hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
基質特異性の改変によるDDT初期分解経路の構築

本年度はEtbAa2-Ab2の立体構造解析を分解能3.2Åで行い、反応が行われるEtbAa2と類似性の高い酵素との比較を行った。EtbAa2はRhodococcus jostii RHA1由来のbiphenyl diogenase BphA1と最も構造の類似性が高く、RMSDは1.4Åであった。また、類似性の高い他のBiphenyl dioxygenase BphALB400、BPDOB356、BPDO-OB1とも比較した結果、EtbAa2は活性部位周辺のアミノ酸のいくつかが(A215、G295、S296、S299)、形の小さなアミノ酸になっていることが明らかになった。これらのアミノ酸の違いは、EtbAa2-Ab2が大きな化合物を基質にできることを示唆した。残留性有機汚染物質POPs(Persistent Organic Pollutants)は毒性が強く、生物蓄積性もあることから人の健康や環境に悪影響を及ぼすことが懸念されており、協調した国際的な廃絶、削減が求められている。その中で意図的に製造された有機塩素系農薬は製造・販売が禁止された後、埋設による処分が実施され、容器の腐食等による周辺地域や海への拡散が危惧されている。意図的に製造された化合物の中で2番目に埋設量の多いDDT(dichloro diphenyl trichloroethane)は分解菌の報告例はあるものの、分解経路については未知のままであり、実用レベルで利用するための酵素の改良ができない状況にある。近年、HCH分解酵素群の1つである脱塩化水素酵素LinAがDDTの分解にも応用でき、さらにPCB分解酵素群(EtbAa2-Ab2、BphB、EtbC)と組み合わせることでDDTの環を開裂できる可能性が示された。本研究ではその中で最上流の分解にかかわるLinAとEtbAa2-Ab2の酵素を対象としてDDTの初期分解経路の構築を目的としている。本年度は以下の2点の研究を進めた。1脱塩化水素酵素LinAはポケットの入り口付近のアミノ酸を変異させ、マルチプレートリーダーを用いた活性測定によるスクリーニング法を確立した。2酸素添加酵素EtbAa2-Ab2は大腸菌を用いた発現系を構築し、アフィニティとゲルろ過クロマトグラフィーを用いて高純度で均一性の高い蛋白質まで精製した。精製したタンパク質は市販のスクリーニングキットを用いることで結晶を得ることに成功した。得られた結晶は最適化を行い、R-AXISで9Å分解能を与えた。A)脱塩化水素酵素LinAの基質特異性の改変ポケットの入り口付近のアミノ酸を変異させ、マルチプレートリーダーを用いた活性測定によるスクリーニング法を確立した。進化工学による改変では平均2アミノ酸程度に変異が入るようにPCRで導入率を調節して無数の改変タンパク質の遺伝子を作成するところまでは至っていないものの、スクリーニング法を確立したことから十分に進捗が期待できるものと考えている。B)酸素添加酵素EtbAa2-Ab2の精製・結晶化大腸菌を用いた発現系を構築し、高純度で均一性の高い蛋白質まで精製した。更に精製した蛋白質を用いてスクリーニングを行い、9Åの分解能を与える結晶を取得することに成功し、当初の予定より進捗している。本研究ではその中でDDT分解にかかわるLinAとそれによってできるDDEに酸素を添加する酵素EtbAa2-Ab2を対象としてDDTの初期分解経路の構築を目的としている。本年度は主にDDEに酸素を添加する酵素EtbAa2-Ab2の立体構造解析を行った。前年度に得られたEtbAa2-Ab2の結晶はin-houseのX線回折装置で9Å分解能を与えたものの、再現性が良くなかったため、蛋白質や沈殿剤濃度を検討し、結晶が得られる条件を確定した。得られた結晶は放射光施設Photon Factoryで分解能3.2Åのデータを取得した。分子置換法により、EtbAa2-Ab2の立体構造を決定した結果、非対称単位中にはAa2が3つ、Ab2が3つからなる6量体が2分子含まれていた。A)脱塩化水素酵素LinAの基質特異性の改変マルチプレートリーダーを用いた活性測定によるスクリーニング法を確立したが、DDTの分解活性を上昇させる改変LinAを取得するに至っていない。B)酸素添加酵素EtbAa2-Ab2の立体構造解析EtbAa2-Ab2の立体構造は平成29,30年度で決定する予定であったが、今年度決定することができ、当初の予定より進んでいる。以上2点から総合的に判断した。

本年度はEtbAa2-Ab2の立体構造解析を分解能3.2Åで行い、反応が行われるEtbAa2と類似性の高い酵素との比較を行った。EtbAa2はRhodococcus jostii RHA1由来のbiphenyl diogenase BphA1と最も構造の類似性が高く、RMSDは1.4Åであった。また、類似性の高い他のBiphenyl dioxygenase BphALB400、BPDOB356、BPDO-OB1とも比較した結果、EtbAa2は活性部位周辺のアミノ酸のいくつかが(A215、G295、S296、S299)、形の小さなアミノ酸になっていることが明らかになった。これらのアミノ酸の違いは、EtbAa2-Ab2が大きな化合物を基質にできることを示唆した。A)改変LinAの立体構造解析平均2アミノ酸程度に変異が入るようにPCRで変異導入率を調節して無数の改変タンパク質の遺伝子を作成する。マルチプレートリーダーを用いた活性測定により、DDTを分解できるLinAをスクリーニングする。改変体は結晶化を行い、得られた結晶から構造を決定し、wild-typeの構造(既に決定済み)と比較する。B)酸素添加酵素EtbAa2-Ab2の立体構造解析結晶を更に最適化し、放射光施設Photon Factoryでデータ取得を行う。取得したデータは研究室のパソコンで処理し、立体構造を決定する。A)脱塩化水素酵素LinAの基質特異性の改変引き続きDDT分解活性を上昇させる改変タンパク質を取得する。現在は平均2アミノ酸程度変異が入るようにPCRで変異導入率を調節しているが、今後は変異導入率を上げてPCRを行い、より改変されたタンパク質を取得していく。B)酸素添加酵素EtbAa2-Ab2の立体構造に基づく重要アミノ酸の特定本研究計画で設定したEtbAa2-Ab2の立体構造は既に決定したので、この構造を基に反応機構を推定し、変異体解析から重要アミノ酸を特定する。本年度予定していた進化工学用の遺伝子操作キット、結晶化スクリーニングキット、蛋白質精製用の樹脂の使用量が予想より少なく、次年度に必要とすることになったため。(理由)本年度予定していた結晶化スクリーニングキット、蛋白質精製用の樹脂の使用量が当初の予想より少なくて済んだため。(使用計画)改変したLinAの作製用に進化工学の遺伝子操作キットを購入する。また、酸素添加酵素EtbAa2-Ab2の変異体作製に向けた遺伝子工学用試薬と活性測定用の基質、溶媒を購入する。進化工学用の遺伝子操作キットを購入してLinAの基質改変に、結晶化スクリーニングキットを購入して改変体LinA及びEtbAa2-Ab2の結晶化を行う。また、放射光施設PF(Photon Factory)への旅費や謝金への使用を計画している。
顎関節症の発症機序に関与する関節およびその周囲組織の病態と生理に関する実験的研究

