hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
癌代謝変容機構解明による癌浸潤・転移制御法開発へむけた基盤研究

本研究では、癌細胞における慢性炎症因子と癌代謝変容機構の関連解析を行い、癌細胞の代謝変容を標的とした新規癌浸潤・転移抑制法開発の基盤研究を行うことを目的としている。ヒト肺癌(大細胞癌)細胞株H460にANGPTL2を発現する細胞株(H460/ANGPTL2)を樹立し、フラックスアナライザーを用いて解析したところ、ANGPTL2を発現していないコントロール株(H460/control)と比較してOCR/ECAR比が低く解糖系が亢進していることを見出した。また、H460/ANGPTL2はH460/controlと比較してグルコースの細胞内取り込みに関与するGLUT3の発現が上昇していることを見出した。さらに、ヒト肺癌(腺癌)細胞株A549においてもANGPTL2発現株(A549/ANGPTL2)を樹立し、GLUT3の発現を比較した結果、A549/ANGPTL2はコントロール株と比較してGLUT3の発現が亢進していた。また、グルコースを取り込んだ後の代謝に関連する酵素の発現もH460/ANGPTL2とH460/controlとで検討したが、それらについては大きな違いは認めなかった。以上の結果から、ANGPTL2発現株では主にGLUT3の発現が亢進し代謝が変容している可能性を考えた。また、GLUT3の発現を亢進させるメカニズムとして、今回はc-Mycに着目し解析を行った。ANGPTL2を発現するH460/ANGPTL2、A549/ANGPTL2でのc-Mycの発現を検討した結果、A549/ANGPTL2ではコントロール株と比較してc-Mycの発現がやや亢進したが、H460/ANGPTL2では発現の違いは見られなかった。以上の結果より、ANGPTL2によってGLUT3の発現が亢進するメカニズムは、c-Myc以外の経路である可能性を考えた。今後は他の経路について検討を行う予定である。本年度は、ヒト肺癌細胞株を用いて癌細胞におけるANGPTL2の発現がGLUT3の発現を介して解糖系を亢進させ、癌代謝を変容させるメカニズム解明を行ってきた。また、以前行ったH460/ANGPTL2とH460/controlの高速シーケンスデータの再解析を行い、その結果においてもANGPTL2発現株ではGLUT3の発現が有意に上昇していることを確認した。H460のみならずA549のANGPTL2発現株でもGLUT3の発現が上昇していたことより、肺癌細胞におけるANGPTL2の発現はGLUT3の発現を上昇させることが考えられた。次にH460/ANGPTL2とH460/controlにおいて、解糖系の律速酵素であるヘキソキナーゼ、ホスホフルクトキナーゼ、ピルビン酸キナーゼの発現について検討した。これらの酵素の発現に関しては、両者の細胞間で大きな違いは認めなかった。以上の結果より、H460/ANGPTL2にて解糖系が亢進している原因としては、GLUT3の発現亢進による可能性が最も考えられた。また、GLUT3の誘導メカニズムとしてc-Mycに着目しさらなる解析を行った。A549/ANGPTL2では、c-Mycの発現がコントロール株と比較してやや増強していることを見出した。一方、H460/ANGPTL2ではコントロール株と比較してc-Mycの発現増強がみられなかった。以上の結果より、ANGPTL2発現株におけるGLUT3の発現制御はc-Myc経路がメインではない可能性が考えられた。現在、c-Myc以外の因子によるGLUT3制御に関して解析を進めている。本年度は、細胞における解糖系関連の解析が順調に進み、GLUT3の発現制御に関しても新たな知見が得られたため、予定どおり進展していると考えられる。本年度の研究によって、ANGPTL2発現肺癌細胞はGLUT3の発現を介して解糖系が亢進していることが明らかとなった。また、GLUT3の制御に関してはc-Myc以外の因子が関与している可能性が考えられた。GLUT3の制御に関しては、p53やHIF1αなどが関与していることが既に報告されているため、次年度ではそれらの因子の関与についても解析を行う予定である。また、H460/ANGPTL2は以前解析した結果より、上皮間葉移行(EMT)に関連する因子の発現が亢進していることが明らかとなっている。本年度では、ANGPTL2によって誘導されるEMT制御因子がGLUT3の発現制御に関与するかどうか予備解析を行った。次年度には、それらの因子のさらなる解析を進め、EMT制御に関与する因子がGLUT3の発現制御に関与しているかどうか明らかにする。また、Hippo経路にも着目して解析を行う。近年YAP/TAZによってGLUT3が制御されていることが報告されており、ANGPTL2の発現によってYAP/TAZの発現がどのように変化するか解析する。ANGPTL2はこれまでにインテグリンα5β1を介して下流シグナルが活性化することが明らかとなっているが、GLUT3の誘導にインテグリンα5β1が関与しているかどうか明らかではない。そのため、インテグリンα5β1ノックダウン細胞株を樹立し、GLUT3の発現を検討する。さらに、GLUT3のノックダウンによって、癌細胞の代謝、悪性度(浸潤能、運動能、生存能)への影響についても解析する。

一方、最近申請者は不知火菊に含まれる天然生薬成分がANGPTL2の発現を抑制することを見出している。そのため次年度は、その天然生薬成分にも着目し、ANGPTL2の発現を抑制する特定成分についても検討を行う。本研究では、癌細胞における慢性炎症因子と癌代謝変容機構の関連解析を行い、癌細胞の代謝変容を標的とした新規癌浸潤・転移抑制法開発の基盤研究を行うことを目的としている。ヒト骨肉腫細胞株を免疫不全マウスに同所移植し、肺に転移した細胞と原発巣細胞をフラックスアナライザーを用いて解析したところ、肺に転移した細胞の方がOCR/ECAR比が低いことを見出した。この結果は、肺に転移した細胞では原発巣細胞と比較して解糖系が亢進していることを示している。また。これらの細胞をRT-PCRアレイ法を用いて遺伝子の発現変化を解析した結果、肺に転移している骨肉腫細胞は原発巣細胞と比較してIL-6の誘導が高いことを見出した。また、IL-6の誘導には、腫瘍辺縁の微小環境の変化により誘導されたTET2によるプロモーター部位の脱メチル化が作用していることも見出した。次に、TET2をノックダウンした骨肉腫細胞株を樹立し、コントロール細胞株とIL-6の誘導について検討した結果、TET2ノックダウン細胞株では、IL-6の誘導が抑制され、また同所移植モデルにおける転移能も低下していることを見出した。さらに、IL-6をノックダウンした細胞株にて、マウス同所移植モデルを作成し転移能を検討した結果、IL-6ノックダウン細胞株では転移能が低下していることを確認した。一方、近年ではIL-6受容体モノクローナル抗体(トシリズマブ)が関節リウマチなどの治療に用いられている。骨肉腫細胞株にトシリズマブを作用させると、OCR/ECAR比が高くなり、またマウス同所モデルにおける肺転移も抑制されることを見出した。以上の結果より、骨肉腫の肺転移においてはTET2を介したIL-6の誘導が重要な役割を担っていることが明らかとなった。本年度は、ヒト骨肉腫細胞を用いたマウス同所移植モデルの解析により、腫瘍辺縁の微小環境の変化が、IL-6のプロモーター部位のメチル化を変化させ、IL-6の誘導を亢進させるとともに腫瘍細胞の代謝経路を解糖系優位に変化させることによって腫瘍の肺転移を促進していることを見出した。そのメカニズムとして、MEK/ERK1/2/hypoxia-inducible transcription factor-1a (HIF-1a)経路を活性化して解糖系を亢進させるということ、またintercellular adhesion molecule-1 (ICAM-1)の発現を亢進させることによって肺転移が促進されることも明らかにした。さらに、骨肉腫細胞株におけるTET2やIL-6の誘導をノックダウンすると解糖系シグナルが抑制され転移が抑制されるということ、さらに、関節リウマチなどIL-6が高い炎症性疾患の治療に使われているIL-6受容体モノクローナル抗体(トシリズマブ)を骨肉腫同所移植マウスモデルに投与すると、腫瘍の肺転移が抑制されることを明らかにした。これらの結果はトシリズマブが骨肉腫の肺転移にも有効であることを示しており、トシリズマブのドラッグリポジショニングの可能性を見出している。以上の結果より、本年度における研究成果は、当初の計画以上に発展しており、新たな腫瘍転移抑制法開発の基盤研究が進んでいると考えられる。
日本における多文化教育の構築に関する研究-外国人児童生徒と共に学ぶ学校教育の創造

