を確立することが可能であると考えられる。Ras-ERK系およびIKK-NFкB系は様々な細胞の増殖、分化において重要な役割を果たしていることが明らかになっているが破骨細胞における役割は明らかではない。われわれはアデノウイルスベクターが破骨細胞への遺伝子導入法として極めて有用であることを明らかにした(Tanaka et al.,1998)。アデノウイルスベクターを用いて破骨細胞におけるRas-ERK系およびIKK-NFкB系の役割を検討した。ドミナントネガティブ型のRas遺伝子(Ras^<DN>)、恒常活性型のMEK1遺伝子(MEK^<CA>)、ドミナントネガティブ型IKK2(IKK^<DN>)そして恒常活性型IKK2遺伝子(IKK^<CA>)組み込んだアデノウイルスベクターを作成し、これらをマウス破骨細胞様細胞に感染させることによって破骨細胞のRas-ERK系、IKK-NFкB系をネガティブに、あるいはポジティブに調節することが可能であった。Ras^<DN>の導入によって破骨細胞は速やかに細胞死に陥った。この時の破骨細胞の細胞死はアポトーシスであることがTUNEL染色、DNA ladder形成から明らかになった。一方MEK^<CA>導入によって破骨細胞の生存期間は著明に延長した。これらの結果はRas-ERK系が破骨細胞の細胞死の調節に重要な役割を果たしていることを示唆している。またドミナントネガティブ型IKK2、恒常活性型IKK2遺伝子の導入によって破骨細胞の生存は変化しなかったが、その骨吸収能は負に、あるいは正に調節された。このことからIKK-NFκB系は破骨細胞の活性化に関与していることが考えられた。今後われわれの開発したシステムを応用することによって破骨細胞の生存、活性化の分子メカニズムがさらに詳細に明らかになることが期待される。破骨細胞は骨吸収の中心となる細胞である。最近のノックアウトマウスを用いた研究から破骨細胞の活性化に非レセプター型のチロシンキナーゼであるc-Srcが重要な役割を果たしていることが明らかになってきた。c-Srcは膜結合型のチロシンキナーゼであり、その細胞内シグナルはターゲット分子のチロシンリン酸化を介して細胞内に伝えられると考えられる。c-Srcのターゲットを同定するために酵母におけるtwo-hybrid法を用いた。酵母の転写因子Gal4のDNA結合部位にc-Srcの全長を融合させたベクターを作成した。またGal4の転写活性化ドメインを融合させた遺伝子ライブラリーを購入し、これらを用いてレポーター遺伝子の発現を指標にちてc-Srcと結合する蛋白の同定を行った。これまでに20クローンが特異的にc-Srcと結合することが明らかになった。この中には癌抑制遺伝子など既知の遺伝子、および未知の遺伝子が含まれていたが、その内の一つが細胞内の膜輸送を司る蛋白質であることが明らかになり、その機能の解析を現在おこなっているところである。
人工物・経済共進化論:創発的生物型人工物のリサイクルを経済的に実現するために

(1)昨年から開発を始めたCA(セルラ・オートマタ)の研究を進め、内外の経済学、数学、計算機科学などの学会や研究会で報告した。具体的には、各消費者が隣人の購買行動を見て次回の購買行動を決めるとき商品の購買者の分布がどのように変化するか様々な想定で計算機実験を行った。各人の近傍(各人の観察する隣人の集合)が大きくなるにつれ、購買者数の動学が各人が市場全体を観察するという集計模型における動学に近づくのは当然であり、じっさい我々の実験でも各人の近傍が全体の約5パーセント以上のときには少なくとも長期的にはそうなることが確認されたが、近傍がもっと小さいときには集計模型では予想できない複雑な動学がしばしば観察された。現在この数理を研究中であるが、これが進めば、理論的にも実証的にも一定の成果をあげている集計模型の有効性と限界を明らかにするとともに、我々の市場経済における人と人工物の共進化の研究をその全面否定ではなく有意義な拡張として位置づけることができよう。(2)リサイクルに関する実証的研究(ヨーロッパにおける自動車、日本のレンズ付きフィルム、米国におけるペットボトルなど)を進めつつある。現在これらのまとめと、これに基づくシステム・ダイナミクス・モデルを開発中である。これはリサイクルや製品の長寿命化にともなう産業構造の変化(産業の重点が生産からリサイクルとメインテナンスへ移動することによる雇用や景気循環の変化)を表現することを目標とする集計モデルであり、最終的には(1)のCAとの結合を考えている。