顎関節症の発症機序に関しては、従来より実験的に咬合異常が引き起こされた際の顎関節および咀嚼筋における病理組織学的研究が数多くみとめられる.一方,顎関節は咬合咀嚼時に加わる強力な圧を歯根膜とともに負担している.しかし,これらの圧の顎関節における力学的応答については不明な点が多く,さらに,顎関節の発症機序をバイオメカニクスの観点から検索した報告は少ない.そこで本研究では,正常および咬合異常時の噛みしめ時における顎関節の力学的応答を有限要素法により数値解析し,咬合異常時には非生理的な負荷が顎関節に加わり,解剖学的および力学的に対応が困難な部位でも緩圧機能を負担せざるを得なくなり,その結果関節円板や骨に器質的変化が生じるのではないかと考えられた.ついで,下顎運動および下顎位の変化に伴うヒト顎関節下顎窩の力学的応答ならびに硬さおよび粘性の異なる各種食品咬合時のヒト顎関節下顎窩の力学的応答をそれぞれ新鮮ヒト遺体を用いて内頭蓋底からストレインゲージ法で検出し,力学的解析を行い,下顎運動および咀嚼運動時には関節円板のみならず顎関節を構成している骨にも同部に加わる力を干渉する働きのあることが判明した.また,下顎運動および下顎位の変化が顎関節腔内圧に及ぼす影響を検索し,関節腔内圧の変動の有無と緩衝機構としての顎関節の意義について検索した結果,顎運動に伴って,顎関節がポンプ機能を有していることが明らかとなり,滑液を介しての血管系と顎関節構成体との物質交換に重要な役割を演じていることが明らかとなった.さらに,サルの臼歯欠損に伴う咬合咀嚼圧の加重負担が顎関節に及ぼす影響を電顕的に検索し,咬合咀嚼圧の加重負担は顎関節滑膜に障害の惹起させることが判明した.顎関節症の発症機序に関しては、従来より実験的に咬合異常が引き起こされた際の顎関節および咀嚼筋における病理組織学的研究が数多くみとめられる.一方,顎関節は咬合咀嚼時に加わる強力な圧を歯根膜とともに負担している.しかし,これらの圧の顎関節における力学的応答については不明な点が多く,さらに,顎関節の発症機序をバイオメカニクスの観点から検索した報告は少ない.そこで本研究では,正常および咬合異常時の噛みしめ時における顎関節の力学的応答を有限要素法により数値解析し,咬合異常時には非生理的な負荷が顎関節に加わり,解剖学的および力学的に対応が困難な部位でも緩圧機能を負担せざるを得なくなり,その結果関節円板や骨に器質的変化が生じるのではないかと考えられた.ついで,下顎運動および下顎位の変化に伴うヒト顎関節下顎窩の力学的応答ならびに硬さおよび粘性の異なる各種食品咬合時のヒト顎関節下顎窩の力学的応答をそれぞれ新鮮ヒト遺体を用いて内頭蓋底からストレインゲージ法で検出し,力学的解析を行い,下顎運動および咀嚼運動時には関節円板のみならず顎関節を構成している骨にも同部に加わる力を干渉する働きのあることが判明した.また,下顎運動および下顎位の変化が顎関節腔内圧に及ぼす影響を検索し,関節腔内圧の変動の有無と緩衝機構としての顎関節の意義について検索した結果,顎運動に伴って,顎関節がポンプ機能を有していることが明らかとなり,滑液を介しての血管系と顎関節構成体との物質交換に重要な役割を演じていることが明らかとなった.さらに,サルの臼歯欠損に伴う咬合咀嚼圧の加重負担が顎関節に及ぼす影響を電顕的に検索し,咬合咀嚼圧の加重負担は顎関節滑膜に障害の惹起させることが判明した.顎関節症の発症機序に関しては、従来より実験的に咬合異常が引き起こされた際の顎関節および咀嚼筋における病理組織学的研究が数多く認められる。一方、顎関節は、咬合咀嚼時に加わる強力な圧を歯根膜と共に負担している。しかし、これらの圧の顎関節における力学的応答については不明な点が多く、さらに顎関節の発症機序をバイオメカニクスの観点から検討した報告は少ない。そこで本研究では、1)正常および咬合異常時の噛みしめ時における顎関節の力学的応答を有限要素法により数値解析した。解析には、NEC社製パーソナルコンピュータPC-9801を用い、プログラムはくいんと社製2次元平面応力プログラムSTRS2Dを使用した。その結果、正常噛みしめ時には関節円板後方肥厚部相当部および関節結節後方斜面に応力の集中がみられたのに対して、咬頭干渉が付与されれば、関節円板相当部のみならず下顎窩の広範囲に応力が集中し、特に臼歯部に咬頭干渉が付与された時よりも前歯部に咬頭干渉が付与された時の方が著しかった。2)下顎位および下顎運動の変化ならびに咀嚼運動の変化に伴うヒトおよびサル顎関節の力学的応答を側頭骨鱗部大脳面に貼付した三軸ストレインゲージの骨ひずみにより解析を行った。その結果、最大開口時に下顎窩の圧縮ひずみは最大になり、ついで側方運動時であった。また硬さの異なる食品を人為的に咬合させ、下顎窩のひずみを測定すると、臼歯部よりも前歯部で咬合させた時のほうが下顎窩の伸展ひずみは大きくなった。平成5年度の研究課題1.サルの臼歯欠損に伴う咬合咀嚼圧の加重負担が顎関節に及ぼす影響実験材料として歯牙年齢

