hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
バイオ燃料・有用ケミカル・電気エネルギーを同時に作り出す生産プロセスの開発

低炭素社会の構築、エネルギー問題の解決に向け、再生可能な資源であるバイオマスの有効利用法の開発が急務である。固定化菌体触媒を用いたバイオディーゼル生産は、環境に優しい生産技術である。しかし、バイオディーゼルの生産性の向上とともに副生成物であるグリセリンも大量に生じるという問題点がある。本研究では、このバイオディーゼル燃料から生じるグリセリンを有用物質へと変換する技術の開発を行った。固定化担体、固定化方法などの固定化菌体触媒の条件を検討することで、有用物質であるグリセリン誘導体の生産プロセスの開発に成功した。グリセリンを原料として有用ケミカルを生産するための基盤技術を確立する。グリセリンはバイオディーゼル生産工程においてバイオディーゼルの1/3量生じるため、バイオディーゼルの生産性が向上すればするほど、大量のグリセリンが生成する。本研究では、この固定化菌体触媒技術を利用したグリセリンからの有用ケミカル生産技術の開発を行った。グリセリンを変換可能な酵素様々な微生物からスクリーニングするとともに、基盤となるバイオディーゼル燃料生産技術の向上も行なった。現在、スクリーニングはそのまま進行中である。また、バイオディーゼル燃料生産技術の向上を目指し、固定化菌体触媒を用いた植物油からのバイオディーゼル生産技術の開発を行なった。様々な微生物から、耐熱性リパーゼをスクリーニングし、従来よりも高い温度で高活性を維持するリパーゼを新たに見出した。このリパーゼを発現させた固定化菌体触媒を調製し、年度の高い実バイオマスである植物油からの効率的なバイオディーゼル生産技術の開発に成功した(成果発表済み)。現在、このバイオディーゼル生産により生じるグリセリンを用いて、酵素による変換条件の検討を進めている。また、並行して固定化菌体触媒を用いた電極調製にむけて、基礎データの蓄積を行なった。評価の容易な酵素固定化電極を用い、その電極の調製方法を最適化した。これにより、固定化量が電極性能に重要な因子であることを見出した。現在、固定化菌体触媒電極の調製を進めている。本年度は、グリセリンを原料として有用ケミカルを生産するための基盤技術の構築を行った。グリセリンは炭素が3つから成る構造であり、酸化還元反応により3ーヒドロキシプロピオン酸(有機酸)及び1,3-プロパンジオール(ポリオール)へと変換できる。このグリセリンはバイオディーゼル生産工程においてバイオディーゼルの1/3量生じるため、バイオディーゼルの生産性が向上すればするほど、大量のグリセリンが生成する。このグリセリンを上述の有用ケミカルへと変換する。本研究では、これらグリセリンを変換する酵素の探索を行った。様々な微生物からグリセリン変換酵素をクローニングし、はじめに大腸菌を用いて発現を試みた。いくつかの酵素は発現が可能であったものの、その生産量は未だ十分とはいえない状況であるため、糸状菌や放線菌などの発現系の構築も平行して進めている。また、発現量を向上させるための宿主ベクター系の改良および酵素活性の評価も進めている。グリセリンの濃度の工場に伴い粘性が上昇するため、撹拌や溶液の条件を検討している。また、グリセリンを酸化還元する酵素について、その酵素活性を電気化学的に評価した。はじめに酵素を固定化した電極を用いて評価を行ったところ、やはりグリセリンの粘性のため評価が困難であった。しかし、固定化菌体を用いることで撹拌に対する耐性が向上し、まだ改善点はあるものの、評価ができるようになった。今後、酵素量などの条件検討をさらに進めていく。前年度に引き続き、グリセリンを原料として有用ケミカルを生産するための基盤技術の構築を進めた。本年度はグリセリンを元来資化可能な微生物に注目して、それらの微生物が有する酵素に焦点を当てて検討を進めた。いくつかの微生物についてグリセリンを炭素源とした増殖能の評価を行い、その中でも、乳酸菌がグリセリンを炭素源として増殖するため、これらグリセリンの資化に関わる酵素を発現させ、その影響を評価した。はじめに乳酸菌を用いて発現させたところ、グリセリンの資化能が向上したため、グリセリンに対して活性のある酵素である可能性が示された。この酵素を大腸菌などの汎用宿主で発現精製を試みているが、思ったような成果は得られなかった。そのため、並行して乳酸菌での発現精製も行った。また、固定化酵素を用いたグリセリンの活性評価については、グリセリンの粘性が活性に与える影響が大きく、その粘性のため活性が阻害された。攪拌を強めることで流動性は増すが、その分固定化酵素の剥離が課題となることがわかった。さらに、本研究では小さな反応器を用いた検討のみであったが、攪拌翼などの大きなリアクターを用いることで、より適した条件を見出すことができる可能性も示された。26年度が最終年度であるため、記入しない。生物化学工学26年度が最終年度であるため、記入しない。固定化酵素調製技術の確立とともに、物質生産、電気エネルギー生産技術の基盤が着実に確立されてきており、順1調に進行している。

グリセリンを用いた測定の条件検討に多少困難があるものの、菌体触媒の調整、酵素活性の評価などおおむね順調に進んでいる。26年度が最終年度であるため、記入しない。昨年度開発した固定化菌体触媒・固定化菌体電極を用いて実際のバイオディーゼル生産工程の中でグリセリンから有用ケミカルを生産する技術を開発する。条件検討と平行して実際のバイオディーゼル生産行程の中で生じたグリセリンを用いて有用物質生産技術の開発を検討していく。平成25年度経費と合わせて使用する次年度は網羅的な評価およびスケールアップのため消耗品および分析試薬が多く必要とされるために次年度使用額が生じている。網羅的な評価およびスケールアップ検討のための消耗品および分析試薬に使用する。
血管形成術後の内膜過形成におけるuPAを介したNF-kBの役割