食細胞特異的シトクロームb_<558>によるスーパーオキシド生成とその調節機構

殺菌に関与する食細胞NADPHオキシダーゼの本体は細胞膜に存在するシトクロームb_<558>(gp91^<phox>とp22^<phox>の2つのサブユニットから成る)であり、その活性化には2つの細胞質因子(p47^<phox>とp67^<phox>)と低分子量G蛋白質Racが移行してシトクロームb_<558>と相互作用する必要があるが、活性化の分子機構は殆ど解っていなかった。本年度は以下のことを見いだした。(1)gp91^<phox>とにNADPH結合部位が存在すること。(2)シトクロームb_<558>と細胞質因子の相互作用は、p47^<phox>(2つのSH3ドメインをもつ)とp22^<phox>の結合によるが、この結合はNADPHオキシターゼの活性化に必須であり、活性化のON/OFFを担うこと。(3)p47^<phox>のC末端領域が負の調節領域であること、及びC末端領域を欠くp47^<phox>は恒常的活性化型になること。(4)p47^<phox>とp67^<phox>の相互作用は、主としてp67^<phox>のC末側SH3とp47^<phox>C末端部分のPRRの結合によること、及びこの結合はオキシダーゼ活性化を増強すること。(5)Racはp67^<phox>に結合して作用するが、この結合はp67^<phox>のN末領域に存在するTPRドメインを介すること、またこの結合はオキシダーゼ活性化に必須であること。(6)p40^<phox>(オキシダーゼのmodulator)は休止時細胞でp67^<phox>と会合しているが、この結合は、新奇なドメイン間の全く新しいタイプの蛋白質相互作用によるものであること。また、この新しいタイプのドメインが酵母のシグナル伝達系白質にも存在し、同様の蛋白質相互作用が酵母のシグナル伝達系でも重要な役割を果たすこと。
光学活性有機テルル化合物の合成と性質

d-カンファー-10-スルホナ-トを対アニオンに持つエチルメチルフェニルテルロニウム塩の1:1ジアステレオマ-混合物dia.-1{mp110-120°C,[α]_D+20.0(c1.13,MeOH)]を合成し、分別再結晶を繰り返し行うことにより、光学的に純粋なテルロニウム塩ジアステレオマ-(+)_<Te(MeOH)>-1{針状結晶,mp145-146°C,[α]_D+24.9(c0.96,MeOH),de 100%]および(-)_<Te(MeOH)>-1{プリズム状結晶,mp119-120°C,[α]_D+16.7(c1.03,MeOH),de 100%]をそれぞれ単離することに成功した。得られた光学的に純粋なテルロニウム塩(+)_<Te(MeOH)>-1および(-)_<Te(MeOH)>-1のX線結晶構造解析を行い、テルル原子上の立体化学はそれぞれR配置およびS配置であることが明かになり、また、(R)-(+)_<Te(MeOH)>-1のテルル原子は対アニオンの2つの酸素原子と相互作用をして一次元的にラセンを巻ながら連なる結晶構造を、(S)-(-)_<Te(MeOH)>-1のテルル原子は対アニオンの3つの酸素原子と相互作用をして二次元的に平面状に連なる結晶構造をとり、R体とS体で結晶構造が全く異なるという極めて特徴的性質が明かになった。光学的に純粋なテルロニウム塩ジアステレオマ-(R)-(+)_<Te(MeOH)>-1の対アニオンをアキラルなアニオン(ClO_4^-,BF_4^-,p-ClC_6H_4SO_3^-,10-bornyl-SO_3^-)にイオン交換することにより、光学的に純粋な相当するテルロニウム塩のエナンチオマーをそれぞれ単離することに成功した。これらのエナンチオマー体の旋光度をメタノールおよびクロロホルム中で測定したところ、対イオンがp-ClC_6H_4SO_3^-および10-bornyl-SO_3^-のときは旋光度の符号が逆転するという極めて異常な現象が見いだされた。また、CDスペクトルにおいても第二コットンン効果の逆転がみられた。各種NMR測定により、テルロニウム塩は他のオニウム塩に比べて極性溶媒中で強い溶媒和を受けていることが明かとなり、この強い溶媒和が他のオニウム塩には見られないテルロニウム塩の旋光度やCDスペクトルに異常をもたらす要因であることが明かになった。
