hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
腎内一酸化窒素合成に対する食品中蛋白質の効果とその食品衛生学的評価

近年、生体内での一酸化窒素(NO)合成の存在が報告され、NOは、腎局所で、強力な血管拡張因子として腎ヘモダイナミックスの調節に関与している可能性が示唆されている。生体内では、NO合成酵素(NOS)の関与によりL-アルギニンからNOの合成が行われる。現在までのところ、脳由来型(NOS-1)、マクロファージ由来誘導型(NOS-2)、血管内皮由来型(NOS-3)、肝由来誘導型(NOS-4)の4種類の遺伝子が知られている。故にこの研究では、高蛋白食、標準食、低蛋白食を摂取させたラットを用いて急性閉塞性腎症(BUO)、シャム手術(SOC)モデルを作製し、腎ヘモダイナミックスの調節に直接関与する糸球体を採取して、(1)糸球体によるNO産生能(2)糸球体中のNOS-1・2・3酵素の存在量(3)糸球体中のNOS-1・2・3mRNAの発現を評価し、高蛋白食による腎障害の憎悪の機序および低蛋白食による腎障害の進展予防の機序をNOの観点から食品衛生学的に評価した。SOC群・BUO群共に、摂取蛋白量の増加に伴い、糸球体によるNOの産生量は増加した。また、SOC群では、摂取蛋白が増加するにつれ、NOS-1mRNA・NOS-3mRNAの発現は増強したが、NOS-2mRNAは、摂取蛋白量が変化しても同定されなかった。逆に、BUO群では、摂取蛋白の増加により、NOS-2mRNAの発現は増強したが、NOS-1mRNA・NOS-3mRNAの発現は、SOC群に比し、有意に低下していた。従って、高蛋白食BUO群では、NOS-1mRNA・NOS-3mRNAの発現が減弱するため、腎ヘモダイナミックスが悪化し、腎障害が憎悪するように思われる。また、NOS-2mRNAの発現の増強により、NOが大量に産生され、それによる組織傷害のために腎障害がさらに悪化している可能性がある。逆に、低蛋白食BUO群では、NOS-1mRNA・NOS-3mRNAの発現の減弱およびNOS-2mRNAの発現の増強が抑制されることにより、腎障害の進展が予防されるものと思われる。本研究では、腎糸球体中のNOS-1・2・3酵素の存在量を決定することができなかった。今後、評価すべき問題である。

故にこの研究では、高蛋白食、標準食、低蛋白食を摂取させたラットを用いて急性閉塞性腎症(BUO)、シャム手術(SOC)モデルを作製し、腎ヘモダイナミックスの調節に直接関与する糸球体を採取して、(1)糸球体によるNO産生能(2)糸球体中のNOS-1・2・3酵素の存在量(3)糸球体中のNOS-1・2・3mRNAの発現を評価し、高蛋白食による腎障害の憎悪の機序および低蛋白食による腎障害の進展予防の機序をNOの観点から食品衛生学的に評価した。SOC群・BUO群共に、摂取蛋白量の増加に伴い、糸球体によるNOの産生量は増加した。また、SOC群では、摂取蛋白が増加するにつれ、NOS-1mRNA・NOS-3mRNAの発現は増強したが、NOS-2mRNAは、摂取蛋白量が変化しても同定されなかった。逆に、BUO群では、摂取蛋白の増加により、NOS-2mRNAの発現は増強したが、NOS-1mRNA・NOS-2mRNAの発現は、SOC群に比し有意に低下していた。従って、高蛋白食では、NOS-2mRNAの発現の増強によりNOが大量に産生され、それによる組織傷害のために腎障害が増悪することが示唆される。逆に、低蛋白食では、NOS-2mRNAの発現が抑制されることにより、腎障害の進展が予防されるものと思われる。糸球体中のNOS-1・2・3酵素の存在量については、現在検討中である。近年、生体内での一酸化窒素(NO)合成の存在が報告され、NOは、腎局所で、強力な血管拡張因子として腎ヘモダイナミックスの調節に関与している可能性が示唆されている。生体内では、NO合成酵素(NOS)の関与によりL-アルギニンからNOの合成が行われる。現在までのところ、脳由来型(NOS-1)、マクロファージ由来誘導型(NOS-2)、血管内皮由来型(NOS-3)、肝由来誘導型(NOS-4)の4種類の遺伝子が知られている。また、SOC群では、摂取蛋白が増加するにつれ、NOS-1 mRNA・NOS-3 mRNAの発現は増強したが、NOS-2 mRNAは、摂取蛋白量が変化しても同定されなかった。逆に、BUO群では、摂取蛋白の増加により、NOS-2mRNAの発現は増強したが、NOS-1 mRNA・NOS-3 mRNAの発現は、SOC群に比し有意に低下していた。従って、高蛋白食BUO群では、NOS-1 mRNA・NOS-3 mRNAの発現が減弱するため、腎ヘモダイナミックスが悪化し、腎障害が憎悪するように思われる。また、NOS-2 mRNAの発現の増強によりNOが大量に産生され、それによる組織障害のために腎障害がさらに悪化している可能性がある。逆に、低蛋白食BUO群では、NOS-1 mRNA NOS-3 mRNAの発現の減弱及びNOS-2 mRNAの発現の増強が抑制されることにより腎障害の進展が予防されるものと思われる。糸球体中のNOS-1・2・3酵素の存在量については、Western blottingで検討中である。昨年度までに我々は、急性閉塞性腎症(BUO)モデル、シャム手術(SOC)モデルを用いて、糸球体中のinducible nitric oxide synthase(NOS)-1・2・3mRNAの発現について評価した。
中国宋代絵画表現技法の萌芽的研究－絵画表現と古代絹の相関関係－

