hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
フリーラジカルと膵の線維化に関する研究

アルコールは慢性膵炎の成因として重要な位置を占め、その線維化にはアルコールの代謝過程で生ずるフリーラジカル(FR)の関与が示唆されているが、そのメカニズムについては十分解明されてはいない.そこで、われわれはFRと膵の線維化のメカニズムを解明する一環として、FRの主要なスカベンジャーであるSOD(superoxide dismutase)の阻害剤であるDDC(diethyldithiocarbamate)を用い、FRがPSCに及ぼす影響を検討した.(1)ラットにDDCを週2回500mg/kg腹腔内に2週間反復投与することにより、膵に線維化が惹起され、PSCの活性化の指標であるα-SMAを用いた免疫組織染色による検討により、DDCによってα-SMA細胞の増加が観察された.この膵の線維化は経口蛋白分解酵素阻害剤であるカモスタット(CM)含有食の投与により、抑制されることが判明した.CM投与により、α-SMA陽性細胞の減少を認め、CMの膵線維化抑止効果の背景にはPSCの活性化抑制効果があることが示唆された.(2)ラットより分離培養したPSCにDDCを加えることにより、PSCの細胞内にSODの低下、過酸化脂質の上昇を認め、PSC内にFR優位の状態を惹起することが出来た.DDC投与により、PSCの活性化細胞率の増加、コラーゲン分泌の亢進、PSC培養液中のTGF-β1の増加を認めた.これらの効果はXanthine oxidaseの阻害剤であるallopurinolにより、抑制された.これらのことより、Xanthine oxidase由来のFRが直接PSCを活性化し、コラーゲンを分泌させることが示唆された.
開始蛋白DnaAが形成する高次複合体のATP依存活性化メカニズム

DnaA-oriC複合体中では2本鎖DNA弛緩反応や1本鎖化DNA結合、そしてDnaBヘリカーゼ装着という異なる機能構造を利用した反応が起こる。しかしながら、これらの反応を協調的に遂行するためのメカニズムは不明であった。申請者は多種の試験管内再構成系を用いて、大腸菌DnaA-oriC複合体中にそれぞれの反応に特化された部分機能構造が形成されることを初めて見出した。DUEを含むoriCの左半分で形成されるDnaA複合体は2重鎖弛緩とDnaB装着とを促した。この複合体はさらに二つの複合体から構成された。一つはDUEの遠位に形成される(DUE-distal)DnaA複合体で、この複合体は1本鎖化DUEとの結合能を有した。もう一つの複合体はDUE近傍に形成され、1本鎖化DUEをDUE-distal DnaA複合体へとリクルートする活性を有した。このように開始装置の中で起こるダイナミックな構造変化を示す報告は今回が初めてであるDnaA-oriC複合体中では2本鎖DNA弛緩反応や1本鎖化DNA結合、そしてDnaBヘリカーゼ装着という異なる機能構造を利用した反応が起こる。このように開始装置の中で起こるダイナミックな構造変化を示す報告は今回が初めてである細胞生物のゲノム複製は複製開始点の2重鎖DNAを1本鎖に緩めることで開始される。この反応は開始蛋白質が複製開始点で形成する動的な高次複合体中で起こる。この高次複合体の形成様式と構造変化を理解することは、ゲノム複製開始反応の遂行とその制御メカニズムを解明する上で非常に重要である。研究代表者は2重鎖DNAの1本鎖化メカニズムを明らかにすることを研究の全体構想としており、特に当面の目標として、開始蛋白DnaAが形成する高次複合体の形成様式とその構造変化制御についての理解を目指した。i.改変型tmaDnaAの構築、精製研究代表者はtmaDnaAの過剰発現プラスミド内のDNA結合ドメインをコードする領域を大腸菌DnaAのものと置換した。このプラスミドを精製し、大腸菌に導入し、目的蛋白を過剰発現できることを確認できた。よって、改変型tmaDnaAの大量発現株を構築できたと考えた。この変異蛋白は野生型に比べて可溶性が減弱した。現在、可溶化条件の検討を行っており、検討後精製を迅速に進める予定である。部位特異的に変異をもつtma-oriCプラスミドを網羅的に構築した。tmaDnaAが形成する開始複合体の機能構造を知るために、この変異体を用いてoriCの機能構造の解析を進めた。5つのDnaA結合配列の全てが、開始複合体の形成に必須であった。結合配列の配向性も開始複合体形成に必須だった。また、ゲルシフト解析により、個々のDnaA結合配列の役割を明らかにすることができた。その他の結果も総合し、現在論文執筆中である。細胞生物のゲノム複製は複製開始点の2重鎖DNAを1本鎖に緩めることで開始される。研究代表者は試験管内再構成系と変異体解析とにより、oriC2重鎖の1本鎖化に必要なoriC機能構造を同定した。開始装置を形成するDnaA分子の機能は画一的でなく、i)多量体構造の保持ii)2重鎖DUEの弛緩iii)1本鎖DUE結合という、それぞれ固有の役割を担っていた。開始装置はこれらの異なる機能をもつDnaA分子が協同して働くことで機能する、と考えられる。これは、結晶構造などから予想できなかった、より動的な開始装置の機能構造を提唱するものである。さらに申請者はDnaBヘリカーゼ装着に必須なoriC機能構造まで解析し、より高次な複合体の機能構造解明を行なった。現在、筆頭著者とし、論文執筆中である(Ozaki & Katayama, revised versionの投稿中)。
複素インピーダンス解析に基づく色素増感太陽電池構成成分の評価方法の確立