脳主幹動脈に対する血管内手術後の再狭窄には血管中膜の平滑筋細胞が内膜に遊走し増殖する内膜過形成が深く関与しており,同病態に関する遺伝子の転写因子としてNuclear factor (NF) -kBが注目されている.我々はラット頸動脈バルーン損傷モデルを用いてNF-kBの関与を研究した.まず,バルーン損傷後に内膜過形成が形成され血管内腔が狭窄することを確認した.損傷後14日頃が内膜過形成は最大であった.損傷後1日後,3日後,7日後,14日後に標本を摘出しNF-kBの発現を免疫染色,Western blottingを用いて検討した.NF-kBの発現は3日後が最も大きく14日後には正常化した(第59回日本脳神経外科学会総会).次にNF-kBを抑制するとされているN-acetylcisteine(NAC)を損傷後に腹腔内投与しNF-kBの発現,内膜過形成に及ぼす効果を検討した.NAC投与群(n=9)では非投与群(n=9)に比してNF-kBの発現は抑制され,内膜過形成は抑制された.つまり内膜過形成にNF-kBが関与しており,それを抑制することで内膜過形成が抑制されることを示した(Neurol Res2001;23:731-738).さらに動脈硬化病巣への血管形成術を模倣した2回損傷モデルを用い,2回損傷で内膜過形成がより著明であることを確認し,内膜過形成には血管中膜平滑筋のtransformationが関与していることを明らかにした(第60回日本脳神経外科学会総会).また,バルーン損傷後,抗酸化剤のエタラボン投与により内膜過形成が抑制される傾向を認め,免疫染色,Western blottingにてその作用機序の検討を行っている.近年,脳主幹動脈の狭窄性病変に対して経皮的血管拡張術やステント留置術が行われているが,再狭窄の可能性は否定できない.再狭窄には中膜の平滑筋細胞が内膜に遊走し増殖する内膜過形成が深く関与しており,同病態に関する遺伝子の転写因子としてNuclear factor(NF)-kBが注目されている.我々はラット頸動脈バルーン損傷モデルを用いてNF-kBの関与を研究している.まず,バルーン損傷後に内膜過形成が形成され血管内腔が狭窄することを確認した.損傷後14日頃が内膜過形成は最大であった.損傷後1日後,3日後,7日後,14日後に標本を摘出しNF-kBの発現を免疫染色,Western blottingを用いて検討した.NF-kBの発現は3日後が最も大きく14日後には正常化した(第59回日本脳神経外科学会総会).次にNF-kBを抑制するとされているN-acetylcisteine(NAC)を損傷後に腹腔内投与しNF-kBの発現,内膜過形成に及ぼす効果を検討した.NAC投与群(n=9)では非投与群(n=9)に比してNF-kBの発現は抑制され,内膜過形成は抑制された.つまり内膜過形成にNF-kBが関与しており,それを抑制することで内膜過形成が抑制されることを示した(論文投稿中).今後は,動脈硬化病巣への血管形成術を模倣した2回損傷モデルを用いて研究を進めて行く予定である.脳主幹動脈に対する血管内手術後の再狭窄には血管中膜の平滑筋細胞が内膜に遊走し増殖する内膜過形成が深く関与しており,同病態に関する遺伝子の転写因子としてNuclear factor (NF) -kBが注目されている.我々はラット頸動脈バルーン損傷モデルを用いてNF-kBの関与を研究した.まず,バルーン損傷後に内膜過形成が形成され血管内腔が狭窄することを確認した.損傷後14日頃が内膜過形成は最大であった.損傷後1日後,3日後,7日後,14日後に標本を摘出しNF-kBの発現を免疫染色,Western blottingを用いて検討した.NF-kBの発現は3日後が最も大きく14日後には正常化した(第59回日本脳神経外科学会総会).次にNF-kBを抑制するとされているN-acetylcisteine(NAC)を損傷後に腹腔内投与しNF-kBの発現,内膜過形成に及ぼす効果を検討した.NAC投与群(n=9)では非投与群(n=9)に比してNF-kBの発現は抑制され,内膜過形成は抑制された.つまり内膜過形成にNF-kBが関与しており,それを抑制することで内膜過形成が抑制されることを示した(Neurol Res2001;23:731-738).さらに動脈硬化病巣への血管形成術を模倣した2回損傷モデルを用い,2回損傷で内膜過形成がより著明であることを確認し,内膜過形成には血管中膜平滑筋のtransformationが関与していることを明らかにした(第60回日本脳神経外科学会総会).また,バルーン損傷後,抗酸化剤のエタラボン投与により内膜過形成が抑制される傾向を認め,免疫染色,Western blottingにてその作用機序の検討を行っている.
太陽電池を用いた放射線検出器の開発

太陽電池はシリコン単結晶やアモルファスシリコン等があり、それらはp-n接合を持った半導体構造をしている。形状は、小さいもので数cm角、大きい物では数m角のものまである。それらは製造方法によって空乏層の厚みが違うが、いずれの場合でも1ミクロン前後と言われている。筆者はここ数年、これらの太陽電池の特徴を生かして電子線形加速器の簡易型ビームロスモニターの開発・研究を試みてきた。本研究では、応用範囲の広いフレキシブルな太陽電池を用いたビームロスモニターの試作・開発を行った。実験は、東海村に設置してある東大35MeV電子線ライナックを用いて、パルス幅10ps、加速電荷量0.5pC/pulse100pC/pulseの間で行った。この加速ビームは、厚さ15cmのカーボンと厚さ5cmの鉛を重ねたターゲットに入射し、ビーム入射時に発生するブレームスγ線を用いて実験を行った。ターゲット後方には太陽電池がおかれている。なお、加速電荷量を小さくするために、Sバンドライナックの加速周波数である2.856Gzの一波長である350ps以下の200psのパルス幅の信号を電子銃グリッドパルサーに入力し、単パルスを発生させた。実験に用いた太陽電池は、受光面が70cm^2から1550cm^2のアモルファスシリコン太陽電池である。太陽電池の出力は、1/V変換を行った後に波形整形回路を通してオシロスコープで測定した。また、発生したγ線の線量率を知るためγ線の線量計を用いて100pC/5pps400pC/5ppsの間で線量測定を行った。こうした一連の実験で以下の事が明らかになった。(1)太陽電池出力は、加速電荷量を一定にした時は受光面積に比例する。(2)受光面積が一定な場合、加速電荷量に対する太陽電池出力は良好な直線性を持つ(3)太陽電池のサイズにもよるが、受光面が75cm^2の太陽電池は下限の測定限界が0.5pC/pulseであった。(4)加速電荷量と発生したγ線の線量率は、良好な直線性が確認された。加速電荷量に対するγ線の線量率は、100pC/5ppsの時に634μSv/hで、400pC/5ppsの時が2160μSv/hであった。(5)アモルファスシリコンは空乏層が1ミクロン以下と狭く、シリコン結晶タイプに比べて感度が少し悪い、等である。これらの結果から、アモルファスシリコン太陽電池を用いたモニターは、フレキシブルであり加速器のみならず、他の高い放射線場用の放窮線検出器としても応用可能である。
ラット脊髄・後根神経節における脂質性二次メッセンジャー代謝酵素の遺伝子発現局在