本研究は、大学・博物館・技術者の三者が連携することで、中国宋代絵画の絵絹の製法を解明し、「絵画表現」と基底材である「絵絹」との相関関係を、実証的に検証するという研究である。先ずマイクロスコープ使用して、宋時代作品の観察及び拡大画像の撮影を行い、この結果を基に宋代絵絹の製法を解明し絵絹の復元をした。また復元した絹を用いて模写制作を行った。この結果から宋代絵画表現は絵絹の質に影響があることを明らかにした。本研究は中国宋代絵画の絵絹の製法を解明し「絵画表現」と基底材である「絵絹」との相関関係を検証することを目的として、《1宋代実作品のマイクロスコープによる観察と分析》《2分析結果の中から【秋塘図】の絵絹を対象として古代絵絹の製法を考察し復元する》《3復元した絵絹を使用して、模写制作を行い「絵絹の質」を明らかにする。》である。前年度は対象作品のデータを収集した後、一回目の試作品が完成をさせた。今年度は完成した復元絹をマイクロスコープで観察し、また絵絹に実際に墨のよる効果を検証した。その結果、復原対象の宋代絵画【秋塘図】の絵絹との違いが見られた。今回製作の絵絹は前年度の原本調査を行った際に、原本の絵絹が予想以上に細かかったことから、この状態に織るためには段階的に製織の技術を高めることが必要と判断した。そのため1回目は若干太めに製作したが、マイクロスコープの観察においても絹糸の太さが太くまた絹の厚みにおいても厚く仕上がった。それらの結果から織りの方法と絹糸の繰り方を少し変えて2回目製織を行った。しかし、織り手の技術的問題の解決に時間を要し、2回目完成に4ヶ月を費やし10月になった。また織り手から再度試作を行いたいとの要望があり、研究期間の延長を決定して、3度目の製織を行い2月に一応の完成を見た。この間、それまでに製作できた絵絹を使用して下地処理方法の検証を行った。この中で打ち練りを行ったもの、礬水をひいたもの、無加工のもの3種類の試験を行ったが、滲み及び滑らかさの点において、礬水を塗布したものが、最も状態が良かった。打ち練りの効果は予想に反し「弾き」を引き起こした。また無加工のものもも基本的に滲みは少なく、描画方法によっては充分に使用できそうであるということが判明した。平成24年度において、3度の製織を行い1度目の製織においては、絹糸の太さが太く仕上がり、絹の厚みについても厚く仕上がったことから、2度目の製織をおこなったが、絹糸を細くすることで、切れやすくなり、製織に時間がかかった上に、平滑に仕上がらなかったため、3度目の製織を行った。最終年度である今年度は、最終完成した絵絹についての検証を行ったが、予算の都合上、マイクロスコープの観察を諦め、実態顕微鏡による観察を行った。これらの確認において、若干太めではあるが比較的宋代絵画の絵絹と近い形に仕上がったと判断した。制作時間や技術的な事も判断し、模写試作を【秋塘図】から【蜀葵遊猫図】【萱草遊狗図】に変更して、現在市販されている絵絹(以後市販絹)と本研究絹を用いて模写を行った。2種の絵絹には、下地処置として最も状態の良かった礬水を施して描いた。その結果明らかに絵具の載りと発色に差異がでた。市販絹においては、数回重ねなければ絵具の発色を得られないが、研究絹においては、1度目の絵具の塗布時点で、良好な発色を得ることができ、調子においても研究絹の方が繊細に表現することができた。また市販絹では、墨が絹目にとられ平滑な線が引けなくなるのに対し、研究絹においては平滑な線を引くことができた。これらのことから判断して、宋代の絵絹は、現代の絵絹と比べると明らかに上質であり、このことが、宋代絵画の繊細さ及び緻密な表現を可能としており、宋代絵画の芸術表現が生み出された背景には、「絵絹の質」の差異による影響がある事を明らかにした。裏彩色の効果については、宋代絹は緻密におられているため、市販絹ほど効果を得ることができなかった。このことは宋代絵画が裏彩色が施さないで描かれているのは、絵絹の質によるものである事を実証できたと考える。本研究は中国宋代絵画の絵絹の製法を解明し「絵画表現」と基底材である「絵絹」との相関関係を実証的に検証することを目的としており、計画として《(1)宋代実作品のマイクロスコープによる観察と分析。》《(2)分析結果の中から【秋塘図】の絵絹を対象として古代絵絹の製法を考察し復元する。》

《(3)復原した絹を使用して、模写制作を行い「絵絹の質」を明らかにする。》である。今年度は上記(1)・(2)を行った。(1)は奈良大和文華館所蔵作品の【竹燕図】【蜀葵遊猫図】【萱草遊狗図】【秋塘図】【雪中帰牧図両幅】の6点についてキーエンスマイクロスコープVHX-1000を使用して300倍、500倍を基本として、特に必要な箇所については1000倍の拡大率で観察記録した。その結果【秋塘図】は他作品と比較して織られている生糸の太さが細く経糸は約14デニール(denier,以後記号:D)、経糸が約20Dであり、経糸は1cm間に経糸が約80本程度、横糸は60本程度の織り密度があることが判った。これは、染織品の平絹中でも高品位の部類に入り、現在の機械織り絵絹と比較しても、かなり高い織り密度であり繊細な絹である。これらの結果を基に検討した結果、蚕品種は新芽の桑葉を与え養蚕した三眠蚕品種を使用。また、熱風乾燥による乾繭ではなく、塩漬け方により蛹を処置する方法をとる。繰糸は手繰り繰糸を行い、取りあえずは試作として、経糸17D緯糸22Dで織り密度経糸80本緯糸60本で第一回目を織ることとした。完成後、その平絹に打練りを一回、二回、三回と三種の練りを行ったものと、練りを行わない物の合計4種を製作した。製織は山梨県勝山織物株式会社絹織物研究所に制作を委託し3月末に完成した。本年度の研究において、一定の数値データ収集と記録、また研究対象作品の【秋塘図】が他作品の絹と比較して密度の高い繊細な絹であることが判明したことの意義は大きい。本研究は平成23年度に「宋代絵画絵絹の復元」、平成24年度に「完成した復元絵絹の検証」を行う予定であった。「宋代絵画絵絹の復元」では春産期、秋産期の二期の蚕を用いて復元の試作を行う予定であったが、東日本大震災の影響で科学研究費の採択が遅れたこともあり、秋産期の蚕を用いた試作のみを行った。平成24年度にマイクロスコープによる試作品の検証を行ったが、絹糸の太さ及び製織に対象宋代絵画の絵絹との違いが見られた。そのため、計画を変更し改めて春産期の蚕品種を利用して再度、試作を行うと共に、また秋産期の繰糸・精錬を変えて試作を行うこととした。以上のことにより、当初予想を超えて、試作を繰り返すこととなり、試作品完成までに2年を費やすこととなった。そのため、当初2年目の計画で行う予定であった模写制作による検証を今年度に延長をして行うこととした。これは、研究計画で想定していたよりも、宋代絵絹が品質の高い絹糸と高度な技術を用いて製織されていたこと。また調査対象の宋代絵画が何度かの修理を経ていることが、宋代絵絹の状況を把握しにくくしており、予想を上回り時間要することに繋がった。これは研究代表者の認識の甘さが、計画の不備を招いたと言わざるおえない。。今年度、予定していた「(1)宋代絵画の実作品の調査」「(2)宋代絵絹の復元」「(3)収集データのデータベース化」の内、(1)及び(2)の一部が遂行出来た。しかし計画では、「(2)宋代絵絹の復元」を春産期と秋産期の養蚕をしたもの2種を製作する予定であったが、震災のため、挑戦的萌芽研究の採択が遅れたこともあり、調査日程の調整が遅れ、春産期の蚕を用いての製作が行えなかった。また、秋産期の蚕を用いての製作も、実作品の調査の結果、予想以上に生糸が細かったことから、織り手の事情も鑑み、調査データよりも若干太めの生糸を用いて製作をすることとした。そのため、今年度製作した絵絹はあくまでも参考試料及びデータとして取り扱い、これらのデータを十分に精査して、次年度の絵絹復元に役立てたい。また、(3)のデータベース化も最終年度に行いたいと考えている。
Dynamic SPECTによる肺局所Xenon-133ガス洗い出しの検討

