hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
アルカリ処理を軸とした木質バイオマス各成分からの有価物製造リファイナリー技術開発

アルカリ処理を軸とし、木質バイオマス中の各種成分を構造を活かした有価物へと転換するリファイナリー技術の開発を検討した。ヘミセルロース回収に向けた水熱処理の検討により、ヘミセルロースを全量溶解しながら強固なリグニン構造を緩和可能なことを見出した。溶解糖類をマイクロリアクタを用いてフラン類化合物へと転換した。リグニン、セルロースはアルカリ処理の場合、穏和な条件でリグニンの選択的溶解を試みるよりも、高温アルカリ処理によりセルロースを乳酸へと転換すると同時にリグニンを低分化し、回収した低分子リグニンを樹脂原料へと展開することが有効であると判断された。本年度は研究計画で掲げた検討工程に基づき、以下について試みた。微小流路中での単糖からのHMFの製造では、グルコース、フルクトース水溶液を原料とし、安価かつ分離の容易なCO2を酸として利用した高温・高圧反応を検討した。種々の検討の結果、HMFを高収率で合成するためには200°C付近の高温かつ1 h程度の滞留時間が必要であることを明らかにした。一方で高温においては副生成物が多く生じるため、抽出剤を用いHMFを反応場から抽出し、過分解を抑制する必要性があるとわかった。これを基に、CO2を酸のみではなく抽出剤としての効果も期待した超臨界CO2として利用した。結果、フルクトースから40 min、200°Cで48.8%、グルコースからは60 min、210°Cで32.9%のHMF収率を達成した。木質バイオマスからの酸素雰囲気下アルカリ処理でのリグニン溶解では、常圧空気雰囲気下でスギを10wt% NaOH水溶液で180°C処理することにより概ねリグニンが溶解したのに対し、加圧酸素雰囲気下では、セルロース由来の有機酸収率は向上したもののリグニン溶解率は低下した。これは、アルカリ性水溶液中で解離したフェノール性水酸基と分子状酸素によりキノンメチド構造が形成し、リグニン間縮合を起こしたためと考えられ、酸素の不用意な添加はリグニン溶解を抑制することが明らかになった。セルロースからのアルカリ処理による乳酸製造では五炭糖あるいは六炭糖から成る単糖、二糖、多糖を原料としアルカリ処理することによりそれぞれの生成有機酸から分解経路を考察し、乳酸を得るために適した原料やプロセスを考案した。原料木材に対しては高濃度アルカリの処理が有効であったのに対し、熱水処理後残渣に対しては低濃度アルカリ処理が有利であることを明らかにした。糖類からのHMFの合成では水とCO2以外の環境に有害な試薬を利用せずに簡便な手法で高いHMF収率を達成した。これは当初の予定であるヘミセルロースからのフルフラールの製造にも適用可能な手法であると考えられ、非常に大きな進展である。酸素雰囲気下アルカリ処理に関しては、酸素の混入がリグニン分解を抑制することが示唆された。一方で、キノン化合物を外部から微小量添加した際は酸素の混入による溶解率が向上するという知見も得ており、これは今後の方針として大いに役立つ。セルロースからの乳酸製造では既に高い収率を達成する条件も見出しており学会発表も行った。こちらは今後前工程より得られる試料を原料として適用し検討していく。昨年度の検討により、酸素添加アルカリ処理によるリグニン選択溶解が困難であると判断されたため、低温での高濃度アルカリ処理を検討した。3090°Cの低温アルカリ処理では、検討したNaOH濃度、反応時間において概ね20%程度の脱リグニン率を示した。一方、高温アルカリ処理とは異なり水熱処理を経由せずにスギに直接低温アルカリ処理を施した場合、脱リグニン率はほぼ0%を示し、スギの構造が緩和されていることが示唆された。スギ中に含有されるリグニンのように強固な構造を有するリグニンはアルカリを用いての選択的な溶解は容易ではなく、分離時のリグニンの変性やある程度のセルロースの溶出を完全抑制しながら分離することは困難であると考えられる。一方で、水熱処理によりスギの構造を緩和することは可能であり、触媒添加やアルカリ処理以外での手法などによる分離技術の発展が期待される。回収リグニンの樹脂原料としての利用可能性を検討した。170°C程度の酸素アルカリ処理により得られたリグニンを示差走査熱量計により分析したところ、発熱はほぼ確認されず、そのまま樹脂の原料として使用することは困難であると判断された。この試料に関しては、樹脂原料として利用可能な有機溶媒抽出リグニン(オルガノソルブリグニン)との混合による利用可能性を検討した。結果、オルガノソルブリグニンに対して重量比で約20%まで混合しても製品性能を満たす樹脂原料として利用可能であることを明らかにした。一方で、250°Cの高温アルカリ処理にて溶解したリグニンは発熱を示し、樹脂原料としての利用可能性が示された。

今後はバイオマスの熱水処理と、得られた残渣からのリグニン抽出を中心に実験を行う。また抽出リグニンに関してもこれまでの知見を基に処理し、有価物の回収を狙う。化学工学研究を進めるに当たり不可欠である元素分析装置の不調により、新規の物の購入を考慮したが、非常に高価であり、分担者として助成を受けている科研費・基盤Aとの共用設備としての購入を考慮したため。これに伴い初年度は極力既設の装置・設備での実験を推進した。次年度使用額1,467,383円の内1,000,000円を基盤Aとの共用設備(元素分析装置)の購入に使用する。初期は使用に伴う消耗品も必要となるため、残り分により充填する。
有機資源物質の選択的輸送を目指す精密機能膜系の開発

