hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
iPS細胞の細胞内レドックス制御を基盤とした新規骨再生法の開発

広範な顎骨欠損を回復する骨再生技術の開発は、歯科補綴学の発展にとって重要な課題の一つである。iPS細胞は自己組織化により、試験管内で三次元的な石灰化骨様組織を形成するが、その分化誘導効率の低さが課題である。近年、細胞内活性酸素種は幹細胞の運命決定に重要な役割を担うことが示されており、細胞内レドックス環境を制御することで、iPS細胞の骨芽細胞分化誘導を促進するアプローチを着想した。本研究の目的は、細胞内レドックス制御によるiPS細胞の骨芽細胞分化誘導技術を開発し、新たな顎骨再生技術の基盤を確立することである。補綴前処置として、広範で大規模な顎堤吸収や歯槽骨欠損を再建する顎堤増生術が臨床的に求められている。しかしながら、既存の顎堤増生術の効果は未だ十分ではなく、幹細胞を用いた新規骨再生技術の開発に期待が寄せられている。人工多能性幹細胞(iPS細胞)は自己組織化により、試験管内で三次元的な石灰化骨様組織を形成するが、骨芽細胞分化誘導効率の低さが課題である。近年、細胞内活性酸素種(ROS)は細胞内レドックスバランスを破綻させることで酸化ストレスを引き起こすだけでなく、幹細胞の運命決定に重要な役割を担うことが示されている。そこで、細胞内レドックス環境を制御することで、iPS細胞の骨芽細胞分化誘導を促進するアプローチを着想した。初年度では、まず、抗酸化物質添加がiPS細胞の分化に及ぼす影響をRT-PCR法にて評価した。未分化維持培地中での培養において抗酸化物質添加群で中胚葉系のマーカーの発現の増加を認めた。次に、抗酸化物質添加がiPS細胞の骨芽細胞分化に及ぼす影響の検討を行った。当研究室で確立している骨芽細胞分化誘導法に則り、さらに実験群として抗酸化物質を添加し14日間の培養を行ったところ、抗酸化物質添加群においてAlizarin Red陽性領域の増加を認めた。また、比色カルシウム定量を用い評価し、抗酸化物質添加群において有意なカルシウム量の増加を認めた。同様の条件にて7日間の培養を行い、von Kossa染色を行ったところ、抗酸化物質添加群であきらかなカルシム塩の沈着の増加を認めた。本研究成果は、抗酸化作用がiPS細胞の骨芽細胞分化を促進している可能性を示す知見であり、これをもとに次年度の研究を展開する。当初の計画通り、まず細胞内レドックス環境の調節分子として働くシスチン/グルタミン酸トランスポーター(xCT)遺伝子をPiggyBacトランスポゾンベクターシステムを用いてマウス歯肉由来iPS細胞に導入を試みたが、導入遺伝子の特性上導入効率が低く、xCT遺伝子導入iPS細胞株の樹立には至らなかった。そこで現在、代替法として当初より計画していた細胞膜透過性小分子抗酸化物質を応用し、細胞内レドックス制御による効率的なiPS細胞の骨芽細胞分化誘導法の検討を進めている。本研究課題の学術的「問い」は、1骨芽細胞分化誘導したiPS細胞の各分化段階の細胞内レドックス環境はどのような状態か、2抗酸化性小分子化合物はiPS細胞の細胞内レドックス環境を制御できるか、3細胞内レドックス環境を制御することによりiPS細胞の骨芽細胞分化能は促進するか、4細胞内レドックス状態が制御されたiPS細胞から分化誘導して得られた骨芽細胞は骨再生を促進するか、という点である。これらを解明するため本年度ではiPS細胞の骨芽細胞分化過程における細胞内レドックス環境の評価、細胞内レドックス環境の制御がiPS細胞の骨芽細胞分化に及ぼす影響および、細胞内レドックス制御により分化誘導した骨芽細胞の生体内における機能の検討を下記の方法で行う。1. iPS細胞の骨芽細胞分化過程における細胞内レドックス環境の評価;マウスiPS細胞において当研究室で確立している骨分化誘導法に則り、各分化段階における細胞内レドックス環境を細胞内シスチン濃度、グルタチオン濃度、細胞内ROS濃度を吸光光度試薬、蛍光試薬を用いて評価する。2.抗酸化性化合物がiPS細胞の骨芽細胞分化に及ぼす影響の検討; iPS細胞を前述と同様の骨芽細胞分化誘導培地中で培養する。そこで、抗酸化性化合物の濃度・添加時期の最適化、骨芽細胞分化能及び骨基質産生能への影響を評価する。評価方法として、real time RT-PCR法にて骨芽細胞分化関連遺伝子発現を解析し、カルシウム定量法、Alizarin red染色、von Kossa染色を用いて骨基質産生能を評価する。3.生体内における得られた骨芽細胞の機能評価;上記の結果より最適化した分化誘導法により得られたiPS細胞由来骨芽細胞の骨再生能を大規模マウス頭蓋骨欠損モデルを用い、組織学的(HE染色、免疫染色)および、マイクロCT(骨形成、骨密度評価)にて検証する。

本研究の目的は、細胞内レドックス制御によるiPS細胞の骨芽細胞分化誘導技術を開発し、新たな顎骨再生技術の基盤を確立することである。補綴前処置として、広範で大規模な顎堤吸収や歯槽骨欠損を再建する顎堤増生術が臨床的に求められている。しかしながら、既存の顎堤増生術の効果は未だ十分ではなく、幹細胞を用いた新規骨再生技術の開発に期待が寄せられている。人工多能性幹細胞(iPS細胞)は自己組織化により、試験管内で三次元的な石灰化骨様組織を形成するが、骨芽細胞分化誘導効率の低さが課題である。近年、細胞内活性酸素種(ROS)は細胞内レドックスバランスを破綻させることで酸化ストレスを引き起こすだけでなく、幹細胞の運命決定に重要な役割を担うことが示されている。そこで、細胞内レドックス環境を制御することで、iPS細胞の骨芽細胞分化誘導を促進するアプローチを着想した。初年度では、まず、抗酸化物質添加がiPS細胞の分化に及ぼす影響をRT-PCR法にて評価した。未分化維持培地中での培養において抗酸化物質添加群で中胚葉系のマーカーの発現の増加を認めた。次に、抗酸化物質添加がiPS細胞の骨芽細胞分化に及ぼす影響の検討を行った。当研究室で確立している骨芽細胞分化誘導法に則り、さらに実験群として抗酸化物質を添加し14日間の培養を行ったところ、抗酸化物質添加群においてAlizarin Red陽性領域の増加を認めた。また、比色カルシウム定量を用い評価し、抗酸化物質添加群において有意なカルシウム量の増加を認めた。同様の条件にて7日間の培養を行い、von Kossa染色を行ったところ、抗酸化物質添加群であきらかなカルシム塩の沈着の増加を認めた。本研究成果は、抗酸化作用がiPS細胞の骨芽細胞分化を促進している可能性を示す知見であり、これをもとに次年度の研究を展開する。当初の計画通り、まず細胞内レドックス環境の調節分子として働くシスチン/グルタミン酸トランスポーター(xCT)遺伝子をPiggyBacトランスポゾンベクターシステムを用いてマウス歯肉由来iPS細胞に導入を試みたが、導入遺伝子の特性上導入効率が低く、xCT遺伝子導入iPS細胞株の樹立には至らなかった。そこで現在、代替法として当初より計画していた細胞膜透過性小分子抗酸化物質を応用し、細胞内レドックス制御による効率的なiPS細胞の骨芽細胞分化誘導法の検討を進めている。本研究課題の学術的「問い」は、1骨芽細胞分化誘導したiPS細胞の各分化段階の細胞内レドックス環境はどのような状態か、2抗酸化性小分子化合物はiPS細胞の細胞内レドックス環境を制御できるか、3細胞内レドックス環境を制御することによりiPS細胞の骨芽細胞分化能は促進するか、4細胞内レドックス状態が制御されたiPS細胞から分化誘導して得られた骨芽細胞は骨再生を促進するか、という点である。これらを解明するため本年度ではiPS細胞の骨芽細胞分化過程における細胞内レドックス環境の評価、細胞内レドックス環境の制御がiPS細胞の骨芽細胞分化に及ぼす影響および、細胞内レドックス制御により分化誘導した骨芽細胞の生体内における機能の検討を下記の方法で行う。
物理・化学・生物学に現れるモデル方程式の無限次元力学系の視点による解析