M_2/M_2の雌カニクイザルを20頭使用した。無処置のものを対照群とし、両側上顎小臼歯および大臼歯を抜歯するとともに、両側下顎小臼歯および大臼歯の歯冠を歯頚部まで削合したものを実験群とした。対照群と、術後2、8、16および24週経過後の顎関節滑膜を摘出し、通法に従って電顕試料を作成した。術後2週では、滑膜表層細胞の脱落が観察された。術後8週では、滑膜表層細胞の脱落がみられたが、関節腔に面して2-3層の滑膜表層細胞が配列しているのが観察された。術後16週では、滑膜表層細胞の細胞間隙に未熟なコラーゲン線維が観察された。術後24週では細胞間空隙のコラーゲン線維は成熟するとともに増加していた。以上の結果から臼歯欠損に伴う咬合咀嚼圧の加重負担は、顎関節滑膜に影響を及ぼし、加重負担に対応して初期には滑膜の脱落の、また後期には滑膜の変性と線維化のそれぞれ生ずる事が明らかとなった。平成5年度の研究課題2.下顎位および下顎運動の変化ならびに咀嚼運動の変化が顎関節内圧に及ぼす影響顎関節疾患のない有歯顎成人男子(22歳-24歳)のボランティアを対象に、顎関節上関節腔内に20Gのテフロンカテーテルを留置後、圧トランスデューサ(P23XL:SPECTRAMED;USA)に接続し、下顎運動および下顎位の変化に伴う関節腔内圧(IAP)を測定した。検出されたIAP波形は増幅器(Bioview3000:NEC)を介して記録計(OMUNICORDER 8M34:Sanei)で連続記録した。下顎安静位におけるIAPを基準とした時、咬頭嵌合位で陽圧となり、同下顎位から前方突出運動を行わせるとIAPは低下し、前突位で陰圧となった。さらに、同下顎位から舞考運動を行わせるとIAPはさらに低下し、最大開口位でもっとも低値となった。また、最も陽圧となったのは、再後退位であった。以上の結果から、下顎運動により、顎関節構成体はポンプ作用をおこなっていることが判明した。
医薬品の結晶転移を利用した放出制御製剤の開発

クラリスロマイシン(CAM)は常温において2種の結晶多形が存在するが準安定形結晶(FormI)は水との接触により瞬時に安定形結晶(FormII)および水和物(FormIV)に転移する。この性質を利用し、CAM高含有の0次放出徐放性製剤並びに胃内浮遊性製剤の開発に成功した。また、FormIIはFormIを水分散・ろ過・乾燥あるいは高温熱処理(150°C)することにより得られる。この処理は原薬コストの増加につながるため、FormIを原薬として使用し、製剤工程においてFormIIに結晶転移する製造方法を確立した。。[FormI製剤が外部溶液と接すると錠剤表面よりFormIIあるいはFormIVの微細な針状結晶が析出し、それが錠剤表面を覆うことにより、外部からの水の浸透が抑制され溶出が制御される」という仮説を設定してクラリスロマイシン(CAM)高含有の徐放性製剤の設計と評価を実施した。まず、FormIあるはFormII200mgに対し、ヒドロキシプロピィルメチルセルロース(HPMC)を20から100mg添加し、滑沢剤であるステアリン酸Mgを加え直接打錠し、その溶出試験を実施した。その結果、FormII製剤ではHPMCの含量低下に伴い薬物放出速度は増加しましたがFormI製剤ではHPMCの含量を低下させても,薬物放出速度は変化せず、FormIを用いることでCAM高含有の徐放性製剤が設計可能であることが示唆された。しかし、FormIだけでは薬物溶出は不十分であった。そこで、FormIとFormIIの配合比を変化させHPMC40mg、ステアリン酸Mg2gを含有する1錠重量242mgの錠剤を作製し、溶出試験を実施した。その結果、主薬中のForm Iの割合の低下に伴い,薬物放出速度は増加した。得られた放出パターンを0次に回帰させたところ、FormIの比率が1070%の間に亘り相関係数が0.97以上の値となり、FormIの割合を変化させることにより薬物放出速度を容易に調節可能な0次放出型徐放性製剤が得られた。次にForm IーFormII配合製剤をそれぞれ40度/75%RH及び24度/40%RH条件下で3か月保存し,保存後の錠剤に対して溶出試験を行ったその結果, 40度/75%RH保存後の各錠剤は,結晶転移により、保存前と比較してCAM放出が加速したが、24度/40%RH保存後の各錠剤では, CAM放出挙動における顕著な差異は認められなかった.疎水性の異なる3種類の脂質のいずれかを結合剤として用い,撹拌溶融造粒法により、CAM 75 %含有造粒物を調製した.また、粒子径画分の異なるEudragit RS POを結合剤として用い湿式撹拌造粒法により, CAM 80%含有造粒物を調製した.それぞれの造粒物について粉体物性と浮遊性,薬物放出特性の評価,さらに放射光X線CTを用いた造粒物内部構造の観察を行った.撹拌溶融造粒法により調製した造粒物は, in vivo評価としてスナネズミを用いて胃内滞留性およびH. pylori除菌効率の測定を行った.さらに,各造粒操作,結合剤との共保存およびエタノール気体中処理が, CAMの結晶形に及ぼす影響について、検討した.撹拌溶融造粒法により調製した造粒物は,24時間以上の浮遊性および徐放性を示した.造粒物の内部構造の観察により造粒物中に空隙が存在することが明らかとなり,溶液中でも空隙に空気を保持することで造粒物の粒子密度を低下させ,浮遊性に寄与することが示唆された.In vivo胃内滞留性試験より,浮遊性造粒物はCAM分散液よりも有意に長時間胃内に滞留し,その結果, H. pyloriの除菌効率を増強させることが示唆された.湿式撹拌造粒法により調製した造粒物においては, CAMの粒子径の10倍以上の結合剤粒子を用いることで造粒物内部に空洞が形成され,結合剤の粒子径が増大するほど空洞および造粒物の粒子径も増大し,長時間の浮遊性および徐放性を示すことが明らかとなった.一昨年度のFormIを溶液中でFormIIに転移する製造法では室温で長期間の安定性を保持する製剤を得ることは出来なかった.そこで、昨年度は撹拌溶融造粒法により、脂溶性の異なる3種の脂質を熱溶融性結合剤として選択造粒した結果、製剤内に空気を取り込んだ性状を持つ製剤が得られ、In vivo胃内滞留性試験より,浮遊性造粒物はCAM分散液よりも有意に長時間胃内に滞留し,その結果,スナねずみを用いた、びH. pylori除菌効率は分散液と比較し、有意に上昇した。CAMの結晶多形に着目した検討では,撹拌溶融造粒を行うことで,通常の加熱よりも低温度かつ非常に短時間でCAMを準安定形結晶から安定形結晶へ転移した.また、エタノール気体中でCAMを処理することにより,再結晶せずとも、結晶転移が起きることが、明らかになった.薬物高含有胃内滞留製剤の調製およびクラリスロマイシン(CAM)製剤の製造コスト削減、高付加価値化を目指し、本年度は種々の界面活性剤や高分子の添加により準安定形(FormI)から安定形(FormII)への結晶転移が加速される湿式造粒法の製造条件を探索した。