ジアシルグリセロール(DG)は生体内の細胞において、様々な脂質代謝の中間体としてのみならず、細胞内二次メッセンジャーとしても重要な役割を果たす。種々の蛋白質をリン酸化するプロテインキナーゼC(PKC)はこのDGにより活性調節を受けることから、DGキナーゼ(DGK)はこのDGの代謝を介してPKC活性をコントロールする役割を果たす。我々はこれまでラット脳より5つのDGKアイソザイム(DGKalpha, -beta, -gamma, -zeta, -iota)のクローニングを行い、脳内遺伝子発現を報告してきた。本研究では、ラット脊髄・後根神経節におけるこれらDGKアイソザイムの機能的役割を追求する目的で、これまで得られた遺伝子発現局在の解析に加え、抗体の作製による蛋白局在の検討を行った。抗体の作成に関しては、各々のDGKアイソザイムに特異的な領域を選択しグルタチオンSトランスフェラーゼ(GST)との融合蛋白質として大腸菌にて大量培養発現を行った。グルタチオンカラムによる精製後、家兎に免疫を行い、現在血清からの抗体精製を行っている。抗体作成の成功したDGKzetaに関して、後根神経節を中心に細胞内局在を精査したところ、個々の神経節細胞ごとに局在が異なることを見い出した。とりわけ比較的小型の細胞においては、核と細胞質における分布に大きなばらつきが認められ、刺激に応答した細胞内局在の変化の可能性を示唆するものであった。サブスタンスPやCGRPなどの神経ペプチドホルモンの免疫組織化学像との比較を行ったところ、DGKzetaの細胞内局在様式との有意な相関は認められなかった。現在さらに、座骨神経の切断実験および末梢へのエタノール注入による刺激実験による局在の変化を検討中である。プロテインキナーゼ(PKC)の活性化因子であるDGキナーゼ(DGK)は、ラット脳内の特徴的な遺伝子発現局在がin situハイブリダイゼーション(ISH)法により報告されている。本研究はラット脊髄・後根神経節(DRG)におけるDGK遺伝子および蛋白の発現様式を解析することを目的とした。Wistar系成体ラットの脊髄とDRGから全RNAを抽出し、ノーザンブロット法を行った。また、頸髄および付随するDRGの新鮮凍結切片を作製し、^<33>PラベルcRNAプローブを用いたISH法によりmRNAの発現局在を観察した。また、唯一特異抗体が作製されているDGKζについて免疫組織化学法を行い、蛋白の局在を観察した。ノーザンブロット法において、脊髄ではDGKζ、DRGではDGKζ及びιの強い発現バンドが検出された。ISH法では、DGKζが脊髄前角から後角まで均一に発現していた。またDGKιは後角表層のI、II層と思われる幅の狭い領域に認められた。一方DRGでは、DGKζとιが小径の神経節細胞に著しく強く発現していた。DGKζの免疫組織化学法では、脊髄灰白質神経細胞の核内に免疫陽性が認められた。DRGでは、大径の神経節細胞の核内に免疫陽性が検出されたが、小径の細胞においては核に免疫反応が認められるもの、核と細胞質の双方に同程度の免疫反応が検出されるもの、核よりも細胞質の反応性が強いものなど、多様な染色パターンが観察された。DDKζに核移行シグナルがあることから、この蛋白の核-細胞質移行機構の存在が示唆された。本研究により、ラット脊髄・DRGにおけるDGKアイソザイム遺伝子の多様な発現局在が明らかになり、痛覚の伝達・受容など知覚神経機能への関与が強く示唆された。
創薬を目指した新たな治療感受性・抵抗性分子標的の探索

相同結合(HR)に関与するRad51と非相同末端結合(NHEJ)に関与するXRCC6の遺伝子コピー数の減少は放射線化学療法後の神経膠芽腫患者の良好な生命予後と相関しており、これらの分子が治療抵抗性に関与していることが推測されたが、放射線化学療法前後の腫瘍サンプル遺伝子発現を比較解析すると、HRやNHEJに関与する遺伝子発現は治療により寧ろ抑制されており、CDKN1AとDDB2の発現が症例に共通して治療後に発現亢進していた。これらのデータから、神経膠芽腫に対する放射線化学療法後の遺伝子修復に関してはCDKN1Aによる細胞周期停止と、ヌクレオチド除去修復が主役をなしている可能性が示唆された。平成27年度は、症例と臨床情報の蓄積、および遺伝子解析に向けてCTOS株の樹立を行った。本年度は対象症例が少なく、生検術後にneo-adjuvantとして放射線治療・化学療法を施行した症例5例を蓄積した。生検術にて得られた組織、放射線化学療法後の開頭術で得られた組織それぞれからCTOSを作成した。幸い、全ての症例で治療前後のCTOS株の樹立ができた。同時に、生検組織および摘出組織のペアでの凍結組織保存を行った。一方、既知の遺伝子解析として、1p/19q共欠失・MGTメチル化・IDH1変異の解析を行った。1pは正常1例、小欠失3例、全欠失1例で、19qは全例全欠失を認めた。MGMTはUnMet3例、Met2例で、IDH-1は全例野生型であった。治療前後でMIB-1 indexを比較すると、低下する症例と変化しない症例を認めた。治療前の腫瘍倍加時間は10.7日49.3日。テモゾロミドのみで腫瘍縮小が得られた症例は1例のみで、残る3例は腫瘍倍加時間の延長を認めた。一方、テモゾロミドにIMRTを加えると、5例中4例で腫瘍縮小を認めた。以上より、本年度症例蓄積した症例5例は、化学療法著効例1例(MGMT-Met)、化学療法有効例3例(MGMT-UnMet)、化学療法無効例1例(MGMT-Met)に分類された。また、放射線化学療法としては、著効例1例、有効例3例、無効例1例に分類できた。MGMTメチル化は、化学療法著効例でMetであったが、無効例1例もMetであり、一方、UnMet3例はいずれもテモゾロミド有効例であり、MGMTメチル化のみでテモゾロミドの効果を予測するのは困難であることが示唆され、今回の研究の目的である新たな分子診断の重要性が再認識された。平成27年度は、期待していたよりも当院で治療した神経膠芽腫症例が少なく、これが症例蓄積が思うように進まなかった原因となった。引き続き症例蓄積に努めるが、平成28年度は網羅的遺伝子解析に関しては、症例蓄積と平行してこれを行っていく方針に変更する予定とした。また、既に治療を終了している症例においても、評価可能病変が残存していた症例を対象に、テモゾロミド単独効果および放射線化学療法の効果を定量し、対象症例に組み込むことで、遅れを回復させる方針とした。症例の蓄積および遺伝子解析に向けたCTOS株の樹立は平成28年度も引きつづき行った。生検術後にneo-adjuvantとして放射線治療・化学療法を施行した神経膠芽腫6例に加えて、神経膠芽腫初発例29例でCTOS株を樹立した。Neo-adjuvant治療を行った症例では、テモゾロミド単独治療時の腫瘍体積変化、テモゾロミド/放射線治療併用時の腫瘍体積変化を別に評価したが、同じMGMTメチル化例でもテモゾロミドにより腫瘍縮小が得られた症例と、腫瘍が増大した症例とが存在することが明らかとなり、MGMTメチル化以外にもテモゾロミド感受性を支配する分子が存在することが示唆され、本研究の意義が再確認された。今年度は、in vivoでの薬剤感受性試験を視野に、樹立したCTOSをマウス皮下に移植して動物モデルの作成を試みたが、CTOSの皮下への生着を得ることは困難だった。これは、組織特異的な問題かと思われた。脳内への移植も考慮したが、臨床応用を考え、今後はin vitroでの薬剤感受性試験を採用することとした。平成28年度は、動物を用いたCTOS薬剤感受性系の樹立を目指したが、これが難しく時間を要した。最終的には、最終年度の平成29年度に確実に結果が出るように動物モデルを用いない方法での薬剤感受性試験を行う方針とし、遅れを回復させることとした。また、平成28年度は次世代シーケンサーを用いた遺伝子変異解析は行えたが、遺伝子発現解析を行えなかった。平成29年度は新たな分子標的を探すべく遺伝子発現解析を治療前後のCTOSを用いて行う準備は整っており、今年度中に結果を出せるものと考えている。マウスモデルへのCTOSの移植を試みたが残念ながらマウスに正着させることができなかった。そこで、摘出腫瘍組織を用いて、neo-aduvant放射線化学療法を施行した前後における分子学的相違を明らかにするため、RNAseq解析を行った。Neo-adjunvant治療を施行した患者は6例。-80度で保存していた初回生検時の腫瘍組織・neo-adjuanvt治療直後に摘出した腫瘍組織からRNAを抽出し、解析に用いた。