本研究では、外国人児童生徒教育の現状及び最善の実践を把握するとともに、これらの取り組みを諸外国の多文化教育の視点から批判的に比較検討することを通して、日本版の多文化教育モデルの構築をめざすことを目的とする。(1)多文化教育の理念と枠組み(4論文)、(2)多文化教育と学校(4論文)、(3)多文化教育と地域(3論文)を提示するとともに、まとめとして、多文化共生の実現に向けたプロセスを日本社会の構築→脱構築→再構築として整理した。外国人労働者の本格的な受け入れが現実的になるとともに、外国人の在住期間の長期化や定住化の課題が大きくなるなかで、外国人児童生徒教育はきわめて重大な政策課題の一つとなった。一方で、その現状は、不就学、学力困難、進路保障など深刻な問題を抱えており、外国人の子どもたちの教育ニーズに応えられていない。そこで、本研究では、外国人児童生徒教育の現状及び最善の実践(best practices)を把握するとともに、これらの取り組みを諸外国の多文化教育の視点から批判的に比較検討することを通して、日本版の多文化教育モデルの構築をめざすことを目的とする。本年度は、研究の役割分担に従い、1.国内調査(長野、東京、静岡、愛知、大阪、兵庫)、2.海外調査(北米、ヨーロッパ、オセアニア、アジアの事例研究)について研究に着手した。また、7月と11月には、研究会を開催した。具体的には、7月の最初の研究会では、多文化教育の基本的な考え方やアプローチについて共通理解を図るとともに、研究の計画や進め方などについて議論を深めた。11月の研究会では、浜松市瑞穂小学校の取り組みについて、現場の教師を講師として招聘して、研究協議をした。また、それまでに得られた研究成果をお互いに発表して交流するとともに、今後の課題などを検討した。本年度は、研究の役割分担に従い、1.国内(長野、東京、静岡、愛知、大阪、兵庫)、2.海外(北米、ヨーロッパ、オセアニア、アジア)について文献研究や調査研究を進めた。また、9月と1月には、研究会を開催した。9月の第1回研究会では、多文化教育の基本的な考え方やアプローチをめぐる意見交換を通して共通理解を図るとともに、研究の計画、進め方、まとめ方などについて議論を深めた。1月の第2回研究会では、神戸市立本庄小学校の取り組みについて、現場の教師を講師として招聘して、研究協議を行った。最終年度である本年度は、研究の役割分担に従い、1.国内(長野、東京、静岡、愛知、大阪、兵庫)、2.海外(北米、ヨーロッパ、オセアニア、アジア)について文献研究や調査研究を引き続き進めるとともに、研究成果を原稿にまとめた。また、8月、2月、3月に、研究会を開催した。8月の第1回研究会では、研究のまとめに向けて、多文化教育の基本的な考え方を確認し合うとともに、各研究分担者が研究成果の発表を行った。また、長野市における「外国人児童生徒を対象とした進学ガイダンス・サンタプロジェクトほか」の取り組みについて講師を招聘し、研究協議を行った。1月、3月の研究会では、本研究の成果をまとめた原稿を批評し合い、研究のまとめとした。なお、研究成果物は、『多文化教育のデザインー移民時代のモデル構築』(勁草書房)より出版予定である。研究者が分担に従って責任をもって研究を進めており、また、年2回の研究会において、それまでの研究の成果と進捗状況を検討し合い研究協議を行うことで、最終的な研究の成果に向けた調整をしているため。24年度が最終年度であるため、記入しない。

最終年度であるため、日本における多文化教育の構築に向けて、総論(松尾)、多文化主義(馬渕)、人権(野崎)、シティズンシップ(見世)、カリキュラム(森茂)、教材開発(津村)、個に応じた指導(澤田)、二言語習得(柴山)、コミュニケーション(徳井)の各テーマに基づき、研究を継続するとどもに、その研究成果を文書にまとめ、8月と12月に開催予定の2度の研究会において、各内容の検討と研究協議を行う計画にしている。24年度が最終年度であるため、記入しない。
マウスにおける性特異的ペプチドフェロモンの鋤鼻神経系での受容メカニズムの解明

哺乳類のなかでもネズミやマウスなど齧歯類では、フェロモン物質が鋤鼻器官に作用することによって、性や異種の識別、異性生殖機能の状態の識別、性周期・成熟度・性行動のタイミング、攻撃行動などが制御されている。我々は、鋤鼻神経におけるc-Fosタンパク質の発現を活性化の指標として、フェロモン物質の探索をおこなったところ、オス涙から分泌されてメス鋤鼻器官に取り込まれて鋤鼻神経を発火させる新規の性特異的ペプチド(約7kDa)を見つけESP1と命名した。ESP1と類似の構造をもつメス特異的ペプチドESP36の同定にも成功した。本研究では、オス特異的ESP1、メス特異的ESP36、それぞれを認識する鋤鼻器官のV2R型受容体を決定する。本年度は、ESP1の受容体の絞り込みをおこなった。鋤鼻神経には、約60種類のV2R型鋤鼻受容体と約180種類のV1R型鋤鼻受容体がそれぞれ基底層側と鋤鼻内腔側に発現している。現在までに、涙腺から分泌されるオス特異的フェロモンESP1が、V2R型受容体を発現する鋤鼻神経のいくつかにおいてc-Fosの発現誘導を引き起こすことを見出している。そこで、まず、約60種類のV2Rのなかから、c-Fosと二重染色されるV2R遺伝子のタイプを特定したところ、V2Rp5というV2R遺伝子が候補としてあがった。V2Rp5を認識する抗体を作製し、鋤鼻器官での発現を解析したところ、鋤鼻器官片側あたり5-10個の鋤鼻神経での発現が確認できた。現在、V2Rp5のESP1に対する応答解析をおこなっている。一方、ESPペプチドファミリーのゲノムおよび発現解析の成果をCurrent Biologyに発表した。
環境中感作性物質に対する特異抗体検出法の開発と感作状況に関する実態調査