海洋無脊椎動物からのセリンプロテアーゼ阻害物質の探索

伊豆半島、伊豆諸島、九州沿岸および四国沿岸で海綿動物273検体、腔腸動物32検体、外肛動物7検体および原索動物26検体を採集した。各検体の熱メタノール抽出物をクロロホルムと水で分配し、脂溶性および水溶性画分を調製した。それぞれの画分についてトロンビン、トリプシンなどのセリンプロテアーゼに対する阻害活性を常法により調べた。その結果、海綿動物45検体、腔腸動物5検体および原索動物5検体に活性が認められた。なお活性は水溶性画分に多く認められたが、脂溶性画分にも活性を示すものがあった。そこでまず、上記スクリーニングで水溶性画分が強い活性を示した八丈島産海綿Theonella sp.から活性物質の単離と構造決定を試み、トロンビンをIC_<50>2.8μg/mLで阻害する活性物質を得た。Nazumamide Aと命名したこの物質の構造は、アミノ酸分析およびNMR等のスペクトル分析から、N-末端に2,5-ジヒドロキシ安息香酸が結合した特異なテトラペプチド(1)と決定した。つぎに、八丈島産海綿Toxadocia cylindricaから活性物質の単離と構造の解析を試み、IC_<50>6.5μg/mLでトロンビンを特異的に阻害する活性成分を得ることができた。Toxadocial Aと命名したこの物質の構造は、長いメチレン鎖の繰り返し構造を持つため、NMRの解析のみでは構造を明らかにできなかった。そこで加水分解後、ジラール試薬PおよびTの誘導体に導き、FAB MS/MS分析して、全構造を2のように決定した。伊豆半島、伊豆諸島、九州沿岸および四国沿岸等で海綿動物240検体、腔腸動物14検体、外肛動物7検体および原索動物の19検体を採集した。各検体の熱メタノ-ル抽出物をクロロホルムと水で分配し、脂溶性および水溶性画分を調製した。それぞれの画分についてトロンビン、トリプシンなどのセリンプロテア-ゼに対する阻害活性を常法により調べた。その結果、海綿動物29検体および原索動物1検体に活性が認められた。なお活性は水溶性画分に主に認められたが脂溶性画分にも活性を示すものがあった。つぎに上記スクリ-ニングで水溶性画分に強い活性が認められた八丈島産海綿Theonella sp.から活性物質の単離と構造の解析を試みた。すなわち、凍結試料をエタノ-ルで抽出後、溶媒分画、ゲルろ過および逆相系カラムを用いたHPLC等で活性物質を精製したところ、先に同種海綿から得られたcyclotheonamide Aとともに、IC_<50> 2.8μg/mLでトロンビンを特異的に阻害する活性成分を得ることができた。Nazumamide A(1)と名付けたこの物質の構造を、アミノ酸分析およびNMR等のスペクトル分析により解析した結果、Nー末端に2.5ージヒドロキシ安息香酸が結合した特異なテトラペプチドと決定することができた。それぞれの画分についてトロンビン、トリプシンなどのセリンプテアーゼに対する阻害活性を常法により調べた。なお活性は水溶性画分に多く認められたが脂溶性画分にも活性を示すものがあった。つぎに上記スクリーニングで水溶性画分が強に活性を示した八丈島産海綿Toxadocia cylindricaから活性物質の単離と構造の解析を試みた。

まず、海綿の凍結試料をメタノールで抽出後、溶媒分画、ゲルろ過および逆相系カラムを用いたHPLC等で活性物質を精製したところ、IC_<50>6.5μg/mLでトロンビンを特異的に阻害する活性成分を得ることができた。ToxadocialA(1)と命名したこの物質は、FABMSおよびNMRデータから分子式C_<48>H_<92>O_<17>S_4Na_4が得られ、IRおよびHPLCによる分析などから4つの硫酸エステルと1つのアルデヒドを持つことが示唆された。また本物質は、長いメチレン鎖の繰り返し構造を持つため、2DNMRの解析のみでは構造を明らかにできなかった。そこで加水分解後、ジラール試薬PおよびTの誘導体に導き、FABMS/MS分析して、全構造を1のように決定した。