これら12RNA(6RNA set)のうち、1 sampleがRNAのquality checkで基準を満たさなかったため、10例(5 sample sets)を検討の対象とした。治療前後で有意に異なる発現量を示した遺伝子は、症例1:2008、症例2:2097、症例3:1848、症例4:1524、症例5:587遺伝子であり、全ての症例で共通して有意な遺伝子発現変化を認めた遺伝子を46確認した。そのうち、22遺伝子は治療により発現が低下・10遺伝子は発現が亢進、14遺伝子は症例によって発現低下と亢進が異なっていた。放射線化学療法により発現亢進している遺伝子は、治療抵抗性に関与していることが疑われ、新たな治療標的となり得ると考えられるが、今回明らかとなった10遺伝子の中には、Cell cycle arrestに係わる遺伝子(FIT3)・DNA repairに係わる遺伝子(CDKN1A, DDB2)・apoptosisやanoikisに係わる遺伝子(EDA2R, FSCR)・治療抵抗性への関与が疑われている遺伝子(ADIRF, CYBG, CRLF1)が含まれており、残る2遺伝子もDNA/RNA virus関連の遺伝子とされていた。これらの遺伝子は、いずれも今後の神経膠芽腫の治療標的として有望であると思われた。相同結合(HR)に関与するRad51と非相同末端結合(NHEJ)に関与するXRCC6の遺伝子コピー数の減少は放射線化学療法後の神経膠芽腫患者の良好な生命予後と相関しており、これらの分子が治療抵抗性に関与していることが推測されたが、放射線化学療法前後の腫瘍サンプル遺伝子発現を比較解析すると、HRやNHEJに関与する遺伝子発現は治療により寧ろ抑制されており、CDKN1AとDDB2の発現が症例に共通して治療後に発現亢進していた。これらのデータから、神経膠芽腫に対する放射線化学療法後の遺伝子修復に関してはCDKN1Aによる細胞周期停止と、ヌクレオチド除去修復が主役をなしている可能性が示唆された。本研究は、当初の予定通り推進していく方針である。幸いCTOS株の樹立は高率に行えることも明らかと成っており、症例を蓄積すると同時並行して、次世代シーケンサーを用いた網羅的遺伝子変異解析およびcDNA chipを用いた網羅的遺伝子発現解析を平成28年度に開始する。一方、CTOSに関しては、継代が可能か検証を行う必要もある。従来の予定に平行して、CTOS継代に関してもその至適方法の確立を行う。CTOSの継代が可能となった場合、CTOSを用いた薬物感受性試験を行い、CTOSを用いた薬物感受性試験が実際の臨床にも応用可能か検証を加える予定である。本研究は、当初の予定から動物モデルを用いた薬剤感受性試験をin vitroの薬剤感受性試験に変更するが、分子標的を検索する目的での遺伝子発現解析は予定通り行う方針である。この結果と、既に解析した遺伝子変異解析の結果を併せて、新たな分子標的を明らかにしていく。さらに、抽出された標的候補分子の発現および変異を、別のstudy setで解析しテモゾロミドの効果と比較することで、より精度の高い標的の抽出を行う予定である。悪性脳腫瘍平成27年度は、症例蓄積が予定より少なかったため、解析に使用する試薬代など物品費が予測よりも少なかった。網羅的遺伝子解析は一定数の症例蓄積を行った後に行う予定としていたが、今年度はその症例数に至らず解析を開始できなかったため、これに係わる物品費が使用されなかった。平成28年度は、遺伝子発現解析を開始できなかったため、これに係わる試薬代など物品費が予定より少なかった。
ローマ帝政後期の政治と宗教

4世紀中葉以降の帝国と教会との確執は異教対キリスト教という宗教的対立ではなく、何よりも公役負担ないし課税という財政上の理由によるものであった可能性が高い。時代の経過と共に進捗する教会の富裕化(富裕異教徒の教会入会)が教会に対する帝国の姿勢に変化をもたらしたようである。富裕者入会禁止措置が実効性に欠けていたため、コンスタンテイヌス以降の諸皇帝は逆に積極的に入会を強制し、その代わりに彼らに財政負担を課し、官職さえ独占させることで、帝国の再編業務に関与させたのである。4世期後半、多くの信徒が異教に再改宗し、テオドシウス帝がこれを阻止するための措置をとった事実も上述の政策変更に論理的に整合する。皇帝による教会内抗争への干渉も宗教的動機からではなく教会一致を目指した政治的アクションであり、皇帝はどちらの宗派が教会を主導するかには無関心であったことを、23年度は対異端政策の観点から部分的に示したが、24年度は一方では4世紀におけるキリスト教への改宗の動機を、改宗に直接言及した個々の史料証言からだけではなく、公役負担からの逃避という観点からも分析し、民間においては異教からキリスト教ないしキリスト教から異教という改宗の方向性に関係なく改宗は負担の軽い宗派の方向に向けて頻発して生じたことを示唆できた。また他方では、民間人のみならず官僚をも考察対象に取り上げ、帝国官僚の人事と当該人物の宗教的帰属との関連性に着目して調査し、4世紀の帝国人事においては宗教的帰属が必要要件として重要であったとするバーンズらの半ば定説化しつつある仮説は4世紀後半以降は妥当するものの、中葉までの時期においては妥当しないことを、プロソポグラフィックな手法を用いて示せることを明らかにした。両者の見通しを総合的に判断すれば、4世紀後半以降、官僚機構は徐々にキリスト教徒による独占への道のりを辿っていったが、その過程を規定したのは、(宗教性ではなく)教会組織を中心とした体制強化を目指した帝国の権力中枢の意向であり、この権力中枢は前半期には教会を単なる協力相手と見て保護育成はしつつも帝国人事においては教会内の人材不足からキリスト教徒の独占を認めなかったのに対し、後半期以降は積極的にそれを推進した、という展望が得られる。この権力中枢は公役負担の配分も適宜状況変化に対応して変更し、時に教会側の反発を甘受しつつも行政組織としての教会の強化に務めたと暫定的に結論づけられる。これは、本研究課題を策定する際に事前に立てた見通しと合致するものである。23年度、24年度ともに、教会に対する帝国の積極的関与を宗教的動機ではなく、政治的、行政的および経済的動機から説明するため、4世紀における改宗現象に着目し、一方では4世紀前半の帝国人事における宗教的帰属の非重要性をプロソポグラフィックな手法を用いて示し、他方では、改宗がその方向性(異教からキリスト教へか、キリスト教から異教へか)とは関係なく、公役免除特権の付与状況と深い関連性を有すること、すなわち公役負担の軽い宗派への改宗が一般的であったことを主にテオドシウス法典所収の勅令から示唆することができた。これを受けて25年度は、改宗動機の非宗教性を裏付ける目的から、帝国内の諸都市における人・モノ・カネの移動の実態を同法典第12巻、第16巻および教父史料を用いて調査し、負担回避のための人の移動が4世紀以降頻繁に文献資料に現れること、そして逃避先として、都市の異教神官職、中央政界(元老院身分取得)、軍隊、属州公職、農村部、他都市、そして何よりも教会(聖職)が挙げられていることを確認することができた。そしてさらに、西暦360年頃を境に二期に分類される教会への逃避(改宗)の、それぞれの時期に見られる特徴も明らかにできた。すなわち、前期は専ら教会への特権が皇帝の側から付与されるゆえの逃避だけであったのに対し、ヨウィアヌス期以降の後期に至っては帝国による教会への監視が厳格化し、資産家も聖職者として迎え入れらたために財産放棄が要求される事態に至り、これが原因で異教への再改宗(出戻り)現象が生じるという逆転現象も生じたのである。これは、法典に言及されている出戻り者からの遺言権剥奪や、教父アンブロシウスが嘆く棄教者輩出、あるいは官職を対価とした異教への改宗運動等、4世紀後半に至って史料に現れる諸現象と内容的に符号する。権力中枢における異教徒とキリスト教徒との政治的抗争の実態を解明するためには法文書を初めとする文献資料を駆使しての、個々の有力政治家、官僚、宮廷人の社会的身分および宗派的属性の解明を目的としたプロソポグラフィックな考察が不可欠になる。そこで本年度は、皇帝側近および元老院議員の動きを考察するに先立つ作業に着手した。