天然生体膜は,リン脂質・膜タンパク・イオノフォアなどの生体機能物質から構成され,選択的な物質輸送や,濃度勾配に逆らった能動輸送が達成されている.このような選択的または特異的な生体膜輸送機能を分子レベルで設計できれば,省エネルギー・省資源時代に適応した精密分子輸送膜の開発に新しい視点を与えるものと期待される.本特定研究では,物質認識選択性に富んだ「天然」・「人工」輸送機能性分子(イオノフォア)の特性を活用した精密輸送膜系の開発を行なった.(1)天然イオノフォアの新しい輸送機能の開発サリノマイシンをはじめとする非環状ポリエーテル系抗生物質は,天然生体膜系においてはアルカリ金属イオンを選択的に輸送するが,これらを含む合成機能膜の設計によって,アミノ酸エステル塩や重金属・遷移金属イオンの新しい輸送膜の開発に成功した.(2)人工イオノフォアの分子設計とその応用新しい人工イオノフォアとして,三次元的配位立体化学をもつ一連の『アームド・ホスト化合物』を分子設計した.特に,鎖状トリポード型ホスト化合物は,従来より知られている環状ホスト化合物と比較して,有機基質に対する輸送選択性が高いことを見い出した.以上のような「天然」・「人工」イオノフォアの特性を相補的に活用することによって,バラエティーに富んだ輸送機能膜を設計できることが明らかとなった.天然生体膜は,リン脂質・膜タンパク・イオノフォアなどの生体機能物質から構成され,選択的な物質輸送や,濃度勾配に逆らった能動輸送が達成されている.このような選択的または特異的な生体膜輸送機能を分子レベルで設計できれば,省エネルギー・省資源時代に適応した精密分子輸送膜の開発に新しい視点を与えるものと期待される.本特定研究では,物質認識選択性に富んだ「天然」・「人工」輸送機能性分子(イオノフォア)の特性を活用した精密輸送膜系の開発を行なった.(1)天然イオノフォアの新しい輸送機能の開発サリノマイシンをはじめとする非環状ポリエーテル系抗生物質は,天然生体膜系においてはアルカリ金属イオンを選択的に輸送するが,これらを含む合成機能膜の設計によって,アミノ酸エステル塩や重金属・遷移金属イオンの新しい輸送膜の開発に成功した.(2)人工イオノフォアの分子設計とその応用新しい人工イオノフォアとして,三次元的配位立体化学をもつ一連の『アームド・ホスト化合物』を分子設計した.特に,鎖状トリポード型ホスト化合物は,従来より知られている環状ホスト化合物と比較して,有機基質に対する輸送選択性が高いことを見い出した.以上のような「天然」・「人工」イオノフォアの特性を相補的に活用することによって,バラエティーに富んだ輸送機能膜を設計できることが明らかとなった.
染色体サイクルの進行に必要な新規テロメア関連蛋白質の探索とその機能解析

昨年度の研究では、テロメア二本鎖結合タンパク質であるTazlと染色体一本鎖に結合するRPAの二重変異株(taz1Δrad11-D223Y)のテロメアが消失し、taz1Δrad11-D223Y rqh1Δ三重変異株のテロメアは維持される事を明らかにしている。そこで年度はpot1Δrqh1Δ二重変異株を作成し、テロメアの有無を調べると共に、pot1Δrqh1Δ二重変異株の性質を調べるごとにより、Pot1とRqh1の機能を明らかにすることを目的とした。その結果、pot1Δrqh1Δ二重変異株のテロメアが一定の確立で維持される事を明らかにした。また、Rqh1のヘリケ-ス活性が無い変異株rqh1-K547Aに形質転換を行いpot1Δrqh1Δ-K547A二重変異株を取得し、この株のテロメアも一定の確立で維持されることがわかった。さらに、pot1Δrqh1Δ二重変異株の染色体の状態を調べるためにPu1sed Fie1d Ge1 Electrophoresis (PFGE)を行い、こめ二重変異株の染色体が線状で維持されている事、染色体構造に異常がある事を明らかにした。この染色体の異常が細胞周期の何処で起こるりかを調べるために、薬剤を用いたSPOT解析を行った結果、この二重変異株は微小管重合阻害剤TBZ感受性であることを明らかにし、Pot1及びRqh1の不在によって染色体分配時に異常が起こる可能性を明ちがにしだ。さらにpot1Δrqh1Δ二重変異株は高温で生育できないことを発見した。pot1Δrqh1Δ二重変異株に相同組換え因子のRhp51を破壊したpot1Δrqh1Δ三重変異株はテロメアが維持されず染色体が環状化することもわかった.本研究は、taz1 RPA 2重変異株のテロメアDNA消失に関連する新規テロメア関連蛋白質の探索を通して、taz1RPA 2重変異株のテロメアDNA消失機構の解明や、染色体サイクル進行におけるテロメアの機能解明を行うことを目的とする。本年度は、taz1 RPA 2重変異株のテロメアDNA消失に関連する新規テロメア関連蛋白質の探索とその解析を以下のように行った。(1)taz1 RPA 2重変異株のテロメア消失を相補するマルチコピーサプレッサーの取得当研究室ではすでにtaz1単独破壊やRPA単独変異株ではRPAがテロメアにより強く結合することを発見している。このことからtaz1 RPA 2重変異株でもRPAがテロメアにより強く結合することが予想される。その場合本来テロメアに結合すべき蛋白質の機能を阻害している可能性がある。Pot1はテロメア末端の一本鎖突出に結合するため、taz1 RPA 2重変異株ではPot1のテロメアでの機能が阻害されている可能性がある。この可能性を調べるために、taz1 RPA 2重変異株にPot1を過剰に発現させたところ、taz1 RPA 2重変異株のテロメア消失が相補された。(2)taz1 RPA 2重変異株のテロメア消失を相補する変異株の単離当研究室ではすでにRecQヘリケースの分裂酵母ホモログであるrqh1の破壊は、taz1 RPA 2重変異株のテロメアDNA消失を相補することを明らかにしている。そこでRqh1のヘリケース活性が直接この相補に関係するかどうかを調べるために、taz1 RPAの2重変異株のqrh1のヘリケースドメインに変異の入ったtaz1 RPArqh1三重変異株を作成した。その結果この3三重変異株はテロメアを消失しなかったことから、Rqh1のヘリケース活性が直接この相補に関係することがわかった。このようなデータの結果を踏まえて来年度は、taz1 RPA 2重変異株のテロメア消失機構についてさらに検討を進めたい。

この染色体の異常が細胞周期の何処で起こるりかを調べるために、薬剤を用いたSPOT解析を行った結果、この二重変異株は微小管重合阻害剤TBZ感受性であることを明らかにし、Pot1及びRqh1の不在によって染色体分配時に異常が起こる可能性を明ちがにしだ。さらにpot1Δrqh1Δ二重変異株は高温で生育できないことを発見した。pot1Δrqh1Δ二重変異株に相同組換え因子のRhp51を破壊したpot1Δrqh1Δ三重変異株はテロメアが維持されず染色体が環状化することもわかった.
過去の開発事例に基づくメソッド名とメソッドボディの補完システムの開発