その結果、Polysorbate 80, Polysorbate 40では溶媒をエタノール、水のいずれにした場合も湿式造粒中にFormIからForm IIの転移を促進した。Polyethylene glycol 400では溶媒としてエタノールを使用した場合のみ、FormIからFormIIへ結晶転移が起きた。また、Polyethylene glycol 400はエタノール溶媒中におけるFormIIからFormIへの結晶転移を阻害した。以上、ポリオキシエチレン鎖(-CH2CH2O-)を有する添加剤とともに湿式練合することで、CAMの初期結晶および練合溶媒に依存することなく常にFormII製剤を得ることが出来た。FormII結晶はFormIを150°Cで加熱するか水分散・ろ過・乾燥することによって得られ、エタノールによる再結晶から得られるFormIに比べ高コストとなる。本研究により製剤の製造過程において、FormIからFormIIへの結晶転移が可能となり、薬物高含有胃内滞留製剤等の高付加価値化製剤のみならず、エタノールを溶媒として用いる徐放性製剤や腸溶性製剤の開発も可能になると考える。クラリスロマイシン(CAM)は常温において2種の結晶多形が存在するが準安定形結晶(FormI)は水との接触により瞬時に安定形結晶(FormII)および水和物(FormIV)に転移する。この性質を利用し、CAM高含有の0次放出徐放性製剤並びに胃内浮遊性製剤の開発に成功した。また、FormIIはFormIを水分散・ろ過・乾燥あるいは高温熱処理(150°C)することにより得られる。この処理は原薬コストの増加につながるため、FormIを原薬として使用し、製剤工程においてFormIIに結晶転移する製造方法を確立した。。Form Iを用いることで, CAM高含有の徐放性製剤が調製可能であることが示唆された。主薬にForm I及びFormIIの混合物を用い,その混合割合を変化させることで,薬物放出速度を容易に調節可能な0次放出型徐放性製剤が得られた。このForm I含有錠剤は24度RHにおいて, 3ヶ月間安定に存在することが明らかとなった。しかし40度/75%RH保存では、FormIが経時的にFormIIに変化し、溶出速度も増加した。以上より, CAMの結晶転移を応用した新規徐放性製剤の開発が可能性が示されたが、このままでは室温での長期安定性の維持は難しく、冷所保存となるため、更なる改善が必要であると考える。撹拌溶融造粒法における、エタノール気体中でのCAMの結晶転移により、製造過程において、準安定形から安定形への転移が簡単に推移する可能性が示唆された。これらの結果は,薬物高含有胃内滞留製剤の調製およびCAM製剤の製造コスト削減と高付加価値化を可能とする重要な新知見であると考えらるため、本年度は種々の界面活性剤や高分子の添加により、さらにこの結晶転移が加速される製造条件を探索する。製剤設計、DDS胃内浮遊性製剤の設計を昨年度より開始した。昨年度のFormI-FormII配合製剤の結果より、FormIを溶液中でFormIIに転移する製造法では室温で長期間の安定性を保持することは困難であることがわかった。そこで本年度は撹拌溶融造粒法より、造粒中の加熱と撹拌力により、造粒過程でFormIからFormIIへの結晶転移を起こすことを企図した製剤設計を実施する。熱溶融性結合剤としては、脂溶性の異なる3種の脂質を選択し、その物性が製剤浮遊性に及ぼす影響を比較する。本法で製造した製剤は製造中に空気を取り込んだ状態でFormII製剤となり、脂質添加による疎水性が増加するため、長期安定性を保持したCAM高含有胃内浮遊性製剤となる可能性がある。
場の理論の数学

2次元共形場理論の出発点は,複素解析的にouカーstateとin stateを記述することにある。4次元共形場理論においても複素解析的手法を適用し,粒子場と反粒子場とが,各々複素平面のはりあわせとして関係していることを示し,共形場理論への出発点を与えることができた。S^4上のディラック作用素と赤道S^3上のハミルトニアンを複素ベクトル場を成分とする行列で具体的に表示することにより,S^4上の調和スピノ-ルの特徴づけを与え,またS^3上のハミルトニアンの固有値および完全固有スピノ-ル系を求めた。一方S^3へのSU(2,D)の左及び右からの作用より得られる最高ウエイメト表現に附随した球函数を2次元複素座標により表示した。これは初等的な結果であるが新しい。この球函数の族が上記固有スピノ-ルを系統的に与えることがわかる。この固有函数系に自然に附随してS^3上の無限次元グラスマン多様体が構成される。このグラスマン多様体の各元はS^4の北半球,南半球のスピノ-ルに境界系件を与えていると考えられる(witten's idea)が,このtransmission問題を考え解訳した。とくにディラック作堂素の指数定理の直接計算による証明が得られた。さらに進んでフェルミオン・フォック空間を導入した。ヴィラソロ代数の4次元の類似を探することが今後の問題となる。(以上郡)量子群の研究に関しいは,A_< nー1>型のヘッケ代数により量子群Vg(gl(n+1))の表現の指標を訳定する研究が行なわれた(上野)この他,函数解析の基本的定理に関して,Whitteyーschwartzによるdistribntionの特徴づけの定理の精密化が得られた(垣田)2次元共形場理論の出発点は,複素解析的にouカーstateとin stateを記述することにある。(以上郡)量子群の研究に関しいは,A_< nー1>型のヘッケ代数により量子群Vg(gl(n+1))の表現の指標を訳定する研究が行なわれた(上野)この他,函数解析の基本的定理に関して,Whitteyーschwartzによるdistribntionの特徴づけの定理の精密化が得られた(垣田)
人工知能利用に伴うプライバシリスクの評価手法の開発