すなわち、コンスタンティヌス以降の諸皇帝の行政措置の概略を個別的事例の分析を通して明らかにすることである。その目的で、特に異端諸分派に対する対応を検討することとし、異端に対する厳しい態度を取り始めた時期、場所、動機と目的を『テオドシウス法典』および周辺文献を基に分析し、異端に対する集会禁止命令および都市追放令が主に宗教的動機からではなく、治安的観点からなされたことの他、帝国の一行政機関としての教会組織の整備という目的をも示すことができた。この点は対異教政策、対ユダヤ人政策との比較において興味深い。対異端、対異教、どの関係においても帝国の施策は教会側からの申し入れに基づて執行されており、帝国がキリスト教の率先した国教化を意図していたことの形跡はないからである。本年度のもう一つの研究実績に数え入れるべことは、研究計画に入れなかったものの、その重要性から検討課題として浮上した『コンスタンティヌスの生涯』の真贋性および著作年代とその社会的背景についての研究である。これは既に昨年度にも部分的に着手したものだが、特に年代決定と社会的背景の解明は異教とキリスト教の間の確執の様相を多く垣間見せる文書だけに、動機分析をも含めたより精密な考察が4世紀帝国のキリスト教化過程における帝国側の受動性を裏付けるために必要かつ有益であると判断した。本年度は、帝国が時代の経過と共にキリスト教徒優遇政策の方向に実際に転換していったのかを確認する目的から、「権力中枢における実際にキリスト教徒と異教徒の勢力分布および勢力争いの実態」、および「帝国統治における教会利用の実態」について文献調査を行った。道長官や軍司令官等、帝国の官僚団の宗教性をプロソポグラフィックな方法で考察したT.D.Barnesその他が収集したデータを再検討した結果、コンスタンティヌス朝期における勢力分布は彼らが考えるほどキリスト教化されておらず、さらにテオドシウス朝期でも確かにキリスト教徒の数は増大するが、まだ多くの異教徒が皇帝側近にいたことが確認できる。ただし増大原因は単に宗教性の変化というよりも、公役負担の回避を目的とした富裕者の教会流入、および帝国が実施した対抗措置としての教会に対する公役義務化、そしてそれに伴う異教への再改宗に対するペナルティがそれ相応の効果を発揮したことにあった。これは、3世紀に地方都市レベルで生じた参事会入会忌避と、それに続く入会強制に良く符合する現象である。このような考察から分かることは、帝国は確かにキリスト教化の方向に進んでいったとはいえ、それは都市の分解による求心力低下の時代における一つの有力な対策であり、富裕者が集う地方諸都市の教会を求心力の発出点としてこれに参事会的な機能を担わせることを目的としたということである。ここで特に重要なことはコンスタンティヌス以降の時代変化に伴う帝国の政策変化である。すなわち、教会入会の条件の中に(ある程度の)貧困的状況を入れて富裕者を排除し、参事会員としての義務履行を強制したコンスタンティヌス朝期とは対照的に、テオドシウス朝期には富裕者=教会員という前提の下、その組織を帝国の中核要素として帝国再建のために活用したのである。西洋古代史初年度のテーマ「各宗派に対する勅令の発令動機の世俗性如何」についてはその史料の量的膨大さゆえに、達成度は7割程度であった。今年度のテーマ、「改宗」および「権力中枢におけるキリスト教徒と異教徒との勢力分布および勢力争いの実態」については最終年度の「帝国統治における教会利用の実態」と併せて取り組んだため、見通しは立ったものの、論文という形で文字化するまでには至っておらず、早急に論文の執筆に着手したい。
センサネットワークの安全・安心を保証する情報セキュリティ技術の研究