ゼンノンガス(Xe-133)肺洗い出し検査は肺局所換気異常を鋭敏に検出する方法であるが、従来のプレイナー像による検査法では、多方向からの撮像が困難で胸壁や肺組織の重なりを避けられず、異常換気部位の解剖学的位置の正確な把握が困難であるなどの欠点を有していた。我々は、平成8年度10年度科学研究費補助金[基盤研究(C)(2)]を受け、3検出器型SPECT装置の連続反復回転収集モードによるdynamic SPECT法を開発した。肺局所換気の定量評価には、選択した肺横断面における肺局所の洗い出し半減時間(T1/2値)および平均通過時間(MTT)のファンクショナルイメージを用いた。本法は、プラナー像に比しXe-133貯留部の検出に優れており、胸部computed tomography(CT)像との対比も容易である。その安全性および定量的評価法の正当性も、健常ボランティア(7名)および多数の閉塞性肺疾患および他肺疾患患者(合計92例)で確認された。さらに、多くの断層像を扱う本SPECT検査を簡素化するため、サーフェイスレンダリング法により立体画像も開発した。この立体画像では、肺表層のみならず肺深部に存在するXe-133貯留部も平衡相イメージを透して可視でき、さまざまの角度から観察可能で、本3次元画像導入により、Xe-133貯留部の空間的分布や拡がりの把握が格段に容易となった。また本画像ではXe-133貯留部の占める容積の指標(retention index)の算出され定量評価に有用で、Xe-133洗い出し時間(Tl/2)や呼吸機能検査値(1秒率)との良良好な相関が認められた。Dynamic SPECT法は、閉塞性肺疾患のみならず、肺癌などの占拠性病変における換気異常検出にも優れていた。本法は、肺気腫に対する胸腔鏡下肺容量減少術における切除肺部位決定において胸部CTよりも有用性が高く、治療効果判にも有用で術前後の肺機能検査値(%FEV1)とも相関が認められた。また、本研究過程で、肺血流SPECTの立体画像化、spiral CTによる肺densitometryの有用性の検討、MRによる胸郭横隔膜運動と局所肺換気の相互作用についても研究を行い、その研究成果を欧文雑誌に掲載した。以上、本研究で開発した肺dynamic Xe-133 SPECTおよびその立体画像は、肺局所換気の定性および定量評価に有用な新しい呼吸器核医学の検査法となり得ると考えられる。1.ボランティアを募り、正常7人の本検査のデータ収集を行い、肺のXenon-133ガス洗い出しの生理的所見を明らかにし、かつ各肺領域におけるXenon-133ガス洗い出しの正常値を算出した。2.閉塞性肺疾患および肺癌症例を中心に、現在まで約60例で本検査を行い、正常肺とのXenon-133ガス洗い出しの差異を明らかにした。

また、科学研究費補助金で購入したコンピュータ(Apple Power Mac 8500/120/48MB/HD2000/CD)を用いてデータ保存,データ処理および画像表示を行い、これらの肺疾患例と正常人とのXenon-133ガス洗い出しの差異に有意差があることを示した。3.科学研究費補助金で購入したコンピュータを用いて、各症例の肺computed tomography(CT)像を取り込み、Xenon-133SPECT像との対比を容易に行えるように工夫した。さらにXenon-133ガス洗い出しの遅延した部位の解剖学的分布が把握し易いようにXenon-133SPECTの3次元表示画像を開発した。4.なお現在、肺気腫患者の肺容量減少術の評価における本検査法の有用性、および肺癌患者における腫瘍の気管支進展と局所肺換気の相関について、それぞれ症例を重ねて検討中であり、その成果は欧文雑誌に発表予定である。1方向しか撮像できず、診断能の上で限界のあったプレイナ-像による肺の^<133>Xeガス洗い出し検査法を改善するため、3検出器型SPECT装置の反復連続回転収集モードを用いて行うdynamic SPECT法を開発した。また、dynamic SPECTによる健常肺における洗い出し半減時間を明らかにし、閉塞性肺疾患の検出に必要な定量的な評価法も確立させた。本年度は、本検出法を用いて、X線CT上の肺野CT値の変動より換気障害を検出するCT densitometryの有用性の検討を行なった。また、多くの断層像を扱い繁雑で解釈に時間を要するdynamic SPECT像の単純化を図るため、3次元表示法を新しく開発した。これは肺輪郭を表わす平衡相像と洗い出し3分後のXenonガスの著溜部の3次元像の融合像をサーフェスレンダリングを用いて作成したものである。この3次元画像により、換気障害部位の解剖学的分布の把握が容易となり、かつ半定量的評価に換気障害の程度を示すことにも応用し得る。3次元画像の有用性を、閉塞肺疾患群や肺気腫患者で肺容量減少術を受けた患者の治療効果判定に用いて検討した結果、極めて有用でると考えられた。外科医にも読影し易く、手術前の評価において必要不可欠の検査法となってきた。現在は、閉塞性肺疾患において、シネ(magnetic resonance imaging)MRI検査法により胸廓/横隔膜運動を評価し、局所換気にいかに関与するかを、3次元dynamic SPECT像との対比検討により研究中である。さらに多くの症例で検討する必要があるが、両者が極めて密接に関連していることが示唆されており、その成果の一部は本年度の放射線学会で発表予定である。いずれの検査の実施に当たっても、本検査の有用性と安全性を充分に説明し、インフォームドコンセントを得た上で検査を施行している。本年度は、平成8年度9年度科学研究費補助金[基盤研究(C)(2)]により開発した、3検出器型SPECT装置の連続反復回転収集モードによるゼンノンガス(Xe-133)SPECT法を応用した研究として、magnetic resonance(MR)イメージで解析した胸郭横隔膜運動と局所肺換気の相互作用についての研究を中心に行った。健常ボランティア6名と肺気腫患者24例および肺気腫に対する胸腔鏡下肺容量減少術を受けた9例で検討を行った。本研究により、肺気腫例でMRイメージにより把握される胸郭横隔膜運動異常が、Xe-133 SPECTの3次元像で評価される肺局所換気異常と密接に関連して起きることが証明された。
数学教師の授業実践力としてのリスニング能力の開発研究