中性化残りの耐久性指標としての不合理性と水作用に着目した新たな維持管理パラダイム

本研究では、既報の調査研究結果を対象とした分析および新たに実施する実構造物を対象とした調査研究により、鉄筋コンクリートの表層の剥離・剥落に対する中性化残りの影響度は極めて低く、雨水等の影響やかぶり厚さそのものが支配的な要因であることを明らかとし、中性化深さの耐久性指標としての不合理性を明らかにする。最終的には鋼材腐食とかぶりコンクリートの剥離・剥落現象を本質的に支配する雨水の浸透頻度を定量的に考慮した余寿命予測手法を構築し中性化を指標とする照査体系からのパラダイムシフトを目指す。本研究は、鉄筋コンクリート構造物の鋼材腐食の照査における「中性化が鋼材腐食の主要因である」という仮定の不合理性を立証し、新たな維持管理手法を提案しようとするものである。ここでは、実構造物を対象とした調査研究と共に、酸性雨等の実環境を模擬した室内実験を実施し、中性化深さの耐久性指標としての不合理性を科学的根拠に基づき立証することを目指すものである。中性化を指標とする照査体系からのパラダイムシフトを行い、コンクリートの剥離・剥落事象発生の支配的要因が中性化深さではなく、雨水やかぶり厚さそのものであることを示す研究で、既存の常識に一石を投じるものである。常識を覆す可能性がある研究は学術的価値が高く、また実務上のインパクトも大きいものと期待される。
抗ウイルス薬開発を指向するアシクロヌクレオシド類の合成研究

受入研究者の研究室では、SAH hydrolase阻害活性が期待されるアシクロヌクレオシドの新規な合成法を見出している。また、本法で合成されたある種のアシクロヌクレオシド誘導体がヒトSAH hydrolase阻害活性を有することを見出している。従来より、ヒト由来のSAH hydrolaseの阻害剤には、各種ウイルス感染の阻害や抗がん活性を示すことが期待され、数多くの研究が実施されてきた。そこで、受入研究者の研究室で既に見出している知見を基に、新規なアシクロヌクレオシド誘導体の合成法の開発を目指して本研究を実施した。その結果、NIKALJE博士はプリン塩基およびピリミジン塩基を有する様々な塩基部を導入可能なアシクロヌクレオシド誘導体の基本合成法を確立した。即ち、(E)-1-acetoxy-4-chloro-2-buteneと6-chloropurineとのカップリング反応を実施し、対応するアシクロヌクレオシド誘導体へ導いている。本反応は、2-amino-6-chloropurine、uracil、thymine、cytosineなどのカップリング反応にも適応でき、対応するグアノシン、ウリジン、チミジン、シチジン誘導体への変換に成功している。さらに、これら化合物を、対応するホスホネート誘導体など多くの修飾アシクロヌクロシド誘導体への変換を現在検討している。一方、炭素環ヌクレオシド誘導体の簡便合成法の開発にも着手し、今後の発展が期待される多くの知見を得ている。本研究で得られた成果は、共同研究者である受入研究者の研究室で、今後さらに研究をすすめる予定である。また、本法で合成したアシクロヌクレオシド誘導体の糖部に各種置換基を導入させた糖部修飾アシクロヌクレオシド誘導体を分子設計し、その合成法を現在開発中である。今後得られた化合物のC型肝炎ウイルス、HIV、ヘルペスウイルスなどに対する抗ウイルス活性を評価する予定である。
デュアルコム分光法を用いた偏光計測装置の開発と生体分子計測への応用