化学や生物学に現れる,活性因子・抑制因子系と呼ぶにふさわしい方程式系の条件を定義し,その方程式系が非定数の安定定常解をもつ場合に,その安定解は,領域か2次元球領域のとき,どのような形状になるかを主に研究した(次ページの論文).ここで定義した方程式系は,shadow Gierer-Meinhardt系や,FitzHugh-Nagumo型の非線形項を持つshadow systemなど,歴史的によく研究されている方程式系を含むので,今まで知られている結果の一般化となっている.この研究の過程で,1974年にJ.Rauchによって提唱されたホットスポット予想の非線形版ともいうべき新たな予想を発見し,この予想を円盤領域のときのみ解決した.活性因子・抑制因子系の安定定常解の形状に関する問題は,円盤領域(2次元球領域)に限られるが,この研究で終止符が打たれたと言ってよいと思われる.次に,活性因子・抑制因子系の定常解として現れる,(1パラーメータを含む)楕円型編微分方程式の解の構造(分岐図式)について研究した.楕円型編微分方程式はDirichlet境界条件,もしくは1次元の場合は,ここ40年ほど研究されており,非常に多くの結果が知れれているが,多次元領域かつNeumann境界条件の場合は,Dirichlet問題のときに使われた数学的な手法が使えないために,矩形領域を除いて全くと言っていいほど研究されていなかった.そこで,これまでに知られていた手法ではあるが,注目されていなかった手法(零等高面の方法)を用いて,円盤領域に限られるが,第2と第3固有値から分岐する枝が,大域的に伸びることを証明した.この零等高面の方法は,他の問題の解析にも有効だと考えられ,どのような問題に使用できるか模索中である.化学や生物学に現れる,活性因子・抑制因子系と呼ぶにふさわしい方程式系の条件を定義し,その方程式系が非定数の安定定常解をもつ場合に,その安定解は,領域か2次元球領域のとき,どのような形状になるかを主に研究した(次ページの論文).ここで定義した方程式系は,shadow Gierer-Meinhardt系や,FitzHugh-Nagumo型の非線形項を持つshadow systemなど,歴史的によく研究されている方程式系を含むので,今まで知られている結果の一般化となっている.この研究の過程で,1974年にJ.Rauchによって提唱されたホットスポット予想の非線形版ともいうべき新たな予想を発見し,この予想を円盤領域のときのみ解決した.活性因子・抑制因子系の安定定常解の形状に関する問題は,円盤領域(2次元球領域)に限られるが,この研究で終止符が打たれたと言ってよいと思われる.次に,活性因子・抑制因子系の定常解として現れる,(1パラーメータを含む)楕円型編微分方程式の解の構造(分岐図式)について研究した.楕円型編微分方程式はDirichlet境界条件,もしくは1次元の場合は,ここ40年ほど研究されており,非常に多くの結果が知れれているが,多次元領域かつNeumann境界条件の場合は,Dirichlet問題のときに使われた数学的な手法が使えないために,矩形領域を除いて全くと言っていいほど研究されていなかった.そこで,これまでに知られていた手法ではあるが,注目されていなかった手法(零等高面の方法)を用いて,円盤領域に限られるが,第2と第3固有値から分岐する枝が,大域的に伸びることを証明した.この零等高面の方法は,他の問題の解析にも有効だと考えられ,どのような問題に使用できるか模索中である.
DNA-probeクロマトグラフィー分離機構の解析

2本の一本鎖DNAが2重らせん構造になる反応は塩基配列に対して非常に特異的である。この性質を利用した固相化DNA-probeは現在臨床診断用に広く利用されているエンザイムイムノアッセイ(EIA)と同様な利用方法により遺伝子の分析技術としてEIAと相補的な役割を果たすと考えられている。さらに、固相化DNA-probeは特定遺伝子DNA/RNA断片の分取にも有用である。プローブセンサーを液体クロマトグラフィー(LC)カラム固定相に固定化したDNA-probeLCは一塩基のミスマッチの検出さえも可能な高性能分離が期待でき、分取操作としても有用である。本研究では、DNA-probeLC分離機構を特にカラム内移動現象に着目して解析した。はじめに、DNA-probeLC用高性能分離充填剤として期待されている、非多孔性粒子(粒子径2.5μm)カラムの分離特性について検討した。タンパク質(牛血清アルブミン)を試料として測定した吸着量は、回分式吸着および破過曲線の測定のどちらからも、約2mg/m^2となり理論値と近い値を示した。次に、移動相のある成分を連続的に変化させる勾配溶出法における溶出曲線の形状と操作条件や試料(溶質)の物性値との関係を数値計算実験により検討した。試料ゾーンが勾配により押し縮められる現象は、無次元化した勾配の傾き、粒子径、吸着量(分配係数)の移動相組成(Cm)依存性、溶出位置での分配係数により構成される一つの無次元変数により一つの曲線で相関された。分配係数のCmは無次元勾配と溶出位置のCmの実験結果から容易に推算できるので、流速と勾配を変えたいくつかの実験から、試料とカラム固定相の相互作用についての有用な知見を得ることができる。また、このような情報から容易に分離の最適化が可能となることが示唆された。
潜在性重合,硬化触媒の設計,開発と工業的応用