個人に関する秘匿性の高いデータの取得及び利用においてデータのプライバシ保護は不可欠である.一方,このようなデータは個別化したデータサービスや医療などのための人工知能技術に頻繁に利用されており,プライバシの問題でデータの利用を妨げないことが望ましい.そのためにプライバシリスクを評価し,高リスクなデータ利用の際にはアクセス制限を行う等の工夫が必要である.これまで機械学習モデルや統計データ,学習モデルを用いた予測回答の開示の際に元のデータを推定されるリスクが指摘されてきた.本研究では様々なデータ利用手法についてこれらのリスクを評価する手法を開発し,データ開示の際のプライバシリスクを明らかにすることを目的とする.2年度の平成30年度は,匿名化データ,統計データや機械学習モデルにおけるプライバシに関する研究開発を実施した.具体的には購買履歴などの系列データを分割し匿名化した場合に,匿名化した分割データを再収集した場合のプライバシリスクについて検討を行い,系列についての事前知識がある場合の再特定リスクを評価した.また,系列データを一般化を用いて匿名化した場合のプライバシリスクとデータ有用性のトレードオフの検証を行い様々なプライバシおよび有用性指標を検討した.さらに互いに相関が高い特徴量の組を含むデータを加工した場合のプライバシを検証した.特にそのような特徴量を含むデータを用いて分類機を学習した場合のプライバシリスクについて検討を行った.今年度はプライバシリスク評価のための攻撃モデルおよびリスク評価について,データ加工方法や特徴量同士の相関をさらに考慮し研究を推進したが,当初の計画にあった実データによる検証が数例にとどまっており,より多様なデータで引き続き検証実験を行う計画である.今後も研究計画に沿って,引き続き多様なデータ加工下や外部知識の存在下におけるプライバシリスク評価方法の開発および実データによる評価実験を行い,成果の対外発表を目指す.プライバシの評価に用いることのできる適切な公開データが想定よりも少なく進捗にやや遅れが生じたが,理論やシミュレーションデータの利用も新たに想定し評価実験を行う計画である.個人に関する秘匿性の高いデータの取得及び利用においてデータのプライバシ保護は不可欠である.一方,このようなデータは個別化したデータサービスや医療などのための人工知能技術に頻繁に利用されており,プライバシの問題でデータの利用を妨げないことが望ましい.そのためにプライバシリスクを評価し,高リスクなデータ利用の際にはアクセス制限を行う等の工夫が必要である.これまで機械学習モデルや統計データの開示の際に元のデータを推定されるリスクが指摘されてきた.本研究では様々なデータ加工技術についてこれらのリスクを評価する手法を開発し,データ開示の際のプライバシリスクを明らかにし,プライバシリスクのコントロールに寄与する.初年度の平成29年度は,次元削減,匿名化およびデータベース問い合わせにおけるプライバシに関する研究開発を実施した.データ加工方式として高次元データの次元削減などと匿名化を組み合わせた場合のプライバシリスクとデータの有用性のトレードオフを検証した.また,データベース問い合わせにおけるプライバシリスクについて,データベースの回答のみを得られる攻撃者を想定した場合にデータベースを保護できるかの検証を機械学習モデルがデータベースの場合に行った.また,データベースの回答にランダム性をもたせた場合の攻撃者のクエリ回数とプライバシ,有用性の関係について,同様にデータベースが機械学習モデルの場合に検証を行った.また,プロファイリングについてプライバシ侵害となるケースを法制度と照らし合わせ検証した.今年度はプライバシリスク評価のための攻撃モデルの提案およびリスク評価が目標であった.双方において研究進捗があるが,当初の計画にあった実データによる検証が数例にとどまっているため,より多様なデータで引き続き検証実験を行う計画である.個人に関する秘匿性の高いデータの取得及び利用においてデータのプライバシ保護は不可欠である.一方,このようなデータは個別化したデータサービスや医療などのための人工知能技術に頻繁に利用されており,プライバシの問題でデータの利用を妨げないことが望ましい.そのためにプライバシリスクを評価し,高リスクなデータ利用の際にはアクセス制限を行う等の工夫が必要である.これまで機械学習モデルや統計データ,学習モデルを用いた予測回答の開示の際に元のデータを推定されるリスクが指摘されてきた.本研究では様々なデータ利用手法についてこれらのリスクを評価する手法を開発し,データ開示の際のプライバシリスクを明らかにすることを目的とする.2年度の平成30年度は,匿名化データ,統計データや機械学習モデルにおけるプライバシに関する研究開発を実施した.具体的には購買履歴などの系列データを分割し匿名化した場合に,匿名化した分割データを再収集した場合のプライバシリスクについて検討を行い,系列についての事前知識がある場合の再特定リスクを評価した.また,系列データを一般化を用いて匿名化した場合のプライバシリスクとデータ有用性のトレードオフの検証を行い様々なプライバシおよび有用性指標を検討した.さらに互いに相関が高い特徴量の組を含むデータを加工した場合のプライバシを検証した.特にそのような特徴量を含むデータを用いて分類機を学習した場合のプライバシリスクについて検討を行った.今年度はプライバシリスク評価のための攻撃モデルおよびリスク評価について,データ加工方法や特徴量同士の相関をさらに考慮し研究を推進したが,当初の計画にあった実データによる検証が数例にとどまっており,より多様なデータで引き続き検証実験を行う計画である.今後も研究計画に沿って,引き続き多様なデータ加工下におけるプライバシリスク評価方法の開発および実データによる評価実験を行い,成果の対外発表を目指す.ただし,プライベートデータに対する攻撃はホットトピックであり毎年様々な研究成果が発表されるため,状況に合わせ慎重にプライバシリスク評価を行う.今後も研究計画に沿って,引き続き多様なデータ加工下や外部知識の存在下におけるプライバシリスク評価方法の開発および実データによる評価実験を行い,成果の対外発表を目指す.

プライバシの評価に用いることのできる適切な公開データが想定よりも少なく進捗にやや遅れが生じたが,理論やシミュレーションデータの利用も新たに想定し評価実験を行う計画である.やむを得ない理由により計画していた海外出張がかなわず,残額が発生した.未使用額は初年度の計画を後ろ倒しし旅費及び英文構成等の費用に当てる計画である.初年度に都合により余剰が出た海外出張費について,今年度余剰分の半分程度支出を行った.来年度残りの半分について振替て利用する計画である.
将来の計算機構としての可逆コンピューティングとその体系化