化学物質とヒト血清アルブミン(HSA)を混和し、HSAの蛍光を調べることにより当該化学物質の感作性を予測することが可能である(特許出願番号2008-120130)。化学物質-HSA付加体を診断用抗原としたヒト(患者)の特異抗体検出では、ウェスタン・ブロットおよびELISAを使ったシステムを検討した。アルデヒド脱水素酵素2ノックアウトマウスはアセトアルデヒド吸入曝露によりDNA付加体が多く産生され、感受性が高いことがわかった。化学物質が感作性を有するメカニズムの一つとして、化学物質(ハプテン)が生体内蛋白等と結合して抗原性を獲得することが知られている。そこで申請者らは、本研究において(1)化学物質と生体内蛋白との結合体を作製し、これを診断用抗原として特異的抗体(IgEおよびIgG)を検出する方法を確立し、アレルギー原因物質の同定を可能にする。(2)化学物質結合蛋白の三次元構造の特徴を、最新のプロテオミクスの技術を用いて解析し、化学物質の構造式からその化学物質の感作性を予測できるようにする。(3)環境中化学物質への感作の実態(それぞれの化学物質に対して特異的抗体を有しているヒトの割合)を明らかにする。(4)アルデヒド脱水素酵素2(ALDH2)欠損者(お酒を飲むと顔が赤くなり、頭痛・動悸などの不快な症状を呈するヒト)のモデル動物であるAldh2ノックアウトマウスを用いて、遺伝的素因によるアレルギー発症の差を明らかにする。について検討を行った。化学物質をヒト血清アルブミン(HSA)と共にインキュベートし、電気泳動によりアルブミンの3次構造の変化を調べる方法(特許出願公開:平成18年8月)を用いて、さまざまな環境化学物質を調べたところ、トルエン2,4-ジイソシアネート(TDI)や無水フタル酸、グルタルアルデヒド、ビスフェノールAジグリシルエーテルをはじめ、多くの感作性化学物質がこのスクリーニング法で陽性となり、ビスフェノールA、フタル酸などの非感作性化学物質では陰性となることを証明した。職業性喘息患者の血清を用いてWestern blotを行うと、無水フタル酸で処理したHSAとTDIで処理したHASに対する反応を認め、この患者は無水フタル酸とTDIに対する特異的抗体を有していることがわかった。この結果から、我々の開発した方法が環境中化学物質に対する特異抗体検出に有効であることがわかった。また、MALDI-TOF-MSを用いたHSAの加水分解(トリプシン消化)生成物測定に関する基礎的検討(反応条件、MSの測定条件)を行い、加水分解生成ペプチドのHPLCパターンおよびMALDI-TOF-MSパターン等からHSAを同定(帰属)するための条件を明らかにした。また、化学物質としてグルタルアルデヒド(GA)を用いて、HSAとの反応条件および加水分解(トリプシン消化)条件等に関する基礎的検討を行った。Aldh2ノックアウトマウス(Aldh2-/-)およびその野生型マウス(Aldh2+/+)に125、500ppmのアセトアルデヒドを2週間吸入曝露したところ、鼻空粘膜の障害がAldh2-/-に強く認められた。また、尿中8-ヒドロキシグアノシン(8-OHdG)がAldh2-/-で高値となった。さらにPRTR法指定化学物質を対象に、日本や諸外国の専門機関による感作性の評価について比較検討した。電気泳動によるヒト血清アルブミン(HSA)の三次構造の変化を用いて環境中化学物質の感作性を調べる方法(特許出願平成18年8月)を,オルトーフタル酸アルデヒドなどの化学物質に対して実施し,同方法の有用性をより多くの化学物質で確認した。一方,一般環境で我々が曝露している化学物質の多くは混合物として存在しており,その感作性は不明であることが多い。そこで,商品として市販されている化学物質(混合物)を対象に本方法による感作性を調べたところ,HSAの三次構造の変化が電気泳動で確認された。すなわち,本方法が混合物に対しても,有効であることが確認された。次に,無水フタル酸で処理したHSAをダイオードアレイ検出器高速液体クロマトグラフィー(DAD-HPLC)で分析すると,コントロール(未処理HSA)とは異なる保持時間のところに250nmより大きな波長の吸光度の蛋白質が確認され,抗原性提示蛋白質となっている可能性が示唆された。さらに病院、診療所、ホームページにて,化学物質アレルギー(気管支喘息,アレルギー性皮膚炎等)患者および健康正常者へ研究協力を求めたところ,平成20年3月の段階で約30名の登録を終了した。そこで環境化学物質とヒト血清アルブミン(HSA)を混合したものを診断用抗原として、患者血清から当該化学物質に対する特異的IgEおよびIgGの検出法を開発することを試みた。化学物質-HSA付加体はその反応(混合)条件により、抗原性が異なることがわかった。

