hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
救急医療初期対応時に必要とされる英語の視聴覚教材開発

近年ビジネス目的あるいは観光目的で訪日する外国人の数が増加している。必然的に日本語の話せない傷病者からの救急車出動要請件数も多くなっている。非英語圏出身であっても英語を話せる外国人は多い。しかし救急隊員が現場に駆けつけても日本語の話せない傷病者と直接英語で救急対応できる隊員はそれほど多くない。一刻を争う状況において救急隊員が直接英語で対応ができないと、せっかくの日本の先進的な救急医療やそのシステムを十分に生かせなくなる。この問題を解消・改善するために、救急医療・病院前救護にあたる人たちと将来その任につく学生の教育ための救急医療・病院前救護に特化した場面別英語視聴覚教材(DVD)を開発した。申請書に記載した「研究目的」と「研究実施計画」とに沿って研究が進行中である。先ずは東京消防庁をはじめ、日本国内の救急医療関係部署を視察して、現場観察、救急医療、救急搬送状況についてのヒアリング、資料・情報収集を行なった。その後さらに外国の救急医療体制、救急医療搬送、病院前救護視察のため米国に行き、現地での救急車同乗、救急医療現場の視察等を行なった。それらを参考に、(日本語ではなく)英語でしか対応できない外国人から救急車の出動が要請されるであろう場面別シナリオを作成、それに基づいて教材用の場面別ビデオの収録を行った。ほぼ「研究実施計画」の通り、米国救急医療現場の視察・見学をも含めて、おおむね順調の進捗状況にある。グローバル化に伴い、ビジネス目的で、あるいは観光目的で訪日する外国人の数が増加している。2020年には東京オリンピック開催も予定されている。必然的に日本語の話せない傷病者の数も増加する。救急隊員が現場に駆けつけても日本語で救急対応できないケースが増加することが予想される。これではせっかくの日本の先進的な救急医療やそのシステムを有効に生かせない。日本語は話せないが英語は話せる傷病者は少なくない。そこで本研究では日本の救急隊員・救急対応関係者がこのような日本語が話せない傷病者と英語で直接対応ができるように、救急医療対応時に必要とされる英語に特化した視聴覚教材を開発・作成した。作成したDVD教材「救急救命士に必要な場面別英語対応ガイド」では5場面(交通事故・転落事故・胸部疾患・頭部疾患・心肺停止)を設定し、それぞれの場面で傷病者と救急隊員とのあいだで交わされる救急医療英会話が学習できるようにデザインされている。シナリオは救急専門医と救急救命士によって作成され、DVD収録時には救急救命士に救急隊員を演じてもらうなど、臨場感のある教材とした。このDVDに対応する紙媒体テキストも作成した。実際の救急医療現場を想定しての場面設定に基づく視聴覚教材はこれまでなかったものである。したがって、本DVD教材は英語対応が求められている現職の救急隊員の方々のためには無論のこと、現在救急救命関連職に就こうと学修に励んでいる学生たちのためにも役立つ実践的な教材である。完成したビデオ教材を基に(紙媒体の)テキストも作成して救急医療を学ぶ学生を対象に実際に使用する。学生からのフィードバックを参考にして必要であれば改良する。その後、この成果を学会において発表(実践報告)したい。医療英語教育研究はおおむね順調に進んでいるが、平成27年度使用予定であったものを若干控え、平成28年度分として使用すべく残した。紙媒体のテキスト作成、ビデオ再収録・編集等に使用予定である。
自由視での有効視野計測・評価法の開発

本研究では,認識可能とされている眼球運動速度30°/sec以下4)の状態において,眼球運動の速度や方向の違いが有効視野にどのような影響を与えるか,実験的に検討を行い,自由視での有効視野推定式の提案を行うことを目的とし,研究を行った.その結果,眼球運動方向,眼球速度の上昇,認識対象物の注視点に対しての方向の違いにより,有効視野の狭窄率に違いがあることを示した.また,斜め方向移動時の狭窄率の特性は垂直方向移動と類似性があることも示し,眼球運動方向・眼球運動速度を変数とした,自由視状態における有効視野推定式の提案を行った.本研究では,認識可能とされている眼球運動速度30°/sec以下4)の状態において,眼球運動の速度や方向の違いが有効視野にどのような影響を与えるか,実験的に検討を行い,自由視での有効視野推定式の提案を行うことを目的とし,研究を行った.その結果,眼球運動方向,眼球速度の上昇,認識対象物の注視点に対しての方向の違いにより,有効視野の狭窄率に違いがあることを示した.また,斜め方向移動時の狭窄率の特性は垂直方向移動と類似性があることも示し,眼球運動方向・眼球運動速度を変数とした,自由視状態における有効視野推定式の提案を行った.ヒューマン・インタフェースにおける重大事故の要因であるヒューマンエラーを防止するために,作業者の有効視野を自由視の状態で定量的に評価する方法を提案し,実験的に提案した手法の有効性を検証することが本研究の目的である.平成22年度は視覚刺激提示プログラムを開発した.このプログラムは,本実験の実験因子となる眼球回転速度を制御する注視点の移動速度と移動方向を自由に変化させることができ,提示する視覚刺激のサイズや形状も変更可能となるように作成した.作成した視覚刺激プログラムを用い様々な条件下での眼球運動中の有効視野(UFOV)計測を行った.実験の結果から,様々な背景映像での有効視野を計測し,各条件における有効視野を把握することができた.また,開発したプログラムを試作する段階で実施した運転作業中の作業者の状態を把握する実験により得られた成果については,22年6月に実施された日本人間工学会で研究発表を行い,その後日本機械学会へ論文として投稿した結果,採択され論文集に掲載されている.ヒューマン・インタフェースにおける重大事故の要因であるヒューマンエラーを防止するために,作業者の有効視野を自由視の状態で定量的に評価する方法を提案し,実験的に提案した手法の有効性を検証することが本研究の目的である.平成23年度は,22年度に計測した有効視野計測実験データの解析作業が主たる内容であった.その結果,視野狭窄をはじめとする視野サイズの変化は作業者の作業余裕度のみならず,作業環境や作業のルールにも大きく影響を受けることを明らかにした.また,作業者の対象作業に対する習熟度や作業スキルも視野形成の影響因子であることがわかった.これら結果を受けて,視野サイズを推定するためのアルゴリズムの検討に取り組んだところ,眼球運動の各種パラメータによって視野サイズの推定ができる可能性を示唆することができた.しかしながら,一般的によく知られている眼球運動パラメータ(瞬目活動にかかわる眼球運動,注視活動にかかわる眼球運動,追従活動にかかわる眼球運動,飛躍活動にかかわる眼球運動)のみでは精度と効率のよい推定は困難であることも予測できる結果であった.そこで,現在は一般的にはあまり知られておらず,作業者の無意識的な眼球運動といえる不随意性の眼球運動に着目し,データ解析を進めている.上記,得られた実験結果をまとめることで,本年度は2件の国内学会,1件の国際学会での研究発表を行い,同分野の研究者から多くの指摘と賛同を得ることができた.現在は,ヒューマン・インタフェース学会論文集への投稿準備中である.ヒューマン・インタフェースにおける重大事故の要因であるヒューマンエラーを防止するために,作業者の有効視野を自由視の状態で定量的に評価する方法を提案し,実験的に提案した手法の有効性を検証する.また,ヒューマンエラー解明のために人間の行動規範や原理究明を目指し,作業時の処理しなければならない情報量と処理することができる範囲(有効視野)の関係を示すことで,生体が与えられた情報を処理するメカニズムを明らかにすることが今年度の目的であった.今年度の実績概要としては、固視状態における有効視野を認識確率基準で定量的に評価できる手法を用いて,眼球回転運動中の有効視野を実験により計測し,自由視での有効視野を推定する方法の開発への基礎データ蓄積した.また,蓄積したデータを,自由視で計測した視覚作業中の視線軌跡とその眼球回転速度にあてはめることで有効視野の推定法を考案し,検証実験により有効性を検証した.具体的には,これまでに蓄積した実験データを基に,作業中の視線軌跡に眼球回転速度ごとの有効視野をあてはめたり眼球運動パラメータを説明因子とすることで自由視での有効視野を推定する方法を考案した.さらに,どの程度処理しなければならない情報量が増加すると有効視野の狭窄が起こるのかも脳波信号から得られる視覚誘発電位を抽出・解析することで明らかにすることも試みた.