標準的な色素増感太陽電池のインピーダンス測定の結果、オーミックな抵抗成分R_0と界面電荷移動に起因する円弧成分ω_1ω_4の少なくとも5種類の抵抗成分が内部抵抗成分として存在することをこれまでに明らかにしている。このうちω_2は、作用極におけるTiO_2粒子間の電子移動に帰属されるが、一方で、対極のPt触媒活性により影響を受けることが明らかとなり、作用極および対極両方の成分を含むことが示唆された。まず、オープンセルに参照極を導入した三極式のセルを作製し、作用極および対極のインピーダンスを分離したところ、ω_2は対極のインピーダンスにもあらわれ、作用極におけるTiO_2粒子界面の電子移動に起因する成分だけでなく、対極の影響も受けることが判明した。しかしながら、オープンセルを用いると、電解質の厚みが大きく、実際の色素増感太陽電池のとの対応が十分でないため、サンドイッチ型セルに参照極の導入を試みた。参照極として、白金黒付きφ0.2mm白金線を使用し、スペーサーにより通常よりも電極間距離を若干大きくしたサンドイッチ型セルに導入して、作用極および対極のインピーダンスを分離した。ω_2は対極側のインピーダンススペクトルにも現れ、また対極のPt量を変化させることにより、その大きさが変化した。したがって、対極のω_2成分は、対極のPt/電解質界面における電子移動過程に帰属できるものと考えられる。この結果、作用極および対極のω_2に対する寄与を分離できるようになり、色素増感太陽電池の内部抵抗要因の詳細な解析が可能となった。色素増感太陽電池の研究開発には革新的材料の開発が必要であるが、まだ構成材料やその接合部の材料設計の面で多くの未開発の部分が残されており、その可能性を追求し明確にすることは重要な課題である。本研究ではこの色素増感太陽電池の開発の最重要課題を色素、半導体、電解質のそれぞれの材料開発として位置づけ、材料探索により性能向上を図る。複素インピーダンス法を適用し、太陽電池の光化学反応、電気化学的反応、物質移動などの過程を分離測定し、さらに参照電極との組み合わせや半電池の構成など電気化学的手法を組み合わせて各抵抗成分の分離測定手法を確立する。標準的な色素増感太陽電池のインピーダンス測定の結果、オーミックな抵抗成分R_0と界面電荷移動に起因する円弧成分ω_1ω_4の少なくとも5種類の抵抗成分が内部抵抗成分として存在することがわかった。種々のセルを構成し、各成分の帰属を行った結果を以下にまとめる。R_0およびω_1は、導電性基板をかえた実験により、それぞれ導電膜中の電子移動、導電膜/TiO_2界面における電子移動に起因する成分と帰属した。ω_2は、電極調製法をかえて実験を行った結果、TiO_2粒子界面の電子移動に起因する成分に帰属できた。ω_3はTiO_2表面に吸着する色素量が増した場合や、電池に照射する光強度を増すなど、色素からTiO_2への注入電子量を増加させると縮小するため、ω_3はTiO_2/電解質界面に起因し生じる円弧であり、この界面で起こる現象は電池性能を低下させる逆反応であるため、円弧の拡大が起電力、光電流の増加と関連しており、太陽電池性能の向上のためには、この抵抗成分の最適化が必要となることがわかった。ω_4は電解質中のI_3^-の濃度が低下した場合や、電解質層の厚みが増した場合に円弧の拡大が見られたことから、電解質中のI_3^-の移動が関わる成分であることが考えられる。
ショウジョウバエの発生過程におけるDNA複製様式の組織特異性

ショウジョウバエの発生過程で細胞が増殖、成長する際に、細胞によって細胞周期の構成が異なることが知られている。例えば幼虫細胞は、S期とG期を繰り返し倍数化するが、成虫原基の細胞は、G1,S,G2,Mという4期から成る通常の細胞周期で増殖する。DNA複製因子RF-C140の突然変異体を解析したところ、成虫原基細胞のDNA複製は強く抑制されていたが、幼虫細胞の複製はほとんど影響を受けていない。複製因子の安定性が細胞周期の違いにより異なる可能性が示唆された。さらにこの点をDNAポリメラーゼεについても検討した。まず同遺伝子の完全長cDNAの塩基配列を決定し、エキソン・イントロン構造と全アミノ酸配列を予想した。抗体を作成し、増殖組織の全細胞で局在を観察した。さらにP因子トランスポゾンのimprecise excisionによりε遺伝子の発現調節領域をTATAボックスの直前まで1.8kbにわたって欠いた変異体を2系統単離した。それらの変異ホモではDNAポリメラーゼεがまったく発現していないと考えられる。どちらも胚期に致死となり、DNAポリメラーゼεがショウジョウバエのDNA複製に必須であることが示された。ヘテロ個体でも野生型にくらべて幼虫ならびに蛹の生育が遅延することがわかった。幼虫の生育は幼虫細胞の倍数化に、蛹の生育は成虫原基細胞の増殖と分化と密に関連する。DNAポリメラーゼεの欠損は、細胞周期の違いによらず、どのDNA複製にも同じように影響を与えると考えられた。またDNAポリメラーゼεは精巣の先端でも高い発現が観察されたので、減数分裂前DNA複製にも関与すると推測される。現在、EMS処理によりhypomorph変異を単離し、DNAポリメラーゼεが複製エラーを感知するチェックポイントにも関与することを遺伝学的に証明しようとしている。ショウジョウバエの発生途中にはタイプが異なる細胞周期がプログラムされている。幼虫細胞は、S期だけを繰り返し倍数化するが、成虫原基細胞は、二倍体細胞がG1,S,G2,Mという通常の4期から成る細胞周期により増殖する。我々が先に分離した、ショウジョウバエのDNA複製の伸長因子RF-Cの欠損変異体では、二倍体の増殖だけが強く抑制され、幼虫細胞の倍数化は正常であった。一方、別の伸長因子PCNAの変異体では、両方が影響を受けた。この事実は、細胞の種類によってDNA複製因子の使われ方が異なることを示唆している。この点を他の複製因子についても検討するため、ショウジョウバエの複製開始因子MCM3、6、7およびDNAポリメラーゼδ、ε遺伝子を単離した。cDNAの一次構造を決定し、さらにそれらの突然変異体の分離をめざして各遺伝子座の細胞遺伝学的マッピングをおこなった。その結果、MCM3、6、7は、各々X染色体4F、6B、第3染色体66E領域に、DNAポリメラーゼδ、εは、各々第3染色体94F6-95F1、71F領域に位置することが明らかとなった。このうちDNAポリメラーゼε遺伝子について集中的に解析をおこなった。この遺伝子のcDNAの塩基配列を決定し全アミノ酸配列(2220アミノ酸)を予想した。さらにP因子トランスポゾンによる挿入突然変異体を単離する目的で、ATGコドンの2.5kb上流にP因子が挿入した系統を得た。上記の新しい複製因子がショウジョウバエの異なるタイプのDNA複製の場で機能するか検討する目的で、MCM3、6、7に対するポリクローナル抗体を作成した。ショウジョウバエの初期胚の抽出液を用いたWestern blot解析において各々105kD、105kD、80kDのバンドが得られ、産物が同定された。