オブジェクト指向プログラムのメソッド名とクラス名の命名を支援する手法として,メソッドやクラスの内容から適切と考えられる名前を推薦する手法を提案し,評価した.さらに,メソッド名や周辺の情報から,メソッドボディが空の状態で使用できるコード推薦手法を提案し,評価した.どちらの手法においても,既存の大量のソースコードをコーパスとして用いることで知識を学習し,そこから推薦される情報を生成する.まず,研究の進捗について説明する.25年度にはメソッドボディのモデル化を3段階で行う予定であった.そのうち,第1段階の「マルチ集合としてモデル化」は完了したが,第2段階と第3段階については,まだ検討の段階にある.一方で,26年度以降に行う予定であった,「メソッドボディの推薦・補完システム」と「既存メソッドに対するメソッド名推薦システム」については計画を前倒しして,第1段階のモデル化に基づいたプロトタイプシステムを開発して,評価までを行なった.さらに,当初の計画にはなかった発展として,上記のメソッド名推薦の仕組みを発展・応用することで,「既存のクラス名に対してクラス名を推薦するシステム」の設計を行なった.次に研究成果の発表について述べる.メソッドボディ推薦・補完システムについては,国際WS AOAsia/Pacific 2013 (2013年3月)で手法を提案し, IPSJ SIGSE研究会(2014年3月)においてプロトタイプシステムの開発と推薦の精度について発表した.メソッド名推薦システムについては,国内WS FOSE2013 (2013年11月)でメソッド名の構成要素とメソッドボディの相関を調査した結果について発表し,国際会議CSMR-WCRE 2014 (2014年2月)でメソッド名を推薦する仕組みについて発表した.さらに,クラス名を推薦するシステムについては,IPSJ全国大会(2014年3月)で,手法を提案した.まず,研究の進捗について説明する.26年度には,25年度に設計・提案した「既存のクラスに対してクラス名を推薦するシステム」の実装と評価を行い,改善方法を考案した.具体的には,まず,推薦の基礎となるデータを収集する目的で,既存のJavaプロダクト集合のソースコードを解析して大量のクラスを取り出した.得られたクラスそれぞれに対し,クラス名とクラス内外の関連する要素を対応した情報として抽出した.このクラス名の文法構造を機械的に判定し,基礎データとした.基礎データについては,定量的に分析して性質を検討するとともに,これを利用したメソッド名の推薦システムを試作した.推薦結果の精度を評価した結果として,クラス名提示の方法を大きく変更した新しい推薦手法を考案した.新しい推薦手法については,26年度の末から開発を開始し,現在も開発を進めている.次に,研究成果の発表について説明する.1つ目として,25年度に実装した「メソッドボディ推薦・補完システム」についての論文を執筆し,平成27年2月に情報処理学会論文誌(Vol.56, No.2, pp.692-700)において発表した.2つ目として,「既存のクラスに対してクラス名を推薦するシステム」については,調査データのうち,開発途上で得られたデータを定量的に分析した結果として得られた,クラス名の文法構造についての基礎データを,第13回情報科学技術フォーラムにおいて平成26年9月に発表した.当初の研究実施計画になかった派生として,25年度より,クラス名の推薦手法を開発している.最終年度には,26年度までの成果を踏まえて,段階的にクラス名を推薦する手法を開発・提案した.26年度までのクラス名推薦手法は,メソッド名全体を推薦する手法のアイデアを利用していたが,それに起因する問題があった.具体的には,クラス名はメソッド名よりも名前を構成する単語の種類が豊富なため,クラス名全体を作成して推薦する際に,単語の組み合わせが膨大となり,利用者がクラス名を選択することが難しかった.そこで,クラス名全体を推薦することをやめ,クラス名を構成する部分フレーズ(単語列)を順に提示・推薦する手法を開発した.これにより,組み合わせ爆発の問題を避け,利用が容易なシステムを開発することができた.研究期間全体を通じた成果を述べる.まず,当初計画にあったうち,メソッドボディの推薦システムと,メソッド名変更時の推薦システムについては,基本的な機能について実装と評価を行い,国際会議および論文誌において発表した.しかし,当初は,それぞれの手法においてメソッドボディを3段階でモデル化する計画であったが,1段階目の集合としてのモデル化に留まった.これは,1段階目で予想以上の精度が得られたことと,研究を発展方向を変更し,最終年度の成果にも挙げたクラス名推薦の開発に注力したためである.当初計画になかった成果であるクラス名推薦は,手法を改良しながら段階的に成果発表を行い,フィードバックを得ることで,大きな成果へとつながった.オブジェクト指向プログラムのメソッド名とクラス名の命名を支援する手法として,メソッドやクラスの内容から適切と考えられる名前を推薦する手法を提案し,評価した.さらに,メソッド名や周辺の情報から,メソッドボディが空の状態で使用できるコード推薦手法を提案し,評価した.どちらの手法においても,既存の大量のソースコードをコーパスとして用いることで知識を学習し,そこから推薦される情報を生成する.当初計画で26年度中に行う予定であったメソッドボディ推薦システムの開発と評価は25年度に完了しており,26年度にはその成果を論文として発表することができた.

さらに,当初計画に追加した「既存のクラスに対してクラス名を推薦するシステム」については,実装と評価を行い,現在は発表の準備を行なっている.一方で,当初計画で行う予定であったモデル化については,3段階中1段階のみが完了した状態であり,遅れがある.ソフトウェア工学26年度に行なった評価実験の結果,「既存のクラスに対してクラス名を推薦するシステム」が有望であると考えられるため,27年度はこの手法の改善と実装を優先して進める.クラス名の推薦システムや,その他の成果については,国際会議や論文誌での発表を目指す.当初計画で25年度に行う予定であったモデル化については,3段階中1段階のみが完了した状態であり,遅れがある.一方で,26年度計画を前倒しして,システムの開発と評価と成果発表までを行うことができた.さらに,当初予定にはなかった,クラス名の推薦手法を考案し,プロトタイプシステムの開発までを行うことができた.以上のことから,全体としては当初計画以上に進展していると考えている.(1)国際会議ではなく論文誌での発表を選択したため,外国出張の費用が不要となった.(2)計算を行う際に,既存の計算機資源を活用することで,クラウド計算機の使用を先送りしたモデル化の残り2段階を進める.そして,25年度に開発したプロトタイプシステムを発展させることで,新しいモデルに基づいたメソッドボディおよびメソッド名の推薦システムをプロトタイピングする.25年度の成果については,会議での発表に留まっているため,論文誌への投稿を目指す.(1) 27年度に,情報収集と成果発表のために国際会議に参加するための,旅費および参加費に使用.(2) 27年度に,論文誌に投稿し,論文の掲載料にあてる.(1) 25年度の段階では大規模な計算を行う必要がなかったため,ワークステーションの購入とクラウド計算機の使用を先送りした(2)当初予定になかった国際会議に採録されたため,出張の行き先が変更となり,結果として旅費が安くなった.(1) 26年度にワークステーションを購入して,クラウド計算機を使用する(2) 26年度もしくは27年度に,情報収集と成果発表のために国際会議に参加する
地域森林管理における都道府県の役割と公益的機能：山梨県を事例とする歴史的実証分析