化学物質-HSA付加体を診断用抗原としたヒト(患者)の特異抗体検出では、ELISAはバックグラウンドが高く、ドットブロット法や、蛍光標識抗体の使用などの改良が必要であることも分かった。また、蛋白質は特有の蛍光を有するが、化学物質の結合により蛍光が変化する。感作性化学物質を反応させたHSAでは蛍光強度が低下し、その低下度から化学物質の感作性の強さを定量する方法を開発することに成功し、特許出願を行った(特願2008-120130)。HSAの結合部位をグルタルアルデヒド、トルエンモノイソシアネートを例にとり、MALDI-TOF/MSを用いて解析した。両化学物質ともにHSAとの結合部位は主にリジン、アルギニン残基であることが明らかになったが、結合するリジン、アルギニン残基の位置は両物質で異なることがわかった。アセトアルデヒドをAldh2(アルデヒド脱水素酵素2)ノックアウトマウス(Aldh2-/-)およびその野生型マウス(Aldh2+/+)に吸入曝露し、鼻粘膜・肺・背部表皮のDNA付加体数を調べたところ、Aldh2-/-の方がAldh2+/+より多かった。この結果から、ALDH2不活性型の人(日本人の約半数)はALDH2活性型の人よりもアセトアルデヒドによる悪性腫瘍を発症し易い可能性があると考えられた。化学物質が感作性を有するメカニズムの一つとして、化学物質(ハプテン)が生体内蛋白等と結合して抗原性を獲得することが知られている。そこで環境化学物質とヒト血清アルブミン(HSA)を種々の反応(混合)条件により作製した診断用抗原を用いて、患者血清から当該化学物質に対する特異的IgEおよびIgGの検出法を開発することを試みた。ELISA法はバックグラウンドが高かったため、イムノドットブロットをライトキャプチャーにより検出する方法を試したところ、半定量化システムとしては非常に有効であった。そこで、某エポキシ樹脂製品使用者でアレルギー性皮膚炎を有する者10名と同製品を使用していても皮膚症状を有しない者9名を対象に上記の方法を検討した。同製品をHSAと反応させ、これを診断用抗原として上記19名の血清中の特異的抗体の有無を調べた。皮膚症状ありの群では8名が特異的IgG(+)、2名が特異的IgG(-)であり、無症状群では3名が特異的IgG(+)、6名が特異的IgG(-)であった。感度80%、特異度67%であり、化学物質アレルギーの診断、原因物質の同定に有用であると考えられた。特異的IgEはすべての血清中から検出されなかったが、特異的IgE量はIgGに比べてはるかに少ないことを考慮すると、感度が十分でなかったために検出できなかった可能性が高い。アルデヒド脱水素酵素2(Aldh2)ノックアウトマウスは野生型マウスに比べてアセトアルデヒド吸入曝露により上気道のDNA付加体が多く、障害も強かった。したがって、アルデヒド脱水素酵素2不活性型の人(日本人の約半数)は活性型の人よりも気中のアセトアルデヒドへの感受性が高いと考えられた。
植物ポリケタイド生合成酵素の反応機構

植物ポリケタイド合成酵素の構造と機能の解明を目的として、同一植物中に、カルコンの他に、スチルベンカルボン酸及び直鎖状のテトラケチドを基本骨格に持つ化合物を成分とするアマチャ(Hydrangea macrophylla SERINGE var.thunbergii MAKINO)に着目し、CHSスーパーファミリーの新たなメンバーのクローニングを行ない二つのクローンHmC、HmSを得た。HmCは、クズ(Pueraria lobata)のCHSと86%の相同性を示し、アマチャのCHSと推測された。一方、HmSは、クズのCHSと70%の相同性を示したが、他の植物PKSのコンセンサス配列と性質の異なるアミノ酸残基を持つ部分や、他のものには見られない6残基のインサーションを持っており、新たなPKSをコードしているものと推定された。HmCとHmSの全長ORFを大腸菌で発現させて酵素活性を検討したところ、HmCはアマチャのCHSHmSは閉環反応を全くせず炭素鎖伸長反応のみを触媒してテトラケチドを遊離する新しいタイプのPKSであることが判明した。炭素鎖伸長反応のみに限定されたPKSがクローニングされたのはこれが初めての例である。今回得られたクローンは2種のみであり、いずれも、大腸菌の発現系においてスチルベンカルボン酸合成酵素活性を示さなかった。スチルベンカルボン酸は、第3のPKSによって生合成される可能性も否定できないが、デオキシ型カルコンの生成にみられるように、HmSが何らかの還元酵素と協同的にはたらき、テトラケチドがヒドロキシジケチドに還元された後、HmSにより閉環される可能性が高いと考えられる。(1)カルコン合成酵素の大量調製クズ培養細胞からクローニングしたカルコン合成酵素のcDNAを発現ベクターに組込み、大腸菌に導入した。発現を誘導し、大量のカルコン合成酵素を大腸菌に作らせ、カルコン合成酵素を調製した。(2)スチルベン合成酵素の大量調製既に報告されているピ-ナツのスチルベン合成酵素のcDNAの塩基配列を基には、プライマーを合成して、ピ-ナツのcDNAを鋳型にPCRを行い、ピ-ナツのスチルベン合成酵素のcDNAを得た。このスチルベン合成酵素のcDNAを用いて、カルコン合成酵素と同じ様に大腸菌に作らせ、スチルベン合成酵素を大量に調製した。(3)還元酵素の大量調製既に報告されている大豆の還元酵素のcDNAの塩基配列を基に、スチルベン合成酵素同様に、プライマー合成し、クズcDNAを鋳型にPCRを行い、クズの還元酵素のcDNAを得た。このクズの還元酵素のcDNAを用いて、カルコン合成酵素と同じ様に大腸菌に作らせ、還元酵素を大量に調製した。(4)スチルベン合成酵素の反応機構の解析大腸菌で発現した酵素を用いて反応を行い、生成物を液クロで分析したところ、これまで、非最適条件下のカルコン合成酵素の反応において副生成物として同定されていたビスノルヤンゴニンが、スチルベン合成酵素の反応においては、最適条件下においても比較的大量に生成していることが判明した。また、クズ由来の還元酵素とピ-ナツ由来のスチルベン合成酵素を同時にインキュベートしても、還元された生成物(ヒドラゲン酸)が検出されず、これら二つの酵素は協同作用しないことが判明した。

植物ポリケタイド合成酵素の構造と機能の解明を目的として、同一植物中に、カルコンの他に、スチルベンカルボン酸及び直鎖状のテトラケチドを基本骨格に持つ化合物を成分とするアマチャ(Hydrangea macrophylla SERINGE var.thunbergii MAKINO)に着目し、CHSスーパーファミリーの新たなメンバーのクローニングを行ない二つのクローンHmC、HmSを得た。HmCは、クズ(Pueraria lobata)のCHSと86%の相同性を示し、アマチャのCHSと推測された。一方、HmSは、クズのCHSと70%の相同性を示したが、他の植物PKSのコンセンサス配列と性質の異なるアミノ酸残基を持つ部分や、他のものには見られない6残基のインサーションを持っており、新たなPKSをコードしているものと推定された。HmCとHmSの全長ORFを大腸菌で発現させて酵素活性を検討したところ、HmCはアマチャのCHSHmSは閉環反応を全くせず炭素鎖伸長反応のみを触媒してテトラケチドを遊離する新しいタイプのPKSであることが判明した。炭素鎖伸長反応のみに限定されたPKSがクローニングされたのはこれが初めての例である。今回得られたクローンは2種のみであり、いずれも、大腸菌の発現系においてスチルベンカルボン酸合成酵素活性を示さなかった。スチルベンカルボン酸は、第3のPKSによって生合成される可能性も否定できないが、デオキシ型カルコンの生成にみられるように、HmSが何らかの還元酵素と協同的にはたらき、テトラケチドがヒドロキシジケチドに還元された後、HmSにより閉環される可能性が高いと考えられる。
炉心異常診断のための中性子輸送理論による高精度炉雑音解析に関する研究