その結果,自由視での有効視野を推定する方法を確立することができ,この手法は作業者が処理しなければならない情報量を定量的に把握するのに有用な手段であるといえる.また,この成果は処理しなければならない情報量を定量的に把握するのみならず,最も情報処理資源量を節約できる情報提示方法の解明に有効であると期待できる.さらに,心理学・認知科学の分野において情報処理資源の一定説が提唱されており,それについても提案手法を用いれば,情報処理の資源の実体も明らかにできる.本研究の目的は,自由視状態での有効視野を計測・評価する方法を構築することである.現在までに,視野サイズに影響を与える因子を明らかにしており,これまでの実験データから視野サイズを推定するアルゴリズムを構築するといった最終段階であるため,平成24年度の研究を進める中で研究目的は達成できるものと考えている.24年度が最終年度であるため、記入しない。研究実績の概要でも述べたとおり,研究目的である視野サイズ推定のアルゴリズムの精度,ならびに効率を向上させるために新たな説明因子として不随意性眼球運動の解析を行う.この解析で得られた結果と,これまでに得られている結果を合わせて考察を行うことで研究目的を達成する予定にしている.なお,現状では平成24年度の研究を遂行する上での問題点は特にない.24年度が最終年度であるため、記入しない。
国家間の電力貿易を阻害する内政的要因の特定と外交的要因に比した際の卓越性の検証

世界の幾つかの地域では国家間での電力の貿易が計画されている。しかし、計画の多くは実現の見通しが立っておらず、一般には関係国間の外交上の問題が障壁であると解釈されている。個々の計画を精査すると、当該国間の「外交」上の問題よりも、国内の「内政」上の問題が,電力貿易実現への主な障害である場合が多い。関係国間の「外交」ではなく、電力を輸出する国あるいは輸入する国における「内政」上の問題が、電力の貿易が実現することを妨げていることを明らかにすることが、本研究の目的である。太平洋での事例については、電力を「輸入(購入)」する立場であるオアフ島(米国、ハワイ州)での事情に関して、同島での電力事情に精通している有識者(ハワイ大学の研究者、元ハワイ州政府の高級官僚、ワシントンDCにて在住の研究者などから聞き取りを行うと共に、島嶼国での参照事例として、島嶼国での聞き取り調査に加えて、再生可能エネルギー開発についてハワイ州との協定を有している沖縄県・久米島にある海洋温度差発電実証試験設備での聞き取りを実施した。ハワイ州内で電力の交易が実現しない所以については、電力を「輸出(売却)」する立場であるマウイ島で行われた、再生可能エネルギー反対派による公開討論の記録動画を文字化し、反対の論拠をテキストマイニング(感情分析)により明らかにした。南アジアでの実情については、国際援助機関であるアジア開発銀行において同地域のエネルギー問題を掌握している専門家からの聞き取りを日本とフィリピン(マニラ)で行った結果、ネパールに於ける地形的な条件と、水力発電所を建設する際の諸コストの高さが、同国での水力発電による国家間の電力貿易実現を妨げていることを明らかにした。加えて,湾岸地域(中東)および東アジアでの電力貿易が推進されない理由について、これらの地域で事情に詳しい実務者と研究者からの聞き取りを行った。南アジアでの事例については、研究代表者および分担者による共著論文を公刊した。この論文には、アジア開発銀行で同地域のエネルギー問題を掌握している専門家も共著者として参加した。タジキスタンが建築中の大規模な水力発電所が稼働した暁に想定される、中央アジアの諸国間における電力貿易の可能性に関する、研究代表者および分担者による共著論文を投稿した(査読中)。また、米国・ハワイ州に属する島の間で想定されている電力交易に関する、研究代表者および分担者による共著論文が殆ど完成しており、近く投稿する予定である。更に、ロシアから日本への電力貿易の可能性は1980年代から提唱されているものの、現在に至るまで実現していない。その理由に関する分析を研究代表者および分担者による共著論文として近く投稿する予定である。未だ論文としての投稿あるいは投稿準備が完了していない中東および太平洋島嶼国の事例については、2019年度中の投稿を予定している。このように、本研究はほぼ当初の研究計画に沿う形で順調に進捗している。2019年度中の投稿を予定している中東および太平洋島嶼国の事例については、更に現地に赴き関係者からの聞き取り調査を行い、論文としての完成度を上げるように努める。これまでに手掛けた事例について、個別の事例に関する論文として投稿することに加えて、事例を横断する形で知見の一般化を試み、事例からの知見を統合化した論文としての投稿を目指す。更に,本研究からの知見を取り纏めて国際学会で発表するべく、国際学会に要旨を投稿する。その背景としては、電力の再生可能エネルギー源化には外国から再生可能エネルギー源の電力を輸入する方が安価なことなどが挙げられる。本研究の対象は欧州、湾岸(中東)、南アジア、東アジア、太平洋における電力貿易(交易)事例である。研究の方法論としては、従来的な文献調査と関係者からのヒアリングによる分析に加えて、テキストマイニングによる数量解析を行う。テキストマイニングの対象は、当該国や地域で発刊されている新聞の記事、通信社からのニュース、公聴会の記録、討論会の動画から起こしたテキストである。太平洋(米国、ハワイ州)での事例については、電力を売却する立場であるマウイ島で行われた、再生可能エネルギー開発の賛成派(推進派)と反対派間での公開討論の記録から、双方の論点が相違していたことをテキストマイニングにより明らかにした。また、電力を購入する立場であるオアフ島での事情に関して同島での電力事情に精通している有識者から聞き取りを行い、同島は他の島から電力を購入する上での障害を有していないことを明らかにした。南アジアでの実情について、国際援助機関で同地域のエネルギー問題を掌握している専門家からの聞き取りを行った結果、ネパールに於ける国内事情が同地域で電力貿易が実現する上での制約であることを明らかにした。