現在、EMS処理によりhypomorph変異を単離し、DNAポリメラーゼεが複製エラーを感知するチェックポイントにも関与することを遺伝学的に証明しようとしている。ショウジョウバエの発生過程で細胞が増殖、成長する際に、細胞によって細胞周期の構成が異なることが知られている。例えば幼虫細胞は、S期とG期を繰り返し倍数化するが、成虫原基の細胞は、G1,S,G2,Mという4期から成る通常の細胞周期で増殖する。DNA複製因子RF-C140の突然変異体を解析したところ、成虫原基細胞のDNA複製は強く抑制されていたが、幼虫細胞の複製はほとんど影響を受けていない。複製因子の安定性が細胞周期の違いにより異なる可能性が示唆された。さらにこの点をDNAポリメラーゼεについても検討した。まず同遺伝子の完全長cDNAの塩基配列を決定し、エキソン・イントロン構造と全アミノ酸配列を予想した。抗体を作成し、増殖組織の全細胞で局在を観察した。さらにP因子トランスポゾンのimprecise excisionによりε遺伝子の発現調節領域をTATAボックスの直前まで1.8kbにわたって欠いた変異体を2系統単離した。それらの変異ホモではDNAポリメラーゼεがまったく発現していないと考えられる。どちらも胚期に致死となり、DNAポリメラーゼεがショウジョウバエのDNA複製に必須であることが示された。ヘテロ個体でも野生型にくらべて幼虫ならびに蛹の生育が遅延することがわかった。幼虫の生育は幼虫細胞の倍数化に、蛹の生育は成虫原基細胞の増殖と分化と密に関連する。DNAポリメラーゼεの欠損は、細胞周期の違いによらず、どのDNA複製にも同じように影響を与えると考えられた。またDNAポリメラーゼεは精巣の先端でも高い発現が観察されたので、減数分裂前DNA複製にも関与すると推測される。
冠細動静脈の三次元構築自動分離イメージング法による冠循環アポトーシスの研究

本研究では心筋虚血再灌流障害慢性期の冠血管アポトーシスの発症する病期おいて、冠微小血管の三次元構築が損壊されていく様相、血管構築の三次元空間的トポロジー、とりわけ冠細動脈と冠細静脈の三次元的相互的位置関係についての研究を行った。正常ラット心においてそのイメージングを行うことができたが、心筋虚血再灌流障害のラットモデルの慢性期心臓のサンプルを用いては同等のクオリティのイメージングを行うことは困難であった。本研究では心筋虚血再灌流障害慢性期の冠血管アポトーシスの発症する病期おいて、冠微小血管の三次元構築が損壊されていく様相、血管構築の三次元空間的トポロジー、とりわけ冠細動脈と冠細静脈の三次元的相互的位置関係について研究する。そのために新規の冠微小血管造影剤とマイクロCTを用いて、冠細動脈と冠細静脈の三次元構築を各々単独でイメージングあるいはオーバーレイするイメージングを可能とする新規の方法論を確立する。本年度は、上記目的のための基礎段階の検討を行った。粒子径・濃度が異なるが二種類の造影剤を正常ラット心同一検体に注入し固定した。これをmicroCTで撮像した。撮像条件を冠細動脈・冠細静脈・心筋など各血管構成要素のCTウィンドーを各々イメージングしうる撮像条件の最適化を行った。これにより、選択的にこれらの構成要素を分離抽出、さらにオーバーレイする三次元再構築イメージングを実現した。本方法の確立は、冠微小血管構築とりわけ動脈系と静脈系の三次元的位置関係をホールハートでイメージングすることをはじめて実現したものである。そこで、次項に示すように、特許出願をおこなうことができた。本年度はおもに特許出願過程であったっため本内容の学会発表は行えていないが、この新技術を用いた基礎医学研究の成果は、将来的には臨床医学への貢献も期待できる。そのために新規の冠微小血管造影剤とマイクロCTを用いて、冠細動脈と冠細静脈の三次元構築を各々単独でイメージングあるいはオーバーレイするイメージングを可能とする新規の方法論を確立しようとした。前年度は、正常ラット心同一検体に異なる素材の造影剤を注入し、これをマイクロCTで撮像し、条件設定を試行錯誤して冠細動脈・冠細静脈・心筋などの構成要素を選択的に分離抽出、さらにオーバーレイする三次元再構築イメージングを試みた。これをうけ、引き続き本年度は心筋虚血再灌流障害のラットモデルの慢性期心臓のサンプルを用いて、同様のクオリティーの画像が得られるかどうか検討した。当施設に新規導入されたマイクロCTはそれを行うに十分なスペックを有していたと思われる。しかし、健常ラットでは得られていたクオリティーの画像が、病的心臓においては得ることが困難であった。その原因については引き続き検討を重ね、この問題を克服していくことを今後の課題とするものである。
注視点計測を伴う視線走査統制による表情認知時間の計測と表情認知モデルの検討