本研究の目的は、森林管理において「とくに国家との対比のなかで都道府県が行政主体として果たしてきた役割を再評価すること」であった。しかし、昨年度までの調査・研究から国家林政の理解に関して無視できない史資料が見つかり、その内容を踏まえて既存の学説を再検討する必要が生じた。本年度は、とくに重要と考えられた19世紀後半のドイツ国家学の中での森林制度論(L.v.シュタイン『行政学綱要』)を検討した。その趣旨は次の通りである。日本は明治維新に際して近代的な法制度・国家制度を欧米諸国に倣って整備したが、とくにドイツの法学と国家学に多くを学んだ。また、一般に、ある社会がもつ森林に関する権利制度や法令、監督組織等は、一方では森林分野に特殊な要素、すなわち森林の利用・管理形態が要請する固有の制度や林務当局・林学者の独自の継受・制度構築などに影響されるが、他方ではその社会の法制度や国家制度全般に通じる基本的な理念や思想にも影響されると考えられる。こうした視点からドイツの法学・国家学を扱う研究は、近代日本の森林制度を理解する上で重要な意味をもつと思われるが、ほとんどなかった。得られた成果は次の通りである。シュタインは、抽象的・普遍的な人格の理念に基づく社会秩序と、社会生活の全体性を体現する国家の理念から、近代の法制度・国家制度のあるべき体系を展開する。また、法史的記述を通して、それらを歴史的に現実化されてきたものとして描く。そうした法制度・国家制度のうえで、個々人の私的利益に基づく資本形成と公共の利益に基づく行政が行われ、両者は、行政法上で全体利益を基準に私権と公権との関係として調整される、と考えられている。森林制度論も、同様の構図のなかで説明される。これは日本の戦前戦後の法学諸分野の議論に通じる要素をもつとともに、これ自体として、従来の林政史研究での近代森林制度への理解を越えるものである。28年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の目的は、歴史研究を通して、森林管理における都道府県の役割、とくに国家との対比のなかで都道府県が行政主体として果たしてきた役割を再評価することである。対象事例として山梨県を選び、明治初年より現在までの同県の施策を、国家林政の展開過程を整理しつつ、明らかにする。本年度は、日本近代林政の基礎過程と位置づけられる明治初年から30年代前半までの時期を対象として、先行研究の整理と利用可能な史資料の調査を行った。具体的には、1)林政史・政治史・法制史・行政史等の研究分野にわたって先行研究を調査し、明治国家建設の大きな流れのなかで、土地制度や林野行政機構・林野法制、皇室制度、地方制度等の導入・整備を通して近代林政の制度的枠組みが定まっていく過程を整理した。また、これを踏まえて、政治思想史・法思想史・行政学史・経済思想史の研究を参照しつつ、明治前期林政史研究の論点を整理した。続いて、2)政治家等の関係文書(木戸孝允文書、大隈文書、秘書類纂等)の閲覧と、国立国会図書館サーチおよび国立公文書館デジタルアーカイブを用いた刊行物・法令・公文書等の検索・閲覧を行い、利用可能な史資料の所在・種類等を確認したうえで、その整理を開始した。この作業にともない、これまでの林政史研究では顧みられず、かつ研究上重要と思われる史資料を発見した。うち、とくにシュタイン『行政学』に注目し、史資料の調査に並行してその分析を行っている。今後、上記の史資料調査の結果を既存の研究・史資料集等により補完することで、本研究の範囲内で、明治前期林政史に関する史資料のアーカイブを作成することを考えている。地域住民や市民などを含む多様な主体の協働によって行われる地域森林管理が注目される中で、地域森林管理の枠組みにおける行政の役割を再検討することが必要である。本研究では、少なくとも近代以降「公益的機能」の発揮等で森林管理に一定の役割をはたしてきた都道府県に注目し、とくに国家との対比のなかで都道府県が行政主体として果たしてきた役割を、山梨県を事例にして歴史的に再評価することを目的としている。平成27年度は、前年に引き続き日本近代林政の基礎過程と位置づけられる明治初年から30年代前半までの時期を対象として、史資料の調査・分析作業を行った。具体的には、1)シュタイン『行政学』の原著(Lorenz von Stein (1876) Handbuch der Verwaltungslehre)から「森林制度」の項を翻訳したうえで、とくに森林制度史について述べられた部分について分析を行った。これは日本が明治前期に継受した西欧とくにドイツの林政の歴史を法史・行政史の視点から描くものであり、同様の研究は日本では少ない。本研究を通して、明治期の日本林政への理解を深めるための手がかりを得ることができた。2)明治前期の林政に直接に関係する史料として、憲政資料を中心とする明治政府要人の関係文書の収集を行った。対象としたのは『杉浦譲全集』と憲政資料「杉浦譲関係文書」、伊藤博文『秘書類纂』であり、全文の閲覧と関係個所の複写、整理を行った。地租改正に伴う山林原野官民有区分(明治9-14年)時の県の施策に影響を与えた内務省による林政(明治7-14年)と、御料林創設(明治22年)にかかわる明治20年前後の官林の再編論議および皇室財産設定に関する史料を発見した。

また、「井上馨関係文書」や『松方家文書』、「品川弥二郎関係文書」の目録から、同じくこの時期の林政に関係する史料の存在を確認した。交付申請書記載の計画では、明治初年から30年代前半までの時期を対象とした史資料の調査・分析作業を終了し、山梨県下御料林(明治2244年)および県有林(明治44年現在)を対象とする調査と同時期の国家林政の展開過程のまとめに取りかかる予定であった。しかし、前者が終了せず、後者に取りかかることがほぼできなかった。この理由として、1つは分析対象に選んだシュタイン『行政学』が従来の翻訳(渡辺廉吉訳、1889年出版)では不十分だと判明し、重要な文献であることを踏まえて原著から再度翻訳を行って分析すべきと判断したことがある。もう1つは、先行研究に依拠して記述することを予定していた明治初年から30年代前半までの国家林政に関して、新たな史資料が多く見つかり、その閲覧・整理に時間を割かざるを得なくなっていることがある。これらの史資料はいずれもこれまでの林政史研究ではほとんど用いられていなかったものであり、明治期の林政史研究にとって重要なものと考えられる。しかし、これらの史資料の内容を踏まえて先行研究を再検討する必要が生じたために、先行研究に依拠して国家林政の展開を整理するという当初の計画を見直す必要が生じている。本研究の目的は、森林管理において「とくに国家との対比のなかで都道府県が行政主体として果たしてきた役割を再評価すること」であった。しかし、昨年度までの調査・研究から国家林政の理解に関して無視できない史資料が見つかり、その内容を踏まえて既存の学説を再検討する必要が生じた。本年度は、とくに重要と考えられた19世紀後半のドイツ国家学の中での森林制度論(L.v.シュタイン『行政学綱要』)を検討した。その趣旨は次の通りである。日本は明治維新に際して近代的な法制度・国家制度を欧米諸国に倣って整備したが、とくにドイツの法学と国家学に多くを学んだ。また、一般に、ある社会がもつ森林に関する権利制度や法令、監督組織等は、一方では森林分野に特殊な要素、すなわち森林の利用・管理形態が要請する固有の制度や林務当局・林学者の独自の継受・制度構築などに影響されるが、他方ではその社会の法制度や国家制度全般に通じる基本的な理念や思想にも影響されると考えられる。こうした視点からドイツの法学・国家学を扱う研究は、近代日本の森林制度を理解する上で重要な意味をもつと思われるが、ほとんどなかった。得られた成果は次の通りである。シュタインは、抽象的・普遍的な人格の理念に基づく社会秩序と、社会生活の全体性を体現する国家の理念から、近代の法制度・国家制度のあるべき体系を展開する。また、法史的記述を通して、それらを歴史的に現実化されてきたものとして描く。そうした法制度・国家制度のうえで、個々人の私的利益に基づく資本形成と公共の利益に基づく行政が行われ、両者は、行政法上で全体利益を基準に私権と公権との関係として調整される、と考えられている。森林制度論も、同様の構図のなかで説明される。これは日本の戦前戦後の法学諸分野の議論に通じる要素をもつとともに、これ自体として、従来の林政史研究での近代森林制度への理解を越えるものである。本年度の当初計画では、明治時代の山梨県の官有地(明治1422年)・御料地(明治2244年)における林政を対象とした研究史の整理と史料調査、および同時期の国家林政の展開過程を林政史の既存研究から整理することを予定していた。
老化に伴う内分泌細胞での情報伝達系の障害に関する研究ー膵B細胞をモデルとしてー