太平洋での事例については、電力を「輸入(購入)」する立場であるオアフ島(米国、ハワイ州)での事情に関して同島での電力事情に精通している有識者(ハワイ大学の研究者、元ハワイ州政府の高級官僚など)から聞き取りを行うと共に、島嶼国での参照事例として、再生可能エネルギー開発についてハワイ州との協定を有している沖縄県庁と関連企業での聞き取りを実施した。ハワイ州での事例については、電力を「輸出(売却)」する立場であるマウイ島で行われた、再生可能エネルギー開発の賛成派(推進派)と反対派間での公開討論の記録動画を文字化し、討論での議論が「噛み合っていなかった(双方の論点が相違していた)」ことをテキストマイニング(対応分析)により明らかにした。南アジアでの実情について、国際援助機関で同地域のエネルギー問題を掌握している専門家からの聞き取りを行った結果、ネパールに於ける国内事情が同地域で国家間に於ける電力貿易が実現する上での制約になっていることを明らかにした。加えて,湾岸地域(中東)および欧州での事情について、これらの地域での事情に詳しい(欧州および中東に在住の)研究者からの聞き取りを行った。世界の幾つかの地域では国家間での電力の貿易が計画されている。しかし、計画の多くは実現の見通しが立っておらず、一般には関係国間の外交上の問題が障壁であると解釈されている。個々の計画を精査すると、当該国間の「外交」上の問題よりも、国内の「内政」上の問題が,電力貿易実現への主な障害である場合が多い。関係国間の「外交」ではなく、電力を輸出する国あるいは輸入する国における「内政」上の問題が、電力の貿易が実現することを妨げていることを明らかにすることが、本研究の目的である。太平洋での事例については、電力を「輸入(購入)」する立場であるオアフ島(米国、ハワイ州)での事情に関して、同島での電力事情に精通している有識者(ハワイ大学の研究者、元ハワイ州政府の高級官僚、ワシントンDCにて在住の研究者などから聞き取りを行うと共に、島嶼国での参照事例として、島嶼国での聞き取り調査に加えて、再生可能エネルギー開発についてハワイ州との協定を有している沖縄県・久米島にある海洋温度差発電実証試験設備での聞き取りを実施した。ハワイ州内で電力の交易が実現しない所以については、電力を「輸出(売却)」する立場であるマウイ島で行われた、再生可能エネルギー反対派による公開討論の記録動画を文字化し、反対の論拠をテキストマイニング(感情分析)により明らかにした。南アジアでの実情については、国際援助機関であるアジア開発銀行において同地域のエネルギー問題を掌握している専門家からの聞き取りを日本とフィリピン(マニラ)で行った結果、ネパールに於ける地形的な条件と、水力発電所を建設する際の諸コストの高さが、同国での水力発電による国家間の電力貿易実現を妨げていることを明らかにした。加えて,湾岸地域(中東)および東アジアでの電力貿易が推進されない理由について、これらの地域で事情に詳しい実務者と研究者からの聞き取りを行った。南アジアでの事例については、研究代表者および分担者による共著論文を公刊した。この論文には、アジア開発銀行で同地域のエネルギー問題を掌握している専門家も共著者として参加した。タジキスタンが建築中の大規模な水力発電所が稼働した暁に想定される、中央アジアの諸国間における電力貿易の可能性に関する、研究代表者および分担者による共著論文を投稿した(査読中)。また、米国・ハワイ州に属する島の間で想定されている電力交易に関する、研究代表者および分担者による共著論文が殆ど完成しており、近く投稿する予定である。
原発性免疫不全症からみた膠原病関連疾患再発見への挑戦

膠原病などの自己免疫疾患は免疫力が強すぎると発症すると考えられてきた。この点で生まれつき免疫力の弱い原発性免疫不全症で発症した症例に、自己免疫疾患が合併し易いことは逆説的現象と考えられてきた。しかし、一つの分子の異常が原因となり、一部の免疫を弱め、他方の免疫を強める現象で説明されてきた。この研究では、膠原病で発症し、後に免疫不全となる現象を予測し、実際にそのような症例を発見した。しかも、遺伝的解析も行い、既知の免疫不全症遺伝子ではない遺伝子異常を明らかにした。新しい膠原病病態の発見であり、かつ異常遺伝子の解析は新たな治療開発にもつながると考えられる。原発性免疫不全症(Primary Immunodeficiency: PID)は重症例では幼少期に診断されることが多いが、遅発例では成人期になって診断されることも稀ではない。本年度の研究では、自己免疫疾患の代表である全身性エリテマトーデス(SLE)で発症し、その後、免疫抑制治療を解除したにもかかわらず、様々な細菌感染症を繰り返した免疫不全症例を見出し、その免疫細胞サブセットと遺伝子解析を行った。症例は、50歳女性。31歳で抗リン脂質抗体症候群を合併するSLEを発症し、中枢神経ループス症状などに対してパルス療法を含むステロイド治療、シクロフォスファミド大量間欠静注療法(IVCY)を行い、寛解導入がなされた。38歳で中枢神経ループスを再燃し、再度IVCYで寛解導入された。その後は治療強度を下げられ、少量ステロイドのみで寛解維持されていた。42歳で左下腿の緑膿菌蜂窩織炎を発症、44歳で緑膿菌菌血症、B群連鎖球菌菌血症を認め、その後も幾度も下腿蜂窩織炎の再燃を認めた(Prevotellaやメチシリン耐性黄色ブドウ球菌)。49歳で化膿性関節炎と左腓腹筋膿瘍に罹患し、腓腹筋の切開排膿術を施行したところ、創部感染を起こした。薬剤に依存しない免疫不全状態と判断し、リンパ球サブセット解析を行なったところ、B細胞著減、NKT細胞著減、Th1/17細胞減少を認めた。表面マーカーでTh1/17の減少を認めたため、細胞内サイトカインを測定したところ、IFN-γ産生細胞は減少しているものの、IL-2, IL-4, IL-17の産生は正常だった。T/B細胞受容体遺伝子再構成産物(TREC/KREC)はどちらも陰性だった。両親を含めたトリオ解析で全エクソン解析を行ったところ、de novoで10個の遺伝子異常が認められたが、必ずしも本症例の臨床像を説明するものではなく、新たな異常が背景にあると考えられた。挑戦的萌芽研究提案時の仮説に合致する症例を発見でき、かつその免疫サブセット異常を明らかにすることができた。強い免疫抑制治療が行われていない状態で、B細胞やNKT細胞が著減していることはPIDを疑わせる。一方、全エクソン解析では既知のPID責任遺伝子が見出されなかった。このことは、自己免疫疾患が先行するPIDが既知のPIDとは一線を画することを示している。本研究では、原発性免疫不全症(Primary Immunodeficiency: PID)で発症した症例に自己免疫疾患(Autoimmune Diseases: AID)を伴うことがあるならば、AIDで発症した症例にPIDが伴ってくることもあるであろうという逆転の発想に基づくものである。研究成果で、実際にそのような症例が存在することがわかり、その詳細な臨床像、臨床病理像が明らかにされてきた。ここに報告する症例は、34歳、女性で、29歳時に肺炎で入院加療。31歳時、発熱、肺多発結節影、EBV血症を認め、症状は自然軽快したがウイルス血症は2ヶ月後も遷延した。32歳時、両側肉芽腫性ぶどう膜炎を発症、発熱、両下腿紅斑も出現した。リンパ球357/μL、IgG 4650 mg/dL、CT検査で両肺びまん性小粒状影、肝脾腫を認め、心臓超音波検査で心基部から下壁に輝度上昇を認めた。類上皮細胞肉芽腫は証明されなかったが、心サルコイドーシスに準じプレドニゾロン45 mg、アザチオプリン100 mgを開始し改善を認めた。治療開始79日後、発熱、肺多発結節影、βDグルカン600 pg/mL以上で入院し、ニューモシスチス肺炎、サイトメガロウイルス肺炎、BKウイルス血症、JCウイルス血症と診断された。当初からリンパ球減少、グロブリン異常を認め、日和見感染症を重複し、免疫不全症が疑われた。リンパ球幼若化試験でT細胞増殖能の低下を認め、T・B細胞新生能を反映するTREC・KRECが感度以下であり、複合免疫不全症と考えられ全エクソン解析を施行した。この症例でもPID責任遺伝子の異常は見出されなかった。AIDが先行するPIDは特徴的なサブタイプのPIDと考えられる。