最近、算数・数学教育において、諸外国から我が国の算数・数学教師の優秀性が指摘されている。様々な算数・数学の国際的な学力調査で、我が国の小中学生の達成度が高いことが教師の授業実践力に起因すると分析されているからである。しかしながら、我が国の算数・数学教師の優秀性は未だ無自覚的であり、教師の何が優れているから子どもたちの達成度が維持されているのかについて、これまで明らかにされていないように思われる。そこで、本研究では我が国の算数・数学教師の優秀性の重要な一因として、教師のリスニング能力に注目し、その能力の解明を行うことにした。まず、我が国の発問研究の成果を踏まえつつ、発問・リスニング・応答といった指導の一連の流れにおいて、発問の目的の達成や応答の決定において教師のリスニング能力の重要性を指摘した。その上で、教師のリスニングをその目的の違いから解釈的リスニング、評価的リスニング、変換的リスニングの3つに分類した。子どもの声を外言と内言の両方を含むこととし、教師が子どもの声をいかに聴くのかについて言及した。特に、算数・数学の授業において、自力解決の場面での机間指導において、教師は子どものつぶやきや内言・思考をどう聴き取るのかに注目した。一般に、机間指導では、教師は課題把握の確認、解決方法の評価・支援、授業展開の計画を行うが、その間に様々な形で子どもの声をリスニングする。ときには、子どもの考えを捉えきれなかったり、誤って捉えたりすることもある。また、授業展開上、教師にとって都合の良い考えだけを選択的に捉えることも多い。そうならないようにするには、教師は子どもの声をより正確にかつ柔軟に聴き取る必要がある。つまり、子どもの考えを可謬性、多様性、対立性を前提に、対立・分化を組織化するような変換的リスニングをする必要がある。子ども理解は、算数・数学指導においても必要不可欠である。本研究では、子ども理解で最も基本的な教授行為であるリスニングに焦点を当てる。まず、理論的な枠組みを、J.Weissglass, B.Davis, A.Colesの研究をもとに検討した。その上で、数学教師のリスニングとして、評価的リスニング、解釈的リスニング、変換的リスニングの3つの形態を考えた。評価的リスニングは、「意図された計画を逸脱することなく実行できたかを公平に判断する」ものであり、「評価的リスニングは学習者の責任である」。解釈的リスニングは、「聴き手は子どもの考えを評価するのではなく、可謬性も認めながら、活動的な解釈を提供したり、子どもに考えの明確化を求めたりする」。変換的リスニングは、「聴き手は話し手から更に距離を置き、話し手の言葉を聴き手の観点から再構成し、話し手の考えに質的な変容をもたらす」。その中でも特に、「他の観点の受容」や「子どもの過去・現在・未来の接続」を生み出す変換的リスニングの重要性を指摘した。一方、数学教師は必ずしも好ましいリスニングをいつでもできるわけではない。時には、ミスリスニングをする。本研究では、3つのミスリスニングの形態を考え、そのメカニズムとそれを回避するための方策について検討する。ミスリスニングには、「何らかの事情で、教師が子どもの意図を誤って捉える場合」「教師の理解範囲を越えるため、子どもの意図が捉えきれない場合」「教師にとって都合の良いものだけを選択的に聴いて、子どもの意図を聴き落としてしまう場合」の3つの場合が考えられる。今後は、算数・数学の授業を教師のリスニングの観点から分析・検討する。特に、数学指導としての変換的リスニングの具体的な事例分析をする必要がある。3人の研究者がそれぞれの地域で事例を集め、分析・検討する。

最近、算数・数学教育において、諸外国から我が国の算数・数学教師の優秀性が指摘されている。様々な算数・数学の国際的な学力調査で、我が国の小中学生の達成度が高いことが教師の授業実践力に起因すると分析されているからである。しかしながら、我が国の算数・数学教師の優秀性は未だ無自覚的であり、教師の何が優れているから子どもたちの達成度が維持されているのかについて、これまで明らかにされていないように思われる。そこで、本研究では我が国の算数・数学教師の優秀性の重要な一因として、教師のリスニング能力に注目し、その能力の解明を行うことにした。まず、我が国の発問研究の成果を踏まえつつ、発問・リスニング・応答といった指導の一連の流れにおいて、発問の目的の達成や応答の決定において教師のリスニング能力の重要性を指摘した。その上で、教師のリスニングをその目的の違いから解釈的リスニング、評価的リスニング、変換的リスニングの3つに分類した。子どもの声を外言と内言の両方を含むこととし、教師が子どもの声をいかに聴くのかについて言及した。特に、算数・数学の授業において、自力解決の場面での机間指導において、教師は子どものつぶやきや内言・思考をどう聴き取るのかに注目した。一般に、机間指導では、教師は課題把握の確認、解決方法の評価・支援、授業展開の計画を行うが、その間に様々な形で子どもの声をリスニングする。ときには、子どもの考えを捉えきれなかったり、誤って捉えたりすることもある。また、授業展開上、教師にとって都合の良い考えだけを選択的に捉えることも多い。そうならないようにするには、教師は子どもの声をより正確にかつ柔軟に聴き取る必要がある。つまり、子どもの考えを可謬性、多様性、対立性を前提に、対立・分化を組織化するような変換的リスニングをする必要がある。
流体力学における超計算機適合アルゴリズム

本年度は研究代表者および分担者が(1)並列型超計算機に適合した流体力学計算アルゴリズム、(2)非定常圧縮性ナビェ・ストークス方程式の解法、(3)高レイノルズ数流れにおける超計算機適合アルゴリズム、(4)並列計算機ADENDAを最適利用するための数値流体力学エキスパートシステム、の4つの課題に対して重点的に研究を行った。(1)に関しては、空間微分項の離散化に中心差分、時間微分項の積分に有理ルンゲ・クッタ法を用いる方法、および、複数の格子点から成る群に対して非対称な陰的差分析似法を適用して得られる連立方程式の係数行列を解析的に反転して、各格子点における陽的差分表示を得る群陽的方法を並列型超計算機に適用し、オイラー方程式を基礎方程式として円柱まわりの流れ場の数値計算を行い、計算時間とプロセッサ数との関係がほぼ理論的な比率になることを示し、本方法の並列型超計算機に対する有効性を明らかにした。(2)に関しては、ヘリコプター回転翼まわりの流れを取上げ、計算格子の生成は完了し、高精度近似によるスキームのベクトル型超計算機に対する評価を行っており、研究は順調に進行している。(3)に関しては、乱流遷移の直接シミュレーションを3次精度風上差分法を用いて行い、回転二円筒間のTaylar Couette流に対してはレイノルズ数を上げると流れは波型のものからこれと定性的に異なる型のものに移行することを示し、3次元キャビティ内流れに対してはスキームのベクトル型超計算機に対する有効性を示した。(4)に関しては、並列言語ADETRANを用い典型的ポアソンソルバーとしてベクトル型超計算機であるVPー400を越える性能を持つことを確認し、典型的流体解析コードをADENDA上に実現することを試み、コードの構成法やFORTRANコードからADETRANへの自動翻訳法の検討を行い、本格的な研究への足掛りとなる成果が得られた。
琉球石灰岩地域の河川水, 地下水の汚染とその浄化に関する研究