実機発電炉炉心の複雑形状も取り扱えるモンテカルロ法による周波数領域での中性子雑音の解析手法をこれまで開発してきていたが、扱える周波数領域が0.02Hzから35Hzまでの範囲に限定されていた。また、低周波及び高周波では計算時間が長くなる問題点があった。当該年度は、これらを回避するための手法として、アナログ手法を導入することとし、そのための計算コード改良を行った。これにより、計算時間を短縮することができるとともに、また、周波数の上限も35 Hzから50 Hzにまで上げることができた。これにより本プロジェクトで対象とする周波数範囲をほぼカバーできるようになった。ドイツPreussenElektra社の加圧水型原子炉用の炉心解析コードSIMULATE-5による4群拡散計算の入出力データを入手し、これを用いた周波数領域での中性子雑音解析モンテカルロコードを新たに開発することができた。これにより、実機炉心の炉雑音データを用いたモンテカルロ法による炉雑音解析が可能となった。スイスCROCUS炉及びドイツAKR炉では、EUの研究プロジェクトの一環として、炉雑音手法の検証のための炉雑音測定実験が行われている。実験者よりこれらの実験炉の入力データの提供を受け、申請者が開発した改良版MCNPコードによる周波数領域の炉雑音解析の試計算を行い、解析が可能となる見通しが得られた。また、これら実験炉での雑音源を記述するための数理モデルの開発を行った。これまで開発してきた計算コードに新たな改良が行えたことに加えて、実機炉心データを用いた解析を行うための新たなコード開発が行えた。これにより実機炉心の炉雑音解析が可能となる見通しが得られた。同様に、実験炉での炉雑音実験の解析を行うための計算手法の実行可能性が検証でき、今後の実験解析の見通しが得られた。大きな課題であった、炉雑音源の数理モデルについて着想が得られた。実機加圧水型発電炉での雑音源を記述するための数理モデルの検討を行い、これを用いてモンテカルロ法による炉雑音の輸送計算を実施する。実機で測定された炉雑音データとの比較検証により解析手法の妥当性について評価する。CROCUS炉及びAKR炉の実験炉で行われた炉雑音測定実験の解析を行う。解析には、新たに開発した雑音源の数理モデルを適用し、これまで開発してきたモンテカルロコードを用いる。以上により、解析手法の妥当性を検証し、必要に応じて更なる改良、開発を行う。本課題を実施しているEUの研究開発プロジェクトに参加している他機関との情報交換を行いつつ進める。炉心内の燃料集合体の振動現象等に起因する周波数領域の中性子雑音を中性子輸送理論に基づき解析する手法としてモンテカルロ法を用いた手法の開発を行った。本年度は、同手法の汎用性をより高めるために、従来法とは異なり、領域分割を必要としない手法の開発に取り組んだ。限定的な条件ながら、領域分割を行わずに計算可能な手法を見出すことができ、これにより適用可能となる周波数領域を拡張させる見通しが得られた。ただし、より周波数領域を拡張させるためにはさらなる検討が必要となる。さらに、周波数領域の炉雑音解析手法を、汎用連続エネルギーモンテカルロコードMCNPへ組み込みを行ったところ、いわゆるプラトー領域の周波数範囲内(0.0130Hz)で解析を行うことに成功した。これを用いて、実機沸騰水型発電炉の模擬炉心内での炉雑音伝播特性の解析を行った。この解析により、炉雑音の周波数特性の位置依存性が顕著に見られ、特に雑音が発生する位置近傍では汎用的に使われている一点炉近似から大きくずれることが分かった。この原因として、炉雑音に含まれる高次モードの影響によるものであることを明らかにした。本事業は、欧州委員会EURATOMの炉雑音に関する研究計画CORTEX計画の一部として実施している。同計画の年次会合に参加し、関係者と計画の進め方について協議を行った。同計画の参加機関のひとつであるフランス原子力・代替庁CEAのモンテカルロ計算コード開発チームと連携し情報交換を行い、同チームからの開発手法に関する情報を入手し本計画の遂行に反映させた。汎用連続エネルギーモンテカルロコードMCNPへの組み込みと実機での炉雑音解析は、当初計画では平成30年度以降を予定していたが、限定的ながら平成29年度中に達成することができた。この成果を、査読付論文として発表することができた。また、新たに、炉雑音の周波数特性の位置依存性が見られるという現象を見出し、高次モードの影響であることを解明した。当初計画していなかった研究開発課題を新たに発掘することができた。領域分割を必要としないモンテカルロ法のアルゴリズムについては、適用できる周波数にまだ制限があり、当初の予定どおりには進捗しておらず、引き続き問題解決に取り組む必要がある。

ドイツPreussenElektra社の加圧水型原子炉用の炉心解析コードSIMULATE-5による4群拡散計算の入出力データを入手し、これを用いた周波数領域での中性子雑音解析モンテカルロコードを新たに開発することができた。これにより、実機炉心の炉雑音データを用いたモンテカルロ法による炉雑音解析が可能となった。スイスCROCUS炉及びドイツAKR炉では、EUの研究プロジェクトの一環として、炉雑音手法の検証のための炉雑音測定実験が行われている。実験者よりこれらの実験炉の入力データの提供を受け、申請者が開発した改良版MCNPコードによる周波数領域の炉雑音解析の試計算を行い、解析が可能となる見通しが得られた。また、これら実験炉での雑音源を記述するための数理モデルの開発を行った。これまで開発してきた計算コードに新たな改良が行えたことに加えて、実機炉心データを用いた解析を行うための新たなコード開発が行えた。これにより実機炉心の炉雑音解析が可能となる見通しが得られた。同様に、実験炉での炉雑音実験の解析を行うための計算手法の実行可能性が検証でき、今後の実験解析の見通しが得られた。大きな課題であった、炉雑音源の数理モデルについて着想が得られた。引き続き、開発手法の汎用性をより高めるべく、領域分割を要しないモンテカルロアルゴリズムの開発を行う。そして、この手法の汎用連続エネルギーモンテカルロコードMCNPへの組み込みを試みる。開発したコードを用いて、CORTEX計画で提供される欧州の研究用原子炉での炉雑音実験の解析を行い、開発した手法の検証を行う。次に、同じく同計画で提供される実機加圧水型発電炉の炉雑音解析に適用する。29年度に見出した、周波数特性の位置依存性に高次モードが影響していることを解明するための研究を行う。燃料集合体の振動などの雑音源を周波数領域での中性子雑音輸送方程式で記述する数理モデルを作成する。さらにそれを汎用連続エネルギーモンテカルロコードに導入するためのコード開発を行う。実機加圧水型発電炉での雑音源を記述するための数理モデルの検討を行い、これを用いてモンテカルロ法による炉雑音の輸送計算を実施する。実機で測定された炉雑音データとの比較検証により解析手法の妥当性について評価する。CROCUS炉及びAKR炉の実験炉で行われた炉雑音測定実験の解析を行う。解析には、新たに開発した雑音源の数理モデルを適用し、これまで開発してきたモンテカルロコードを用いる。以上により、解析手法の妥当性を検証し、必要に応じて更なる改良、開発を行う。本課題を実施しているEUの研究開発プロジェクトに参加している他機関との情報交換を行いつつ進める。旅費が予算額未満で収まったため。翌年度は、旅費として使用する。
閉経後女性に対する断続性身体活動による食後代謝改善の有用性