この研究では、膠原病で発症し、後に免疫不全となる現象を予測し、実際にそのような症例を発見した。しかも、遺伝的解析も行い、既知の免疫不全症遺伝子ではない遺伝子異常を明らかにした。新しい膠原病病態の発見であり、かつ異常遺伝子の解析は新たな治療開発にもつながると考えられる。現在、他にも自己免疫疾患が先行した症例のスクリーニングが進んでおり、同じ様な解析手法で細胞性免疫異常と遺伝子異常を検索する予定である。膠原病・リウマチ内科初年度は、PID発見に先立ち自己免疫疾患を発症した症例の医療記録をスクリーニングして発見することが主な作業となった。一方で、個々の症例の免疫細胞サブセット解析を行いユニークな変化も見出されたものの、全てのエクソンの解析でも単一の責任遺伝子を同定することはできなかった。そのため、候補遺伝子の機能解析なども行ったが最終的な結果は得られなかった。以上の経過から、費用のかかる解析は次年度にまわされることとなった。初年度にスクリーニングした症例について解析をおこない、自己免疫疾患で発症したPID症例についての全容を明らかとして、新しい疾患概念を確立する。
日本型教育実践の途上国への発信と国際協力に関する継続的研究

本プロジェクトの目的は、日本の初・中等教育にみられる「優れた実践」(good practice)を東南アジアの諸国に発信し、その評価結果をもとに国際協力のあり方を総合的に明らかにすることにある。本プロジェクトの大きなねらいは、「教育界遺産」構想と途上国への国際協力の両者を視野に入れた基礎的・学際的な共同研究を試みることである。そのための萌芽となる枠組み作りに本研究の主眼がある。平成17年度中に実施した過去に日本留学経験を持つ教育学研究者に対するインタビューと引き続いて在日している留学生への聞き取りに基づいて、共同研究者間での研究会を実施し、発信すべき教育実践の抽出のために必要な研究枠組みの設定と、発信方法についての協議を行った。協議を通じて、本研究を本格的な研究プロジェクトとして発展させるために、以下のような研究の枠組みと課題を設定することが必要であることが明らかとなった。第一に、東南アジアを中心とした諸外国におけるニーズ調査を本格的に実施し、各国の事情に沿った日本の教育実践としてどのような領域の情報発信が求められているかを明らかにすること。第二に、J-modelを抽出するためのディレクトリの作成を行う必要があること。単に教授スキルにとどまることなく、優れた実践を可能にする制度的な条件についての検討を行いながら、ディレクトリを作定し、実践例を抽出するための枠組みが求められる。第三に、優れた実践を抽出するための評価基準を作定すること。このために、体系的に教育実践報告の収集と分析を行うための、データベース作成が前提作業として重要になる。第四に、J-modelを発信するための方法として、日本語及び英語による文献媒体によるものと、CD-ROM、DVD、VHSなどの記録媒体によるもの、あるいは、ホームページで公開することを前提としたデジタル・コンテンツも含めて併用しながら、海外で活用可能な発信方法とする必要がある。以上の枠組みと課題に基づいて、筑波大学教育学系の教員12名による本格的な研究プロジェクトを構成することとなり、「日本の教育遺産の途上国への発信モデル構築に関する研究」(平成19年度基盤研究(A)(一般))として申請するに至った。そのために、教員派遣留学生をはじめ留学生の眼からみた日本の学校教育の「優れた実践」例を聴き取り調査によって解明する。本年度は、スリランカ及びタイ国から過去に日本に留学した経験を持ち、現在は本国において大学教員となっている2名の日本訪問中(平成17年末)に、それぞれ約1時間のインタビューを行い、年度末に実施した海外渡航調査のための枠組み作りの予備的情報を収集した。その際、日本の教育実践者や研究者自身が認識する日本の優れた教育実践と海外の目から見たそれとにズレがあるとも考えられるため、そのことを意識した聞き取りを行った。以上の予備的情報収集に基づいて、平成18年1月に窪田(研究代表者)が調査項目の素案を作り、研究分担者と協議の上、調査項目を設定した。平成18年3月にスリランカ(窪田)、インドネシア(中田)、台湾(田中)を訪問し、それぞれの国で、日本留学経験者を中心として、各国の教育学研究者に聞き取り調査を実施した。特に、スリランカでは、日本留学経験者を含む100名以上の教育関係者から、日本からの発信情報に関するニーズを聞き取ることができ、とりわけ学校での校内研修についての関心が高いことを知ることができた。この調査により、次年度以降に行う、日本型(J-model)教育実践として、海外に発信すべき実践の枠組みを設定するための、基本的情報を得ることができた。

以上の枠組みと課題に基づいて、筑波大学教育学系の教員12名による本格的な研究プロジェクトを構成することとなり、「日本の教育遺産の途上国への発信モデル構築に関する研究」(平成19年度基盤研究(A)(一般))として申請するに至った。
InAs量子ドットを用いた超広帯域近赤外波長掃引光源の開発とOCTへの応用