我々は加令に伴つて膵内分泌細胞の機能劣化が進む過程を細胞内情報伝達機構の乱れという観点から解析し下記の如き新しい知見を得て、その成果は国際的にも高く評価されている。1グルコ-スでB細胞を最大限刺激した際に生ずるインスリン分泌は加令に伴つて第1相のみに選択的に遅延が生ずる。この遅延は他の方法(例えばアミノ酸又は膜の脱分極など)でインスリン分泌を刺激した際にはみられず、又細胞内カルシウム(〔Ca^<2+>〕i)の上昇の遅延を伴つておらず、ATP感受性K^+チャネル(K^+ATPチャネル)非依存性の経路の障害と考えられる。2様々な濃度のグルコ-スでB細胞を刺激した際、第1相についても第2相についても、加令に伴つてグルコ-スに対する感受性の低下が認められる。これと同時に加令に伴つて電位依存性Ca^<2+>チャネル(VDCC)の性質の変化、K^+ATPチャネルの反応性の低下、GTP結合蛋白系及びAキナ-ゼ系の反応性の低下があり、こうした障害がB細胞の機能劣化と関連していると考えられた。3膵B細胞の情報伝達系のKey ElementsであるVDCC、GTP結合蛋白、〔Ca^<2+>〕iについて以下の新事実を発見し、報告した。1)膵B細胞には他の内分泌細胞と性質の異なるジヒドロピリジン(DHP)感受性、非感受性のVDCCがありグルコ-ス刺激時のインスリン分泌には主に前者が機能している。2)膵B細胞にはマストパランで活性化されるインスリン分泌に機能的に関連したGTP結合蛋白が存在する。3)正常なラ氏島で〔Ca^<2+>〕iの変動を初めて測定しグルコ-ス刺激に際し〔Ca^<2+>〕iの上昇は1相性なのにインスリン分泌は2相性なので、B細胞には〔Ca^<2+>〕i以外にインスリン分泌を刺激するcriticalなeffectorが存在する。我々は本研究の中心的成果として加令に伴って膵B細胞からのインスリン分泌が遅延する事を明らかにした。この遅延は、1)グルコース刺激時にのみ認められ、アミノ酸刺激や膜の脱分極によりインスリン分泌を生ぜしめた際には認められない事、2)細胞内遊離カルシウム([Ca^<2+>]i)の上昇の遅延を伴わない事、3)グルコースによる2相性のインスリン分泌のうち第1相にのみ起る事、4)B細胞内インスリン含量の点では加令によってむしろインスリン含量の増加した状態でインスリン分泌が遅延している事、などをもあわせて明らかにした。従って細胞内情報伝達機構という観点からみると、加令による障害はグルコースによる第1相分泌に特異的なステップでの障害によって起る事、更には[Ca^<2+>]i上昇以降のステップ又はこれと別のステップでの障害である事、インスリン分泌の最終ステップである開口分泌そのもの障害ではない事、などの解釈が妥当である。こうした加令によるインスリン分泌の遅延がグルコースに特異的である事や、糖尿病に際して早期に分泌の低下がおこる第1相に限定している事などは、我々の見出した異常が成人発症型糖尿病の発症とも関連している可能性を示唆している。本研究の別の成果として我々はGTP結合蛋白(G蛋白)の活性化をおこした時に起るインスリン分泌の増強を正常ラ氏島を用いて初めて明らかにし、又、インスリン分泌の調節上重要な機能調節因子である電位依存性Ca^<2+>チャンネル(VDCC)の薬理学的な性質の解明にも成功した。従って来年度はこれらの成果を加令ラットのB細胞に応用する事により、G蛋白、VDCCのレベルでの加令の影響を解明してゆく予定である。

我々はまず膵B細胞からのインスリン分泌が加令に伴って遅延すること、この遅延はグルコ-ス刺激時の第一相分泌に選択的であること、この分泌反応の遅延はグルコ-スによる細胞内カルシウムの上昇という情報伝達のステップよりdistalに原因のあること、などを明らかにした。更に膵B細胞のインスリン分泌にかかわる情報伝達機構の中で下記の3点を明らかにした。1.ハチ毒の一種であるマストパランを用いてB細胞でのGTP結合淡白の活性化は強力にインスリン分泌を刺激すること、2.B細胞の細胞内カルシウム濃度を調節しているカルシウムチャンネルに薬理学的に2種類の異なったものが存在すること、3.グルコロ-ス刺激時に2相性のインスリン分泌が生ずるのは細胞内カルシウム濃度が2相性に変動するためではなく、他の分泌調節メカニズムを考える必要のあること、の3点である。ひきつづいて、サイクリックAMP依存性の分泌をフォルスコリンで、プロティンキナ-ゼCによる分泌をTPAで、脱分極による分泌を高濃度KClでそれぞれ刺激した際のインスリン分泌を比較し、一方カルシウムチャネルの性質をジヒドロピリジンカルシウムチャネル阻害剤に対する感受性という観点から分析した実験結果から以下の結論を得た。高令な動物の内分泌細胞の情報伝達系ではサイクリックAMPに依存したステップに障害があり,カルシウムチャネルには質的変化が生じている。一方、GTP結合淡白の活性化に依存した経路にも軽度障害があるが、プロティンキナ-ゼCに依存したステップは若年動物の内分泌細胞と差がない。こうした複雑な細胞内情報伝達機構の障害がホルモン分泌という細胞の機能の劣化-分泌反応の遅延及び分泌反応の低下-に結びついている可能性が大きい。我々は加令に伴って膵内分泌細胞の機能劣化が進む過程を細胞内情報伝達機構の乱れという観点から解析し下記の如き新しい知見を得て,その成果は国際的にも高く評価されている。1.グルコ-スでB細胞を最大限刺激した際に生ずるインスリン分泌は加令に伴って第1相のみに選択的に遅延が生ずる。この遅延は他の方法(例えばアミノ酸又は膜の脱分極など)でインスリン分泌を刺激した際にはみられず,又細胞内カルシウム([Ca^<2+>]i)の上昇の遅延を伴っておらず,ATP感受性K^+チャネル(K^+ _<ATP>チャネル)非依存性の経路の障害と考えられる。2.様々な濃度のグルコ-スでB細胞を刺激した際,第1相についても第2相についても,加令に伴ってグルコ-スに対する感受性の低下が認められる。これと同時に加令に伴って電位依存性Ca^<2+>チャネル(VDCC)の性質の変化,K^+ _<ATP>チャネルの反応性の低下,GTP結合蛋白系及びAキナ-ゼ系の反応性の低下があり,こうした障害がB細胞の機能劣化と関連していると考えられた.3.膵B細胞の情報伝達系のKey ElementsであるVDCC,GTP結合蛋白,[Ca^<2+>]iについて以下の新事実を発見し,報告した。1)膵B細胞には他の内分泌細胞と性質の異なるジヒドロピリジン(DHP)感受性,非感受性のVDCCがありグルコ-ス刺激時のインスリン分泌には主に前者が機能している。2)膵B細胞にはマストパランで活性化されるインスクリン分泌に機能的に関連したGTP結合蛋白が存在する。3)非常なラ氏島で[Ca^<2+>]iの変動を初めて測定しグルコ-ス
セキュラリズムをめぐる文化の政治とイスラーム：カシミールの事例から