近年,機器の小型化や省電力化に伴い,各機器をセンサネットワークで認証・接続し,情報の共有や処理を行うアプリケーションが期待されている.その際,共有情報のグループ外での秘匿化,完全性保証が信頼性確保のためには必須である.本研究では,1非均質型端末間のグループ鍵共有プロトコル2鍵共有におけるハッシュ関数の応用3形式言語による安全性証明4安全なグループ鍵共有方式のシミュレーションを行い,特に端末の能力に応じたフレキシブルなネットワークで,受動攻撃モデルで安全なグループ鍵共有方式を構築した.さらにT(<n)端末の故障に対しても安全な鍵共有方式も提案した.近年,機器の小型化や省電力化に伴い,各機器をセンサネットワークで認証・接続し,情報の共有や処理を行うアプリケーションが期待されている.その際,共有情報のグループ外での秘匿化,完全性保証が信頼性確保のためには必須である.本研究では,1非均質型端末間のグループ鍵共有プロトコル2鍵共有におけるハッシュ関数の応用3形式言語による安全性証明4安全なグループ鍵共有方式のシミュレーションを行い,特に端末の能力に応じたフレキシブルなネットワークで,受動攻撃モデルで安全なグループ鍵共有方式を構築した.さらにT(<n)端末の故障に対しても安全な鍵共有方式も提案した.1.非均質型端末間のグループ鍵共有プロトコル(担当:宮地(研究代表者),面(連携研究者))簡易非均質型でのグループ鍵共有プロトコルの構築において,既存研究のn端末がメッシュ型,すなわち各端末の能力が同じである(0,n)型ネットワーク(低能力の端末数0,高能力の端末数n)のグループ鍵共有プロトコルを(1,n-1)型ネットワーク,すなわち低能力の端末数1,高能力の端末数n-1のグループ鍵共有プロトコルに拡張し,簡易モデルで安全性を証明.さらに,(2,n-2)型,(3,n-3)型への拡張も行った.プロトコルは楕円曲線上の双線型群を利用.また,耐故障性を考慮し,幾つかの端末が故障した際にも鍵共有が可能な方式を構築し,簡易モデルにおいて安全性を証明.2.鍵共有おけるハッシュ関数の応用(担当:廣瀬(研究分担者))(担当:双紙(研究分担者))SHA-1,SHA-256/512,NIST次世代ハッシュ関数候補をNIST SP800-56Aに用いた鍵導出関数は,ハッシュ関数の一般的な安全性の仮定での安全性の保証は困難である.そこでNIST SP800-108の鍵導出関数を検討し,並列処理効率の観点から優れた鍵導出関数を開発し,ハッシュ関数に基づくHMACなどの擬似ランダム関数を用いると鍵導出関数は安全であることを証明.次にハッシュ関数をセンサネットワークにおけるグループ鍵分配プロトコルに応用し,センサグループに鍵生成多項式を分配する方式を開発.多項式に各センサの秘密鍵のハッシュ値を適用することで,安全でかつ効率の良いグループ鍵共有を実現.3.形式言語による安全性証明(担当:岡崎(研究分担者))自動証明検証システムMizar上で,プロトコルの安全性検証のための基礎的ライブラリを作成.21年度は特に離散かつ有限な標本空間における確率の形式的記述を行った.これにより,疑似乱数生成器,ハッシュ関数等の暗号プリミティブの形式的記述のツールが整った.さらに安全性の議論に必須である確率変数や共通鍵暗号についてのライブラリも作成.1均質型端末間のグループ鍵共有方式(担当:宮地(研究代表者),面(連携研究者))非均質型のグループ鍵共有方式において,既存研究のn端末がメッシュ型,つまり各端末の能力が同じである(0,n)型ネットワーク(低能力端末数0,高能力端末数n)のグループ鍵共有方式を端末の能力に応じた任意の(n1,n2)型ネットワーク,つまり低能力端末数n1,高能力端末数n2のグループ鍵共有方式に拡張し,受動攻撃モデルで安全性を証明.さらに耐故障性を考慮し,任意のT(<n)端末が故障した際にも鍵共有が可能な方式(T耐故障-鍵共有方式)を提案し,耐故障数Tに対し最適な端末配置を決定する方法を構築.T耐故障-鍵共有方式は,受動攻撃モデルで安全性を証明.なお,KY変換により,本方式は能動攻撃に安全な方式に変換することが可能である.2鍵共有におけるハッシュ関数の応用(担当:廣瀬(研究分担者))鍵共有で頻繁に利用されるMAC関数において,小規模ハードウェアかつ8ビットマイクロプロセッサというセンサネットワークの環境に適したハッシュ関数を利用したMAC関数の構成法を提案し,その安全性を証明した.3形式言語による安全性証明(担当:岡崎(研究分担者))H21年度の本研究課題の成果である離散かつ有限な標本空間における確率に関するMizarライブラリ等を用いてランダムサンプリングや条件付き確率に関する定理,並びに具体的な確率事象を形式数学システムで表現するための基礎的なライブラリを作成した.さらに,数論や楕円曲線についての数学的ライブラリを作成した.4センサネットワークでのグループ鍵共有方式におけるシミュレーション(担当:双紙(研究分担者))センサーネットワークにおけるグループ鍵共有方式の実装的な評価として,EschenaurとGligorの方式をベースにした,効率とセキュリティのトレードオフが設定可能なグループ鍵配送方式と,効率の良い認証が可能でかつ柔軟なリボケーションが可能なハッシュ連鎖構成法を設計および評価,シミュレーション実験等を行った.1.非均質型端末間のグループ鍵共有

プロトコル:端末の能力に応じた任意の(n1, n2)型ネットワーク(低能力端末数n1,高能力端末数n2)のグループ鍵共有を行うペアリングベースの方式を構築し,受動攻撃モデルで安全性を証明.次に任意のT(<n)端末が故障した際にO(Logn+T)の性能で鍵共有が可能なT耐故障-鍵共有方式を提案し,受動攻撃モデルで安全性を証明.耐故障数Tに対しシステマティックに端末配置を行う方法も構築.両方式はKY変換により,能動攻撃に安全な方式に変換することが可能である.2.鍵共有におけるハッシュ関数の応用:前年度に開発した軽量ハッシュ関数を改良し,一層効率の良い鍵導出関数,擬似乱数生成器等が構成可能なハッシュ関数を開発.その衝突計算困難性,原像計算困難性,鍵付モードの擬似ランダム性を証明可能安全性の観点から明らかにした.省ハードウェア資源に有効なブロック暗号PRESENTを利用したハッシュ関数の衝突計算困難性を攻撃の観点から検討した.3.グループ鍵共有方式におけるシミュレーション:センサネットワークのグループ鍵共有・鍵配送の提案方式を安全性や効率の観点から,シミュレーションによる評価を実施.特に今年度は,EschenaurとGligorのプロトコルに基づいた鍵配送多項式を利用するグループ鍵配送方式の次数を下げることで,通信効率の良い方式を提案し,シミュレーション評価を行った.安全性の評価では,グループ外ノードへの鍵漏洩確率の減少を達成した.4.形式言語による安全性証明:本研究課題で提案する鍵共有プロトコルの形式検証に利用可能な楕円曲線に関する諸定理,有限離散標本空間上の条件付き確率,Z-加群,共通鍵暗号AES暗号の形式記述,数論アルゴリズムに関するMizarライブラリを作成した.1.非均質型端末間のグループ鍵共有プロトコル:端末の能力に応じた任意の(n1, n2)型ネットワーク(低能力端末数n1,高能力端末数n2)のグループ鍵共有を行うペアリングベースの方式を構築し,受動攻撃モデルで安全性を証明.次に任意のT(<n)端末が故障した際にO(Logn+T)の性能で鍵共有が可能なT耐故障-鍵共有方式を提案し,受動攻撃モデルで安全性を証明.耐故障数Tに対しシステマティックに端末配置を行う方法も構築.両方式はKY変換により,能動攻撃に安全な方式に変換することも可能である.2.鍵共有におけるハッシュ関数の応用:センサネットワークでのハッシュ関数の利用においては計算資源に制約のある環境でも効率よく処理可能であること(軽量性)が重要である.本課題では,ハードウェア資源の節約の観点からブロック暗号を用いたハッシュ関数の構成に着目し,ブロック暗号としてAESとPRESENTを利用した倍ブロックハッシュ関数の衝突計算困難性を攻撃の観点から検討した.3.グループ鍵共有方式におけるシミュレーション:センサネットワークのグループ鍵共有・鍵配送の提案方式を安全性や効率の観点から,シミュレーションによる評価を実施.昨年度実施したグループ鍵配送方式を発展させ,ハッシュ連鎖を柔軟に構成することで,VANET (Vehicular Adhoc Networks)における効率のよいグループ認証方式を研究開発した.
細胞質分裂におけるアクチン細胞骨格の制御機構の解明