平成29年度に実施した研究は、研究規模上、2年弱をかけて実施する当初通りの計画として、まだ終了していない。しかしながら、当初の計画以上に早いペースで研究を進めており、平成30年の夏ごろを予定にデータ採取については、終える予定で進めている。【背景・目的】当該研究では、閉経後女性を対象に一日を通した身体活動による座位継続時間の中断が食後中性脂肪に及ぼす影響を食事によるエネルギー出納を合わせた条件を用い検討を行っている。身体活動による座位中断が食後の代謝へ及ぼす影響を検討した先行研究では、活動によりエネルギー出納が負となった上で評価をしている(Med Sci Sports Exerc 2015 47:2053-61)。当該研究では、1回あたり1.5分の歩行を1日20回繰り返す断続性身体活動が、断続性身体活動中に食事によるエネルギー補充を行う場合と比較し、食後中性脂肪値を同等に抑制させるか否か、閉経後高中性脂肪血症女性及び閉経後女性を対象に比較検討を行っている。【研究デザイン】それぞれの対象ごとに3試行による無作為化交差実験【プロトコル】参加者は、座位安静試行、断続性歩行試行、断続性歩行+食事補充試行の3試行に1週間の間隔を空け参加している。座位安静試行では8時から16時の間座位安静としている。断続性歩行試行では、1回1.5分、合計30分のトレッドミルでの歩行を9時から16時の間に計20回実施している。断続性歩行+食事補充試行では、断続性歩行試行に加え計30分で消費したエネルギーを朝食と昼食で補充している。静脈血を空腹時、食後2、4、6、8時間に採取している。今後は、さらに予定している人数(30名)まで例数を増やし、評価項目を中心とした分析や統計解析を進める。計画通りよりも早いペースで実験を進めており、データの採取について問題なく進めることができている。また、学会やシンポジウムの招待演者として得られたデータを平成30年度に発表予定をしており、外部へ研究成果を積極的に発信する。またデータの採取が終わり次第、国際学術誌に論文として投稿するため、準備もしている。平成29年度から30年度に実施している当該報告書の課題を発展させるため、断続性の身体活動(運動・生活活動)が食後中性脂肪に及ぼす影響について、より長期的に検証を行うことで実用化を図る。具体的には、閉経後女性を対象に、対象者を断続性身体活動群、座位行動時間軽減群、連続性身体活動群に無作為に振り分け、3ヶ月の間、日常生活中にそれぞれの活動を「健康づくりための身体活動指針」に則した時間・強度として1日計10分以上の自由な活動強度で実施する。身体活動量の増加に伴う他の時間への影響及び食欲への影響の両視点より、日常生活の中で応用可能な具体的な健康支援プログラムの開発のために、科学的知見の創出を目指す。

具体的には、閉経後女性を対象に、対象者を断続性身体活動群、座位行動時間軽減群、連続性身体活動群に無作為に振り分け、3ヶ月の間、日常生活中にそれぞれの活動を「健康づくりための身体活動指針」に則した時間・強度として1日計10分以上の自由な活動強度で実施する。身体活動量の増加に伴う他の時間への影響及び食欲への影響の両視点より、日常生活の中で応用可能な具体的な健康支援プログラムの開発のために、科学的知見の創出を目指す。
リボソーム蛋白質が分解制御因子として作動する蛋白質分解機構の解明

研究代表者は、S. ruminantiumにおける「原核生物では存在しない」とされていたアンチザイムを介した真核生物型蛋白分解制御機構を発見してきた。昨年度はP22は本菌のリボソーム構成タンパク質L-10であることを証明し、リボソーム蛋白質が蛋白質の分解に積極的に関わっている報告はなく、細菌における新規の蛋白質分解制御機構の発見である。本年度は以下の事項を明らかにした。(1)P22のLDC/ODCへの結合部位を決定した。既に研究代表者らにより、LDC/ODCのP22結合部位が決定され、さらに結合常数が8×10^<-11>と決定された。P22は大腸菌を含む一般の真正細菌のリボソーム構成蛋白質RPLJ (RplJ)とアミノ酸配列で80%以上の相同性を有しているが、大腸菌のRplJにはLDC/ODC分解促進活性が見られなかった。従って、研究代表者はP22にのみ存在し、他の細菌のRPLJでは欠損している二つの領域、A領域(K^<101>NKLD^<105>)およびB領域(G^<160>VIRNAVYVLD^<170>)に着目し、S. ruinantiumにおけるAまたはB領域を欠損した変異P22について、S. ruminautiumLDC/ODC対する結合活性および分解促進活性を調べ、両領域がP22の機能に必須であるかを明らかにした。(2)大腸菌リボソーム蛋白質RplJに欠損している上記AおよびB領域にS.ruminantium由来のAおよびBペプチド断片を挿入してRplJ変異蛋白質を作製した。そして本変異蛋白質がLDC/ODCに対して結合活性および分解促進活性を持つか否かを検討した結果、両領域がP22の機能に必須であるかを明らかにした。1.S.ruminantiumの定常期初期に起きる劇的なLDC/ODCのATP要求プロテアーゼによる分解が細胞質に見出されたリボソーム蛋白質L10依存性である事を見出した。さらにLDC/ODCに特異的に結合する25kDa蛋白質(P25)を見出した。しかも本菌の対数増殖期にプトレシンを添加すると10分後にL10が本菌の細胞質画分に検出され、これと同調してLDC/ODCの激しい分解が起きた。一方、P25は恒常的に合成されていた。研究代表者はさらに本LDC/ODCの分解に関与するATP依存性プロテアーゼ活性を無細胞系で検出することに成功した。さらにP22は本菌のリボソーム構成タンパク質L-10であることを証明した。現在まで、リボソーム蛋白質が蛋白質の分解に積極的に関わっている報告はなく、細菌における新規の蛋白質分解制御機構の発見である。2.S.ruminantiumL10の特性解明: L10のLDC/ODCへの結合アミノ酸残基を同定した。さらに結合常数が8x10^<-11>と決定された。L10は大腸菌を含む一般の真正細菌のリボソーム構成蛋白質RplJ(RplJ)とアミノ酸配列で80%以上の相同性を有しているが、大腸菌のRplJにはLDC/ODC分解促進活性が見られなかった。研究代表者はL10にのみ存在し、他の細菌のRplJでは欠損している二つの領域、A領域(K^<101>NKLD^<105>)およびB領域(G^<160>VIRNAVYVLD^<170>)に着目し、AまたはB領域を欠損した変異L10精製標品について、S.rumznantiumLDC/ODC対する結合活性および分解促進活性を調べた。その結果、両領域がL10の機能に必須であることを明らかにした。
ピートモスによる油と重金属の吸着並びに油の生分解に関する基礎的研究