提案した表情認知モデルに対し,より妥当な表情認知時間の計測と表情認知モデルの再検討を行った.非接触・無拘束型注視点座標検出システムの導入により誘導型視線走査統制課題における訓練終了判定システムと表情認知課題遂行監視システムを構築した.表情に非注意的な人物識別課題の結果,人物認知過程と表情認知過程が並列的に進む中での意識に上ることのない表情認知による人物認知への影響を見出すことで,人物・表情認知過程間に存在する相互作用の可能性を示唆する結果を得た.提案した表情認知モデルに対し,より妥当な表情認知時間の計測と表情認知モデルの再検討を行った.非接触・無拘束型注視点座標検出システムの導入により誘導型視線走査統制課題における訓練終了判定システムと表情認知課題遂行監視システムを構築した.表情に非注意的な人物識別課題の結果,人物認知過程と表情認知過程が並列的に進む中での意識に上ることのない表情認知による人物認知への影響を見出すことで,人物・表情認知過程間に存在する相互作用の可能性を示唆する結果を得た.注視点と視線走査を統制した表情認知課題の結果はMEG研究による顔認知時の潜時と類似し,本研究の有用性と本手法による脳活動検討の妥当性を示す【19年度研究成果以前】.提案した表情認知モデルに対し,より妥当な表情認知時間の計測と表情認知モデルの再検討を研究目的とする.本年度は第1段階として,注視点計測システムを導入し視線移動時間の傾きにおける個人差を低減する.信頼性を高めた視線走査統制による表情認知実験の結果から,より妥当な表情認知モデルを検討する.得られた成果は以下の通りである.1.非接触・無拘束型注視点座標検出システムを導入し,被験者の実験時のストレスを軽減した誘導型視線走査統制課題における訓練終了判定システムと表情認知課題遂行監視システムを構築した.また,本実験システムでは視線移動時間における個人差を低減した.2.構築したシステムにより認知実験を行い,実験結果を解析し表情認知モデルの再検討を行った.現段階における表情認知モデルは以下の特徴を持つ.(1)非注意的な表情認知を伴う人物同定処理において,これまでのHaxbyモデルに従い上側頭溝と両側紡錘状回の相互活動がある.(2)同上の処理における嫌悪表情認知時の処理過程として,扁桃体・島領域への情報の経由,その後発生する上側頭溝と両側紡錘状回との連携による人物同定の完遂が示唆される.本成果より,Haxbyモデルと共にLeDoux Circuitにも着目したモデルの再検討を進める必要性が得られた.また,各表情課題の難易度の均一性についても検討する.表情認知課題の結果に対し,各表情課題の難易度による調整を反映させるために倒立顔表情刺激を用いることで解決を図る.19年度では,提案した表情認知モデルに対し,より妥当な表情認知時間の計測と表情認知モデルの再検討を研究目的とした.そこでは,非接触・無拘束型注視点座標検出システムを導入し,被験者の実験時のストレスを軽減した誘導型視線走査統制課題における訓練終了判定システムと表情認知課題遂行監視システムを構築した.また,視線移動時間における個人差を低減した.20年度は,モデルの妥当性の再検討と課題の難易度を考慮した実験手法の検討を行った.一部の基本情動に特化した表情認知の神経機構が存在するというマルチシステム説と照合した結果,表情間における人物識別時間の差は,この特化したシステムとの相互情報伝達に伴い発生したと考えることができる.これは,人物認知過程と表情認知過程が並列的に進む中で意識に上ることのない表情認知が人物認知に影響を与えていることを示唆する.これより,人物・表情認知過程間に存在する相互作用の可能性を示唆する一つの結果を示したといえる.この相互作用について確立したモデルを検討するために,人物認知から表情認知への影響をさらに検討した.モーティング画像を実験刺激として用い,課題の難易度を考慮した実験結果の分析が可能な実験計画を立案した.人物認知について非注意的な表情同定課題を行った結果,得られた表情識別時間は以前得られた人物識別時間とほぼ等しい時間となった.この結果は提案するモデルの拡張を可能とする.また,人物認知から表情認知への影響は見られなかったが,この点については表情認知と顔認知との相互作用モデルの新しい展開につながるといえる.今後は,選択的注意課題を用いることで,信頼性の面からモデルの再検討を進める.
マルハナバチの生息適地変化予測：市民参加型調査とビッグデータをもちいて

本研究の目的は、市民参加型調査やビッグデータから収集されたマルハナバチ類の分布データと環境データを使用して、種分布モデルにより、現在と未来において生息適地が縮小する種や地域個体群を特定し、将来の気候変動に応じた保全対策を提案することを目指している。平成30年度は、マルハナバチ類の過去の分布推定を改良し、現在と過去の分布を比較することで、縮小する種や地域個体群を特定した。その結果をまとめ、生態学会で口頭発表した。現在は論文を書き終えて再投稿準備中である。将来の分布推定については、将来の気象データを使って分布予測は行なったが、国立環境研究所で温暖化と同時に人口減少を踏まえた将来の土地利用予測を研究していることがわかり、独自に将来の土地利用データを作成するよりも共同研究で予測した方が精度が高いものができると考え、共同研究へと切り替えている。また、平成29年度に行う予定だったクロマルハナバチの実験計画を変更したため、計画を変更したクロマルハナバチの実験を行なった。温暖化による気温上昇の働き蜂への影響に着目し、チャンバー内で気温を変化させて、行動の変化や生存限界温度を計測した。これらの結果は整理が終わり次第、論文にまとめる予定である。さらに、平成28年度から引き続き行っている、人工知能による写真のマルハナバチ類の種同定も行った。応用動物昆虫学会では、人工知能による写真のマルハナバチ類の種同定についてのポスター発表を行なった。これらの研究活動が認められ、複数の新聞やウェブメディアに本研究に関する記事が掲載された。また、EAFES(東アジア生態学連合)のシンポジウムで招待講演を行なった。そして、11月には科学技術・学術政策研究所による「ナイスステップな研究者2018」に選定された。その他に共同研究を行い、2本の英語論文が国際学術雑誌に受理されている。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。種分布モデルで現在の生息適地推定を行った研究結果を論文にまとめることは完了し、現在論文を国際学術雑誌に投稿中である(英語論文1本)。また、市民参加型調査の利点・欠点とその解決法について解説した記事を、種生物学会の和文誌に投稿中である(日本語著書1本)。市民参加型調査は、海外では非常にさかんだが、日本では成功例が少なく、学術研究に利用されることも少ない。市民参加型調査のデータが学術研究に利用される貴重な例である。画像共有サイトなどで公開されているマルハナバチ類の写真を収集し、全世界レベルの分布調査をすることについては、収集は可能だが、大量の写真が収集され、マルハナバチ類の写真に混じった他の昆虫の写真や物の写真を分類することが困難であることがわかった。日本での市民参加型調査においても、写真に写ったマルハナバチ類の種同定は非常に労力と時間がかかる。そのため、新たに「人工知能による写真のマルハナバチ類の種同定の自動化」の研究を行っている。この研究結果については、種生物学会、生態学会でポスター発表を行っている。人工知能による種同定の自動化は、あらゆる分野に応用できる、学術研究に必須な有効なツールになる可能性がある。28年度は、種分布モデルで現在の生息適地推定を行った研究結果を論文にまとめて投稿すること、現在の生息適地推定で得られたモデルをもとに、過去の環境データを用いて過去の生息適地推定を行うこと、未来の生息適地推定に使用するための環境データの準備を行うことを目標とした。全世界レベルの分布調査を行うことも、採用期間の三年間を通じて目標となっている。種分布モデルで現在の生息適地推定を行った研究結果を論文にまとめることは完了し、現在論文を国際学術雑誌に投稿中である。現在の生息適地推定で得られたモデルをもとに、過去の環境データを用いて過去の生息適地推定を行うことも完了した。これらの結果をまとめ、論文を執筆中である。未来の生息適地推定に使用するための環境データの準備を行うことは、気象データについては作成が完了した。土地利用データについては、先行研究で温暖化による森林分布変化の推定などが行われているため、先行研究のデータを精査中である。また、画像共有サイトなどで公開されているマルハナバチ類の写真を収集し、全世界レベルの分布調査をすることについては、目標を達成するために、新たに「人工知能による写真のマルハナバチ類の種同定の自動化」の研究を行っている。平成29年度に行う予定だったクロマルハナバチの実験計画を変更したため、まず、平成30年度に行う予定だった、これまでの研究をまとめる作業を行った。これまでの花まるマルハナバチ国勢調査で行ったマルハナバチ類の分布調査結果を論文にまとめ、Scientific Reportsに投稿し、受理された(英語論文1本)。種生物学会の和文誌にも論文が受理され、オンラインで公開された(日本語論文1本)。