本研究の目的は、偏光デュアルコム分光法を物性計測に応用することである。偏光デュアルコム分光法の有する「圧倒的な高周波数分解能性」、「高速計測を活かした積算による高い信号雑音比」、「光源のコヒーレント性」を利用することで、これまでにない物性計測が実現する可能性がある。本年度は、電気光学変調器(EOM)を用いた新しい偏光デュアルコム分光法を開発し、原理検証実験に成功した。開発した手法の測定原理は以下のようである。まず、1つ目の光周波数コム光源は偏光子により水平な直線偏光とする。2つ目の光源は試料を透過させ、未知の偏光状態となっている。これら2つの光周波数コム光源をビームスプリッターで重ね合わせ、1/4波長板、EOM、1/4波長板、偏光子を透過させ、検出器へと導く。本手法を用いると、デュアルコム分光で得られる信号の間に、偏光情報を表すサイドバンドが出現する。偶数次のサイドバンドが試料を透過した光の水平成分の電場振幅、位相の情報を含み、奇数次のサイドバンドが垂直成分の電場振幅、位相の情報を含む。本年度は、まず、上記の光学系で得られる信号を定式化し、解析法を開発した。原理検証実験としては、試料を1/4波長板として回転させ、既知の偏光状態を作り、それを本手法で正しく計測できるかどうかを確かめた。その結果、本手法で正しく偏光が決定できることを確かめられた。また、測定系の安定性を評価するために、計測で得られる光の振幅、位相の不確かさを見積もった。不確かさを小さくするために、データ取得の際の位相補正のアルゴリズムを見直した。これらの基礎評価は偏光デュアルコム分光法を定量的な物性計測に応用するためには極めて重要である。現在、この基礎評価をもとに、本手法の論文化を進めている。本手法を用いれば、偏光依存性(複屈折性)を持つ試料に対し、その固有軸に沿った複素屈折率を求めることが可能になる。上記の内容は申請書に記載した平成30年度の計画にほぼ沿った形になっているため。本年度は開発手法の原理検証・精度評価を行い、手法の有用性を示すことを物性計測への足掛かりとしたが、次年度以降、実際にポリマーなどの高分子材料の異方性を計測することで、本手法の重要性を示すことを最終目的とする。まずは、開発手法の論文化を急ぐ。次に、本年度では「既知」として扱っていた試料の厚みを実験から求めることを試み、その知見を活かしてポリマーなど物性計測をする。
成育時の青色光強度が植物の光合成および成長特性に及ぼす影響に関する研究

光の波長成分のうち青色光は,高等植物の光順化応答を誘導するシグナルとして作用する可能性が示唆されている.光順化応答とは,成育環境の光強度下で光エネルギを効率よく光合成や成長に利用するために植物が示す生理的・形態的応答を指す.本年度は,光化学系IIの光エネルギ分配の強光順化に焦点を絞り,青色光の及ぼす影響について検討した.強光に順化した葉と弱光に順化した葉の光化学系IIにおける光エネルギ分配を強光照射下において比較すると,強光に順化した葉では光化学反応に使われるエネルギの割合が高く,熱として消費される割合が低いことが知られている.そこで,2種の光質(白色光および白色光から青色光成分を除去した光)と2段階の光強度(PPFD 100および500μmol m^<-2> s^<-1>)を組み合わせた計4つの照射光下においてホウレンソウを成育させて,飽和光下における光合成ガス交換とクロロフィル蛍光を同時測定した.そして,成育時の照射光中の青色光成分の有無が光化学系IIのエネルギ分配および光合成能力の強光順化に及ぼす影響を調べた.その結果,青色光は光化学系IIのエネルギ分配や光合成能力の強光順化応答に必須ではないものの,それらの順化応答の程度を増幅させる作用のあることがわかった(Matsuda, et. al.2008).また,前年度に行った,葉面の展開や葉への窒素投資,炭水化物集積量などの個体レベルでの光順化応答における青色光の作用についての研究成果を,国際会議において口頭発表した。光の波長成分のうち青色光は,高等植物の光順化応答を誘導するシグナルとして作用する可能性が示唆されている.ここで光順化応答とは,成育環境の光強度下で光エネルギを効率よく光合成や成長に利用するために植物が示す生理的・形態的応答などのことを指す.本研究では,光順化における青色光の作用について,特に作用を有する青色光強度に焦点を当てて検討することを目的とした.照射光中の青色光強度を厳密に調節するため,光源に青色および赤色の発光ダイオードを複数配置したパネルを用いた.この光源を用いて,光合成有効光量子束密度は同じ(300μmol m^<-2>s^<-1>)で,青色光強度の異なる(0,30,100または150μmol m^<-2>s^<-1>)照射光下でホウレンソウを約1ヶ月間栽培し,個葉の光合成能力,葉N量,光合成系タンパク質量などを調べた.