テーマに沿って沖縄島中部の石川市と具志川市にまたがる天願川(32Km^2)とその流域内の湧水を調べた.結果,I)天願川流域の土地利用状況-1987年4月から約20回にわたって調べた結果,土地利用がきびしく,河川のすぐ近くまで畑地や居住地が侵入していることがわかった.このことは河川水の汚染や浄化を考えるのに大事なことだと思われる.II)沖縄県企業局が以前から天願川の塩素要求量を測定しているので,そのデータを整理した.その結果1973年5mg/l程度であったのが,それ以後は年々増加し1976年にはほとんどの月で10mg/lを, 1984年には15mg/lを越し, 1985年になると30mg/lを越す月も秋の終りから冬の間の5ヶ月間にわたっていることがわかる.年を追うにつれて冬期の汚染が著しいことが目立っている.III)上流から河口域にかけての化学組成-本流の水は川崎川と合流前はそれほど汚れてないが,合流後は汚染度が増す.特に支流が汚れており,住宅地からの三面張りになった支流は排水溝的性格が強い.それに直接家庭排水が河川に流入している所もあり,河川に対する考え方が問われる.IV)地下水(湧水)の化学組成-14地点の水を調べた.MBASはどの試料でも検出されず,NH^+_4-Nは1地点だけで検出された. PO^<3->_4-Pも合流後の河川水と比べると低濃度であった.これらのことから地下水は未だそれ程汚染が進んでなく,天願川にとって大事な水源だといえる.V)中流から河口域における四地点での連続観測-経時変化を調べた.水位は朝から夜にかけて上昇し,夜から朝にかけては下降して人間活動によって変動することを示した. PO^<3->_4-Pを例にとって下流域の2Km間における負荷量の減少量を求めたら20%と求められた.以上天願川とその流域内の地下水の化学組成を中心に研究を進めてきた.この結果は琉球石灰岩地域の河川水,地下水の汚染と浄化について大事な知見を提供し得ると思われる.テーマに沿って沖縄島中部の石川市と具志川市にまたがる天願川(32Km^2)とその流域内の湧水を調べた.結果,I)天願川流域の土地利用状況-1987年4月から約20回にわたって調べた結果,土地利用がきびしく,河川のすぐ近くまで畑地や居住地が侵入していることがわかった.このことは河川水の汚染や浄化を考えるのに大事なことだと思われる.II)沖縄県企業局が以前から天願川の塩素要求量を測定しているので,そのデータを整理した.その結果1973年5mg/l程度であったのが,それ以後は年々増加し1976年にはほとんどの月で10mg/lを, 1984年には15mg/lを越し, 1985年になると30mg/lを越す月も秋の終りから冬の間の5ヶ月間にわたっていることがわかる.年を追うにつれて冬期の汚染が著しいことが目立っている.III)上流から河口域にかけての化学組成-本流の水は川崎川と合流前はそれほど汚れてないが,合流後は汚染度が増す.特に支流が汚れており,住宅地からの三面張りになった支流は排水溝的性格が強い.それに直接家庭排水が河川に流入している所もあり,河川に対する考え方が問われる.IV)地下水(湧水)の化学組成-14地点の水を調べた.MBASはどの試料でも検出されず,NH^+_4-Nは1地点だけで検出された. PO^<3->_4-Pも合流後の河川水と比べると低濃度であった.これらのことから地下水は未だそれ程汚染が進んでなく,天願川にとって大事な水源だといえる.V)中流から河口域における四地点での連続観測-経時変化を調べた.水位は朝から夜にかけて上昇し,夜から朝にかけては下降して人間活動によって変動することを示した. PO^<3->_4-Pを例にとって下流域の2Km間における負荷量の減少量を求めたら20%と求められた.以上天願川とその流域内の地下水の化学組成を中心に研究を進めてきた.この結果は琉球石灰岩地域の河川水,地下水の汚染と浄化について大事な知見を提供し得ると思われる.
自己抗原分子の翻訳後修飾が自己抗体反応性に及ぼす影響に関する研究

近年,関節リウマチ(RA)においてシトルリン化蛋白に対する自己抗体が見出され,RAでの高い感度と特異性からその臨床的・病因的意義が注目されている.本研究では,RAにおける自己免疫のターゲットの一つと考えられるカルパスタチン(CS)をシトルリン化することによる自己抗体反応性の変化を検討すること,また関節炎モデルマウスにおける抗シトルリン化蛋白抗体の産生を検討することを目的とした.1.修飾CSを用いた抗CS自己抗体反応性の検討ヒトCSをコードする全長cDNAを発現ベクターpET28aに組み込んで大腸菌に生物活性のあるCSを発現させた.この組換えCSをキレートカラムで精製し,マイクロタイタープレートに固相化して,抗CS抗体測定のELISA系を作成した.この方法でRA患者血清32例中26例(80%)に抗CS抗体が検出され,特異度は69%であった.精製組換えCS分子を,PADI(peptidylarginine deiminase)によりin vitroでシトルリン化した抗原を用いると,RAでの感度は88%に上昇したが,特異度は44%と低下した.2.関節炎モデルマウスにおける抗シトルリン化蛋白抗体の検出T細胞刺激伝達系の主要分子であるZAP70の変異によりヒトRAに類似する慢性自己免疫性関節炎を自然発症するSKGマウスにおいて抗シトルリン化蛋白抗体の産生を検討した.9ヶ月齢のSKGマウスの30%に抗CCP抗体が検出され,その少なくとも一部はシトルリン化フィラグリンと反応するが非修飾フィラグリンとは反応しないため,シトルリン化ペプチドを特異的に認識すると考えられた.また,IL-6ノックアウトSKGマウスは関節炎を全く発症しないにも関わらず,抗CCP抗体産生が認められた.このことより,SKGマウスにおける抗シトルリン化蛋白抗体は関節炎発症とは独立した事象と考えられた.近年,関節リウマチ(RA)においてシトルリン化蛋白に対する自己抗体が見出され,RAでの高い感度と特異性からその臨床的意義が注目されている.我々が見出したカルパスタチン(CS)に対する自己抗体は感度こそ81%と高いものの特異度の点で抗シトルリン化蛋白抗体に劣っていた.しかし最近,赤血球由来CSを用いた抗体検出系では高い感度と高い特異性が報告されており,この事実は自己抗体反応性がCS分子の翻訳後修飾による潜在性エピトープに依存する可能性を示唆している.そこで本研究では,RAにおける自己免疫異常のターゲットの一つと考えられるCSについて種々の修飾を施すことによって自己抗体反応性がどのように変化するかを検討することを目的とした.1.ヒトリコンビナントCS分子の発現と精製既に分離していたヒトCSをコードする全長cDNAを発現ベクターpET28aに組み込んで大腸菌に生物活性のあるCSを発現させた。この組み換えCSをニッケルキレートカラムを用いて精製し,以下の実験に用いた.2.非修飾ヒトリコンビナントCSに対するRA患者血清の反応r-CSをマイクロタイタープレートに固相化し,抗CS抗体測定のELISA系を作成した.この方法で,RA患者血清32例中26例(80%)に抗CS抗体が検出され,特異度は69%であった.またヒト赤血球CSを抗原に用いて同様の測定を行ったところ,陽性25%,特異度100%であった.3.修飾CS分子を用いた抗CS自己抗体反応性の検討精製ヒトリコンビナントCS全長分子を,PADI(peptidylarginine deiminase)によりin vitroでシトルリン化した.このシトルリン化CSを抗原としたELISAでRA患者血清の抗体を測定したところ,RAでの感度は88%に上昇したが,特異度は44%と低下した.近年,関節リウマチ(RA)においてシトルリン化蛋白に対する自己抗体が見出され,RAでの高い感度と特異性からその臨床的・病因的意義が注目されている.本研究では,RAにおける自己免疫のターゲットの一つと考えられるカルパスタチン(CS)をシトルリン化することによる自己抗体反応性の変化を検討すること,また関節炎モデルマウスにおける抗シトルリン化蛋白抗体の産生を検討することを目的とした.1.修飾CSを用いた抗CS自己抗体反応性の検討ヒトCSをコードする全長cDNAを発現ベクターpET28aに組み込んで大腸菌に生物活性のあるCSを発現させた.この組換えCSをキレートカラムで精製し,マイクロタイタープレートに固相化して,抗CS抗体測定のELISA系を作成した.この方法でRA患者血清32例中26例(80%)に抗CS抗体が検出され,特異度は69%であった.精製組換えCS分子を,PADI(peptidylarginine deiminase)によりin vitroでシトルリン化した抗原を用いると,RAでの感度は88%に上昇したが,特異度は44%と低下した.2.関節炎モデルマウスにおける抗シトルリン化蛋白抗体の検出T細胞刺激伝達系の主要分子であるZAP70の変異によりヒトRAに類似する慢性自己免疫性関節炎を自然発症するSKGマウスにおいて抗シトルリン化蛋白抗体の産生を検討した.9ヶ月齢のSKGマウスの30%に抗CCP抗体が検出され,その少なくとも一部はシトルリン化フィラグリンと反応するが非修飾フィラグリンとは反応しないため,シトルリン化ペプチドを特異的に認識すると考えられた.また,IL-6ノックアウトSKGマウスは関節炎を全く発症しないにも関わらず,抗CCP抗体産生が認められた.このことより,SKGマウスにおける抗シトルリン化蛋白抗体は関節炎発症とは独立した事象と考えられた.
食品の香りが脳のストレス応答に及ぼす影響の客観的評価