この研究成果は、ウェブの環境展望台の他、朝日新聞の宮城版や山形版で記事になり、掲載された。また、マルハナバチ類の過去の分布推定の結果もまとめ、種生物学会でポスター発表し、現在は論文を書き終えて英文校正中である。平成28度から引き続き行っている、人工知能による写真のマルハナバチ類の種同定も、実験を行っている。こちらも結果がすべて揃い次第、論文にまとめる予定である。生態学会では、人工知能を含めた機械学習のシンポジウムを企画し、生態学者や情報学者の方々とともに議論を行った。クロマルハナバチの実験については、温暖化による気温上昇の働き蜂の飛翔行動への影響に着目することにした。気温を変化させ、温暖化による採餌行動における飛翔コストの変化を推定する予定である。そのため、現在は飛翔実験装置の作成と試験実験を行っており、平成30年度から本格的にデータをとる予定である。平成29年度に行う予定だったクロマルハナバチの実験は、計画を変更した。温暖化がクロマルハナバチのコロニーに与える影響を見るために、気温変化実験を行って、生殖虫の数や新女王の生存率の変化を見るはずだったが、平成28年度に、沖縄でもハウス内で飼育クロマルハナバチが生殖虫を生産できることが報告され、平成29年度には気温上昇が新女王の冬眠に与える影響を調べた先行研究も見つけたため、実験計画を変更し、新たに飛翔行動への影響を見るための実験装置を作成している。そのため、平成30年度に行う予定だった、これまでの研究を論文にまとめる作業を行なった。その結果、英語論文1本に日本語論文1本が受理され、英語論文1本が投稿準備中である。また、共同研究により英語論文1本が受理され、英語論文1本が投稿準備中である。平成29年度は、アウトリーチにも力を入れた。アカデミストジャーナルに花まるマルハナバチ国勢調査の記事を掲載し、教育情報誌「関塾タイムス」にも記事が掲載された。龍谷大学で臨時講師を務め、ミツバチサミットで市民に対して調査結果を報告し、データベース研究者が参加するGBIFワークショップで講演を行った。また、マルハナバチを含む送粉者の重要性と保全をより一般の方々に広めるため、アメリカのXerces societyで配布されている「Farming for Bees(野生ハチ類のための農業)」の和訳を行った。和訳版は日本送粉サービス研究会のウェブページで配布予定である。これらの研究活動により、平成30年度はクロマルハナバチの実験とマルハナバチの将来の分布推定に集中できると考えられ、計画変更があったものの、おおむね順調に進展していると考えている。本研究の目的は、市民参加型調査やビッグデータから収集されたマルハナバチ類の分布データと環境データを使用して、種分布モデルにより、現在と未来において生息適地が縮小する種や地域個体群を特定し、将来の気候変動に応じた保全対策を提案することを目指している。平成30年度は、マルハナバチ類の過去の分布推定を改良し、現在と過去の分布を比較することで、縮小する種や地域個体群を特定した。その結果をまとめ、生態学会で口頭発表した。現在は論文を書き終えて再投稿準備中である。
データベーストロバスト学習制御とその応用に関する研究

制御対象の入出力時系列データに基づくオンラインでのロバスト制御系設計を行うため,まず,その基礎となるオフラインでの一般的なロバスト制御系設計問題,さらに,制御対象とコントローラの同時設計問題が可解であるための必要十分条件が,線形行列不等式(LMI)にランク条件が付加された形式で記述可能なことを示しました.また,このランク条件付きLMI問題の解法として,拡張された線形化法を提案しました.この方法の検証を行いましたところ,従来の代表的数値最適化方法である射影法と比較し解の精度を下げることなく,計算量をかなり軽減化可能という結果を得ました.ただし,この可解条件を解こうとした場合,拡張された線形化法であっても計算量が非常に増してしまうため,オンラインでの制御対象のモデル化とコントローラの同時設計を意味する学習制御への計算量の負荷のさらなる低減化を考え,LMIでの同時設計問題を検討しその解決方法の見通しを得てきました.計画当初とは予想外の拡張された線形化法(凸緩和方法)からLMI(内点法)に基づく同時設計方法への転換とのことで,同時設計の前に基礎的な結果としてLMIによる制御入力の飽和などを有する分散型制御系設計の結果をまず導出しました.以上を踏まえ,拡張された線形化法とLMIによる方法のこれまでの研究成果をいくつかの国内外の学会発表および雑誌への論文掲載や投稿もいたしました.また,これらの制御理論面の結果を受け,簡便なモーターを例に実機検証を行うための実験環境を構築し,実機での制御を考えた場合に問題となる,入力飽和などの非線形性へ対処および,数式モデルをたてる状態方程式表現に関する研究も平行して行い,これらの研究成果の雑誌への論文掲載なども実行いたしました.制御対象の入出力時系列データに基づくオンラインでのロバスト制御系設計を行うため,まず,その基礎となるオフラインでの一般的なロバスト制御系設計問題を考察し,この問題が可解であるための必要十分条件が線形行列不等式(LMI)にランク条件が付加された形式で記述可能なことを示しました.また,このランク条件付きLMI問題の解法として,拡張された線形化法を提案しました.この方法の検証を行いましたところ,従来の代表的数値最適化方法である射影法と比較し解の精度を下げることなく,計算量をかなり軽減化可能という結果を得てきております.今年度のこれらの結果を受け,次年度では次の課題である制御対象とコントローラの同時設計問題が可解であるための必要十分条件が,ランク条件付きLMIで記述可能なことが期待できます.ただし,この可解条件を解こうとした場合,拡張された線形化法であっても計算量が非常に増してしまう見通しを得ているため,次年度ではランク条件化および緩和方法の改善の研究も期待できます.拡張された線形化法のここまでの研究成果をいくつかの国内外の学会発表および雑誌への論文投稿も行っております.以上の制御理論面の結果を受け,次年度では実機での理論的結果の検証も期待できます.研究室既存のヘリコプターが非常にハイパワーで室内での実験が非常に難しいと判明したため,室内用の小型ヘリコプターの実験環境を順次整える計画であります.この間制御の検証を先に進展させるため,簡便なモーターを例に実機検証が行われる予定です.制御対象の入出力時系列データに基づくオンラインでのロバスト制御系設計を行うため,まず,その基礎となるオフラインでの一般的なロバスト制御系設計問題,さらに,制御対象とコントローラの同時設計問題が可解であるための必要十分条件が,線形行列不等式(LMI)にランク条件が付加された形式で記述可能なことを示しました.また,このランク条件付きLMI問題の解法として,拡張された線形化法を提案しました.この方法の検証を行いましたところ,従来の代表的数値最適化方法である射影法と比較し解の精度を下げることなく,計算量をかなり軽減化可能という結果を得てきております.ただし,この可解条件を解こうとした場合,拡張された線形化法であっても計算量が非常に増してしまう見通しを得ているため,次年度ではランク条件化および緩和方法の改善の研究も期待できます.また,拡張された線形化法のここまでの研究成果をいくつかの国内外の学会発表および雑誌への論文掲載もできてきております.以上の制御理論面の結果を受け,次年度では実機での理論的結果の検証も期待できます.室内用の小型ヘリコプターの実験環境を順次整えてきております.また,制御の検証を先に進展させるため,簡便なモーターを例に実機検証が行うための実験環境の構築もほぼ終えることができてきております.このとき,実機での制御を考えた場合に問題となる,入力飽和などの非線形性へ対処および,数式モデルをたてる状態方程式表現に関する研究も平行して行い,この研究成果の雑誌への論文掲載もできてきております.制御対象の入出力時系列データに基づくオンラインでのロバスト制御系設計を行うため,まず,その基礎となるオフラインでの一般的なロバスト制御系設計問題,さらに,制御対象とコントローラの同時設計問題が可解であるための必要十分条件が,線形行列不等式(LMI)にランク条件が付加された形式で記述可能なことを示しました.また,このランク条件付きLMI問題の解法として,拡張された線形化法を提案しました.この方法の検証を行いましたところ,従来の代表的数値最適化方法である射影法と比較し解の精度を下げることなく,計算量をかなり軽減化可能という結果を得ました.