1.これまでの潜在性触媒に関する研究においては主として各種オニウム塩構造を有する触媒に焦点が当てられてきたが、こうしたオニウム塩は有機溶媒、あるいはモノマーに対する溶解性が低いばかりでなく、対アニオンとして金属イオンを有するため、高分子材料の金属による汚染が問題となる。こうした背景から、本研究では塩構造を持たない新規潜在性触媒の設計、合成とその潜在性触媒としての機能を評価することを第一の目的として検討を加えた。その結果、各種カルボン酸エステル、スルホン酸エステル類が置換エポキシド及びビニルエーテル類のカチオン重合に対して潜在性触媒として機能することを見い出した。2.従来の潜在性触媒は外部刺激によってカチオン種を生成するため、カチオン重合のみを引き起こす。潜在性触媒が熱、光に限らず、あらゆる物理的環境の変化に鋭敏に応答してカチオン、アニオン、ラジカルのような反応活性種を放出する重合触媒として機能すれば、より広範囲のモノマーに対しても応用が期待できる。本研究の第二の目的として、アニオン重合開始剤として機能しうる新規潜在性触媒の設計、合成及びこれを用いるエポキシド類のアニオン重合を検討した。その結果、各種置換イミドは加熱によりイソシアナ-トを生成する過程において3級アミンを与え、このアミンによってエポキシドがアニオン開環重合することを見い出した。置換イミドは典型的な潜在性触媒としての挙動を示し、80°C以下の温度では触媒活性は一切示さないのに対し、100°C以上の加熱により開始剤として機能することが分かった。さらに、加熱によりイソシアナ-トを放出することに着目し、分子内に水酸基を有するアミンイミドを新たに設計しその重合を検討した結果、この新規アミンイミドは"潜在性モノマー"として機能することを見い出し、高分子合成における新しい方法論を提供した。潜在性触媒とは通常の条件下では活性を示さず、ある特定の外部刺激に応答して活性を示す触媒と定義され、高分子化学においては工業的にも重要な重合、硬化触媒である。しかしながら従来の潜在性触媒は各種オニウム塩構造を有しており、潜在性触媒としては熱や光といった外部刺激に対して高い活性を示すものの、塩構造に起因して有機溶媒への溶解性が低いという欠点を有していた。したがって、触媒活性の評価、触媒とモノマーとの一液化など、実用面において多くの諸問題を引き起こす。そこで当該年度においては、触媒活性を低下させず、かつ各種有機溶媒に対して大きな溶解性を示す触媒の設計と合成を目的とし、塩構造を持たない新しいタイプの潜在性触媒の開発を検討した。触媒としては種々のカルボン酸を選択し、ビニルエーテル類の重合に対しての活性を評価、検討した。その結果、酢酸エステル、トリフルオロ酢酸エステル類は熱潜在性触媒としての活性が認められることを見い出した。さらに、重合系には二つの活性種、すなわち重合末端はエステル種とイオン種の二つが存在し、それらが重合中平衡として存在していることが確認された。また、イオン種のみが生長反応に関与し、エステル種は重合には活性を示さないことが示唆された。本研究で検討した触媒は合成が容易であり、保存や取扱においても高度な技術は一切要求されず、工業的な規模での応用も十分に可能であると考えらることからも、本研究は高分子合成化学のみならず化学工業への多大なる貢献をなすものであると確信できる。

その結果、各種カルボン酸エステル、スルホン酸エステル類が置換エポキシド及びビニルエーテル類のカチオン重合に対して潜在性触媒として機能することを見い出した。2.従来の潜在性触媒は外部刺激によってカチオン種を生成するため、カチオン重合のみを引き起こす。潜在性触媒が熱、光に限らず、あらゆる物理的環境の変化に鋭敏に応答してカチオン、アニオン、ラジカルのような反応活性種を放出する重合触媒として機能すれば、より広範囲のモノマーに対しても応用が期待できる。本研究の第二の目的として、アニオン重合開始剤として機能しうる新規潜在性触媒の設計、合成及びこれを用いるエポキシド類のアニオン重合を検討した。その結果、各種置換イミドは加熱によりイソシアナ-トを生成する過程において3級アミンを与え、このアミンによってエポキシドがアニオン開環重合することを見い出した。置換イミドは典型的な潜在性触媒としての挙動を示し、80°C以下の温度では触媒活性は一切示さないのに対し、100°C以上の加熱により開始剤として機能することが分かった。さらに、加熱によりイソシアナ-トを放出することに着目し、分子内に水酸基を有するアミンイミドを新たに設計しその重合を検討した結果、この新規アミンイミドは"潜在性モノマー"として機能することを見い出し、高分子合成における新しい方法論を提供した。
損傷による局所的減衰メカニズムの解明と減衰変化に基づく橋梁の健全度評価法の確立