本研究は、半導体ナノ材料である自己組織化InAs量子ドット(QD)を用いて、広帯域な波長掃引光源(SS)を開発し、医療用断層イメージング技術である光コヒーレンストモグラフィー(OCT)への応用を目指した。InAs-QDは自己組織的に成長する半導体ナノ結晶であり、一定のサイズ分布を有するため、量子サイズ効果によって近赤外波長において広帯域な発光および光学利得を示す。この特長を利用して、広帯域な近赤外波長可変レーザー光源を実現し、OCTの高分解能化と高深達度(画像深さ)化を両立させることが狙いである。これまでに、QDの成長条件の最適化を行い、QDを含有する光利得チップを作製して、外部共振器を導入することでQDベースの波長掃引レーザー光源(QD-SS)の開発に成功した。2018年度は本研究計画の最終年度に当たり、前年度までに開発した外部共振器型のQD-SSを改良して発振帯域の広帯域化を実現した。具体的には、QDを含有する利得チップの光導波路形状に工夫を加えてチップの内部発振を抑制することで、高電流注入下での外部共振器によるレーザー発振を誘起し発振帯域を拡大することができた。また、動作温度の制御やパルス電流を用いることでも発振帯域が拡大され、さらに利得チップの端面処理を施せば、より発振帯域の拡大が予想される。発振帯域の異なるQD-SSの点拡がり関数(PSF)の比較により、OCT光源とした際の光軸分解能の向上が確認され、本研究の目的である高分解能かつ高深達度SS-OCTの実現に資する光源が、自己組織化InAs-QDを用いて開発可能であることが示された。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は、近赤外広帯域発光材料である自己組織化InAs量子ドット(QD)を用いて波長掃引型光源(SS)を開発し、医療用断層イメージング技術である光コヒーレンストモグラフィー(OCT)に応用することで、OCT画像の光軸分解能および画像深さの向上を目指す。我々がこれまで開発したInAs-QDの発光波長制御技術を用いて、近赤外波長領域での広帯域光源を作製し、外部共振器により波長掃引範囲が従来光源よりも大幅に拡張されたSSを作製する。この光源を用いたSS-OCTを立ち上げ、光軸分解能の向上を図るとともに、高深達度を実現すべく、生体透過性に優れた近赤外波長帯での均一利得を得るようSS構造を最適化する。このSS-OCTが実現すれば、高分解能と高深達度を両立する画期的な医療診断ツールとなる。平成28年度は3年計画の1年目にあたり、光源材料となるQD基板の開発と分割電極構造を持つ光源デバイス作製を中心に行った。また、SS-OCTシステムの立ち上げを行い、市販SSによる動作確認と画像取得を行った。具体的な成果として、QDの中心波長制御技術を新たに開発し、これまで困難であった、発光強度を維持しながら中心波長を短波長化する方法を見出した。また、QDの波長制御というアプローチに加え、量子井戸の界面構造変調によって発光を広帯域化し、かつ発光強度を得る方法も開発した。これらの手法により、課題であった波長1ミクロン帯での高輝度発光が可能となり、大幅な発光帯域拡張の可能性が示された。また、立ち上げたSS-OCTシステムにより、市販SSの自己相関関数取得およびSS-OCT画像を得ることができた。これらの成果により、概ね当初計画通りに研究が推進された。今後はQD-SSモジュール開発を進め、SS-OCT光源としての有用性を検証していく予定である。研究実績の概要で述べた通り、平成28年度ではQDの中心波長制御技術を新たに開発し、特に従来よりも短波長側の発光中心を持ちながら発光強度低下を防ぐ成長方法を見出した。この方法により、課題であった短波長側(波長1ミクロン帯)での高輝度発光が可能となり、波長11.3um帯に渡る大幅な発光帯域の拡張が期待できる。これは当初計画で目標としていた帯域300nmをクリアする値である。また、既存光源を用いてSS-OCTシステムを立ち上げ、その動作も確認できており、これらの結果から、1年目の計画目標はおおむね達成できていると判断した。本研究は、近赤外広帯域発光材料である自己組織化InAs量子ドット(QD)を用いて波長掃引型光源(SS)を開発し、医療用断層イメージング技術である光コヒーレンストモグラフィー(OCT)に応用することで、OCT画像の光軸分解能および画像深さの向上を目指すものである。平成29年度は3年計画の2年目にあたり、小目標であるQDを発光材料とするSS光源(QD-SS)の開発と、SS光源を用いたOCTシステム(SS-OCT)の立ち上げ、およびQD-SSのSS-OCTへの導入を中心に研究を行った。H29年度の主な研究成果として、以下が挙げられる。1)SS-OCTシステムを独自に立ち上げ、時間領域での強度変調を測定し、空間情報に変換して画像化するシステムを開発した。立ち上げたSS-OCTシステムにより、市販SSの点拡がり関数(PSF)およびSS-OCT画像を得ることができた。2)QDを含有する電流注入型半導体

光学利得チップを作製し、端面放出される発光に対して外部共振器を用いてレーザー発振を誘起し、さらに波長可変発振を確認した。3)作製したQD-SSを、立ち上げたSS-OCTに導入して、テストサンプルに対する画像深さ拡大の効果を、初期的なデータではあるものの検証することに成功した。以上の成果により、概ね当初計画通りに研究が推進されたといえる。今後はQD-SSを用いたSS-OCTシステムの熟成を進め、最終目標であるOCT画像の光軸分解能および画像深さの向上を検証していく予定である。研究実績の概要で述べた通り、平成29年度ではQDを発光材料とするSS光源(QD-SS)を開発し、外部共振器構造によって波長可変レーザー発振を確認した。また、市販光源を用いてSS-OCTシステムを立ち上げ、SS-OCT画像取得を確認している。さらに、QD-SSを立ち上げたSS-OCTに導入して、テストサンプルに対する画像深さ拡大の効果も初期的なデータではあるものの検証できており、これらの結果から、2年目の計画目標はおおむね達成できていると判断した。本研究は、半導体ナノ材料である自己組織化InAs量子ドット(QD)を用いて、広帯域な波長掃引光源(SS)を開発し、医療用断層イメージング技術である光コヒーレンストモグラフィー(OCT)への応用を目指した。InAs-QDは自己組織的に成長する半導体ナノ結晶であり、一定のサイズ分布を有するため、量子サイズ効果によって近赤外波長において広帯域な発光および光学利得を示す。この特長を利用して、広帯域な近赤外波長可変レーザー光源を実現し、OCTの高分解能化と高深達度(画像深さ)化を両立させることが狙いである。これまでに、QDの成長条件の最適化を行い、QDを含有する光利得チップを作製して、外部共振器を導入することでQDベースの波長掃引レーザー光源(QD-SS)の開発に成功した。2018年度は本研究計画の最終年度に当たり、前年度までに開発した外部共振器型のQD-SSを改良して発振帯域の広帯域化を実現した。具体的には、QDを含有する利得チップの光導波路形状に工夫を加えてチップの内部発振を抑制することで、高電流注入下での外部共振器によるレーザー発振を誘起し発振帯域を拡大することができた。また、動作温度の制御やパルス電流を用いることでも発振帯域が拡大され、さらに利得チップの端面処理を施せば、より発振帯域の拡大が予想される。発振帯域の異なるQD-SSの点拡がり関数(PSF)の比較により、OCT光源とした際の光軸分解能の向上が確認され、本研究の目的である高分解能かつ高深達度SS-OCTの実現に資する光源が、自己組織化InAs-QDを用いて開発可能であることが示された。平成28年度までの実績をもとに、平成29年度も当初計画どおり、提案光源の実用化に向けた研究を推進していく。まずは、平成28年度までに得られた広帯域なQD光源に対するSS光源としてのモジュール化を進め、波長掃引光源としての特性評価を行う。評価によって得られた特性を参考に、光源デバイスの構造や温度制御などの最適化を行い、SS-OCTシステムに導入する。導入したOCTによってテストサンプルや擬似生体サンプルの画像取得を行い、それらの結果から、本提案光源の実用性や優位性を検証していく予定である。平成29年度までの実績をもとに、平成30年度も当初計画どおり、提案光源の実用化に向けた研究を推進していく。まずは、平成29年度までに得られた成果である、QD-SS光源を導入したSS-OCTシステムの熟成を進め、テストサンプルに対するOCT画像の取得及び特性評価を行う。
セラミックス-金属系多相材料の熱・弾塑性応答(微視力学的解析システムとその機能検証)