ただし,この可解条件を解こうとした場合,拡張された線形化法であっても計算量が非常に増してしまうため,オンラインでの制御対象のモデル化とコントローラの同時設計を意味する学習制御への計算量の負荷のさらなる低減化を考え,LMIでの同時設計問題を検討しその解決方法の見通しを得てきました.計画当初とは予想外の拡張された線形化法(凸緩和方法)からLMI(内点法)に基づく同時設計方法への転換とのことで,同時設計の前に基礎的な結果としてLMIによる制御入力の飽和などを有する分散型制御系設計の結果をまず導出しました.以上を踏まえ,拡張された線形化法とLMIによる方法のこれまでの研究成果をいくつかの国内外の学会発表および雑誌への論文掲載や投稿もいたしました.また,これらの制御理論面の結果を受け,簡便なモーターを例に実機検証を行うための実験環境を構築し,実機での制御を考えた場合に問題となる,入力飽和などの非線形性へ対処および,数式モデルをたてる状態方程式表現に関する研究も平行して行い,これらの研究成果の雑誌への論文掲載なども実行いたしました.
並列分散モンテカルロ法と疑似乱数

松本・西村は修士学生原本との共同研究により、離散フーリエ変換に基づく擬似乱数の評価法を開発し、従来Cで標準的に用いられてきた擬似乱数発生プログラムrandom()およびran_arrayによりコイン投げギャンブルをシミュレーションしたとき、どんどんお金が儲かる最適手法を求めた。現在論文投稿中である。さらに、Francois Panneton(2005年1月に当研究費により広島大学に招聘)との共同研究により、メルセンヌツイスターをしのぐ擬似乱数発生法「ハーティ・ツイスター」を開発中である。この成果は、2005年5月フロリダにて開かれる国際研究集会にて発表予定である。松本・野々村は、熊本大学助教授芦原・修士学生蔵本とともに、並列乱数発生における初期値依存性について、既存の擬似乱数生成法の50%以上が異常な振る舞いを持つことを示し、分子シミュレーション結果を狂わせるという実験結果を得た。現在論文準備中である。榎本・萩田・松本は乱数配置の問題をグラフの彩色問題として定式化し、2次元格子配置の場合に最適解を求め、3次元格子配置の場合に最適解の候補を与えた。現在論文執筆中である。松本は、元博士課程学生田上との共同研究で、擬似乱数生成や暗号化アルゴリズムの基礎となる、有限体の算術を高速に行う計算機プログラムを開発実装した。体の標数が3以上の時には既存の高速ライブラリより数十倍早い演算速度を実現している。この成果はHiroshima Mathematical Journalに掲載された。並列モンテカルロシミュレーションのために、擬似乱数発生器を必要に応じて動的に生成する方法ダイナミック・クリエーターをCプログラムに実装し、ホームページで配布を開始した。実際に使った人の報告の検討を始めた。擬似乱数発生器の初期化において、繰り返し初期化をすると起こる問題点を発見し,その解決法を与えた。この結果については研究分担者西村が、国際ワークショップ「擬似乱数と超一様点集合」(モントリオール大)で招待講演を行った。論文は準備中である。離散フーリエ変換に基づく擬似乱数の新しい評価法を開発し、それを用いて、従来Cで標準的に用いられてきた擬似乱数発生プログラムrandom()の問題点を明らかにした。具体的には、数枚のコインによるコイン投げギャンブルをシミュレーションしたとき、どんどんお金が儲かる最適手法を求めた。この結果は研究代表者か上記国際ワークショップにて招待講演として発表した。論文は、準備中である。連続フーリエ変換に関する同種の結果を論文にまとめ、松本・西村の共著で出版した。擬似乱数を用いた、ノイズや改ざんに強い暗号化法の研究に着手した。擬似乱数生成や暗号化アルゴリズムの基礎となる、有限体の算術を高速に行う計算機プログラムを開発し、実装した。このアイデアはS.Gaoらによる群環による有限体の近似を用いるものである。S.Gaoらの方法ではハードウェア実装のみが考察され、そのままソフトウェア実装する場合にはフロベニウス演算が低速となり実用的でなくなる。我々はポインタを利用して冗長性を持たせたデータ構造を用い、さらに新しい冪の計算方法を導入することで、体の標数が3以上の時には既存の高速ライブラリより数十倍早い演算を実現した。例えば、世界中で広く用いられているC++の高速代数演算ライブラリNTLと比較した場合、標数が2の場合には我々の方法よりNTLのほうが高速だが、標数が3以上の場合には冪、逆数、フロベニウスなどの演算において我々の方法がNTLより数十倍高速である。この結果は乱数アルゴリズムや暗号アルゴリズムの実装の際有用であり、論文は出版予定となっている。離散フーリエ変換に基づく擬似乱数の評価法を用いて、従来Cで標準的に用いられてきた擬似乱数発生プログラムrandom()およびran_arrayの問題点を明らかにした。現在実験を続け、論文を準備中である。上記評価法は2元体上の線形擬似乱数にしか適用できないものであったが、一般化マックウィリアムズ恒等式を用いることで一般の有限アーベル群上の線形漸化式で生成される擬似乱数に対して同種の評価が行えることが判明し、この方向での研究に着手した。また、分散処理システム上で用いる擬似乱数発生法として、メルセンヌツイスターおよびダイナミッククリエーターの配布を行い、乱数配置の問題に関するグラフ理論的研究を進行させている。