鋼部材,コンクリート部材,およびその接合部に想定される多様な損傷(亀裂,腐食,部分破断)とそれがもたらす局所的付加減衰を定量的に把握し,そのメカニズムを解明すると同時に,橋梁の全体系減衰変化同定に反映させた実測・解析ハイブリッド手法を展開して,供用時微動計測・減衰変化モニタリングに基づく鋼橋,RC橋,PC橋の構造健全度を評価する方法を提案した.その際,供用時微動計測をシステムとして効率化するとともに,FE model updating法の併用により全体系減衰変化同定を精緻化している.最後に,BMS予防保全の枠組みに本橋梁健全度評価法を組み込むことを検討した.鋼部材,コンクリート部材,およびその接合部に想定される多様な損傷(亀裂,腐食,部分破断)とそれがもたらす局所的付加減衰を定量的に把握し,そのメカニズムを解明すると同時に,橋梁の全体系減衰変化同定に反映させた実測・解析ハイブリッド手法を展開して,供用時微動計測・減衰変化モニタリングに基づく鋼橋,RC橋,PC橋の構造健全度を評価する方法を提案した.その際,供用時微動計測をシステムとして効率化するとともに,FE model updating法の併用により全体系減衰変化同定を精緻化している.最後に,BMS予防保全の枠組みに本橋梁健全度評価法を組み込むことを検討した.鋼部材,コンクリート部材,その接合部での損傷がもたらす局所的付加減衰とそのメカニズムを解明すること,供用時振動計測・減衰変化モニタリングに基づき橋梁の構造健全度を評価する実測・解析ハイブリッド方法を確立することを目的とした.平成23年度の研究概要と研究成果は以下のとおりである.1.鋼・コンクリート界面での腐食が減衰に及ぼす影響を検討するため,鋼板をモルタルで挟んでボルトで結合した実験供試体を作成し,電食試験により導入した異なる腐食段階ごとに打撃試験を行って減衰を計測した.その結果,腐食の進行に伴い減衰が大きく増加する傾向が認められたが,有限要素解析結果から,境界部が腐食した際に摩擦減衰により大きな減衰付加が生じたと考えられた.2.PC鋼棒の腐食に伴う減衰付加に関するはりの実験モード解析を行った.アンボンドタイプのPCはりを対象として,電食試験によりPC鋼棒を電食させ,打撃試験により対数減衰率を求めた.その結果,健全時に比べPC鋼棒とシースの接触がなくなったために腐食前後で減衰付加が見られず減衰が小さくなったこと等,付加減衰メカニズムの予備検討を行うことが出来た.3.綱トラス橋,鋼ランガー橋を対象に,構造物の減衰エネルギーを要因別に積み上げ評価するエネルギー的減衰解析を行った.実験モード解析では,供用時振動の多点同期計測で得られた振動レベルの異なる自由振動に対してERA解析を行い,安定した同定を抽出する指標としてのEMACの有効性を示すとともに,理論モード解析では,実験モード同定結果を参照値として有限要素モデルのmodel updatingを行い,高精度な理論解析モデルによる解析を行っている.減衰解析の結果,減衰解析を行う際に配慮すべき点が明らかになり,減衰に着目した実橋梁の損傷同定に向けて,エネルギー的減衰評価法に基づく減衰解析の適用の可能性を示すことが出来た.鋼部材,コンクリート部材,その接合部での損傷がもたらす局所的付加減衰とそのメカニズムを解明すること,供用時振動計測・減衰変化モニタリングに基づき橋梁の構造健全度を評価する実測・解析ハイブリッド方法を確立することを目的とした.平成25年度の研究概要と研究成果は以下のとおりである.1.常温下と低温下における高減衰ゴム支承の繰り返し載荷実験を行い,低温下では自己発熱による内部温度上昇が力学的挙動を決定することを明らかにするとともに,等価剛性、等価減衰等の温度依存性を定量化した.2.RC供試体に対する段階的な電食試験と打撃試験を実施した結果,局所的に腐食を促進した供試体において,鉄筋腐食に伴う内部ひび割れによるものと推察される固有振動数低下と減衰増加が認められた.また,腐食の進行が軽微な段階での減衰は粘性減衰的であったが,ある程度以上腐食が進行すると減衰の振幅依存性が大きくなり摩擦減衰的な特性を示した.3.複数の単径間プレテンションPC単純T桁橋を対象に,車両走行による振動の計測を実施した.車両の種類や速度,位置などにより,同定される振動特性にばらつきが認められたが,一定以上の振幅を持つ波形のみを用い,同定システム次数を波形に応じて設定することにより,簡易な計測でもばらつきの小さい同定結果が得られることを示した.また,モードによっては異なる橋梁間でも減衰定数は同程度であった.さらに,綱トラス橋を対象に,エネルギー的減衰理論を実験モード解析と組み合わせ,減衰の各種メカニズムを考慮した減衰変化同定の精緻化の検討を進め,その成果を論文として国際学術誌に投稿した.4.送電線のガスト風下での風速・振動計測データを基として各種解析を行い,その発生メカニズムを多角的に検討した.これにより,実測とmodel updating解析の併用による構造評価法の検討が進んだ.鋼部材,コンクリート部材,その接合部での損傷がもたらす局所的付加減衰とそのメカニズムを解明すること,供用時振動計測・減衰変化モニタリングに基づき橋梁の構造健全度を評価する実測・解析ハイブリッド方法を確立することを目的とした.平成24年度の研究概要と研究成果は以下のとおりである.1.鋼材での亀裂がもたらす減衰付加解明を念頭に,アクリル試験体に脆性亀裂を生じさせた上で打撃試験を行い,曲げ振動減衰を計測して亀裂損傷による付加減衰メカニズムの検討を行った.また,鋼コンクリート界面での腐食がもたらす減衰付加について,鋼コンクリート界面の支持力,摩擦力が減衰変化の原因と思われ,健全時,腐食時の支圧試験を行い,腐食膨張圧と摩擦係数を求めた.

2.減衰変化モニタリングに基づくコンクリート橋の損傷同定を念頭に,RCはり部材およびPCはり部材の腐食促進実験と,インパルスハンマーによる打撃振動実験を行って減衰を精緻に同定し,部材損傷がもたらす減衰変化を定量的に把握するとともに,そのメカニズムを解明した.3.埼玉県の協力を得て,供用年数の異なるPC橋2橋につき,供用時の振動計測を行ってモード減衰データを得るとともに,最適な振動センサーの種類と数,最適配置について検討を行った.その結果,供用年数の経過によって減衰が増大する可能性があることが明らかとなった.4.損傷時と補修後で振動計測が行われている鋼トラス橋を対象に減衰解析を行い,損傷同定への適用性を検討し,損傷に起因する減衰変化の理論的評価を試みた.また,構造健全度評価のための実測・解析ハイブリッド法の確立のため,送電線の風応答計測データの実験モード解析とmodel updatingによる理論モード解析との併用検討を進め,ハイブリッド法が現象の解明に有用であることを明らかにした.橋梁構成部材の損傷がもたらす付加減衰メカニズムを解明し,供用時微動計測・減衰変化モニタリングに基づく健全度評価法の確立を目的とした.平成26年度の研究成果は以下のとおりである.1.高減衰ゴム支承について実験結果を再吟味し,雰囲気温度-20°Cの場合でも振動6サイクル目には内部温度が-5°C程度まで上昇すること,雰囲気温度が異なる場合でも内部温度が同じであれば同一の減衰を示すこと,Mullins効果による軟化と思われていた現象は単に自己発熱による軟化現象が多分に含まれている可能性があることを明らかにした.2.コンクリート橋の健全度モニタリングと長寿命化を念頭に,以下の基本性状を明らかにした.(1)混合セメントを用いたときのRC部材の曲げひび割れ進展に対する養生日数,乾湿繰り返しの影響,(2) PC梁の若材齢に導入するプレストレスはその後のプレストレス減少の抑制効果があり,材料,構造性能に悪影響を与えないこと,(3) PC橋のグラウト充填不良に対して開発したイオン交換樹脂混入再注入用グラウト法は,ダクト内あるいはPC鋼線表面に付着している塩化物イオンを吸着してPC鋼材を腐食から守ること.3.道路橋として広く用いられ,減衰要因が限られている単径間PC橋を対象に,供用年数の異なる9橋梁で一般車両走行時に励起される振動を計測し,モード減衰を同定した.橋長1520mのPC桁橋およびPC中空床版橋において,振動数35Hzまでの範囲で概ね4種類の振動モードが同定され,特に曲げ対称1次に橋軸直角方向に沿った曲げ対称1次が組み合わさったモードの減衰定数は,供用年数が長い橋梁で大きくなるものが認められた.4.橋梁健全度評価法への組込を前提に,綱トラス橋にベイズ確率手法によるFE model updatingを適用して,トラス橋における斜材の影響が大であること等,その有用性を示した.26年度が最終年度であるため、記入しない。土木工学,構造動力学,維持管理工学,橋梁工学26年度が最終年度であるため、記入しない。
妊娠高血圧症候群の成立機序の解明と、それに基づく予防方法、治療方法の開発