水中に混入した重油をピートモスにより吸着させる室内実験によると,ピートモスは自重の45倍のA重油を,6.5倍程度のC重油を保持する。カラム試験によると,吸油過程では,ピートモスは他の吸着材に比べてより多くの灯油をより高い位置にまで引き上げ,脱油過程ではより多くの灯油をより高い位置に保持する。ピートモス中のA重油とB重油は25°Cの条件下で,70日経過後それぞれ初期含量の70%および30%が生分解された。近年,海域や陸域における油汚染は深刻になりつつある.ピートモスは油の吸着材として有用な材料である.今年度は、カラム試験を使ってピートモスの灯油保持特性を調べることにより,ピートモスの油吸着材としての性能を評価した.比較のために油吸着材として活性炭,珪藻土,およびポリプロピレンも用いた.以下のような結論を得た.1)電子顕微鏡写真によるとピートモスは繊維質であり,棒状の単体は多数の孔隙をもち,その内表面は凹凸に富む.そのため比表面積は大きい値を示す.2)油分特性曲線によると,吸油過程ではピートモスは他の吸着材に比べより多くの灯油をより高い位置にまで引き上げることができ,脱油過程ではより多くの灯油をより高い位置に保持する.また,いずれの吸着材も,吸着過程より脱油過程の方が,より多くの灯油をより高い位置に保持するというヒステリシス特性を示すが,その程度はピートモスが最も大きい.3)密度の異なるピートモスの油分特性曲線を比べると,緩詰めより密詰めの方が,より高い位置により多くの灯油を保持することができる4)カラム中の吸着材が保持する灯油の全量,および単位質量の吸着材が保持する灯油保持量は,いずれもピートモスが最も大きい.これは,ピートモスが油保持能および経済性の面から優れていることを示している.ピートモスによる油の吸着保持および生分解に関する室内実験から以下のような結果を得た。1.油の吸着保持に関しては,水中に混入した重油をピートモスにより吸着させる室内実験から,ピートモスは自重の45倍のA重油を,6.5倍程度のC重油を保持することがわかった。土柱法から求めた灯油の油分特性曲線によると,灯油面からあるたかさにおいて油吸着材が保持する総灯油量は,吸油・脱油課程のいずれにおいても,密詰めのピートモス(密度0.2g/cm3)が最大であった。ピートモスによる灯油の総保持量を比べると,脱油過程での保持量が吸油過程の2.53倍であった。このようにピートモスが高い灯油保持特性を示すのは,多孔構造と油が特異的に吸着されることに起因する。2.ピートモスが保持する重油の生分解に関しては,粉末状ピートモスにおける25°Cでの重油の残留割合は,70日経過後A重油では30%,C重油では80%であり,3°CにおけるA重油の残留割合は,70日経過後70%であった。一方,袋に詰めたピートモス中のA重油の残留割合は,曝気条件下で70日経過後50%まで低下した。このようにして得られたピートモスに残留する重油の減衰曲線は,Gompertzモデル曲線から導いた近似式により表わせることがわかった。油汚染土からの油拡散を防止する技術の一つとして,現地で油汚染土とピートモスを混合する工法を筆者らは既に提案した。即ち,油汚染土を掘削して地上で作業機械によりピートモスと混合し,その後汚染土を現場に埋め戻す工法である。汚染土中のピートモスは油を保持するので,雨水が油汚染土中を浸透しても油は浸出しないと予想される。この過程を室内試験により再現して,どの程度のピートモスを汚染土に混ぜれば,油汚染土からの油の浸出を防止できるかを調べた。実験としては,まず試料土に油を加えて油汚染土を作成し,それにピートモスを混合した。この汚染土を高さ2cm,直径6cmのアクリル容器に詰め,それに水を浸透させ,浸出する油の量を測定した。試料土としては標準砂とマサ土(砂分76%,シルト分18%,粘土分6%),油としては灯油とA重油を用いた。ピートモスの混合割合は0,2,4,6,8,10%とした。油汚染の程度は,灯油では50,100 g/kg,A重油では50 g/kgとした。結果として,標準砂の場合50 g/kgの油汚染では,ピートモスを2%混合するだけで灯油とA重油の浸出を0.1 %に抑えることができた。ピートモス無添加では,灯油は84 %,A重油は2%浸出した。100 g/kgの灯油汚染では,ピートモスを4%混合することで灯油の浸出を0.1%に抑えることができた。

ピートモスの混合割合が2%と0%のとき,灯油の浸出はそれぞれ44%と81%であった。マサ土の場合,50 g/kgの油汚染では,灯油の浸出はピートモス無添加でも0.6%であった。100 g/kgの油汚染では,ピートモスを2%混合することで灯油の浸出を0.45%に抑えることができた。ピートモス無添加では7%の灯油が浸出した。50 g/kgのA重油汚染では,油の浸出はピートモス無添加でも0.6%であった。本研究で最も核心的な部分であるピートモスによる波の吸着特性と生分解に関しては,当初予想した結果を得ることができた。そしてその成果をまとめた2報の学術論文が,論文集に掲載された。24年度が最終年度であるため、記入しない。現在,ある重要施設の貯水池の堆積物が,有機性物質,重金属,油などにより汚染されている。これを浄化するために,汚染堆積物を凌渫して地上に取りだし,それにピートモスを加えて特殊な建設機械で撹拌混合し,一定時間放置して堆積物を浄化し,浄化堆積物を再利用するというプロジェクトが進行中である。このような汚染堆積物の浄化プロセスに関して,ピートモスの有機性汚濁物質や油の浄化に対する寄与を室内実験により明らかにするとともに,現場における汚染堆積物の浄化プロセスを,有機性物質,重金属油に焦点を当てて経時的に調査する。計画の中には有機性汚濁物質は含めていなかったが,有機性汚濁物質の問題が,昨年現場で度浮上してきたので,本年度は汚染物質として有機性物質も含めることにした。
極低レイノルズ数での剥離渦構造の解明と火星飛行探査システムの揚力面設計への応用