本研究ではカシミールを事例として、中世から現代にかけてのセキュラリズムとイスラームの実態を文学・歴史・政治史料から明らかにする。とくに、中世カシミール文学を代表し、現在のカシミールで「カシミール文化」の象徴と考えられている二人の詩人聖者の詩と、その現代的解釈の政治性に着目する。この現代的解釈の軸となっているのが、現行の「セキュラリズム」「イスラーム」「宗教」などの概念の近代性である。こうした分析の成果を踏まえ、カシミール紛争におけるセキュラリズムとイスラームの対立の問題構成を明確化し、紛争解決の一助とする。
土壌圏内に形成された不均一構造が斜面の安定性に及ぼす影響に関する研究

本研究は、土壌圏内の不均一構造、すなわち地表のクラストやクラック、耕作による作土層と耕盤層の形成、動・植物の生命活動に由来するマクロボア、機械作業による土壌の反転や切土・盛土などが土壌侵食や土砂崩壊とどのように関連するかを実証的に解明し、斜面の安定性を増進する方策を探求する目的で行った。本研究の成果は、下記の3つに大別される。1.成層土中の屈折流の解明:従来土壌中の地下水流や飽和浸透流は異なる透水性を有する土層の境界面を通過するときに屈折することが知られていたが、不飽和浸透流の場合についてはほとんど知られていなかった。本研究により、これを実験的および理論的に解明した。2.不均一土中の選択流の実証的および理論的現象解明:不均一土中の選択流の分類を行なった。また、従来未解明であった成層斜面中のFunneled Flow(集積流)とFingeringの関係を、8mmビデオ撮影、半導体圧力センサ-、色素トレ-サ-等を用いて克用に観察し、水平土層境界面で不規則的に発生することが知られているFingering現象と全く異なり、傾斜境界面に沿ったFunneled flowとその集積の結果として現れるFingering現象は、規則的に反復して発生することを確認し、この現象のモデル化を誠みた。3.不均一な斜面中の浸透流の特質と斜面の安定性の解明:上記1、2の成果に加え、実際の降雨下で発生する土壌表面のクラスト構造とその機能を実験と解析により検討した。また、成層斜面中の浸潤現象や集積流の水理学的特性に付いて検討した。なお、集積流とクラスト構造の研究は本研究だけでは完了し得ず、今後に残された課題となった。(1)裸地斜面に降雨があると、一般に水の一部は斜面中に浸透し、他は斜面を流下する。この間に地表面は雨滴による打撃を受け続け、このことが地表クラスト(皮膜)の形成を促す。そこで降雨による地表クラストの形成と、それが斜面の浸食に対して及ぼす影響を室内人工降雨装置を用いて詳細に調べた。その結果、地表クラストは、土壌浸食を増加させるような働きと、それを減少させるような働きとを兼ね備えておりそのどちらの働きが卓越するかは傾斜角度が約10°以上であるか、または約3°以下であるかによって決まることを確かめた。(2)斜面内部に透水性の高い層や低い層が挟まれている不均一構造斜面では、浸透水の集中や散逸などが生じて斜面の安定性に影響すると予測した。このことを実証するために、成層土中の流線を可視化する実験方法を考案した。まず初めは、重力の影響を排除するために平面モデル土層を作成し、標準砂を充填した後、土層中央部に標準砂より透水性の高いガラスビ-ズ層、またはそれより透水性の低いガラスビ-ズ層を幅3cmで挿入し、水平方向の定常浸透流を生ぜしめた。この時の流線を可視化するために、墨汁、アルミニュウム粉末、コ-ヒ-ミルク、フルオレセイン、過マンガン酸カリウム、メチルオレンジ等のトレ-サ-を流した。その結果、メチルオレンジ粉末が最も観察に適していることを確認し、これを撮影した。そして、流線が標準砂とガラスビ-ズの境界面で屈折することを確認し、これを浸透流の保存則から導かれる流線の屈折理論を用いて解析した。成層土中の浸透流の流線を、特に飽和の場合と不飽和の場合を共に可視化した例は非常に少ない。続いて、重力の影響を受ける垂直モデル土層を作成し、平面モデル土層に準拠した定常浸透流実験装置を完成させた。