今回我々は、新規の侵襲Zを妊娠10日のマウスに行うことにより、妊娠高血圧症候群の新規モデルマウスを作製できた。この侵襲Zにより妊娠マウスが流産することはないが、妊娠中の胎盤が虚血状態になる。侵襲Zを行うとその4日後頃より血圧上昇を認め、分娩後、血圧は妊娠前近くに戻る。この点も、分娩が唯一の治療方法である妊娠高血圧症候群を模倣している。さらに、このモデルマウスに血管新生因子Wを投与することにより、侵襲Zによる症状を軽減することに成功した。妊娠高血圧症候群は全妊娠の57%に発生し、重症化すれば母児の生命を脅かす。しかも、古くより注目されていた疾患であるが、今だに原因は不明である。平成25年度は、下記を目的に実験を行った。妊娠高血圧症候群発症機序の解明:我々は今までに妊娠初期の妊娠高血圧症候群患者の血清で、コントロール群と比較してFactorX及び、FactorYが有意に高いという結果を得た。また、予備実験で、我々は、FactorXをレンチウイルスベクターを用いて胎盤特異的に過剰発現させると妊娠16日目より血圧が高くなることを確認している。FactorXを導入したマウスの特性をしらべることにより、我々は、妊娠高血圧症候群を模倣したマウスを新たに作製し得た。このマウスの解析を開始している。レンチウイルスベクターあるいはHVJ-Eを用いた方法による妊娠高血圧症候群のカスケード作りを継続した。さらに上記実験をするさいに、補助としてマウスに様々な侵襲を試みた。上記のモデルマウスに他の侵襲も加えたが、明らかな重症化を認めることはなかった。しかし、この際、一つの侵襲(侵襲Z)のみで高血圧を呈した。侵襲Zによる高血圧は、レンチウイルスベクターを用いてhsFLT1を導入したマウスと血圧は同程度にまで上昇した。この侵襲Zは遺伝子導入などを行わなわず、実際の妊娠高血圧症候群と近い状態であると考えられた。そこで、この侵襲Zを行った妊娠マウスが妊娠高血圧症候群のモデルマウス足り得るかの検証を適切な実験マウス数を考慮しながら行った。妊娠着床率の変化、血圧の上昇時期のsFLT1、及び尿蛋白、その他胎児の解析を行った。この解析のために、実験マウス数を増やした際、侵襲Zのマウスの血圧変化などに大きなバラつきを認めたため、精度を上げる必要が出てきた。そこで、侵襲Zが普遍的な侵襲とできる条件設定を行った。また、侵襲Zを行うには1匹のマウスの手術時間が約15分と長くかかったしまうため、侵襲Z以外の手術そのものの影響(開腹時間が長期間になることによる影響、脱水による影響など)もあり得ると考え、これを短縮できるような方法を開発することも必要となってきた。これは、deviceの開発、手技の変更などの再検証が必要であり、平成27年度にも継続する予定である。当初の実験計画とは実験過程において変化してきたが、より簡便な妊娠高血圧症候群のモデルマウスを作製できつつあるという点で、発展的な変更であると考えている。現在まで様々な妊娠高血圧症候群のモデルマウスが開発されてきているが、われわれの今回作成したマウスが妊娠高血圧症候群をどの程度まで模倣できているかの解析は必要となり、これは次年度以降に解析必要と考えている。平成26年度に引き続き、侵襲Zのマウスの解析を行った。まず侵襲Zは、遺伝子導入などを必要としない点で、非常にシンプルに妊娠高血圧症候群のモデルマウスを作りえる。そこで、これが普遍的に作成できる条件設定、およびdeviceの開発を行うことが今後の研究課題となると考えた。既存のヒトの医療品を利用することにより侵襲Zと同様の効果を得ることができた。その結果、侵襲Zを行うための手術はそれまで1匹15分程度かかっていたが、deviceの開発により1匹約5分で可能となり、手術そのもによるストレスを減らし侵襲Zのみの影響をより効果的に観察、解析することができた。さらに、このマウスの中期的、長期的予後の解析も行った。まず妊孕性が侵襲Zを行った妊娠期間以降も妊娠、分娩できる事を確認した。侵襲Zを行った分娩後も緩序に血圧が上昇し続けることが分かった。非妊娠マウスでは血圧上昇を認めなかった。日本妊娠高血圧学会でも、「妊娠高血圧症候群既往女性のlater life(中高年)は,高血圧,脳・心血管障害やメタボリックシンドローム,その他,腎疾患などを発症しやすい。」ため「妊娠高血圧症候群罹患妊婦は母体の長期予後に重篤な影響を与えているので,長期間の観察が必要である。」としている。この侵襲Zを加えたマウスは上記のとおり分娩後も緩序に血圧が上昇し続けることにより高齢妊娠での妊娠高血圧症候群を高血圧の部分では模倣している。侵襲Zマウスは長期予後に変化を認める高齢妊娠における妊娠高血圧症候群のマウスのモデルたりえると考える。

侵襲Zは、遺伝子導入などを必要としない点で、非常にシンプルに妊娠高血圧症候群のモデルマウスを作りえる可能性を秘めている。そこで、これを普遍的に作成できる条件設定、およびdeviceの開発は行うことが今後の研究課題となると考えている。さらに、この侵襲Zのマウスの長期予後(その後の妊孕性、寿命など)に関しても解析を行う必要があると考えている。そのため、長い観察期間を必要とし、平成27年度以降もこの観察、解析が必要となる。27年度が最終年度であるため、記入しない。医歯薬学研究解析をするなかで、より簡便な方法での妊娠高血圧症候群モデルマウスを作製し得た。妊娠高血圧症候群の発症機序の解明という面からは概ね、順調に進んでいると考えられる。新規の侵襲Zが非常に効果的であったため、当初と比べて一部スケジュール変更をした。そのため、レンチウイルスやHVJ-Eを用いることにかかる費用を次年度以降の侵襲Zを効率的に行うdeviceを開発するための実験動物代金へと移行することとなった。侵襲Zを効率的に行うdeviceを開発するための実験動物代金、試薬の費用とする予定。その他、作成したモデル動物の解析のための試薬の費用とする予定。25年度の実験結果を踏まえ、さらに当初予定していた実験及び、新たに派生した実験をより適切に取捨選択しながら行っていく予定である。妊娠高血圧症候群の機序解明という面からは実験は順調に進んでいるがマウスの実験を行うに際し必要な匹数を最小限にするためにpilot実験を慎重に行い本来25年度に使用する分を次年度に持ち越す形となった。主に、マウス購入費用、動物実験施設使用費用、及び試薬に用いる予定である。
インフルエンザウイルス感染におけるシンギュラリティ

医学が大幅に進歩した現在においても、ウイルス感染症は人類が対策を怠ることができない疾病である。我々は、ウイルス粒子数を厳密に制御して感染実験を行う手法を開発し、1細胞あたりに暴露されるウイルス粒子数が20個以上と20個未満の場合で感染時に生じる宿主細胞の応答が劇的に変化することを明らかにした。本研究では、この20個/宿主細胞がウイルス感染における「特異点」、この数値を境に細胞応答の変化を「ウイルス感染のシンギュラリティ現象」と定義し、「ウイルス感染初期段階におけるシンギュラリティ細胞の役割と現実世界での感染様式」を解明する。
農産物貿易自由化が環境に及ぼす影響の総合研究：農産物貿易交渉力の強化に向けて