その結果,100μmol m^<-2>s^<-1>以下の範囲の低強度の青色光が,光順化の際の光合成電子伝達系タンパク質cytochrome fと光化学系IIアンテナタンパク質LHCIIの量の調節に関わっている可能性が示唆された(Matsuda et al.,in press).次に,同様の条件でホウレンソウを栽培し,葉面の展開や葉への窒素投資,炭水化物集積量などの,個体レベルにおける光順化応答について調査した.しかし,これらの特性においては,弱光に順化した個体と低青色光強度下で成育した個体との問に類似点は認められなかった.このように,本研究で調べた範囲の個体レベルの光順化応答においては,その応答の誘導に青色光が関与することを示すデータは得られなかった.光の波長成分のうち青色光は,高等植物の光順化応答を誘導するシグナルとして作用する可能性が示唆されている.光順化応答とは,成育環境の光強度下で光エネルギを効率よく光合成や成長に利用するために植物が示す生理的・形態的応答を指す.本年度は,光化学系IIの光エネルギ分配の強光順化に焦点を絞り,青色光の及ぼす影響について検討した.強光に順化した葉と弱光に順化した葉の光化学系IIにおける光エネルギ分配を強光照射下において比較すると,強光に順化した葉では光化学反応に使われるエネルギの割合が高く,熱として消費される割合が低いことが知られている.そこで,2種の光質(白色光および白色光から青色光成分を除去した光)と2段階の光強度(PPFD 100および500μmol m^<-2> s^<-1>)を組み合わせた計4つの照射光下においてホウレンソウを成育させて,飽和光下における光合成ガス交換とクロロフィル蛍光を同時測定した.そして,成育時の照射光中の青色光成分の有無が光化学系IIのエネルギ分配および光合成能力の強光順化に及ぼす影響を調べた.その結果,青色光は光化学系IIのエネルギ分配や光合成能力の強光順化応答に必須ではないものの,それらの順化応答の程度を増幅させる作用のあることがわかった(Matsuda, et. al.2008).また,前年度に行った,葉面の展開や葉への窒素投資,炭水化物集積量などの個体レベルでの光順化応答における青色光の作用についての研究成果を,国際会議において口頭発表した。
高速字句解析用集積回路の設計

Pascalのような手続き型プログラム言語のコンパイラは字句解析部の動作割合いが高い.本研究ではまずPascalコンパイラの字句解析部を外付けのハードウェアにする方式とその性能改善度について検討した.しかし集積回路を本当に試作するための回路設計は手間もかかるものであるから,手続き型言語のコンパイラ専用の回路を作ったのではあまり意味がないということになり,第一年度の途中からLispのような関数型プログラム言語のインタプリンにも支える字句解析の回路について検討を行った.検討の結果...かれはLispの特殊性によるかも知れないが,アトムの文字列を集積回路に置いたインタプリタは記号アトムのセル中から外部へのポインタが出ることになり,適切なインプリメンテーションの方法はなかなか得られず,また文字列の分割,合併の容易なLispでは,新たに作られた文字列をインターンして記号アトムを作ることができ,その場合の処理に対してもうまい方式は得られないことがわかった.残る方式は字句解析部だけでなく, Lispインタプリタの他のかなりの部分(ゴミ集めは除く)までを集積回路に取り込むことである.このため第二年度では式の評価部分をなるべく簡単に集積回路化し,汎用計算機で実行するより高い能率を得ることに研究を集中した.その結果,最近提唱されているコンビネータを用いたグラフコピイによる式のリダクション評価を集積回路に組み込む設計を行い,この機能設計に基づいてシミュレーションしてみたが,毎秒50万リダクションを行った場合,インタプリタの50倍から100倍のスピードアップが得られるということがわかった.Pascalのような手続き型プログラム言語のコンパイラは字句解析部の動作割合いが高い.本研究ではまずPascalコンパイラの字句解析部を外付けのハードウェアにする方式とその性能改善度について検討した.