この装置は、上から所定のフラックスを与えられることと、地下水コントロ-ルが可能である点に特色がある。斜面の安定性は斜面を構成する土層の浸透特性に著しく影響を受ける。特に、斜面が成層をなす場合の浸透現象は解明されていない点を多く残している。斜面中に著しく粗な領域や著しく密な領域のような不均一土層がはさまれているときの浸透現象もその1つである。本年度は、昨年度実行された成層土中の流線の可視化実験の理論的解析を行ない、また本年度購入したマイクロロガ-測定装置を用いたモデル土槽実験を実施した。まず成層土中の流線の可視化実験では、土が飽和状態でも不飽和状態でも2つの相接する土層の境界面において流れの保存則に従った流線の屈折が生ずることを確かめた上で、この屈折則をもとにした土の非等方性係数を算出した。非等方性係数は流れの下流側と上流側の各透水係数の比の関数で与える方法と、成層に対して垂直な方向の平均透水係数とそれに対して平行な方向の平均透水係数との比で与える方法とを検討し、層境界面における横流れ現象を予測するためには前者の方法が優れていることを明らかにし、その具体的な数値例を算出した。マイクロロガ-測定装置によるモデル土槽実験では、上層を標準砂、下層を粒径1mmの粗ビ-ズとする2層土層を作成した。そして両者の境界面の傾斜角度を様々に変化させることによって上層に生ずる横流れ現象及び下層に生ずるfingering現象を観察するとともに境界面付近のサクション変化を上記測定装置によって測定した。その結果、傾斜境界面では土層の上部から流下して来た浸透水が集積して横流れ現象を起こすこと、この集積水はある程度以上増加すると第2層の粗ビ-ズ層内にfingering現象をひき起こすことがわかった。このような集積流→横流れ→fingering現象という連鎖と発見は、不均一斜面における浸透流の挙動とそれに影響を受けた斜面の安定性の解明にとって重要な役割を持つと考えられる。境界面が水平な成層土中のFingering現象は、砂丘地や成層土中への浸潤現象の一つとして知られている。一方、境界面が傾斜している成層土中のFingering現象は、Funneled Flow(集積流)と関係していることが近年の研究によって指摘されるようになった。そこで、当該年度は、実験的に傾斜境界面のFingering現象を発生させ、その物理的特質を解析した。すなわち、上層に透水係数が相対的に小さい試料(ここでは標準砂)を充填し、下層には透水係数が相対的に大きい試料(ここでは粒径1mmのガラスビ-ズ)を充填し、その境界面の傾斜角度を0度から30度にまで変化させることにより、どのようなFunneled flowとFingering flowが発生するかを、カメラ撮影、8mmビデオ撮影、半導体圧力センサ-組み込みテンシオメ-タ-、色素トレ-サ-(過マンガン酸カリウム)等を用いて克明に観察した。その結果、水平土層境界面で不規則的に発生することが知られているFingering現象と全く異なり、傾斜境界面に沿ったFunneled flowとその集積の結果として現れるFingering現象は、規則的に反復して発生することを確認した。すなわち、従来仮説の域に留まっていたFunneled flowとFingering flowの関係を実証し、しかもその流れの可視化に成功したものである。
地方都市における土地利用規制変更の評価・支援モデルの作成

1)宮崎市を解析対象として、地上統計調査資料(昼夜間人口、交通施設、地価、土地利用規制、新規住宅立地)を収集し、これをメッシュ情報化した。2)人工衛星によるリモートセンシング・データを利用して土地被覆分類図を作成し、これを説明変数として、土地利用規制の用途区域設定および変更時に基礎的資料となる建ぺい率および容積率をメッシュ地域単位で推定することを試みた。その結果、建ぺい率については、何れのリモートセンシング・データによっても良好な推定結果が得られたが、容積率については低い推定精度しか得られなかった。3)住宅立地者は住宅立地コストと交通コストの和を最小化するように宅地を選択するという非効用最小化の原理に基づき、トリップ目的地の確率分布を入力とし、新規住宅立地面積比率の分布を出力とする住宅立地の予測モデルを作成し、モデルの妥当性を検討した。その結果、概ね良好な再現性が得られ、このモデルから土地利用規制変更の際に基本となる住宅立地分布を予測できることが確認された。4)住宅系の用途地域に関して、住宅立地予測モデルから立地の可能性が高い地域を把握し、この地域について、リモートセンシング・データから得られる土地被覆情報から土地利用規制の変更に対する土地利用上の課題および問題点を抽出した。5)以上より、住宅立地のマクロモデルから予測される住宅立地傾向と、リモートセンシング・データから得られる土地情報を有機的に結合することにより、住居系地域の土地利用規制変更を支援するための基礎データを提示できるものと考えられる。1.宮崎市を解析対象地域として、人工衛星LANDSAT(MSS)、MOS(MESSR)およびSPOT(HRV)によるリモ-トセンシング・デ-タを利用して土地被覆分類を行った。ついで、この土地被覆結果を説明変数として、土地利用規制の用途区域設定および変更時に基礎的資料となる建ぺい率および容積率をメッシュ地域単位で推定することを試みた。その結果建ぺい建については、何れのリモ-トセンシング・デ-タによっても良好な推定結果(r=0.80.9)が得られたが、容積率については、SPOT(HRV)デ-タは低い推定精度しか得られなかった。これは、分解能が高いために建物が空地に誤判別されることに起因するの主な理由であり、分光特性以外の要因を考慮した分類手法の開発が必要であること、さらには建物の影の情報を旨く処理して説明変数に加える必要があることが分かった。2.1/4メッシュ地域を単位として解析できるようにするために、地上統計調査資料(交通施設、地価、土地利用規制、住宅立地面積)をメッシュ情報化した。ついで、これらのデ-タを用いて中心地からの道路所要時間を説明変数として地価関数を推定した。3.地価と従業地分布を入力とし、新規の住宅立地面積を出力とする住宅立地の空間分布推定モデルを作成し、再現性を検討した。しかしながら、地方都市では新規立地量に占める大型住宅団地の割合が多く、その建設が主に土地取得や土地利用の先行的意義から決定されるため、この取扱いが課題となってくることがわかった。さらに、住宅系用途地域の細分化に資するためには、一戸建て住宅と集合住宅を分離して取り扱えるようにモデルを改善する必要があり、これらは次年度の課題としたい。1.前年度に作成した住宅立地分布予測モデルは、一戸建て住宅と集合住宅を区別して取り扱えなかったが、本年度ではこれらを別々に予測できるように改善した。その結果モデルは、概ね集合住宅は都心部に、個別住宅は郊外に立地するという立地行動を再現できることが確認された。2.大規模開発団地の立地量はその行動の特性から個別的立地行動とは別に取り扱うことが必要であると考えられるが、これを除外するとサンプル数が少なくなるために総括的に取り扱わざるを得なかった。3.各年度毎の立地データを使って、立地行動モデルの主要素である立地者の時間価値分布を求めたが、概ねこれが対数正規分布を使って近似できることが確認された。

4.住宅立地を250mメッシュ地域に配分するミクロ・モデルを検討したが、地方都市では立地傾向にばらつきが大きいため、十分な精度が得られなかった。5.そのため、リモートセンシング・データから得られる土地被覆情報を使って、住宅開発可能性のポテンシャルが相対的に高い地域を抽出する方法を検討した。6.以上の方法により、住宅立地のマクロモデルおよびリモートセンシング・データから得られる土地情報を使って、主として住居系地域の土地利用規制変更のための基礎データを提示でき、土地利用規制変更の支援が可能であると考えられる。
転写調節における基本転写因子とプロモーターの特異的相互作用