榎本・萩田・松本は乱数配置の問題をグラフの彩色問題として定式化し、2次元格子配置の場合に最適解を求め、3次元格子配置の場合に最適解の候補を与えた。現在論文執筆中である。松本は、元博士課程学生田上との共同研究で、擬似乱数生成や暗号化アルゴリズムの基礎となる、有限体の算術を高速に行う計算機プログラムを開発実装した。体の標数が3以上の時には既存の高速ライブラリより数十倍早い演算速度を実現している。この成果はHiroshima Mathematical Journalに掲載された。
軽量弾性車体の多自由度アクティブ支持系の制御系設計

まず車体と台車とで構成される車両の基本的な支持形態を模した小型模型実験装置を製作した。台車の支持は磁気エネルギ特性に優れた希土類磁石による反発形永久磁石方式とした。また車体と台車との間の2次支持としては、コイルばねに並列に空気圧シリンダを配置し、その空気圧を電磁弁の開閉により制御できるアクティブ・サスペンンションとした。制御系の構成は、車体と台車とに取りつけた加速度計と変位計とから得られる信号を16ビットのマイクロコンピュータに入力し、最適制御則を計算した後、空気流量を調整する電磁弁の開閉をPWM方式でコントロールするものである。最適制御方式は多変数のレギュレータ理論に基づくもので、評価関数としては車体と台車の運動エネルギーとポテンシャルエネルギを考慮した2次形式とした。この車体と台車は各々、片持はりで回転支持され、振動実験は油圧電気式加振機を用いて、ステップ応答、周波数応答及び不規則波形によるランダム加振による応答の解析を行なった。実験とともに装置の数学モデルを作成して、計算機シミュレーションを行ない、実験結果の妥当性の検証とともに、理論的に振動特性の性能解析をした。これらの実験及び理論から以下の主な結論を得ている。(1)2次支持をアクティブに制御することにより、共振周波数付近での振動抑制効果が大きい。(2)反発形磁気浮上系のように、台車一軌道間に減衰がほとんどない場合でも、車体と台車を含めた全体の系の安定性が高められることが確かめられた。(3)エネルギを考慮した評価関数を用いた最適レギュータが車両の安定性とともに乗心地の向上にも有効であることがわかった。(4)理論モデルは実験結果を良く説明しうるモデルである。今後は、より実際的な問題に拡張した場合の諸特性について検討する必要がある。
遺伝子発現ネットワークの可制御性解析

19年度は,本研究課題の最終年度として,遺伝子ネットワークのための可制御性解析を定式化し,その解法を与えることを中心に研究を進めてきた.まず,遺伝子ネットワーク特有の問題を整理し,遺伝子ネットワークの可制御性問題としては,その非線形性や得られる解の用途から,可制御状態集合問題が重要であることを指摘し,その定式化を行った.つぎに,その解法として,遺伝子ネットワークの可制御性解析結果をどのように使用するかという観点から,区分的アファイン系での近似,確率的なアプローチの導入,射影空間を用いた低次元化,モード切替制約の導入など様々なアイデアを用いて,区分的アファイン系で与えられるバイオシステムの可制御性解析手法を提案した.この手法を緑膿菌の感染症発症抑制問題に適用し,本手法の有効性を確認した,さらに,区分的アファイン系の可制御性グラミアンを定義し,その計算手法を開発した.これにより,遺伝子ネットワークのどの部分に入力を配置するとよいかが決定できるようになる。最後に、遺伝子ネットワークの制御問題に対して,評価関数を入力量として,最適な入力軌道を求める問題を非線形系のモデル予測制御問題として定式化し,緑膿菌に対して実際に制御入力を混合整数計画問題に帰着して求めた.これにより,どの入力は位置のもとでどのような制御入力を加えればよいかを決定する一連の手法が開発できた.最後に,本研究課題に対する研究成果を総括し,また,今後の課題を検討した.18年度は初年度であるので,まずは研究目的で述べた3つの問題に関して,その基礎的な観点から研究を実施した.その進捗状況は,つぎのとおりである.問題A:一般に遺伝子ネットワークの非線形モデルは高次であるため,後の可制御性解析のためには,低次元化された区分的アファインモデルの方が望ましい.そこで,ルベーグ積分のアイデアを用いて,区分的アファインモデルを効率よく導出する方法を構築した,また,有効性を簡単な遺伝子発現ネットワークに適用して確認した.この研究成果は制御の最も重要な国際会議で,12月に開催されたIEEE Conference on Decision and Controlにおいて発表済みである.現在,本研究成果を国際論文誌に投稿するべく準備中である.問題B:研究代表者らが最近提案してきた,区分的アファインシステムに対して可制御な初期集合を確率的に求める手法を拡張し,サンプルしたモード系列ごとに可制御な初期値集合を特徴づけ,それを重ね合わせることで確率的に保証された可制御な初期値集合を求める手法を開発した.さらに,モード列をより効率よくサンプル手法も開発した.得られた手法を発光細菌に発現抑制制御に適用し,有効性を確認した.現在,この成果を国際論文誌に投稿中である.問題C:区分的アファインシステムに対して,制御入力の影響力を表す指標である線形システムにおける可制御性グラミアンの概念を拡張し,その計算手法を提案した.また,発光細菌に対して本手法を適用し,その有効性を確認した.現在,この成果を国際論文誌に投稿中である.19年度は,本研究課題の最終年度として,遺伝子ネットワークのための可制御性解析を定式化し,その解法を与えることを中心に研究を進めてきた.まず,遺伝子ネットワーク特有の問題を整理し,遺伝子ネットワークの可制御性問題としては,その非線形性や得られる解の用途から,可制御状態集合問題が重要であることを指摘し,その定式化を行った.つぎに,その解法として,遺伝子ネットワークの可制御性解析結果をどのように使用するかという観点から,区分的アファイン系での近似,確率的なアプローチの導入,射影空間を用いた低次元化,モード切替制約の導入など様々なアイデアを用いて,区分的アファイン系で与えられるバイオシステムの可制御性解析手法を提案した.この手法を緑膿菌の感染症発症抑制問題に適用し,本手法の有効性を確認した,さらに,区分的アファイン系の可制御性グラミアンを定義し,その計算手法を開発した.これにより,遺伝子ネットワークのどの部分に入力を配置するとよいかが決定できるようになる。最後に、遺伝子ネットワークの制御問題に対して,評価関数を入力量として,最適な入力軌道を求める問題を非線形系のモデル予測制御問題として定式化し,緑膿菌に対して実際に制御入力を混合整数計画問題に帰着して求めた.これにより,どの入力は位置のもとでどのような制御入力を加えればよいかを決定する一連の手法が開発できた.最後に,本研究課題に対する研究成果を総括し,また,今後の課題を検討した.
バイオマスの分解,発酵及び分解に関する基盤解析