日EU経済連携協定の発効など、農産物貿易の自由化圧力がより一層強まっている。農産物貿易の自由化は、輸出国と輸入国双方における農業の生産や経済面だけはなく、環境にも影響を及ぼす。環境への影響も、生物多様性喪失などの自然環境だけには留まらない。日本などの輸入国側では輸入拡大・生産縮小に伴う失業問題などの社会不安、さらには、米国などの輸出国側でも、輸出・生産の拡大に伴う不法移民労働の雇用拡大やこれに伴う低賃金や長時間労働の強制などの社会環境にも甚大な影響を及ぼす可能性は注目される。こうした農産物貿易自由化が、自然環境だけはなく社会環境にも及ぼす影響を総合的に実証分析し、日本の農産物貿易交渉力強化に資する基礎的知見を提供することが、本研究の目的である。本研究では、農産物貿易自由化が環境に及ぼす影響を、次の2つの座標から分析する。1つ目は、自然環境への影響と社会環境への影響という軸である。2つ目は、農業生産現場の実態等における影響というミクロ的視点と、このミクロ的視点を踏まえた国全体における影響等というマクロ的視点という軸である。これら2つを軸にし、本研究では、農産物貿易自由化が、輸入国だけではなく、輸出国にも自然環境のみならず社会環境にも影響を及ぼす可能性を、実証的に解明する。本年度は、農産物貿易が社会環境と自然環境へ及ぼす影響についての国民評価の解明を試みた。具体的には、農産物貿易自由化が社会環境と自然環境についての国民評価に関連する国内外の学術論文・文献を、電子ジャーナルデータベースなどを利用してサーベイし、学会参加なども通じて関連する最新の研究情報を入手した。社会環境と自然環境に対する消費者評価を、ウェブ調査のアンケートデータを用い、計量モデル分析で解明した。平成29年度が最終年度であるため、記入しない。TPP(環太平洋パートナーシップ協定)交渉など、農産物貿易の自由化圧力がより一層強まっている。2つ目は、農業生産現場の実態における影響というミクロ的視点と、このミクロ的視点を踏まえた国全体への影響というマクロ的視点という軸である。本年度は、主に農産物貿易自由化が社会環境に及ぼす影響のミクロ分析を実施した。具体的には、農産物貿易自由化が社会環境に及ぼす影響のミクロ分析に関連する国内外の学術論文・文献を、電子ジャーナルなどを利用してサーベイし、学会参加なども通じて関連する最新の研究情報を入手した。メキシコの大学教授(研究協力者)との共同研究により、メキシコなどの中南米諸国から米国へ移民し、米国の農場で雇用されている中南米移民のトラフィッキングに関する実態を明らかにした。本年度は、農産物貿易自由化が自然環境に及ぼす影響をミクロ的視点から分析を実施した。具体的には、農産物貿易自由化が自然環境に及ぼす影響のミクロ分析に関連する国内外の学術論文・文献を、電子ジャーナルなどを利用してサーベイし、学会参加なども通じて関連する最新の研究情報を入手した。イギリス、インドネシア、ベトナム、中国などで実態調査を実施した。また貿易自由化の影響が懸念される日本の小麦生産を対象とした環境負荷の効率性などを明らかにした。研究2年目の平成27年度は、当初の研究計画に沿って、おおむね順調に進展している。

具体的には、農産物貿易自由化が自然環境に及ぼす影響のミクロ分析に関連するについて、電子ジャーナルなどを活用しつつ、国内外の関連学会の参加なども通じ、既存研究をサーベイできた。イギリス、インドネシア、ベトナム、中国などの各国で実態調査を実施し、データ資料を収集できた。研究成果の一部は、国内学会だけではなく、米国・豪州などの海外学会でも発表し、日本の小麦生産における環境負荷の効率性を解明した成果は、英文論文として取りまとめ、国際誌へ投稿完了できた。メガFTA(自由貿易協定)交渉など、農産物貿易の自由化圧力がより一層強まっている。農産物貿易の自由化は、輸出国と輸入国双方における農業の生産や経済面だけはなく、環境にも影響を及ぼす。環境への影響も、生物多様性喪失などの自然環境だけには留まらない。日本などの輸入国側では輸入拡大・生産縮小に伴う失業問題などの社会不安、さらには、米国などの輸出国側でも、輸出・生産の拡大に伴う不法移民労働の雇用拡大やこれに伴う低賃金や長時間労働の強制などの社会環境にも甚大な影響を及ぼす可能性は注目される。こうした農産物貿易自由化が、自然環境だけはなく社会環境にも及ぼす影響を総合的に実証分析し、日本の農産物貿易交渉力強化に資する基礎的知見を提供することが、本研究の目的である。本研究では、農産物貿易自由化が環境に及ぼす影響を、次の2つの座標から分析する。1つ目は、自然環境への影響と社会環境への影響という軸である。2つ目は、農業生産現場の実態等における影響というミクロ的視点と、このミクロ的視点を踏まえた国全体における影響等というマクロ的視点という軸である。これら2つを軸にし、本研究では、農産物貿易自由化が、輸入国だけではなく、輸出国にも自然環境のみならず社会環境にも影響を及ぼす可能性を、実証的に解明する。本年度は、農産物貿易自由化が社会環境と自然環境に及ぼす影響のマクロ経済分析を実施した。具体的には、農産物貿易自由化が社会環境と自然環境に及ぼす影響のマクロ経済分析に関連する国内外の学術論文・文献を、電子ジャーナルなどを利用してサーベイし、学会参加なども通じて関連する最新の研究情報を入手した。インドネシア、ベトナムなどで実態調査を実施した。RECP(東アジア地域包括的経済連携)など、複数の自由貿易協定(FTA)を事例にし、貿易自由化が経済と環境に及ぼす影響を応用一般均衡モデルで解明した。研究3年目の平成28年度は、当初の研究計画に沿って、おおむね順調に進展している。具体的には、農産物貿易自由化が社会環境と自然環境に及ぼす影響のマクロ経済分析について、電子ジャーナルなどを活用しつつ、国内外の関連学会の参加なども通じ、既存研究をサーベイできた。インドネシア、ベトナムなどの各国で実態調査を実施し、データ資料を収集できた。研究成果の一部は、国内学会だけではなく、英国・タイ・豪州などの海外学会でも発表した。
肝星細胞活性化に指標としての神経細胞接着分子発現と肝病態における意義

われわれは、最近、ヒト肝の類洞周囲星細胞において神経細胞接着分子NCAMが恒常的に発現していることを見い出した。今回の研究では星細胞活性化とNCAM発現の関連性を明らかにする目的で、ヒトならびにラット肝を免疫組織化学的の検索した。無処置ラット肝では星細胞はNCAM陰性であった。それに対し、四塩化炭素による障害肝では、αSMAの発現とともに星細胞のNCAM発現が、とくに線維増生部位に顕著に観察された。ただし、αSMAとは異なり、NCAMは血管平滑筋や筋線維芽細胞には発現しなかった(Nakatani et al.1997)。また、Propyonibacterium acnes投与によって肝に肉芽腫を形成させたところ、肉芽腫周囲の星細胞が活性化すると同時に、肉芽腫内にplatelet-derived growthfactorやtransforming growthfactor-βの存在が免疫組織学的に示されたことから、これらマクロファージに由来するサイトカインが星細胞の活性化に関与すると考えられ(Tsuji et al.1997)、現在これらサイトカインによるNCAM発現誘導作用を検討中である。さらに、培養によって星細胞が活性化し、細胞内アクチンが増加し、エンドセリンなどに反応して収縮する(Kawada et al.1996)が、今後培養星細胞を用いてNCAM発現調節を検討していく予定である。さらに、ヒト線維肝の生検材料を検索したところ、ラット肝同様、線維の出現に並行して、星細胞によるNCAM発現の増強が観察された(Nakatani et al.投稿準備中)。今回の研究結果はNCAMが星細胞活性化の新しい指標となりうることを明らかにしたもので、肝病態における星細胞の役割の解析のための有用な手法を提供するものと考えられる。
琉球方言地域における標準語語彙を用いたプロソディーの継承・喪失・獲得過程の研究