しかし集積回路を本当に試作するための回路設計は手間もかかるものであるから,手続き型言語のコンパイラ専用の回路を作ったのではあまり意味がないということになり,第一年度の途中からLispのような関数型プログラム言語のインタプリンにも支える字句解析の回路について検討を行った.検討の結果...かれはLispの特殊性によるかも知れないが,アトムの文字列を集積回路に置いたインタプリタは記号アトムのセル中から外部へのポインタが出ることになり,適切なインプリメンテーションの方法はなかなか得られず,また文字列の分割,合併の容易なLispでは,新たに作られた文字列をインターンして記号アトムを作ることができ,その場合の処理に対してもうまい方式は得られないことがわかった.残る方式は字句解析部だけでなく, Lispインタプリタの他のかなりの部分(ゴミ集めは除く)までを集積回路に取り込むことである.このため第二年度では式の評価部分をなるべく簡単に集積回路化し,汎用計算機で実行するより高い能率を得ることに研究を集中した.その結果,最近提唱されているコンビネータを用いたグラフコピイによる式のリダクション評価を集積回路に組み込む設計を行い,この機能設計に基づいてシミュレーションしてみたが,毎秒50万リダクションを行った場合,インタプリタの50倍から100倍のスピードアップが得られるということがわかった.この研究費による研究の予備的考察としてPascalのようなコンパイラの場合の字句解析部分をハードウェアにした時の効率を2種類のデータ構造について調べたが、本研究を開始するに当ってLispを代表とするインタプリタでこの回路を使う際の効率および方式について検討、実験を行った。Pascalの時は、予約語のみの回路ではトライ型(つまり1文字ごとに分岐)で、また一般の識別子の名前表も作る回路では通常のテーブルにしたが、これをLispに適用しようとすると次のような問題があることが判った。Lispには予約語の概念がないから、すべての記号アトムを扱わねばならない。UtiLiSPのような実用的処理系では、エラーハンドラのような不時に使う関数名は異常に長く、反対にユーザの使う引数名は殆ど1字の程度に短いので、通常の表にはし難く、トライ型が望ましい。トライ型の木構造で印字名を代表させるのが望ましく、またトライ型データの端点のアドレスで印字名を指定するのがよいが、それにはトライ型データの配置を完全にアドレス順にしなければならず、これは動的に増えてゆく記号アトムの埋め込みにポインタのつけかえなど困難が伴う。とりあえずはアドレス順は格納は考えず、すべての文字にポインタを持たせる方式で、さらにポインタ比率を押さえるため、複数文字単位のトライの効果を測定した。また印字名が逆サーチできるよう、ダブルポインタの方式の是非;システムが用意する関数名を頻度順に埋め込んだ場合の効果;印字名以外にも一般の文字列も同様に扱えるかどうかの検討を行った。一方ハードウェア設計についても検討中だが、解決すべき問題は少くない。ひとつには研究計画を開始した頃にくらべ、CPUのスピードが格段に向上したので、回路がかなりの効果を示さないと意味が少ないこと、専用の記憶回路の完成度が高くチップにはレジスタ程度しか実現できそうもないことなど。
汚染物および二酸化炭素の植裁内での拡散・吸収のための乱流モデル作成に関する研究

この研究では、汚染物および二酸化炭素の植裁内での拡散・吸収のための乱流モデルの作成を行った。植裁内での乱流モデルに関しては、(k-ε)モデルに代表されるRANS(Reynolds Averaged Navier-Stokes)型モデルとLES(Large Eddy Simulation)モデルの作成を試みた。(k-ε)モデルでは、基礎方程式をアンサンブル平均したのち空間平均を取る方法を採用した。空間平均に関しては、Hop Hat型ではあるが十分滑らかなフィルターを用いた。Navier-Stokes式に空間平均を施すことによって,葉による抗力が解析的に表れた。また、連続の式とNavier-Stokes式から乱流エネルギー式と粘性散逸式を導出し、葉が与える効果をモデル化し、モデルを完結した。今回開発した(k-ε)型モデルを実験および測定結果との比較からモデルの有効性を検証した。