前年度に具体化した主な項目は,1)微視力学モデルに基づく弾塑性構成式の定式化,2)熱・弾塑性応答の数値解析ソフトウェア作成,3)局部加熱方式動的熱変形試験装置の設計・製作,4)クリープ効果の基礎的検討である。当該年度では、まず始めに上記1)に基づく2)のソフトウェアを用いて、平板状のZr3_2-Ni系傾斜組成制御体に関する一連の熱応力解析を実施した。特に上記3)との関連から、Ni相の塑性挙動を無視した弾性解析およびこれを考慮した弾塑性解析によって一次元熱流場での過渡応答をシミュレートした。その結果,弾性解析では高温側のZrO_2-Ni層内に発生する最大圧縮応力を過大評価すること,またNi相内での応力、部分的に降状応力レベルを大きく上回ることから,本徴視力学アプローチによる弾塑性解析の有用性を確認した。さらに検証実験のための供試体をホットプレス法で作製するため,その際の熱履歴に伴う残留応力を上述の弾塑性解析法を発展させて定量化し,熱応力割れを抑制する作製条件を明らかにした。その結果に従って6層構成のZrO_2-Ni系傾斜組成制御体(100ZrO_2/80ZrO_2-20Ni/60ZrO_2-40Ni/40ZrO_2-60Ni/20ZrO_2-80Ni/100Ni;各層の厚さ0.5mm)を作製し,その健全性を確認した。一次元熱流場での加熱試験に先だって,本供試体における各層の熱伝導率を実測して微視力学的な予測値と比較すべきと考え,当初計画を変更し,基本的には前記3)の試験装置を利用した定常比較型のシステムを開発した。このシステムは,供試体内部の一次元定常温度分布を近接拡大レンズを装着した赤外線熱画像カメラにより計測するもので,従来は測定が困難であった多層積層材をそのまま供試体として構成層の熱伝導率評価が可能であることから,プラズマ溶射プロセスで多層形成した被膜についても検討し,本システムの有用性を確認した。このことは本研究の副次的な成果として特筆できる。このような事情で、当初に計画した実験は現時点では未完であるが,予想外の問題は特に無く,近々(数箇月内)に完了の見込みである。初年度にあたる当該年度の当初計画では,次の4項目を計画した:1.微視力学モデルに基づく弾塑性構成式の定式化2.熱・弾塑性応答の数値解析ソフトエア作成3.局部加熱方式動的熱変形試験装置の製作4.クリ-プ効果の基礎的検討まず,1および2については,ミゼス塑性体としての金属相が弾性セラミックス相の力学的拘束下で塑性流動することによる弾塑性変形状態を想定し,エネルギ原理に基づく独自のアプロ-チを展開して,一般の多軸応力下で一様な温度変化が生じるとした場合の熱弾塑性挙動を数値的に解析する方法を定式化し,そのソフトウェアを作成した.さらに,セラミックスー金属接合構造における傾斜組成制御インサ-ト層の熱応力緩和設計に本微視力学解析システムを応用すべく,巨視力学的には平面応力状態が仮定できる薄板状傾斜組成制御体の弾塑性熱応力に関する微視力学的解析法を増分形式で定式化した.3については,赤外線導入加熱装置,(現有の赤外線熱画像装置用)リアルタイムレコ-ダおよび近接拡大レンズを当該補助金により購入し,他の現有機器と組み合わせて当初の設計を部分的に変更しつつ装置の試作を進めている.4については,まず加熱部側面2方向透視型赤外線イメ-ジ炉(特注品)および可視光レ-ザ外径測定器を購入し,現有の電気油圧サ-ボ式疲労試験機と組み合わせて,高温での微小変位測定が可能な引張・圧縮サイクリック試験装置を試作し,モデル材であるAlーAl_3Ni系複合材料を供試体として,室温から500°Cの温度域で歪振幅または応力振幅を一定として定歪速度繰り返し引張・圧縮試験を行い,観察されたバウシンカ-効果および機械的ラチェット変形をクリ-プ効果を考慮した微視力学モデルと比較・検討した.前年度に具体化した主な項目は,1)微視力学モデルに基づく弾塑性構成式の定式化,2)熱・弾塑性応答の数値解析ソフトウェア作成,3)局部加熱方式動的熱変形試験装置の設計・製作,4)クリープ効果の基礎的検討である。

その結果に従って6層構成のZrO_2-Ni系傾斜組成制御体(100ZrO_2/80ZrO_2-20Ni/60ZrO_2-40Ni/40ZrO_2-60Ni/20ZrO_2-80Ni/100Ni;各層の厚さ0.5mm)を作製し,その健全性を確認した。一次元熱流場での加熱試験に先だって,本供試体における各層の熱伝導率を実測して微視力学的な予測値と比較すべきと考え,当初計画を変更し,基本的には前記3)の試験装置を利用した定常比較型のシステムを開発した。このシステムは,供試体内部の一次元定常温度分布を近接拡大レンズを装着した赤外線熱画像カメラにより計測するもので,従来は測定が困難であった多層積層材をそのまま供試体として構成層の熱伝導率評価が可能であることから,プラズマ溶射プロセスで多層形成した被膜についても検討し,本システムの有用性を確認した。このことは本研究の副次的な成果として特筆できる。このような事情で、当初に計画した実験は現時点では未完であるが,予想外の問題は特に無く,近々(数箇月内)に完了の見込みである。
蛇毒金属酵素阻害物質の研究