可逆コンピューティングは物理的可逆性と密接に関係した計算モデルであり、量子コンピューティングとともに微視的な物理的性質を演算に利用する将来の計算機構の開発の鍵となる。本研究では、可逆的な物理モデル、可逆論理素子と論理回路、可逆計算機システムなど、いくつかのレベルの可逆計算の諸モデルの特性を解明するとともに、それらの関係を明らかにし、理論全体を体系化した。特に、2状態可逆論理素子、可逆チューリング機械、可逆セルオートマトンなどの計算能力を研究し、いずれの場合も非常に単純なモデルでも万能性を有する(汎用計算システムを構成し得る)ことを示した。可逆コンピューティングは、ミクロなレベルの物理的可逆性を反映した計算パラダイムであり、将来、分子・原子レベルの物理現象を直接利用した計算機デバイスやシステムを開発する際の鍵となる。このような視点から、平成25年度は、可逆論理素子、およびそれから構成可能な可逆チューリング機械、可逆セルオートマトンなどの計算モデルを理論的に研究し、以下の成果を得た。これらの結果は可逆性制約を付加しても各計算モデルが依然として高い計算能力を有することを示している。なお、下記1の成果は雑誌論文として印刷中、2と3は雑誌論文または国際会議論文として投稿中である。1.可逆論理素子の万能性(任意の可逆順序機械を構成できる性質)の解明: 2状態つまり1ビットの記憶をもち入出力記号数が3以上の可逆論理素子がすべて万能になることは、以前に証明を与えたが、本年度は、4種の2状態2記号可逆論理素子の内、3種の素子が非万能となることの厳密な証明を与え、さらに3種類の2記号素子から任意に2つの組合せを選んでも万能となることを示した。2.記憶領域が限定された計算モデルにおける可逆性と決定性:昨年度、記憶領域がS(n) (nは入力長)に制限された決定性チューリング機械の計算能力が、可逆性制約を課して下がらないことを示す簡潔な証明を与えたが、本年度は、可逆的で非決定的なモデルの能力について研究し、これが可逆的で決定的なモデルでシミュレートできることを示した。3.ある種の並列処理システムである可逆セルオートマトンによる形式言語の認識:記号列集合(形式言語)を認識する可逆セルオートマトンのモデルを定式化し、その認識能力を研究した。この結果、可逆性制約を付加しても認識能力が下がらず、非可逆なモデルと等価になることを証明した。物理的な可逆性を反映した計算パラダイムである可逆コンピューティングは、将来、分子・原子レベルの物理現象を直接利用した計算機デバイスを開発する際に鍵となる考え方である。平成24年度は、可逆論理素子、可逆チューリング機械、可逆セルオートマトンなどの各計算モデルの能力を研究し、以下の成果を得た。1.可逆論理素子による可逆計算機構の構成法: 4つの入出力記号をもつ2状態可逆論理素子の一種であるロータリー素子による可逆チューリング機械の構成法はすでにこれまでの研究で示されているが、本年度は、より単純な2記号2状態素子を2種類用いた新しい構成法を与えた。2.可逆的かつ保存的なセルオートマトンの計算万能性:可逆性とともに重要な物理的性質である保存性に相当する性質を併せ持つセルオートマトンが、かなり単純なものでも計算万能性を持ちうることを証明した。3.記憶領域が限定された計算モデルにおける可逆性:記憶領域がS(n) (nは入力長)に制限されたチューリング機械や、マルチヘッド有限オートマトン(記憶領域がlog nのチューリング機械と等価)の計算能力が、可逆性制約を課しても下がらないことを示す簡潔な証明を与えた。4.ブラウン運動的性質を有するシステムの計算能力:ブラウン運動に相当する性質を持つシステム、つまり計算過程が順方向だけでなく逆方向にも進みうるシステムは、可逆システムと密接に関係していることが過去に論じられている。ここではそのようなシステムを数学的に定式化し、計算能力や基本的性質を明らかにした。可逆コンピューティングは、物理的な可逆性を反映した計算パラダイムであり、将来、分子・原子レベルの物理現象を直接利用した計算機デバイスやシステムを開発する際の鍵となる。このような視点から、平成26年度は、可逆論理素子によって可逆チューリング機械や可逆順序機械がどのように構成できるかという問題、および万能可逆チューリング機械の記述複雑度をどれだけ小さくできるかの問題を研究し、以下の成果を得た。なお、これらを含めて過去20数年間の研究成果を体系化し、記述した英文単行本の執筆も並行して進めた(出版契約はSpringer Japanと交わしており、平成27年度中の出版を目指している)。

1.2状態可逆論理素子に基づく可逆計算機構の構成法: 4つの入出力をもつ2状態可逆論理素子の1種であるロータリー素子による可逆チューリング機械の構成法は過去に示したが、これより簡潔な構成法を与えるとともに、31番素子と呼ぶ他の4入出力素子によっても可逆チューリング機械と可逆順序機械が簡潔に構成できることを明らかにし、この種の素子の有用性を示した。さらに、2または3の入出力をもつ素子による構成法も与えた。2.小サイズの万能可逆チューリング機械の構成法:万能チューリング機械の状態数と記号数をどれほど少なくできるか、つまり計算万能性を有する最小の複雑度をもつ機械の研究は重要で、長い歴史がある。本年度の研究により、24状態4記号と32状態3記号の万能可逆チューリング機械が構成可能であることを示した。また、任意のm状態n記号可逆チューリング機械を、4状態および2状態の可逆チューリング機械に変換できることを証明した。従って、3状態と4状態の万能可逆チューリング機械が存在する。理論計算機科学本研究課題の研究計画調書には平成25年度以後の研究計画として次の5つの研究項目を挙げた:(i)記憶つき可逆論理素子の万能性の解明と有用な素子の発見、(ii)計算万能な可逆システムの単純化、(iii)種々の可逆計算システムのモデルとその計算能力の解明、(iv)可逆コンピューティングのための斬新なアーキテクチャの開発、(v)可逆コンピューティングの理論の体系化。まず、(i)については2状態2記号可逆論理素子3種類の非万能性を証明し、未解決の1素子を除き、2状態可逆論理素子万能性/非万能性がほぼ解明され、研究が順調に進展した。(ii)については現在、万能可逆チューリング機械、および計算万能性を有する可逆的保存的セルオートマトンをどれほど単純化できるかの研究を行っており、成果をまとめつつある。(iii)については記憶領域が制限された可逆的非決定的チューリング機械、および可逆セルオートマトンの形式言語受理能力を研究し、それぞれ決定的で非可逆なモデルと等価にあることを証明し、現在、成果を投稿中である。(iv)はロータリー素子と呼ぶ2状態可逆論理素子以外の素子による可逆計算機構の構成法の研究を進めており、現在、成果を投稿中である。(v)については、可逆コンピューティングの理論を詳細に記述した英文単行本を平成27年頃に出版予定であり、現在、執筆を進めながら理論の体系化を進めている。なお、本年度に出版・発表した研究論文は多くはないが、この期間に挙げた成果は、現在、数編の論文として投稿中または執筆中で、26年度に発表の見込みである。以上、解決すべき問題やさらに研究すべき課題も残されてはいるが、各研究項目について順調に研究が進んでいる。本研究課題の研究計画調書には平成24年度の研究計画として次の3つの研究項目を挙げた:(i)記憶つき可逆論理素子の万能性の解明と有用な素子の発見、(ii)計算万能な可逆システムの単純化、(iii)種々の可逆計算システムのモデルとその計算能力の解明。まず、(i)については3以上の記号数をもつ2状態素子がすべて万能になることを前年度までの研究で示したが、本年度は単独では非万能である2記号2状態素子を2種類用いると可逆チューリング機械が簡潔に構成でき、その意味で有用であることを示した。
筋疲労にともなう骨格筋細胞内膜系の構造並びに機能的変化に関する研究