本年度は2か所においてフィールドワークを行った。1つは奄美大島の南部の湯湾集落の方言についてである。もう1つは南琉球の波照間島の方言についてである。伝統的な方言のアクセントについては、いずれにおいても3型の体系を持っていることがわかった。しかし、3型と言ってもそれぞれに違いがあることも明らかになった。湯湾方言においてはprosodic wordが3モーラまでの長さだとアクセントの違いが表出せず、2型アクセントのように見える。これは語頭から2つ目にアクセントが置かれる型と、語末から2つ目にアクセントが置かれる型が同じになってしまうからである。なお、語末だけが高くなるもう1つの型については混同されることはない。波照間方言の場合は3型アクセントであるが、祖語からの歴史的な変化という観点でみた場合に、3型アクセント→2型アクセント→3型アクセントのような変化を遂げていることがうかがわれる。3型アクセントではあるが、類別語彙の区分が他の琉球諸方言とは異なっているからである。これは一旦合流をした後に再びアクセント型が分かれたと考えるのが妥当である。また、3型でありながら、ミニマルトリオは非常に少ないことも傍証である。アクセント型が分かれた契機としては、語頭音の違いが考えられる。いずれの地点においても伝統的方言語彙のみならず標準語語彙(外来語)の調査も行っている。その結果、外来語は1つのアクセント型に集約し、そのピッチパターンは世代の下った若い話者にも表れやすい傾向があるようである。本年度は伝統的な琉球方言としては、大宜味村津波方言の話者からの音声データ収集を行った。本年度は主に複合語アクセント規則を明らかにするための調査と、形容詞と動詞の活用についての調査を行った。このうち、形容詞と動詞については来年度も引き続き行う予定である。また、同地域における標準語語彙アクセントの調査を進めていく予定である。データの収集と並行して集めたデータの分析も順次行っている。現在までにわかったこととして、大宜味村津波のアクセント体系が2型体系であって、単純語ではアクセントの位置が問題にならないが、複合語においてはアクセントの位置が問題になるということがある。また、本年度に新しくとりかかった調査として、沖縄本島中南部におけるウチナーヤマトグチのアクセント調査がある。今年度は20代の話者を中心とした調査を行った。この世代の数十人をインフォーマントとして調査をしたが、大部分の話者が大きく日本語標準語のアクセント体系に変化してしまっていることが明らかになった。この若い世代における日本語標準語アクセントへの変化の程度が聞き取り調査からわかったことも、本研究の成果ではあるが、本来の目的であるウチナーヤマトグチのアクセント体系を確実にとらえるために、今後は世代を上げての調査を実施していく予定である。60歳前後にまで年齢を引き上げて調査することを検討している。来年度はさらに調査地点(方言)を増やしていく予定である。他の研究者との共同による調査も予定している。沖縄島南部のいわゆるウチナーヤマトグチのアクセントについては、昨年度の調査に引きつづき若年層の調査をおこなった。それに加えて、すでに調査が難しい1900年代前半生まれの話者のウチナーヤマトグチのアクセントを調べるために、話者の録音音声を探す活動をした。手に入れた音声を使って今後研究を進めていくとともに、自身のフィールドワークによって世代の研究を進める見込みである。伝統的な方言の調査としては、沖縄島北部の東村での調査を行った。2回調査を行ったが、話者が高齢であるため大量のデータを一度に集めることが難しく、現在までに数百語を採録したところである。その中でも、沖縄島北部の今帰仁村以外の地域では見られないパターンも観察されていることから、この地域が今帰仁からの移住者で開かれたという伝承を裏付けるものとなる可能性があると思われる。また、南琉球の竹富島の方言を調査した。この地域のアクセントは2型であることが確認できたが、アクセントが単語単独では表出しないという特徴が確認された。イントネーションと同様に、語よりも大きな単位でなければ明確な表出をしないことがわかった。文末イントネーションについては、断定の場合にピッチ上昇をするという特徴を持っており、疑問の場合はピッチ下降によって表されるということが明らかになった。疑問の場合のピッチ下降は周辺地域でも観察されるが、断定の場合のピッチ上昇は珍しい特徴であると考えられる。

これは一旦合流をした後に再びアクセント型が分かれたと考えるのが妥当である。また、3型でありながら、ミニマルトリオは非常に少ないことも傍証である。アクセント型が分かれた契機としては、語頭音の違いが考えられる。いずれの地点においても伝統的方言語彙のみならず標準語語彙(外来語)の調査も行っている。その結果、外来語は1つのアクセント型に集約し、そのピッチパターンは世代の下った若い話者にも表れやすい傾向があるようである。
スクアレンを出発材料とする生合成経路の再構築とその実験室内進化

30,000を超えると云われるトリテルペン類の全てが,スクアレンを原料として生合成される.これらの骨格形成に関わる未知の遺伝子探索と機能改良のため,不可視であった細胞内のスクアレンの消費活性を色スクリーニングする手法を開発した.この手法を用いて得たスクアレン環化酵素の活性変異体を用いた人工経路を構成し,自然界には見つかっていない種々の非天然トリテルペン合成経路を確立することに成功した.我々は,いままで長らく不可視であった細胞内のスクアレン合成酵素の活性を色スクリーニングする手法を開発した.スクアレンの蓄積過程を可視化できるということは,スクアレン合成酵素という創薬ターゲットの阻害剤探索などに利用できるのみならず,蓄積したスクアレンの消費活性を可視化できる可能性も示している。本研究では,スクアレン合成酵素を転化してさまざまな有価物質を合成する酵素活性を標的とした,(1)ホペンサイクラーゼの細胞機能の改良、(2)オキシドスクアレン合成経路の再構築,(3)スクアレン水素化機能の探索と改良,などを試みることを目的としている。また,これらの酵素の基質特異性を拡張し,(4)非天然サイズのスクアレンを出発物質とする新規な骨格構造の組織的な創出も目的とする。[項目1]その初年度にあたって我々は,ブドウ球菌由来のCrtNという酵素とさまざまな種に由来するスクアレン合成酵素を大腸菌に共発現する系を作製した。再現性よくスクアレン蓄積量を可視化できる系が完成した。[項目2]スクアレン合成酵素のサイズ変異体を取得し,C20を基質とするC40型のスクアレン合成経路の確立にも成功しその消費活性スクリーニング系も確立できた。[項目3]ホペンサイクラーゼをスクアレン合成酵素と共発現した。野生型のホペンは大腸菌内の活性が非常に弱く,スクアレンのごく僅かをホペンに転化するのみであり,大量のスクアレンが未転化のまま残されてしまった。スクリーニング系(項目1)も完成し,伸び白の高い標的も定まった。来年の進化工学が愉しみな状況である。[項目1]ブドウ球菌由来のCrtNという酵素とさまざまな種に由来するスクアレン合成酵素を大腸菌に共発現する系を作製した。CrtNはデヒドロスクアレンを効率よくカロテノイド色素し,大腸菌のコロニーの色を強い黄色にする。しかしスクアレンの転化速度は遅く,わずかに色づく程度である。CrtNのライブラリの中から,より効率的にスクアレンを色素化できる変異体の取得を目指したが,不成功に終わった。そこでコンストラクトの発現条件および培養条件をスクリーニングし,再現性よくスクアレン蓄積量を可視化できる系が完成した。この項目は完了したものと判断する。のこる目標は,実際にこの新規活性を探索するだけである。これは来年度以降に実施する予定であったため,順調といってよい。野生型のホペンは大腸菌内の活性が非常に弱く,スクアレンのごく僅かをホペンに転化するのみであり,これもまた予定通りである。30,000を超えると云われるトリテルペン類の全てが,スクアレンを原料として生合成される.これらの骨格形成に関わる未知の遺伝子探索と機能改良のため,不可視であった細胞内のスクアレンの消費活性を色スクリーニングする手法を開発した.この手法を用いて得たスクアレン環化酵素の活性変異体を用いた人工経路を構成し,自然界には見つかっていない種々の非天然トリテルペン合成経路を確立することに成功した.現状,申請書のとおりに研究は進展しており,とくに大きな変更なく研究を推進してゆきたい。平成29年度は,とくに以下3点に注力してゆきたい:[項目3-1]ホペンサイクラーゼの活性向上した変異体を得る[項目3-2]オキシドスクアレンの合成活性が,ついに大腸菌内で働くようになった。この細胞活性を高める進化工学を行う。[項目4]スクアレンの水素添加機能をもつ遺伝子の探索を行う。進化合成生物学
動的縮約モデルを用いた柔床・多構面モデルの非線形システム同定法