蛇毒金属酵素阻害物質研究の第一歩として、まず5種類の動物血清とヒト血清の蛇毒金属酵素であるjararafibrase Iの線溶活性に対する阻害活性をフィブリン平板で検討した。その結果マウス、ラット血清では完全阻害が認められたが、ヒト、イヌ、ウサギ、モルモット血清では阻害が見られずに、反対に210倍の活性亢進作用が見出された。次にマウス血清を用いて阻害活性の濃度依存性を確認したところ、血清量が低濃度の場合には約80%のフィブリン溶解活性増強が起こり、濃度を上げていくと抑制がかかりだすことが見出された。36.9μgのjararafibraseを完全阻害するのに29.8μlをマウス血清を要した。同様の阻害実験を^<14>Cでラベルしたgelatinを用いてjararafibrase Iのgelatinase活性に関して検討したところ、マウス血清は非常に強くgelatinase活性を阻害したが、ヒト血清も濃度を上げると阻害が認められることが判明した。したがって、ヒト血清にも阻害物質が存在するが、その濃度がマウス血清に比較して著しく低いか、あるいは阻害比活性が低いことが考えられた。次に血清中のjararafibrase I結合物質の分子量をjararafibrase Iを^<125>Iでラベルし、ヒト及びラット血清とincubation後、SDS電気泳動にかけ、autoradiographyにて検討した。その結果、ヒト血清中ではおそれらくα_2マクログロブリンとみられる非常に高分子量の物質と100%結合しており、ラットではヒトの高分子量結合物質と一致するバンドと、もう一本分子量約180,000のバンドが認められた。現在このラット血清中に存在する高分子量と低分子量のjararafibraseI結合蛋白の精製を試みているところである。
レアメタル代替材料の理論的および計算科学的研究

レアメタル元素を含まない新規の機能性材料の探索に向けて、コンピューターシミュレーションを実行した。1つ目は、水素解離吸着反応の触媒材料としてのグラフェン様ナノ炭素材料である。前年度の研究で明らかにした孤立8員環欠陥を含むグラフェンに水素分子を近づけるシミュレーションを、第一原理計算を使用して実行し、水素分子が解離吸着するのに必要な活性化エネルギーを求めた。本研究で得られた結果によると、水素分子解離吸着の活性化エネルギーは約2.2eVであり、欠陥のないグラフェンの場合に比べて1eV程度改善していることが分かった。このようなナノ炭素材料が触媒の機能を示すのにはまだ遠いが、格子欠陥を導入することで活性化エネルギーを下げる働きがあることを示唆することができた。2つ目は、熱電材料としての擬1次元ナノ炭素材料である。本研究ではフラーレンポリマーに注目している。擬1次元ナノ炭素材料として有名なカーボンナノチューブは全て6員環で構造を作り、電気・熱共に伝導しやすい物質である。フラーレンポリマーは所々に曲面を持ち、その曲面は炭素の7員環や8員環などから構成されている。このような構造がフォノン散乱を抑制し熱伝導を下げることは期待し、電気伝導、熱伝導、熱電性能指数などの物理係数を理論計算から求めた。熱伝導の計算にフォノンの効果を導入することでより厳密な評価を行うことができた。性能指数の値は、カーボンナノチューブ(10,0)、ピーナッツ型フラーレンポリマー、[2+2]シクロ付加フラーレンポリマーにおいて、それぞれ0.4, 0.9, 0.8程度となり、格子構造の違いによって性能指数に大きな影響が出ていることを明らかにした。27年度が最終年度であるため、記入しない。レアメタル元素を伴わない新規機能性材料の提案に向けて、2種類の材料に注目した。1つ目は、グラフェン様ナノ炭素材料である。理想的なグラフェンのような炭素6員環だけでなく、5員環や7員環なども含む湾曲したグラフェンのモデルを作成し、電子状態計算を実行した。このとき、孤立8員環という特殊なパーツを持つグラフェンについて調べると、理想的なグラフェンの電子状態(Dirac電子)とは異なり、Fermi準位にフラットバンドと線形分散バンドが同時出現する特異な電子状態を示すことを発見した。更に、このフラットバンドが存在することで、Fermi準位での状態密度が急激に大きくなることも分かった。この特徴は白金表面の電子状態と類似し、このような湾曲グラフェンが燃料電池の電極触媒などで使われる貴金属の代替材料に成り得ることを示唆している。電極上での触媒反応を想定した水素・酸素解離吸着反応シミュレーションを実行し、少しずつ成果を獲得している。2つ目は、ピーナッツ型フラーレンポリマーである。カーボンナノチューブと同じような擬1次元構造の炭素材料であるが、7員環や8員環を含むことで正と負の曲率両方を持っている。7員環や8員環が各所に点在することで、フォノン散乱が抑制され、熱伝導が下がる。つまり、新規の熱電材料の候補と成り得る。熱伝導を厳密に評価するために、フォノン分散および熱伝導(熱コンダクタンス)の計算プログラムを作成し、ピーナッツ型フラーレンポリマーの熱伝導の数値計算を実行した。カーボンナノチューブと比べて、ピーナッツ型フラーレンポリマーの熱伝導が一段と下がることを確認した。このとき、性能指数の最大値は1.0となり、熱電材料実用化の目安と言われる1.0の値を導いた。研究計画に記載した内容はほとんど実行し、研究成果を得ることが出来た。当初の計画には無かったフォノン計算プログラムの作成および熱伝導計算の実行については、急遽進展が見え、新たな研究成果を得る運びとなった。

グラフェンモデルについては、水素分子や酸素分子の解離吸着反応シミュレーションを実行し、解離吸着反応に対する活性化エネルギーを評価し、触媒機能性の有無について議論する。ピーナッツ型フラーレンポリマーについては、複雑な構造による熱伝導抑制を表現するために、長周期且つランダムな構造を持つフラーレンポリマーのモデルを作成し、電気伝導性および熱伝導性を評価し、熱電材料としての可能性について議論する。27年度が最終年度であるため、記入しない。
Ｎ型糖鎖修飾のコンセンサス配列占有則を立体構造の視点から解明する