実験動物にストレスを負荷した後、行動科学的解析および解剖学・分子生物学的解析を行った結果、コーヒーの香りはストレスによる海馬や前頭葉皮質の炎症および神経細胞死を抑制することが示唆された。さらに、ヒト白血球中においても、ストレスによって炎症関連遺伝子の発現が増加傾向を示したが、コーヒーの香りによって抑制傾向が認められた。その他、様々な香りが行動や脳内遺伝子の発現に及ぼす影響を明らかにし、香りがストレスによる脳機能障害の予防に資することが示唆された。本研究は、コーヒー豆の香りが脳のストレス応答に及ぼす効果を解析してストレス抑制メカニズムを明らかにすると共に、ヒト血中ストレスマーカー候補群の変化に対する香りの効果を明らかにすることを目的とする。平成25年度は、コーヒー豆の香り曝露の影響について、糖質コルチコイド誘発受容体(GIR)、コレシストキニン(CCK)受容体、cytoskeletal-associated protein(Arc)を中心に機能解析を行う予定であったが、動物舎の老朽化に伴い、コーヒー豆の香り暴露実験が充分行えなかった。ラットを無作為に4群:対照群(通常環境)、ストレス群(水浸ストレス)、コーヒー群、ストレス+コーヒー群に分けた。各環境下で24時間飼育した後に中脳を摘出し、RT-PCR法により遺伝子発現解析を行った。脳由来神経栄養因子(BDNF)遺伝子発現は、各群間で有意な差が認められなかった。しかし、ストレス群は対照群より減少傾向を示し、ストレス+コーヒー群はストレス群より増加傾向を示した。ストレスは中脳におけるBDNF遺伝子発現には影響を与えにくい可能性が示唆された。MAPK phosphatase-1 (MKP-1)遺伝子発現は、ストレス群とストレス+コーヒー群において対象群より有意に増加した。しかし、ストレス+コーヒー群は、コーヒー群と比較しても有意に増加していた。ストレスによって増加する中脳域のMKP-1遺伝子発現は、コーヒー豆の香りに顕著な影響を受けないものと考えられる。平成25年度は、さらに、コーヒー豆の香りがヒトのストレスレベルに及ぼす影響を調べる予定であったが、ヒト末梢血におけるストレスマーカーの探索に終始した。上記研究結果に基づき、ストレスマーカー候補に関する内容を国内および国際学会で発表した。現在、国際誌への投稿を準備中である。平成24年度は、海馬におけるMitogen-activated protein kinase(MAPK)経路の解析を行った。各環境下で24時間飼育した後に海馬を摘出し、ウェスタンブロット法により各種蛋白質の発現量を測定した。脳由来神経栄養因子(BDNF)は各群間で有意な差を示さなかったが、ストレス群のBDNF発現量は対照群より低下傾向を示した。BDNFの高親和性受容体であるtropomyosin-related kinase b(TrkB)のアイソフォームgp145とgp95を測定した結果、ストレス+コーヒー群のgp95は対照群およびストレス群より有意に低下したが、gp145は変化を示さなかった。ストレス+コーヒー群のTrkBにおいては、MAPK経路を活性化するキナーゼを有するgp145の割合が高かった。コーヒー豆の香りは、相対的なgp145の増加を引き起こすことでMAPK経路のシグナルを亢進させ、ストレス抵抗性を付加するものと考えられる。免疫組織化学染色を行った結果、前頭前野のBDNF陽性細胞数は対照群に比しストレス群で有意に減少、ストレス群に比しコーヒー群・ストレス+コーヒー群で有意に増加した。対照群とストレス+コーヒー群の間に有意差は認められなかった。前頭前野の機能障害は様々な精神疾患に関わっており、BDNFは神経細胞の成長や分化、生存維持に重要な役割を果たしていることから、本研究結果は、コーヒー豆の芳香がこれら疾患の予防に資する可能性を示唆するものである。マウスの行動解析および脳内ストレスマーカー候補遺伝子の発現解析を行った。水侵ストレスを24時間負荷(ストレス群)後、香り充満環境(ストレス+コーヒー群)で90分間飼育した。高架式十字迷路試験では、ストレス+コーヒー群のオープンアーム滞在時間がストレス群より有意に増加したことから、コーヒー豆の香りは抗不安作用を有することが示された。ストレス+コーヒー群の海馬における分裂促進因子活性化タンパク質キナーゼホスファターゼ-1(MKP-1)遺伝子発現量はストレス群に比し有意な増加を示した。海馬のMKP-1は炎症マーカーとして有用である可能性が考えられる。海馬の神経成長因子受容体(NGFR)遺伝子および中脳のNGFR、活動依存性細胞骨格関連蛋白質(Arc)遺伝子発現量も、ストレス+コーヒー群においてストレス群より増加傾向を示した。コーヒーの香り