アクチン脱重合・切断活性をもつコフィリンはアクチン細胞骨格の制御に重要な役割を果たしている。コフィリンの活性は、コフィリンキナーゼであるLIMキナーゼ1(LIMK1)とホスファターゼであるSlingshot(SSH)によるリン酸化、脱リン酸化により制御されている。これまでに私は、細胞分裂期にコフィリンのリン酸化レベルが上昇すること、またLIMK1、SSH1がリン酸化され活性が変化することを明らかにしており、LIMK1とSSH1によるコフィリンのリン酸化レベルの調節によるアクチン細胞骨格の制御が細胞分裂に役割を持つ可能性が示唆される。そこで私はコフィリンのリン酸化レベルの上昇の生理的役割を解明するため、RNAiに、よるLIMK1のノックダウンをおこない、細胞分裂への影響を解析した。この結果、LIMK1のノックダウンは分裂期でのコフィリンのリン酸化レベルの上昇を著しく抑制し、細胞の形態に異常を引き起こした。また、LIMK1のノックダウンにより細胞分裂の進行に遅れが生じることが明らかとなった。さらに、LIMK1のノックダウンにより、spindleが細胞内で回転する様子が観察された。アクチン重合阻害剤で細胞を処理した場合にもspindleの位置の不安定化が引き起こされたことから、spindleの位置の安定化にはアクチン細胞骨格が必要であることが明らかとなった。これらの結果はLIMK1およびSSH1によるコフィリンのリン酸化レベルの調節が、アクチン骨格の制御によりspindleの位置の安定化と、正常な細胞分裂の進行に重要であることを示唆している。アクチン細胞骨格の主要な制御因子であるコフィリンは、細胞質分裂への関与が示唆されている。これまでに、細胞分裂期にコフィリンのリン酸化レベルが変化すること、またLIMK1、SSHがリン酸化され活性が変化することを明らかにしており、LIMK1とSSHによるコフィリンのリン酸化レベルの調節によるアクチン細胞骨格の制御機構が推測される。LIMK1、SSHの活性変化を制御するシグナル経路の解明や、コフィリンのリン酸化レベルの変化の生理的役割の解明は、細胞分裂におけるアクチン細胞骨格の制御機構を明らかにするうえで重要であると考えられる。そこで私は分裂期にLIMK1、ISSHをリン酸化するキナーゼとそのリン酸化部位の解析をおこなった。分裂期の細胞抽出液を用いてin vitroでこれらをリン酸化できる実験系を確立し、SSHのリン酸化部位はC末端側に存在することを明らかにした。Cdc2キナーゼは分裂期の主要な制御因子であることから、Cdc2キナーゼがSSH、LIMK1をリン酸化している可能性について検討し、in vitroでCdc2キナーゼにより、これらが直接リン酸化されることを明らかにした。また、細胞分裂におけるコフィリン、LIMK1、SSHの役割を解析するため、緑色蛍光蛋白質(YFP)を利用して生細胞での細胞質分裂の経時観察を行ない、コフィリン、SSHが分裂溝に集積すること、野生型LIMK1およびSSH不活性型変異体の過剰発現は細胞質分裂の最終段階を阻害することを明らかにした。これらの結果はLIMK1およびSSHによるコフィリンのリン酸化レベルの調節が細胞質分裂に重要であることを示唆している。これまでに私は、細胞分裂期にコフィリンのリン酸化レベルが変化すること、またLIMK1、SSHがリン酸化され活性が変化することを明らかにしており、LIMK1とSSHによるコフィリンのリン酸化レベルの調節によるアクチン細胞骨格の制御が細胞分裂に役割を持つ可能性が示唆される。そこで私はコフィリンのリン酸化レベルの変化の生理的役割を解明するため、分裂過程の経時観察をおこなうことによりコフィリン、LIMK1、SSHの過剰発現や阻害による細胞分裂への影響を時間的・空間的に解析した。この結果、コフィリンはリン酸化レベルの変化と対応して分裂期に細胞内局在が変化すること、SSH1の共発現は分裂期のコフィリンの局在変化を抑制することが明らかとなった。RNAiによるLIMK1の発現の抑制は、分裂期でのコフィリンのリン酸化レベルの低下とコフィリンの局在の異常を引き起こし、細胞の形態に異常が生じた。さらにLIMK1のRNAiにより細胞分裂の進行に遅れが生じることが明らかとなった。これらの結果はLIMK1およびSSHによるコフィリンのリン酸化レベルの調節が正常な細胞分裂の進行に重要であることを示唆している。

そこで私はコフィリンのリン酸化レベルの上昇の生理的役割を解明するため、RNAiに、よるLIMK1のノックダウンをおこない、細胞分裂への影響を解析した。この結果、LIMK1のノックダウンは分裂期でのコフィリンのリン酸化レベルの上昇を著しく抑制し、細胞の形態に異常を引き起こした。また、LIMK1のノックダウンにより細胞分裂の進行に遅れが生じることが明らかとなった。さらに、LIMK1のノックダウンにより、spindleが細胞内で回転する様子が観察された。アクチン重合阻害剤で細胞を処理した場合にもspindleの位置の不安定化が引き起こされたことから、spindleの位置の安定化にはアクチン細胞骨格が必要であることが明らかとなった。これらの結果はLIMK1およびSSH1によるコフィリンのリン酸化レベルの調節が、アクチン骨格の制御によりspindleの位置の安定化と、正常な細胞分裂の進行に重要であることを示唆している。
生体機能における時空間階層を繋ぐ選択性と統計性の動的構築原理の創出