発酵や農業などの生物生産は、苛酷な環境と固相成分の混在する不均一系で行われるため、増殖した微生物細胞は実験室の培養には見られない特異性能を示す。これら解析困難のため謎とされた多くの問題につき、解明と応用を試みた。1)黒麹菌グルコアミラーゼは、単一株から分子量、安定性、生澱粉分解性の異なる多型の酵素群を産生する。この酵素多型が、プロテオリシスによる生澱粉親和部位の部分分解に起因していることを明らかにした。また、CpとGpの両領域からなる生澱粉親和部位の作用として、Cpは生澱粉吸着に、Gpは生澱粉ミセルの水和に関与していることを分子レベルで解明した。2)熱処理による胞子発芽処理後、酵母胞子から高頻度に接合性二倍体が生じることを見いだし、本法を応用して従来困難であった醸造酵母の新規な高次倍数体の作製法を開発した。一方、発酵能の高いSaccharomyces cerevisiae wy2が、新規な生活環である遅延性ホモタリズムを示すことを見いだし、HO遺伝子の欠陥に基因する事を明らかにした。3)嫌気性菌Clostridium acetobutylicumのソルベント生成能が継代培養中に著しく低下するdegenerate現象が、NADH生成系に欠陥を有し生育速度の大きいdegenerate株の出現増大に基因することを明らかにし、その防御法として菌形態による選別法を明らかにした。4)農業生産の安定化と環境浄化のため、農産廃棄物には旺盛に増殖し、自然界では死滅するCoprophilous型微生物を選出育種して、胞子生菌剤を製造し、飼料添加剤として実用に供した。本胞子生菌剤添加により、悪臭物質は迅速に資化され、微生物肥料が半連続的に製造された。本微生物肥料は土壌病害菌の生育を阻害する蛍光性Pseudomonadsや糸状菌を選択的に生育促進することが明らかとなった。1.生澱粉の酵素分解機構の解明:グルコアミラーゼ(GAI)の生澱粉分解には、特異な生澱粉親和部位が必須である。生澱粉吸着能をもつCp領域(Ala^<515>-Arg^<615>)が生澱粉表面のラセン構造をもつミセルの二級水酸基を認識してラセン内孔と包接的に結合し、そのKdから一種のES複合体と考察され、ラセン構造に局所的な歪みを生じさせ、同時に包接水の放出によって分子内水素結合を切断した。一方、生澱粉分解を促進するGp-I領域(Ala^<418>-Val^<514>)は、生澱粉表面に接触し、その特異的構造により単分子化された水分子はミセル間の水素結合を切断し、かくて遊離された水和澱粉分子が触媒部位にfitして、分解が進行することを明らかにした。2.微結晶セルロースの酵素分解機構の解明:TrichodermaエンドセルラーゼIIIは、既往と異なりセロトリオースと糖転移を行った。アビセルからエキソセルラーゼIにより遊離されるセロビオースをトリオースに転移して効率よくグルコースを生成し相乗的にアビセル糖化を行った。3.ブタノール細菌の内因性異常

発酵:ソルベント生成能の低下したdegenerate株の増巾起因と生理学的特性を明らかにし、平板培養コロニーの形態による選抜と胞子形成による野生株の純化法を創案し、新開発の高効率形質転換ベクターの導入によるdegenerate株の正常野生株への変換を行った。4.高エタノール耐性酵母の同質二倍体化現象の発見:まずホモタリズムと異なり、長期にわたり一倍体のまま安定に増殖した後、mating typeの転換を起して二倍体化する遅延性ホモタリズムを見出し、HO遺伝子の構造変異に起因することを確証した。さらに、胞子発芽期の熱処理による高頻度同質二倍体化を見出し、起因を解明した。またそれによる高次倍数体の高効率な育成法を確立し、有用酵母の育種に成功した。1.生澱粉の酵素分解機構の解明:グルコアミラーゼ(GAI)の生澱粉分解には、Gp-I及びCpからなる特異な生澱粉親和部位が必須である。CpのW^<562>-E^<596>領域はラセン状生澱粉アミロース鎖の2級水酸基を認識し、W^<562>が疎水的なラセン内孔と包接複合体を形成して、GAIは生澱粉へ吸着した。W^<562>の包接は、アミロースラセン構造に歪みを生じ、包接水放出により分子内水素結合を切断する。一方、Gp-I結合マンノースの水酸基は、水分子クラスターを不安定化し、単分子化された水分子を生成した。即ち、Gp-IはCpへ水分子を供給するとともにアミロース分子間水素結合を破壊した。生澱粉親和部位により遊離した水和澱粉分子は、活性中心へ取り込まれ、分解が進行することが明らかになった。2.高エタノール耐性酵母の同質二倍体化機構解明:胞子熱処理による高次倍数体造成法を用い、種々の醸造用酵母の高次倍数体を作成し、さらに外来遺伝子を導入による分子育種の系を確立した。一方、新規な生活環である遅延性ホモタリズム酵母の性転換遺伝子の全塩基配列の決定を行い、HO構造遺伝子内の変異領域を明らかにした。3.アセトン・ブタノール菌の代謝能変換:ソルベント生成比の変換を目的として、アセトン生成遺伝子abcの増幅と破壊を行った。著しい遺伝子増幅と破壊はソルベント生成転換を阻害したことから、ソルベント生成制御にはエレクトロンフローの制御が必須であることが明かとなった。4.有用微生物による環境調和型農業体系の構築:農産廃棄物の有効利用のため、豚糞増殖性、畑地土壌非増殖性の抗生物質非産生糞生放線菌によるBiofertilizerを開発し、そのジャガイモそうか病抑制機構を検した。圃場実験によりBiofertilizerはそうか病に拮抗作用を有する土壌棲息性蛍光性シュードモナス菌および糸状菌を特異的に増殖させ、顕著なそうか病抑制作用を示すことが明かとなった。