骨格筋が疲労する要因の一つを解明する目的により、電気刺激により筋疲労に至らしめたカエル及びラット骨格筋の筋細胞内膜系を電子顕微鏡により直接観察し、その構造上の特徴の変化(乱れ)と疲労筋における機能的特性との関係を検討した。実験動物より摘出した骨格筋を電気刺激により強制的に収縮させ、最大発揮張力の80、60、40、20、0%にまで張力が低下した骨格筋の内膜系を電子顕微鏡により直接観察した。また、ランニングトレーニングを行わせて筋疲労に至らしめた骨格筋についても検討を加えた。筋疲労の程度が進行するに伴い筋細胞内膜系に乱れが生じ、特にT管(transverse tubules)の配列に顕著な乱れが生じた。この構造上の乱れは疲労の程度と密接な関係があり、筋疲労が進行するにつれてさらに顕著となった。一方で、SR(筋小胞体)に関しては発揮張力が全く生じない程度に筋疲労が進行しても顕著な乱れが生じなかった。T管とSRによって構成されるトライアド(triad)のjunctionalgapには筋疲労の影響が認められなかった。電気刺激に変わりランニングトレーニングによって筋疲労に至らしめた骨格筋についても同様の傾向が認められた。以上のような結果より、骨格筋の疲労には従来より報告されているエネルギー源の枯渇、筋細胞内pHの低下に伴う酵素活性値の抑制、筋細胞膜の刺激伝達不全、等に加えて筋細胞内膜系の構造上の乱れが関与している可能性が示唆された。今後さらにトライアドに存在する2種類のカルシウムチャンネル(ryanodine receptor、dihydropyridine receptor)の機能と筋疲労の関係を明らかにする必要があると思われる。
認知症患者の尊厳への思いを測定する尺度と評価法の開発に関する研究

本研究の目的は、患者に代わって家族と看護師が回答できる、信頼性と妥当性を備えた測定用具とそれを用いた患者の思いの評価法を開発することである。65歳以上の認知症と診断されていない入院患者とその家族および受け持ち看護師の3者で構成する146組を対象に調査を行った。患者の尊厳への期待についての回答は25項目3因子構造を示した。さらに、尊厳への期待については、11項目を家族と20年以上の経験の看護師の代理回答から、11項目は家族、1項目はその看護師の代理回答から推測でき、一方、尊厳への満足度については、9項目を家族とその看護師の代理回答から、13項目を家族の代理回答から推測できる可能性が示された。本研究は,自らの思いを的確に表現出来ない認知症患者が,自身に対する看護・ケアにおける尊厳への配慮について,どの程度満足し,何を望んでいるのかを推計するための信頼性と妥当性を備えた測定方法を開発,提案することである。H26年度は、その第一段階として,先行研究で開発した患者尊厳尺度国際版iPDS(英語版)の日本語版作成のための調査を行った。対象は全国の500床以上の病院11病院および300-499床の病院3施設とし、入院患者307名から回答を得た。患者の尊厳への期待について因子分析の結果、F1:人間性の尊重、F2:プライバシーの尊重、F3:礼節と配慮、F4:正義と公平の尊重、F5自律性の尊重の5因子が抽出された(信頼性係数0.92)。尊厳に配慮したケアへの満足度については、F1:プライバシーの尊重、F2:人間性の尊重、F3:自律性と思いの尊重の3因子が抽出された(信頼性係数0.94)。これらは、先行研究と基本的な因子については概ね一致し、また、一部の因子について、自尊感情尺度と弱いながら有意な相関が確認され、iPDS日本語版としての妥当性が確認された。この日本語版を認知症患者に適用するための患者家族と看護師を対象とするインタビュー調査を進めているとことである。研究成果は、国際看護倫理学会等で発表した。本研究は、自らの思いを自分自身では的確に表出、表現できない認知症患者について、医療・看護ケアの基本である尊厳の尊重をどの程度確保できているのかを、患者に代わって他者がより高い信頼性と妥当性を備えて評価できる尺度の開発とその評価法(スコア算定法)の検討を目的とするものである。平成27年度は、4箇所の医療施設においてインタビュー調査を行った。対象は、認知症と診断されている患者11名について、その家族とその患者をケアしている看護師のペアを7組、同じ認知症患者を受け持っている看護師のペアを3組、さらに看護師単独で1名である。インタビューと共に患者尊厳尺度(iPDS)日本語版にも回答してもらった。(1)対象選択のもととなった認知症患者の平均年齢は81.0歳であり、その患者に関するインタビューに応じてくれた家族(7名)の平均介護年数は5.3年、平均年齢は64.1歳だった。一方、その患者を受け持った看護師(14名)については、看護師経験平均年数が14.4年、平均年齢が39.9歳だった。(2)得られたiPDSのスコアは、家族と看護師間のペアで評価が一致しなかった項目が、尊厳に対する期待については35項目中25項目、満足度については35項目中15項目あり、一方、同じ患者を受け持つ2人の看護師間で評価が一致しなかった項目は、尊厳に対する期待については35項目中2項目、満足度については35項目中14項目だった。認知症患者自身からiPDSへの回答を得ることはできないため直接的な比較はできないが,今回,家族による評価は看護師による評価よりも、過大であったり過小であったりするものが多く見受けられた。このことは、他者による評価としては、家族よりもむしろ看護師による評価の方がより的確に患者の尊厳への思いを捉えている可能性を示唆するものと考える。インタビューについて、調査協力に応じてくれる施設を獲得すること、および、その施設において家族と看護師のペアを得ることについては、当初より困難が予想されていた。そのため、広範囲かつ繰り返しの調査依頼を行ったが、予定したインタビュー件数を得るのにその予想を大幅に超える時間を要した。しかし,年度内になんとか予定件数を獲得することができた。現在、データの整理、解析を進めているところであり,若干の遅れは生じているが、次の段階の質問紙調査に向けて準備を進めている。本研究は、自らの思いを自分自身では的確に表出・表現できない認知症患者について、医療・看護ケアの基本である尊厳の尊重をどの程度確保できているのかを、患者に代わって他者がより高い信頼性と妥当性を備えて評価できる尺度の開発とその評価法(スコア算定法)の検討を目的とするものである。平成28年度は、認知症と診断されている患者11名の家族とその患者をケアしている看護師を対象に前年度に行ったインタビュー調査、および、その際に回答してもらった患者尊厳尺度日本版(J-PDS)への回答結果をもとに、認知症患者尊厳測定尺度(原案)の作成とそれを用いた調査研究のための倫理審査手続き、ならびに調査依頼を行った。具体的には、家族と看護師との間で評価が一致しなかったJ-PDSの項目と評価が困難との回答だと回答された項目について、研究者間で内容と表現法の修正案を作り、それらについて内容