3次元翼の低レイノルズ数空力特性については,PIV(Particle Image Velocimetry)測定による流れの可視化風洞試験を実施した.小さな迎角から翼上面で渦が形成され始めていること,迎角の増加に伴い幾つかの渦形成パターンの出現が高レイノルズ数では見られない空力特性の非線形性を誘起することを明らかにすることができた.また,後流計測により,運動量理論から抵抗係数を分解したところ,迎角が大きくなるに従って誘導抵抗よりも形状抵抗の方が卓越するという特徴を見出すことができた.矩形翼やデルタ翼という平面形を有する3次元翼についての風洞試験において,レイノルズ数が小さくなるほどアスペクト比等の平面形の差異が小さくなるという結果に対して,物理的な理解を与えることができた.2次元翼のCFD(Computational Fluid Dynamics)による直接計算結果では,風洞試験で得られた揚力抗力特性と極めてよい一致を示すことができた.解析の結果,低迎角において揚力傾斜が負になる現象は,翼後縁における流れの下面から上面への回り込みによるものであること,また迎角が大きくなると翼上面での渦の形成パターンが複雑になり,揚力や抗力特性の非線形性に大きな影響を与えていることを裏付けることができた.3次元翼についてのCFD直接計算も実施し,空力的な3次元性の出現とレイノルズ数との関係にっいての検討を行うことができた.以上の風洞試験および数値計算の結果から,火星飛行探査に適した固定翼の空力特性や空力設計方法にっいての大きな知見が得られた.宇宙航空研究開発機構が2017年に計画している火星探査航空機の開発に向けて,平成22年よりスタートしたワーキンググループの一員として,この成果を活用する予定である.西日本工業大学の小型変圧風洞、宇宙航空研究開発機構の高レイノルズ(Re)数遷音速風洞を用いて、矩形翼3種、デルタ翼4種について10^4<Re<10^7という極めて広い範囲での風洞試験を行い、平面形、翼型の違いによる空力特性のRe数依存性についてのデータを取得した。その結果、(1)厚翼は矩形翼、デルタ翼共にRe<4×10^4の領域において非線形な空力特性となる。(2)平板は矩形翼、デルタ翼共に線形的な特性を示し、低迎角においてはRe数依存性が小さい。(3)平板はRe>3×10^6の領域になると最大揚力係数が小さくなる。(4)低Re数領域では薄翼が、高Re数領域では厚翼が揚力特性は優れている。が分かり、低Re数領域での三次元翼周りの特異な空力現象を幅広く明らかにすることができた。またPC16台をクラスター化し、並列計算を目的とした数値計算システムを構築した。まず2次元翼NACAOO12回りの非圧縮性流れについて、NS方程式の直接数値シミュレーションを行った。その結果、Re数が3×10^4-7×10^4において迎角が小さい範囲で生じる負の揚力傾斜現象を数値シミュレーションで再現することに初めて成功した。それらの低Re数では翼後半上面での層流剥離や翼後縁から放出される剥離渦に起因して後縁に向かう強い逆流の存在が、翼理論で言うところのクッタの条件とはかけ離れた流れ場を作り出していることが原因であることを明らかにした。このように風洞試験および数値シミュレーションによって、低Reにおける平面形や翼形の違いによる空力特性データの取得、また翼周りの強い非線性をもたらす空力現象の一端の解明により、火星飛行探査システム用の三次元翼設計に向けて基礎的な知見を得ることができた。1.風洞試験:昨年度高レイノルズ(Re)数遷音速風洞を利用して実施した厚みにある平板翼型を有する矩形翼とデルタ翼について,西日本工業大学の小型変圧風洞により追加風洞試験を実施し,空力特性のレイノルズ数依存性について整理し直した.低レイノルズ数領域では,厚翼より平板の方が良好な揚抗特性を示し,また矩形翼よりデルタ翼の方が迎角に対する中立点の変動は小さいことが分かった.火星で飛行探査を行うRe=10^4から10^5の領域では,キャンバーの少ない薄翼で,アスペクト比の小さなデルタ翼を用いて飛行することが適しているという結論を得た.これまでの風洞試験レイノルズ数よりさらに低いRe=10^4以下のレイノルズ数域での空力特性を得ることを目的として,静水槽を用いた曳航試験装置を製作し,予備試験として矩形翼の揚抗特性を調べた.低レイノルズ数領域で強い非線形的空力特性が改めて確認でき,また他の静水槽試験と一致する結果が得られたが,風洞試験結果とのデータの繋がりは悪く,その差異についての解明が必要である.2.数値流体力学による検証計算:昨年度NACAOO12翼型周りの二次元非圧縮流れのNavier-Stokes方程式を数値的に解き,低レイノルズ数流れにおける後縁回りの流れにっいて,揚力傾斜が負になるメカニズムを捉えることに成功した.今年度は,同じ流体ソルバーを用いて,より大きな迎角時の空力特性と渦構造との関係を調べた.

二次元風洞試験と比べて,揚力係数は概ね一致したが,高迎角になるほど抗力係数とピッチングモーメント係数は異なる傾向になった.迎角が大きくなるにつれて剥離点が前縁側に移動するため,渦の発生点も前縁側に移動すること,また翼上面で時計周りの渦と反時計周りの渦が複数同時に発生するようになり,揚力特性の非線形性に大きく影響するということが分かった.3次元翼の低レイノルズ数空力特性については,PIV(Particle Image Velocimetry)測定による流れの可視化風洞試験を実施した.小さな迎角から翼上面で渦が形成され始めていること,迎角の増加に伴い幾つかの渦形成パターンの出現が高レイノルズ数では見られない空力特性の非線形性を誘起することを明らかにすることができた.また,後流計測により,運動量理論から抵抗係数を分解したところ,迎角が大きくなるに従って誘導抵抗よりも形状抵抗の方が卓越するという特徴を見出すことができた.矩形翼やデルタ翼という平面形を有する3次元翼についての風洞試験において,レイノルズ数が小さくなるほどアスペクト比等の平面形の差異が小さくなるという結果に対して,物理的な理解を与えることができた.2次元翼のCFD(Computational Fluid Dynamics)による直接計算結果では,風洞試験で得られた揚力抗力特性と極めてよい一致を示すことができた.解析の結果,低迎角において揚力傾斜が負になる現象は,翼後縁における流れの下面から上面への回り込みによるものであること,また迎角が大きくなると翼上面での渦の形成パターンが複雑になり,揚力や抗力特性の非線形性に大きな影響を与えていることを裏付けることができた.3次元翼についてのCFD直接計算も実施し,空力的な3次元性の出現とレイノルズ数との関係にっいての検討を行うことができた.以上の風洞試験および数値計算の結果から,火星飛行探査に適した固定翼の空力特性や空力設計方法にっいての大きな知見が得られた.宇宙航空研究開発機構が2017年に計画している火星探査航空機の開発に向けて,平成22年よりスタートしたワーキンググループの一員として,この成果を活用する予定である.