存在下でヒト(大学生、計12名)にストレスを負荷(30分間の計算)した後、白血球のMKP-1遺伝子発現を測定した結果、MKP-1遺伝子発現はストレスによって増加傾向を示し、コーヒー豆の香りによって抑制される傾向が認められた。また、様々なアロマがマウスの行動および脳内遺伝子の発現に及ぼす影響を明らかにした。3年の研究期間において、げっ歯類の行動解析および脳の解剖学的解析や脳内遺伝子・蛋白質発現解析により、香りのストレス抑制効果を明らかにすることが出来た。脳内メカニズムの解明には至っていないが、香りが種々の脳内遺伝子・蛋白質発現を変化させることを見出したのは新規な成果である。今後、特に海馬におけるストレスと炎症マーカーの関係を明らかにする必要がある。ヒトでの解析については、今後、ストレス負荷条件を検討すると共に被験者を増やす必要があると考える。上記研究結果に基づき、香りと不安行動および脳内遺伝子の発現に関する内容を学会および国際誌に発表した。神経科学本研究の目的である「コーヒー豆の香りが脳のストレス応答に及ぼす効果を詳細に解析し、ストレス抑制メカニズムを明らかにすると共に、ヒト血中ストレスマーカー候補群の変化に対する香りの効果を明らかにすること」のうち、平成25年度の実施計画についてはほぼ達成したと考える。すなわち、ストレス負荷実験から行動科学的解析に至る動物実験および全脳摘出後に嗅球、大脳皮質、線条体、海馬、扁桃体、中脳等の諸核を採取し、生化学的・分子生物学的解析を実施した。本年度は、海馬と大脳皮質(前頭葉皮質)を中心とした解析に続き、情動に重要な中脳について解析した。当初、新規ストレスマーカー候補蛋白質のうち抗体が存在しないものについて計画していたMALDI image解析は、リール大学との共同研究を開始する段階に留まった。上述のごとく、当初の計画より若干ターゲットを絞ったことにより、新知見を得ることが出来た。成果の一部については、近々、投稿する予定である。本研究の目的である「コーヒー豆の香りが脳のストレス応答に及ぼす効果を詳細に解析し、ストレス抑制メカニズムを明らかにすると共に、ヒト血中ストレスマーカー候補群の変化に対する香りの効果を明らかにすること」のうち、平成24年度の実施計画についてはほぼ達成したと考える。ただし、最近の学術的背景に基づき、本年度は海馬と大脳皮質(前頭葉皮質)を中心に解析した。また、ストレスマーカー候補群としてperoxiredoxinおよび神経成長因子受容体(NGFR)の機能を解析する予定であったが、本年度はNGFRとその関連因子の解析に注力することとした。ストレスマーカー蛋白質の探索のためには、2次元電気泳動と質量分析を計画していたが、予算の都合により、ストレスマーカー候補蛋白質のウェスタンブロット解析を行った。
包接化合物による物質の分解及び光学分割方法の開発

1)ホスト化合物の設計と開発。天然の不斉源である酒石酸からいくつかの光学活性ホスト化合物を誘導した。その1つは、酒石酸のカルボキシル基をアミド基に変換した化合物である。他の1郡の化合物は、カルボキシル基をエステル化した後、フェニルマグネシウムクロリドとグリニヤ-ル反応させてジフェニルカルビノ-ル基に変換したホスト化合物である。いずれも優れた且つ特徴のある不斉選択的包接能を示した。この不斉選択的包接化を利用して、新しいホストの光学分割を行うことができた。例えば、ラセミ体の2、2 ́-ジヒドロキシル-1、1 ́-ジナフチルや10、10 ́-ジヒドロキシル-9、9 ́-ジフェナントリルは光学活性酒石酸ホストで容易に分解することができた。2)光学分割と不斉凍結。酒石酸から誘導したホストを用いて次の化合物群の効率良い分割を行った。二環性エノン誘導体、環状ケトン類、パントラクトン、アミン等がこの方法で分割できた。それらの詳細は数多くの論文に報告してある。光学活性2、2 ́-ジヒドロキシル-1、1 ́-ジナフチルを用いると、アミン-N-オキシド、スルホキシド、セレノキシド、ヒ素オキシド、ホスヒンオキシド、ホスホネ-等の光学分割が能率良く達成できた。3)物質の分離。沸点が同じか接近しているため、蒸留では分離不可能な物質の分離には包接法が威力を発揮する。これは、包接化による分子認識は分子の形の違いを識別しているからである。このアイディアに基づく物質の分離の研究も数多く行った。特に、ナフタレン誘導体の異性体分離について詳細な研究を行った。3)物質の分離。新たに分子設計し、合成したホスト化合物及びこれまでに合成してあったホスト化合物を用いる包接現象を利用して、物質の分離法及び光学分割法の開発を行い、いくつかの研究成果が得られた。先づ、9、9′ービアルトリルが分子認識能に優れたホストであることが判明し、このホストとの包接現象を利用して2、6ー及び2、7ージイソプロピルナフタレンの分離が極めて能率良く遂行できることがわかった。この場合、2、6ージイソプロピル体が優先的に包接されて安定な結晶性の包接化合物を形成するので、純粋なこの異性体を混合物から容易に分離できる。この異性体は耐熱性ポリマー製造の重要な原料であるので、工業的意義が大きい。又、このホスト化合物との包接化を利用して、Oー及びPージクロロベンゼンを能率良く分離できることも判明した。一方、安い天然の不斉源である酒石酸から誘導できるアルコール系ホスト化合物を設計、合成し、これらのホスト化合物との包接化を利用するゲスト化合物の光学分割の研究を行った。そして、パントテン酸の合成原料であるパントラクトンが能率良く分割できることがわかった。その他、いくつかのラクトン類、ステロイドの合成原料である二還性エノン類、ジオール類、アミノアルコール類なども分割できることが判明した。又、酒石酸から誘導したこれらのホスト化合物はビスナフトールやビスフェナントロールのような軸不斉化合物の光学分割にも有用であることがわかった。これらの軸不斉ホスト化合物は多種多様なゲスト化合物を包接し、それらの光学分割を行うことができるので、上記の研究成果はたいへん有意義である。ホスト化合物が、混合物から1つの成分を選択的に包接する現象を利用して物質の分離と光学分割を行うのが本研究の目的である。

2年間の研究によって数多くの成果が得られたが、以下にそれらの成果を総括的に報告する。先づ、精力的且つ広範な探索研究によって、分子認識に関する数多くの学問的成果と分離・分割に関する実用上の成果が得られた。その詳細は、研究成果の項で述べるが、その概要は次の通りである。新しいホスト化合物の設計・開発を行い、いくつかの優れたホスト化合物を得ることが出来た。中でも酒石酸から誘導した数種類のホスト化合物が優れた性能を示した。これらのホスト化合物は天然の安い不斉源を利用したものであり、工業的規模での使用も可能である。また、軸不斉を有するジフェニル、ジナフチル及びジフェナントリル骨格を含む光学活性ホスト化合物も不斉ホストとして優れていることが判明した。これらはまた、溶液中でも不斉認識能を持ち、光学活性体の光学純度や絶対配置の決定に有効であることも見出した。これらのホストの他、ビフェナントリルそのものが炭化水素系ホストとして優れた包接能を発揮することが分かった。このホストを利用して、数多くの化合物の異性体分離に成功した。特に、ナフタレン誘導体の異性体分離に威力を発揮した。この結果は、工業的にも極めて価値が高いものである。上記の設計で得られた光学活性ホストによる光学分割は利用価値が高い。例えば、2ーメチルピペラジンや2,2′ージヒドロキシルー1,1′ービナフチルの大量光学分割を容易に行うことが可能になり、各方面から注目されるようになっている。また、2ーベンズアミドシクロヘキサンカルボン酸をホストとして使用すると2ーメチルベンジルアミンが効果的に分割できることも発見した。
バイオマス資源の高度利用-高付加価値化さわた植物タンパク質を利用した環境浄化-