妥当性指数CVIが収束するまで8名の研究者で検討と修正を繰り返して尺度原案を作成した。その結果、尊厳への期待について30項目、満足度について23項目で構成される認知症患者尊厳測定尺度(原案)を作成し、調査を開始している。なお、J-PDSはもともと入院患者向けの尊厳測定尺度あるが、病院以外の高齢者施設でも利用できるように、施設入所者を対象とするインタビュー調査を行い、施設入所者尊厳尺度の開発の準備、さらには、患者の尊厳への思いを日常的に看護師が把握できるように調査項目数を削減した短縮版の開発のための準備も併せて行った。第一段階の認知症患者を抱える家族とその患者をケアしている看護師に対するインタビュー調査が、対象獲得の困難のために時間を要した。その上、解析と尺度のもととなる患者尊厳尺度日本版(J-PDS)の見直しにおいて、内容妥当性指数CVIの収束までに5回以上の検討と修正作業を繰り返す必要があり、研究倫理審査の申請と承認が予定より遅れてしまった。承認を得て速やかに、調査対象の獲得のための調査依頼を進めているが、第1弾の依頼先から了解が得られず、新たな対象施設のサンプリングと依頼のための準備が必要となり、全体として計画にやや遅れが生じている。平成28年度に作成した、「尊厳への期待」30項目、「尊厳への満足度」23項目から成る「日本語版認知症患者尊厳測定尺度原案」を用いた質問紙調査を実施した。東海・関東地区にある100床以上の医療機関271施設に調査協力を依頼し、承諾が得られた18施設で調査を実施した。調査対象は、165歳以上で認知症ではない意識レベルが清明で意思疎通が図れる入院患者、2その患者の家族、3その患者の受け持ち看護師の3者で1組のペアとして調査協力を依頼した。ただし、回答はそれぞれが個別に返送できるようにした。調査表には、患者については自身の尊厳への思いを回答してもらい、患者の家族と受け持ち看護師については、患者の尊厳への思いを推測して回答(代理回答)してもらった。146ペアに調査表を送付し、患者:72部、家族:67部、看護師:64部の回答を得た。患者と家族、患者と看護師の回答を、対応のあるt検定で相関分析を行ったところ、「尊厳への満足度」は、患者-家族の回答で23項目中21項目に中程度の相関が認められ(p<.05)、家族からの代理回答をもとに患者の尊厳への満足度を推定できることが示された。「尊厳への期待」は、患者-家族の回答は30項目中7項目に弱い中程度の相関が認められる一方で、勤務年数が20年以上の看護師に限定した場合、30項目中10項目で中程度強い相関が認められ(p<.05)、家族からの代理回答と勤務年数が20年以上の看護師からの代理回答を組み合わせることで、患者の「尊厳への期待」をある程度推定できる可能性が示された。以上のように、自身の思いを表現することが困難と思われる認知症患者の尊厳への期待と満足度について、家族および勤続年数20年以上の看護師の代理回答から推定できる可能性を明らかにすることができた。本研究の目的は、患者に代わって家族と看護師が回答できる、信頼性と妥当性を備えた測定用具とそれを用いた患者の思いの評価法を開発することである。65歳以上の認知症と診断されていない入院患者とその家族および受け持ち看護師の3者で構成する146組を対象に調査を行った。患者の尊厳への期待についての回答は25項目3因子構造を示した。
二段階発酵茶・碁石茶の暗黙知を科学的に解明する

高知県長岡郡大豊町の碁石茶は、好気発酵と嫌気発酵の二段階の発酵を経て製造されるユニークなお茶である。本研究では、碁石茶の二次機能と三次機能に関する研究を行い、伝統的製法の暗黙知を形式知へと科学的に変換することを目的とした。二次機能:味覚センサーによる分析を行った結果、碁石茶は他の嗜好飲料の味とは異なるパターンを示し、うま味と渋味が弱く、酸味が強いという特徴を有していた。三次機能:抗酸化活性、及び脂肪前駆細胞の分化抑制効果を調べた。その結果、碁石茶中の主要抗酸化成分としてピロガロールを、脂肪前駆細胞分化抑制効果への関与成分としてピロガロール、没食子酸、ガロカテキンを同定した。高知県長岡郡大豊町で生産されている世界的に見ても珍しい二段階発酵茶「碁石茶」の二次機能(感覚機能)と三次機能(生体調節機能)に関する研究を実施した。本研究は,分析化学的手法による詳細な解析を行うことで,現在まで継承されてきた生産方法の必然性を食品機能化学的に解明し,地域文化の「暗黙知」を市場価値の「形式知」へ科学的に変換することを目的としたものである。今年度は特に三次機能(生体調節機能)に重点を置き研究を進めた。結果は下記の通りであった。抗酸化活性(スーパーオキシドアニオン消去活性):昨年度までの研究により,碁石茶の酢酸エチル抽出物中に含まれる主要抗酸化成分としてガロカテキンとピロガロールが同定されている。そこで今年度は,碁石茶の水抽出物中に含まれる抗酸化成分の特定を試みたところ,(1S, 3S, 4R)-3,4-dihydroxylcyclohexanecarboxylic acidあるいはその鏡像体が新たに同定された。今後,本物質の含有量,ならびに抗酸化活性への寄与率を明らかにする。脂肪代謝調節機能:3T3-L1細胞(マウス前駆脂肪細胞)を用いた脂肪代謝調節機能評価を行ったところ,碁石茶抽出物(1 mg当量/mL)に脂肪蓄積抑制効果が認められた。また,ODSカラムを用いた分画(水,10,30,50,100% MeOH)を行ったところ,30%MeOH画分に脂肪蓄積抑制効果が認められた。今後,本効果に関与する物質の特定を行う予定である。本研究は、分析化学的手法による詳細な解析を行うことで、現在まで継承されてきた生産方法の必然性を食品機能学的に解明し、地域文化の「暗黙知」を市場価値の「形式知」へ科学的に変換することを目的としたものである。二次機能の解明を目的とし、碁石茶の味覚センサーによる計測を行った。対照として、緑茶、紅茶、ほうじ茶、コーヒー等の嗜好飲料を用いた。その結果、碁石茶は他の嗜好飲料とは異なるパターンを示し、うま味が弱く、酸味が強いという特徴を有していた。本研究により、碁石茶の独特の味をより客観的に視覚化することに成功した。三次機能の解明を目的とし、碁石茶の抗酸化活性、及び脂肪前駆細胞の分化抑制効果を調べた。碁石茶の抗酸化活性に対するカテキン類、及び没食子酸の寄与はわずか5%程度であることが過去の研究において明らかとなっている。そこで本研究では、未知の抗酸化成分の解明に取り組んだ。液液分配、ならびに各種クロマトグラフィーにより抗酸化成分を単離・精製し、NMR分析に供した結果、ピロガロールの存在が明らかとなった。ピロガロールの抗酸化活性への寄与率は約28%であったことから、本物質が主要抗酸化成分の一つであると判断した。一方で、マウス脂肪前駆細胞である3T3-L1細胞の培養培地に碁石茶を添加すると、脂肪細胞への分化を抑制することを見出した。そこで関与成分の追究を行ったところ、ガロカテキン、ピロガロール、没食子酸の関与が示唆された。本研究の実施により、碁石茶の二次機能の視覚化、及び新たな三次機能の解明を達成することができた。今後も碁石茶を科学的視点から解析することにより、長い歴史を持つ地域伝統食品の魅力を発信することができると期待される。高知県長岡郡大豊町で生産されている世界的に見ても珍しい二段階発酵茶「碁石茶」の二次機能(感覚機能)と三次機能(生体調節機能)に関する研究を実施した.