分子機能が熱的に揺らぐ環境の下で如何にしてその選択性を維持しているのか、という問いにおいて、系の位置座標に対して系の速度および熱浴の自由度を包む座標変換を施すことによって、系の反応・構造変化を解析的に予言できること、高エネルギー・高温領域での遷移状態が動的に変化することなどを新規に明らかにした。また、1分子時系列情報から抽出される階層的な状態遷移ネットワークから有効エネルギー地形を定量化する新しい理論を開発した。力学系理論における標準形理論を散逸系に適用し、準安定状態を複数有する多次元平均力ポテンシャルを持つ(一般化)ランジュバン方程式の状態空間幾何学を調べた。その結果、系の持つ複数の自由度間の非線形相互作用、およびランダムな外力の存在下においても、それらに応じた適切な座標を構成してその座標に射影して見ることによって運動が単純な形になることを見出し、またその座標変換を得るための具体的な手法を構築することに成功した。この特別な座標で見ることにより、ランダム力の存在下にあっても少なくとも鞍部点近くの領域においては反応するものとしないものとを分かつ境界が存在し、反応の帰趨は系が鞍部点近傍に入った時点でこの境界面のどちら側にあるかのみで決まっていることを実証した。この境界面は本研究で導入した新しい座標がゼロになる場所として解析的に与えることができる。新しい座標は元の座標およびランダム力の非線形な(汎)関数であるが、その解析的な形を見ることにより系の反応性に影響を及ぼす因子を環境の熱ゆらぎの効果、非線形性の効果、およびそれらが複合的に組合わされた効果に分類して理解することができるなどを示した。非マルコフ性を自然な形で取り込んだ状態遷移ネットワークを異なる時空間スケール毎に展開し、機械受容イオンチャネルMscLのパッチクランプ電流時系列データを解析した。その結果、膜に与える張力の大きさに依存して、キネテッィクスが多様な変化(指数緩和からべき緩和へ)を示すこと、ならびにそれらの背後に存在する状態に依存して滞在時間分布が多様に変化する状態遷移ネットワークが存在することが判明した。熱的に揺らいでいる環境と系の相互作用は、一般化ランジュバン方程式と呼ばれる方程式で厳密に表されることが知られている。前年度、熱揺らぎ存在下にあっても、系と熱浴のあいだの非線形相互作用等を考慮に入れることで、反応する・しないの命運を予め予測することを可能とする、(真の)反応座標を一般化ランジュバン方程式から彫り出せることを明らかにした。本年度は、自由度間相互作用の影響がさらに大きくなり、従来の摂動理論では、(真の)反応座標が消失する高温領域においても、反応する軌道と反応しない軌道を一義的に分(わ)かつ反応分割面は頑健に維持しえることを証明することに成功した。更に、ほとんどの摂動理論が破綻する高エネルギー領域にわたって、その反応分割面、反応座標がどのように消失するかを調べた。その結果、高エネルギー下にあっても、単純に消失することはなく、系の運動エネルギー、さらには、障壁のどの領域を通過するかによって不連続的に交替することが一般に存在し得ることを解明した。これらの結果は、従来の化学反応理論の再考を促すとともに、新たな化学反応機構の可能性を提示するものである。生命機能は平衡から離れた非平衡状態において生起し、そこでは詳細つり合いは満たされていない。我々は一分子時系列情報から抽出される状態遷移ネットワークから、非平衡定常状態に対して(ある状態から別の状態へ至るすべての経路を考慮にいれたエネルギー地形を導出する方法論を開発した。本方法では、ネットワークを構成する状態間では詳細つり合いが一般に破れているが、ネットワークを二分する断面で分割されるサブネットワークのあいだでは"定常性から"詳細つり合いが満たされることを利用する。時間スケールの増大とともに非ブラウン拡散からブラウン拡散へ移行するフラビン還元酵素の構造揺らぎ(YangらScience 2003)に対し適用し、その有用性を実証した。1.熱揺らぎを考慮に入れた新しい化学反応ダイナミックス理論の開発光化学反応の場合、環境の初期条件分布は当初の光励起によって作られるので、一般に熱平衡分布ではない。射影演算子の手法を用いて、通常の熱平衡に基づいたランジュバン方程式とは異なる非定常ランジュバン方程式を定式化することに成功した。通常のランジュバン方程式との違いは、平均力が時間の関数となること、摩擦核が過去の時刻と現在の時刻の両方に依存する(熱平衡の場合は時間差のみに依存)ことなどが明らかとなった。2.高次ランクサドルを通過する相空間構造と化学反応動力学一般に化学反応とは2つの谷の間に存在するランク1サドル(ポテンシャルエネルギー面上の峠)を通過するプロセスを指す。しかしながら、(たんぱく質など)実存する多自由度系は(局所的に)不安定方向を複数もつ高次ランクサドルが普遍的にもつ。高次ランクサドル領域の力学についての偶然と必然の原理を解明するため、2次ランクサドルを持つ散乱モデル系を用いて、標準形理論などの数値解析を実施した。

その結果、遷移の可否を同定できる余次元1の多様体が共鳴の有無に関わらず比較的安定に存在することが示された。3.1分子酵素反応における動態構造の解析方法による虚実一分子観察を通して得られた概念のひとつであるDynamic Disorderを情報理論的な数学的基盤に基づいて解析した。計算機シミュレーションならびα-キモトリプシンの一分子観察データに対して、従来用いられるビニング・閾値解析法と情報理論に依拠する変化点解析を適用し、それらの結果を系統的に比較した。その結果、シグナル/ノイズ比が無視できない場合ならびにバックグランドノイズが一定でない場合は、従来法は誤った解釈を導く可能性が高いこと、dynamic disorderをもつとされていた.α-キモトリプシンにおいては、その存在は実は有意に認めらないことなどを新規に明らかにした。
核融合被覆炉内材料の熱衝撃、疲労特性に関する研究

核融合炉第一壁材料の高熱負荷時の熱的損傷特性を明らかにするための基礎研究としてタングステン被覆材(グラファイト基板)、モリブデン被覆材(グラファイト基板)および各種グラファイトに対するパルス電子ビーム照射による熱衝撃、疲労試験を行った。被覆材試料はグラファイト基板上に厚さ10μmのW,Moをそれぞれの金属カルボニルを用いたCVD法により蒸着して作成した。熱衝撃試験中の試料表面の温度は本年度購入のデイジタル赤外線放射温度計を用いて測定した。パルス電子ビーム照射によってタングステン被覆材の表面融解が生じ3熱負荷の値(パルス幅1.5秒)は蒸着温度、フィード温度がそれぞれ700°C、35°Cで作成したW被覆材では42.0MW/m^2であったが、500°C、40°Cで作成した試料では33.2MW/m^2と減少した。一般に蒸着条件としての蒸着温度の低下、フィード温度の上昇に伴って表面融解が生じる熱負荷の値が減少し、W被覆材の熱衝撃による表面損傷特性は被覆W層のミクロ構造、特性に依存することが確かめられた。各種の等方性グラファイト(IG-11OU,ISO-880U,#781,G347S)に対する熱衝撃試験の結果から、グラファイトの熱衝撃による特徴的な損傷は電子ビーム照射領域中心部でのクレータ状の浸食であること、粒界での優先的昇華(或いは粒子放出)であることが確かめられた。試料G347Sおよび#781では浸食による重量減少値は、熱衝撃試験中の試料表面温度、平衡蒸気圧から計算で求めた昇華による重量減少値にほぼ対応したが、浸食量の大きいIG-110U,ISO-880Uでは、熱衝撃による重量減少の値は計算による昇華量の510倍程度大きくなっていることが確かめられた。即ち、高熱負荷によるグラファイト表面の浸食は昇華のみではなく結晶粒や結晶粒クラスタの粒子放出によって引き起こされることが明らかとなった。