《大豆タンパク質由来植物成長活性化》・大豆粕を高速(48時間以内〉に低分子化する微生物を分離した。・分解産物には、化学合成肥料と同程度の植物成長活性化効果を有していた。・200リットルジャーファーメンターを用いて、効率のよい物質生産方法の確立を行った。《植物成長活性化因子の解析》大豆粕分解産物中の植物成長活性化因子の解析を試みた。大豆タンパク質自身の生理活性を調べるため、水溶性の画分と塩酸で完全に加水分解したものの植物生理活性を測定したが、これらの画分には活性は認められなかった。次に、各種プロテアーゼを用いて大豆タンパク質を加水分解させ、その分解産物の生理活性効果を調べたところ、同様に活性は認められなかった。これらの結果から、植物成長活性化因子は、本研究で得られたB.circulans HA12、B.stearothermophilus HA19およびStreptomyces sp.MF20株を用いた場合、特異的に現れる物質であることが明らかになった。また、HA12株を用いた場合の植物成長活性化因子を逆相クロマトグラフィーでシングルバンドになるまで精製し、物質の特定を行った。《核酸を用いた土壌微生物量の定量》本研究で見出された植物成長活性化物質は、土壌微生物も活性化する。そこで、土壌中の微生物量と核酸量との関係を指標に、土壌微生物の評価方法の確立を試みた。その結果、効率的な核酸抽出方法を確立し、土壌由来核酸量と従来の希釈平板法との間に相関が認められ、土壌中の核酸量から微生物量を定量する方法を確立した。《植物成長活性化因子の特定》植物タンパク質分解物(DSP)の植物成長に寄与する画分を明らかにするため,まず植物を用いたアッセイ系を確立した.この方法により,7日間という短期間で植物成長活性化効果を見ることが可能となった.その後,大量培養したDSPを用い,透析等による分画を行い,この植物アッセイ法を用い解析した.その結果,分子量1,000以下,親水性のアミノ酸由来物質が植物成長を活性化していた.また,本物質は根に特異的に作用し,根毛を刺激していることが明らかになった.《物質生産》ジャーファーメンター(50リットル)を用いて,DSPの大量生産のための諸条件を確立した.その結果,消泡,撹拌速度,培養温度コントロールを適切に制御することによりフラスコ培養と同じ再現性が得られ,最終的に25mg/mlを越えるペプチド・アミノ酸濃度に達した.最終的に1トンのジャーファーメンターまでスケールアップ出来ており,大量生産が可能となった.《フィールド実験》大量生産により得られたDSPをフィールドで植物成長試験を行った.小豆を対象とした収穫の比較において,慣行区と比べ約70%の増収があり,実験室の再現が得られた.《課題および今後の予定》成長活性化因子の格定については,分子量分布まで把握できたため,アミノ酸解析の手法を用いて構造を特定する.物質生産においては,保存安定性や粉末化に課題があり,今後の検討項目とする.フィールド実験は,土壌微生物量の把握が課題であり,植物成長と微生物量の解析を中心に研究を行う.《植物成長活性化因子の特定》前年の研究を受けて,植物成長活性化因子の特定を試みた.高速液体クロマトグラフィー(HPLC)ゲル濾過において,植物タンパク質分解物(DSP)のクロマトパターンを明らかにし,活性画分を決定した.同様に,陰イオン交換クロマトグラフィーを行い,非吸着画分に活性画分が存在することも明らかにした.最終的に,両クロマトグラフィーを併用することにより,植物成長活性化因子をシングルピークにするまで精製した.本成分は,ペプチド性であり,10前後のアミノ酸から構成されているものと考えられた.《放線菌による植物タンパク質分解》同様に,自然界から大豆タンパク質を効率よく分解する放線菌を分離した.

本放線菌は,先のBacillus circulans HA12よりは分解速度は遅いものの,DSP同様に植物成長活性化効果を有していた.本放線菌を同定したところ,Streptomyces sp.と同定された.本菌株は5%大豆粕を効率よく低分子化し,DSPとは異なるゲル濾過クロマトパターンを示した.《フィールド実験》大量生産により得られたDSPを昨年度と同様にフィールドで植物成長試験を行った.試験植物の種類を増やした結果,ジャガイモ,トマト,キュウリ,高菜,西瓜,ホウレンソウに顕著に成長効果が確認された.これらの結果,DSPは植物種に非特異的に作用することが明らかになった.《課題および今後の予定》成長活性化因子の特定については,N-末端アミノ酸解析を行い,アミノ酸の同定を行う.また同時に分子量を決定し,その構造を明らかにすることを最終の課題とする.構造が明らかになれば,ペプチド合成を行い,結果の裏付けをとると共に,植物成長活性化メカニズムの解明を目指す.《植物成長活性化因子の解析》前年度の研究結果をうけて、植物成長活性化因子の解析を試みた。まず、大豆タンパク質自身の生理活性を調べるために、塩酸で完全に加水分解したものの活性を測定した。その結果、この画分には活性は認められなかった。次に、各種プロテアーゼを用いて大豆タンパク質を加水分解させ、その分解産物の生理活性効果を調べたところ、同様に活性は認められなかった。これらの結果から、植物成長活性化因子は、本研究で得られたBacillus circulans HA12およびStreptomyces sp.MF20株を用いた場合、特異的に現れる物質であることが明らかになった。また、HA12株を用いた場合の植物成長活性化因子を逆相クロマトグラフィーでシングルバンドになるまで精製し、物質の特定を行った。《核酸を用いた土壌微生物量の定量》本研究で見出された植物成長活性化物質は、土壌微生物も活性化する。そこで、土壌中の微生物量と核酸量との関係を指標に、土壌微生物の評価方法の確立を試みた。その結果、効率的な核酸抽出方法を確立し、土壌由来核酸量と従来の希釈平板法との間に相関が認められ、土壌中の核酸量から微生物量を定量する方法を確立した。《大型醗酵槽による物質生産》200リットル醗酵槽を用い、HA12株およびMF20株由来植物成長活性化因子の大量生産系を確立し、大量生産プロセスを用いた工学的条件検討を終了した(再現性ある効率のよい物質生産が可能となった。)。また、長期保存安定性試験を実施し、2年間の保存安定性を確認した。