酵母を用いて、転写調節におけるRNA polymerase II(RNAPII)Mediatorと基本転写因子の作用機構について検討した。in vitroにおいて、Mediatorの構成タンパクの一つであるGal11は基本因子TFIIEと相互作用し、TFIIHによるCTD(carboxy-terminal domain of RNAPII)のリン酸化を制御することを明らかにした(J.Biol.Chem.273:9534:9538)。このCTDのリン酸化は転写の開始から伸長への重要なステップである。また、Gal11、TFIIE、Kin28(THIIHのCTDキナーゼサブユニット)遺伝子の変異株における様々な遺伝子の転写を調べ、これらの転写因子は幾つかの遺伝子の転写には必要ではないことを示した。非依存的遺伝子の構造を解析した結果、コアプロモーターの構造と転写調節因子の種類により非依存性が決定されることが示唆された。非依存的遺伝子の1つであるGAL80遺伝子は、転写開始点領域(イエシエーター)のみで正確な転写を行うことができる。そこで、イニシエーター依存的な転写制御機構について解析するため、イニシエーター結合タンパクの結合塩基配列の同定を行った。その結果、-2CACTN+3がイニシエーター活性およびタンパクとの結合に必要であることが明らかになった(BBRC255:157-163)。今後、このタンパク質とGal11、TFLLE、Kin28非依存的転写との関連を検討する必要がある。さらに、TFIIEとTFIIHの機能を解析するためにTFIIHと結合しないTFIIE変異株を作成した。この変異酵母では幾つかの遺伝子の転写開始点が野生株と異なっていた。これらの結果より、Gal11、TFIIE、TFIIHの相互作用は、CTDのリン酸化、従って転写開始から伸長への段階で重要な役割を果たしていることが示唆された。これらの因子が必要ない遺伝子では、この移行のステップがどのように制御されているかについて検討することが今後の課題である。
大腸菌耐熱実験進化系を用いた細胞間相互作用およびゲノム構造変化の解析

大腸菌の実験室進化による耐熱進化大腸菌の構築、高温適応進化過程における挙動解析、および相互作用解析と耐熱進化大腸菌のゲノム構造解析を目的として研究を実施した。大腸菌の実験室進化系として、増殖速度を一定に保つ継代培養系を構築し、培養温度を高温に変化させることで高温適応進化を行った。耐熱進化大腸菌に関しては、37°C培養から始め39,41,43,45°Cの各温度に適応進化した大腸菌の構築に成功した。45°C安定増殖大腸菌は、最小培地で増殖する大腸菌としては最高温度に属するものである。また、39°C適応進化過程において、温度変化直後に増殖速度の低下と細胞内部のタンパク質量(GFP蛍光)にバラツキが生じ、その後増殖速度の回復、バラツキの収束が10-20日程度の範囲で生じることが確認された。このことは、高温への環境変化直後に細胞内部環境がバラツキ、大腸菌集団内部に多様性が生じ、適応してゆく可能性を示唆していると考えられた。また、45°C適応進化において、適応初期に大腸菌密度依存的な増殖が起こり、培養液中の増殖誘導因子により生じていることが確認され、耐熱進化におけるQuorum Sensingの可能性が示唆された。QuorumSensingを生じさせる物質の候補の同定を試みた。興味深いことに、高温適応進化するに従い大腸菌のゲノムDNA含量が増加し、GC含量が低下する傾向がみられたが、タンパク質レベルでの発現変化は多くないことが判明した。以上のことから、大腸菌耐熱進化は、大腸菌集団内での多様化や相互作用を通して適応がおこり、適応大腸菌への表現型の固定の際にゲノム含量やGC含量に変化が生じている可能性が示された。現在、45°C適応進化大腸菌のゲノム構造、発現遣伝子をDNAチップを用いて解析中であり、また新たなQuorum Sensing誘起物資の同定も実施している。大腸菌耐熱進化を実施し、39,41,43°C安定増殖可能な耐熱化大腸菌の構築に成功した。また、高温適応過程の解析方法の検討を行い、プロテオーム解析手法の精密化を行い、DNAチップ解析の準備を開始した。プロテオーム解析に関しては、精密化した手法をプロテアソーム複合体に適用しその実用性の立証に成功した。大腸菌の耐熱適応進化過程の解析においては、39°C適応時には、細胞内タンパク質の揺らぎの増大→収束が、増殖速度の時間推移と相関する可能性を発見し、耐熱進化に与えるタンパク質の揺らぎの影響という新たな研究視点を得ることができた。41°C適応時には、大腸菌の39°C適応経験の有無により、適応時の増殖速度の減少→回復パターンが異なることを観察し、このことから背景に持つ経験がその後の環境適応に大きな影響を与えることを明かとした。39,41°C適応実験より、高温適応により細胞が大きくなることが確認されたが、面白いことに、適応の緩和過程においては、細胞は大きくなるが構造の複雑性、タンパク質発現は揺らぐことが確認された。43°C適応においては、43°Cに大腸菌をおいておくだけでは適応する大腸菌が得られなかったが、大腸菌の内部環境を揺らがせながら増殖させる方式を開発し、43°C適応大腸菌の取得に成功した。39-43°C適応を通して、適応進化に必要な培養時間は、温度上昇と共に徐々に長くなってゆき、43°Cで約90日、約500世代必要であることが判明した。次年度は、さらなる耐熱化をはかると共に、大腸菌間の相互作用の観察、ゲノムレベルの解析による適応進化と遺伝子進化の関連を検討し、揺らぎと進化の関連を解析してゆく。

平成19年度は、継代培養を用いた種々の耐熱進化大腸菌株の構築、耐熱適応進化過程における挙動解析および大腸菌間の相互作用解析、耐熱進化大腸菌を分離培養し分離前後での特性の評価(共生効果等)、耐熱進化大腸菌のゲノム構造解析を中心として行い、得られた研究成果を総括するを目的として研究を進めた。種々の耐熱進化大腸菌の構築に関しては、45°C耐熱性大腸菌の構築に成功した。39,41,43,45°Cに耐熱進化した大腸菌を用い高温適応進化する過程での大腸菌の大きさ、内部構造、タンパク質発現、ゲノム含量等のパラメータの解析を行い、高温への温度変化直後には大腸菌の分布が大きく変動しそのご高温特有の分布に収束してゆくことを確認した。特に、39°C適応では、39°C温度変化時に大腸菌の死滅がほとんどないため、集団としての挙動解析が可能で、温度変化直後に細胞内タンパク質発現量のバラツキが大きくなり、見かけ上の大腸菌の表現型がばらつくことで可塑性が大きくなり、その後、39°Cに適応してゆく可能性が確認された。耐熱進化過程における大腸菌間相互作用解析においては、45°C耐熱化過程で分秘物による耐熱化にむけた相互作用を確認し、その分泌物の精製・構造解析を実施し、最終的にウラシルを候補物質として同定した。しかし、ウラシルでは培養液中の活性の1/6程度しか活性を示さないため、今後さらに分泌物質の探索を行う必要がある。また、相互作用形式を確認するためのセルソーターによる大腸菌分離実験を検討し、0.5-1.0um程度と2.0um以上の大腸菌の分離培養を可能とした。ゲノム構造解析においては、39,41,43°C耐熱性大腸菌を用い、DNA染色による細胞あたりのゲノム含量、ゲノムあたりのGC含量の検討を行った結果、高温適応に伴いゲノム含量が増加し、GC含量が低下する傾向を確認した。現在、GC含量も含め、DNAチップ解析を実施中である。