タンパク質のアスパラギン残基への糖鎖付加はオリゴ糖転移酵素(OST)と呼ばれる膜タンパク質酵素が触媒している.超好熱性古細菌のOSTタンパク質のC末端可溶性ドメインおよび全長の結晶構造決定を行った.核磁気共鳴法・緩和時間解析と生化学実験により,OSTタンパク質の動的構造が糖鎖転移活性に必須であることを示した.糖鎖受容体であるペプチド基質(Asn-Val-Thr配列)との複合体の結晶解析を,ジスルフィド結合を使ってテザリングすることで成功させた.糖供与体(脂質結合型糖鎖)との複合体構造解析を行うための準備として,古細菌の脂質結合型糖鎖の化学構造の決定を質量分析と核磁気共鳴分析を用いて行った.タンパク質のアスパラギン残基への糖鎖付加はオリゴ糖転移酵素(OST)と呼ばれる膜タンパク質酵素が触媒している.超好熱性古細菌のOSTタンパク質のC末端可溶性ドメインおよび全長の結晶構造決定を行った.核磁気共鳴法・緩和時間解析と生化学実験により,OSTタンパク質の動的構造が糖鎖転移活性に必須であることを示した.糖鎖受容体であるペプチド基質(Asn-Val-Thr配列)との複合体の結晶解析を,ジスルフィド結合を使ってテザリングすることで成功させた.糖供与体(脂質結合型糖鎖)との複合体構造解析を行うための準備として,古細菌の脂質結合型糖鎖の化学構造の決定を質量分析と核磁気共鳴分析を用いて行った.タンパク質のアスパラギン残基への糖鎖付加(N型糖鎖付加)は翻訳後修飾の代表である.コンセンサス配列Asn-X-Thr/Ser中のAsn残基への糖鎖の転移反応はオリゴ糖転移酵素と呼ばれる膜タンパク質酵素が触媒している.N型糖鎖修飾は真核生物だけではなく,古細菌にも広く存在する.また,真正細菌の一部にも存在する.OST酵素の触媒サブユニットはSTT3/AglB/PglB(真核/古細菌/真正細菌)と呼ばれるタンパク質である.我々はAglBのC末端球状ドメインの結晶構造には大きな可塑性を示すセグメントがあり,また実際に溶液中ではこのセグメントは大きな内部運動を持つことをNMR緩和時間解析を用いて示した.さらに,古細菌のオリゴ糖転移酵素全長を大腸菌の膜分画に発現してアッセイする系を用いて,柔軟性を抑制するような人工的なジスルフィド結合を導入すると,酵素活性が完全に消失するが,還元してジスルフィド結合を切断すると完全に活性が回復することを示した.可動セグメントは糖鎖修飾コンセンサス配列であるAsn-X-Ser/Thr配列の+2の位置のセリンとスレオニン残基を認識するセリン・スレオニンポケットの形成に関与している.したがって,オリゴ糖転移酵素は新生ポリペプチド鎖を効率よくスキャンするために,C末端球状ドメイン内に存在する構造可塑性を巧みに利用している可能性がある.すなわち,コンセンサス配列中のセリンとスレオニン残基を確実に捉え,糖転移が終了したら,すばやくポリペプチド鎖を離して次ぎのコンセンサス配列が来るのに備えるために,ポケットの形成と破壊をすばやく行うようなメカニズムの存在が想定される.タンパク質のアスパラギン残基への糖鎖付加(N型糖鎖付加)は翻訳後修飾の代表である.コンセンサス配列Asn-X-Thr/Ser中のAsn残基への糖鎖の転移反応はオリゴ糖転移酵素と呼ばれる膜タンパク質酵素が触媒している.N型糖鎖修飾は真核生物だけではなく,古細菌にも広く存在する.また,真正細菌の一部にも存在する.OST酵素の触媒サブユニットはSTT3/AglB/PglB(真核/古細菌/真正細菌)と呼ばれるタンパク質である.超好熱古細菌Archaeoglobusfulgidus由来の3つのオリゴ糖転移酵素のパラログのうち,AglB-L(全長868残基)を,C末端にヒスタグをつけた形で,大腸菌を用いて発現した.膜フラクションを界面活性剤であるDDMを用いて可溶化後,Niセファロース,スロンビンによるタグ除去,ゲルろ過を用いて精製した.ゲルろ過においてDDMをOGおよびLDAOに置換した.OGおよびLDAOサンプルから,空間群C2(分解能2.5A)と空間群P43212(分解能3.4A)の2つの結晶が得られた.C末端可溶性ドメインの立体構造を分子置換のサーチモデルとして用いて構造決定を行った.N末端膜貫通領域には複数の保存された酸性残基があり,2価金属イオンに配位した構造をとって酵素活性中心を形成していること,C末端可溶性ドメインにはコンセンサス配列のセリン・スレオニンの側鎖を結合するポケットがあることがわかった.C2結晶の構造には2価金属イオンの近くに,結晶化溶液に含まれていた硫酸イオンが結合していた.これは反応プロダクトであるドリコールリン酸のリン酸基をミミックしていると考えている.また,2つの膜貫通ヘリックスをつなぐ長いループ(EL5と呼ぶ)はディスオーダーして電子密度が観測できなかった.EL5のダイナミックな構造変化を中心とした,糖転移反応サイクルのモデルを提案した.タンパク質のコンセンサス配列Asn-X-Thr/Ser中のAsn残基への糖鎖の転移反応はオリゴ糖転移酵素と呼ばれる膜タンパク質酵素が触媒している.N型糖鎖修飾は真核生物だけではなく,古細菌にも広く存在する.また,真正細菌の一部にも存在する.古細菌の触媒サブユニットはAglBと呼ばれる膜タンパク質である.

昨年度に,界面活性剤存在下で精製したA.fulgidusのAglBタンパク質全長の立体構造決定を行った.同時に基質であるペプチドとの複合体構造を得ることを目指したが,単純な混合では共結晶を得ることができなかった.そこで,AglBタンパク質にシステイン残基を導入し,ペプチド側にも導入したシステイン残基との間に分子間ジスルフィド結合を作らせた複合体を作製した.なお,システイン残基の導入位置は,ペプチドとの共結晶が既に得られている真正細菌のPglB酵素の立体構造を参照して行った.結晶構造解析の分解能は低下したが,ペプチド基質が伸びたコンホメーションで結合していることがわかった.糖鎖付加コンセンサス配列Asn-Val-Thrのうち,Asn残基の側鎖は2つの酸性アミノ酸残基および2価金属イオンと共に,carboxylate dyadと命名した特殊な構造を形成していた.真核生物や真正細菌の脂質結合型糖鎖(LLO)に比べ,古細菌のLLOの化学構造は多様であり,古細菌の種ごとに構造決定を行う必要がある.培養菌体から有機溶媒抽出したのち,陰イオン交換と順相HPLCにより分離し,ESI-MS分析を行うことで,LLOの脂質リン酸基部分の化学構造決定を行い,P.furiosusとA.fulgidusのLLOでは,ドリコール-モノリン酸であることを見いだした.真核生物と真正細菌ではリン酸基の数は2個であるので,古細菌のLLOの独自性を示している.今回明らかにしたLLOの化学構造をもとに,共結晶作成のための水溶性LLOアナログの化学合成を行うことができる.26年度が最終年度であるため、記入しない。構造生物学26年度が最終年度であるため、記入しない。OST酵素のC末端内部の柔軟性の活性発現における重要性について論文にまとめて発表した.また,古細菌ArachaeoglobusfulgidusのOSTのひとつAglB-S1のC末端ドメインの結晶構造も論文にまとめて発表した.膜タンパク質全長の結晶化について,Arachaeoglobus fulgidusのAg1B-Lの結晶のX線回折測定を終了し,構造解析の精密化を進めている.以上のように複数のプロジェクトが並行して順調に進行している.膜タンパク質であるオリゴ糖転移酵素の結晶構造決定が完了したことの意義が大きい.論文にまとめて発表した.今後,基質との共結晶の構造決定やNMRメチオニンメチル基のmethylTROSY測定による動的構造の解析などの発展課題が拓けた.26年度が最終年度であるため、記入しない。Arachaeoglobus fulgidusのAglB-Lの構造精密化を進める.この結晶はアポ状態(基質や生成物が結合していない状態)なので,基質(ペプチドと脂質結合型糖鎖)や生成物(糖ペプチドとリン酸結合脂質)との共結晶の作成と構造解析を目指す.古細菌の糖鎖構造は細菌種ごとにまったく異なるので,Archaeoglobus fulgidus由来のN型糖鎖の化学構造の決定を行い,水溶性脂質結合型糖鎖アナログの化学合成のための情報とする.基質(ペプチドおよび脂質結合型糖鎖)や生成物(糖ペプチドおよびリン酸化脂質)との複合体の構造解析を目指す.