LESモデルでは、(k-ε)型モデルと同様にTop Hat型ではあるが十分滑らかなフィルターを用いた。LESモデルでは、Smagorinsky型モデルが一般に用いられているが、この研究では1方程式LESモデルを採用した。subgrid scaleの乱流エネルギー式に表れる、植物が影響を及ぼす項(wake production term)が無視できないためである。この1方程式LESモデルも実験との比較を行い、モデルの有効性を検証した。植生を有する流れ場のLESモデルについてのこれまでの研究を調べた結果、これまでのLESモデルは基礎式(連続の式とNavier-Stokes式)から導出していないことが明らかになった。そのため、本研究ではLESモデルの作成において基礎式から導出する方法を用いた。また植生の体積(時間変化をも含む)をも考慮したモデル化を行った。モデル化の方法は以下のようにした。[1]連続の式とNavier-Stokes式をフィルタリングする。フィルタリングされた連続の式に表れる植生の表面速度をフィルター内で平均化して、grid scaleでの連続の式を導出した。grid scaleでの連続の式には植生の平均表面速度と植生の体積変動の項が加わった。フィルタリングされたNavier-Stokes式には、植生による抗力項とsubgrid scaleのReynolds stress項が未知数として生じる。植生による抗力項は抗力係数、葉面積密度、および相対風速(風速と植生の速度との差)で表した。subgrid scaleのReynoldsstress項は1方程式LESモデルの形式を用いて、代表長さとsubgrid scaleの乱流エネルギーで表した。[2]subgrid scaleの乱流エネルギー式をNavier-Stokes式から導出した。また、運動エネルギー保存式からも導出し、双方から導出したsubgrid scaleの乱流エネルギー式が同じであることから、subgrid scaleの乱流エネルギー式が正確であることを確かめた。ここで、wake production項は解析的に導出できることが明らかになった。また、wake dissipation項は生じないことも明らかとなった。[3]subgrid scaleの粘性散逸式をNavier-Stokes式から導出した。導出された粘性散逸式の各項のオーダー比較を行うことにより、粘性散逸式には植生の効果は直接的には現れないことを確かめた。[4]subgrid scaleの乱流エネルギー式をモデル化した。粘性散逸率と乱流拡散項のモデル化は従来のモデル化に従った。植生の効果に関しては、植生表面の速度をフィルター内の植生の平均表面速度と近似化することにより完結したモデルとした。[5]植生の速度の振動方程式は現時点では2次元平面内での振動方程式を導出した。今後3次元の振動方程式を導出する予定である。振動方程式には、軸の引張、圧縮と応力の関係にRayleigh dampingを導入し、振動を抑制する項を加えた。平成18年度研究成果として、以下の点が得られた。(2)植生の体積を考慮したone-equation LES modelの作成には、"フィルター内の植生の表面速度が一定"の仮定のみを用い、他のモデル化する部分は従来の流体のみのモデル化に従ったone-equation LES modelを作成した。(4)植物

キャノピー流の測定でーたとモデルからの結果の比較により、モデルの検証を行った。LESモデルの場合、比定常状態を計算するため、実験や野外測定で得られている抵抗係数を用いることは出来ない。モデルの検証には、LESで用いる抵抗係数をパラメータとし、平均風速分布と最も一致する場合の抵抗計数値を求め、この最適化された抵抗計数値を用いた計算結果と抗力や乱流統計量がどの一致するかで、モデルの検証を行った。結果は、抗力や乱流統計量が実測よりも小さくなった。(5)3次元的に変形する植生の振動方程式は導出出来なかった。平成19年度に3次現場の植生の振動方程式の導出を試みる。体積のある植生を有する流れ場の解析のための1方程式LES(Large Eddy Simulation)モデルを提案し、植生模型を有する開水路実験データとの比較により、1方程式LESモデルの検証を行った。