本研究課題は,既存建物の耐震性能評価のために,建物の振動計測に基づいて構造特性を明らかにする手法の構築を目指すものである.特に,耐震性能評価の需要の高い,古い木造建物にも適用可能な手法とするために必要な理論を構築し,数値解析により妥当性を検証した.開発した技術は,木造建物の特徴である柔床を有するモデルに対し,複雑な非線形復元力特性を推定可能な手法や,木造多層塔に対して一部の計測データが得られない場合にも推定を可能にする手法等,実用性へ配慮した独創的なものである.本年度は,木造建物を想定した構造モデルに対するシステム同定法の理論構築を行った.これまでに建築構造物を対象とした様々なシステム同定法が提案されている.しかしながら,対象と指定建物や,多層のせん断型モデルとしてモデル化されているものが多く,建物個別の特性を考慮したモデルに対するシステム同定法の構築は十分なされていない.本研究で対象とする木造建物は,剛床ではなく床そのものが変形するため,各構面が個別の挙動をする.このような特性を考慮した柔床・多構面モデルを対象として,各構面および床の剛性・減衰の物理特性を同定するための方法について検討した.最小二乗法に基づいて,運動方程式の誤差が最小になるように,剛性・減衰を推定する方法を提案し,数値例題で妥当性を検証した.各構面ごとの剛性・減衰を個別に推定する分割法と,全構面のパラメターを同時に求める一括法を提案した.建物が塑性化しない場合には,提案手法で高精度な同定が可能であった.また,木造建物は,一般的に比較的小さな変形から塑性化するという非線型挙動が無視できない.そこで,建物の非線型挙動を考慮して,増分形式で表現した同定法も提案した.本研究で提案するシステム同定法が確立すれば,木造建物の各構面単位での物理特性を明らかにできるため,地震時の損傷部位の特定に役立つと考えられる.本年度は,前年度に引き続き木造建物を想定した構造モデルに対するシステム同定法の理論構築を行った.既往のシステム同定法では主にせん断モデルを対象として,振動特性を推定する問題を扱う場合が多い.その一方で,多層モデルや剛床仮定の成立しない木造建築物などの場合,せん断モデルとしての扱いでは構造物の特性を十分に表現できないと考えられる.そこで本研究課題では,従来扱われることの少ない,柔床と多構面で構成されるモデルでかつ各構面が非線形特性を有する場合にも適用可能な手法の開発を試みた.本年度は各構面と床面がバイリニアの履歴特性を有するモデルに対して,各構面の振動を計測することで,適切に非線形特性を推定可能な手法を提案した.数値解析に基づくシミュレーションで提案手法の妥当性を検討したところ,各構面の剛性及び非線形特性を推定できることが示された.システム同定法は一般的には損傷推定のための技術として用いられることが多いのに対し,本研究で想定するシステム同定法の利用法は,木造建物の適切な解析モデルの構築に利用する点にある.木造建物は荷重抵抗機構が複雑であり,接合部等の部分詳細のモデルを組み上げることにより全体架構モデルを構築しても,実態と対応しないことが多い.本研究の手法が確立すれば,木質構造の適切なモデル構築に資することが期待される.さらに本年度は,伝統的木造建物である木造多層塔を対象として,各層の振動を計測することで各層の減衰,剛性の物理パラメターを推定する手法を提案した.特に起振機を用いた強制加振実験を行った場合は,各層の質量も推定できることを示した.本年度は,前年度の成果を発展させ,木造建物を想定した多層,多構面の構造モデルに対する非線形のシステム同定法の理論構築を行い,数値例題により妥当性検証を行った.建物の振動を計測して,建物の構造特性を推定するシステム同定法は,建物の維持管理で利用可能な技術として着目されてきている.その一方で,建築構造物の既往のシステム同定法の多くは近代的なビル建物で一般的に用いられる多層せん断モデルを扱っている.実用面での課題を考えると,既存の木造建物の対する耐震性能の把握の需要が高いが,これまでに木造建物の特徴を直接的に考慮したシステム同定法は確立されていない.木造建物の振動計測に基づく動特性分析では建物全体を1質点として扱うか,多構面として扱い各構面ごとのモード形の抽出にとどまっている.そこで,本研究課題を通じて,木造住宅建物を想定した多層多構面モデルの非線形の復元力特性の推定法,並びに,伝統木造の多層建物を想定した多層塔モデルの質量,剛性,減衰の推定法の構築を試みた.多層せん断モデルではある層の復元力だけを独立に推定可能なのに対し,多層多構面モデルのシステム同定法の困難点は,各構面が複雑に関連し,ある構面だけの復元力を独立に推定できないことにある.例えばある時刻の情報だけを用いると,各構面の復元力はあらゆる組合せが可能であるため不定になる.そこで,ある時間範囲に関して運動方程式の誤差が最小になるように非線形復元力特性を推定する手法を提案した.特に,木造の非線形特性は複雑なため,特定のモデル化を仮定する場合と,モデル化の過程すら不要な手法を提案した.また三重塔などの伝統木造多層構造は,住宅と異なり層の質量や剛性の分布が特殊であり,また,層によっては振動計の設置が困難な場合もある.そのような振動を計測できない箇所がある場合にも,各層の質量や剛性を推定する手法を提案した.