hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
揮発性化合物の高濃度高効率生産に向けた気相微生物反応の構築

本研究の目的は有用揮発性化合物を高濃度かつ、高効率で生産する気相微生物反応プロセスを構築することである。モデル反応系として、ゲラニオールからトランス-ゲラン酸に気相変換するプロセスを作る。ゲラニオール、トランス-ゲラン酸は揮発性化合物であることに加え、水溶性が極めて低く、液相反応による物質変換は極めて困難である。微生物触媒は担体へ固定し、基質ゲラニオールは気体で供給する。そして、生産物トランス-ゲラン酸は菌体から気体として回収する。目的達成のため、高付着性と高有機溶媒耐性を併せ持つAcinetobacter sp. Tol5を用いてトランス-ゲラン酸の高生産微生物触媒を創出し、気相微生物反応プロセスを構築する。平成30年度は、トランス-ゲラン酸の高生産微生物触媒の創出を実施した。(1)目的生産物であるトランス-ゲラン酸および中間体であるゲラニアールに対するTol5株の耐性評価:既報より4倍以上の濃度に耐えられることが明らかとなった。(2)ゲラニオール/トランス-ゲラン酸変換の確認:Tol5株にはゲラニオールに対して変換能力を持たないことを明らかにした。そこで変換能力を付与するため、人工合成遺伝子を用いて導入した。得られたTol5形質転換体が機能するか、バッチの液相反応系にて確認するため、GC-MSを用いて継時的に評価したところ、Tol5形質転換体は2種の化合物を微量生産した。それらを単離・精製し解析した結果、トランス-ゲラン酸と(1R,3R,4R)-1-メチル-4-(1-メチルエテニル)-1,3-シクロヘキサンジオールであることが明らかとなった。(3)トランス-ゲラン酸高生産Tol5株の創出:配列類似性解析によりTol5のゲノムから見出したホモログを欠損し、変異体を取得した。得られた変異体はトランス-ゲラン酸高生産株であることが明らかとなった。当初の目標であるトランス-ゲラン酸の高生産微生物触媒の創出に至ったため。令和1年度は、まず創出したトランス-ゲラン酸高生産株を用いた気相微生物反応をバッチ式にて評価する。また、ラボスケールの連続気相反応型バイオリアクターを設計・開発し、プロセスの最適化を検討する計画である。
ペリオスチンを基盤とした慢性炎症性皮膚疾患における慢性化機序の解明と治療法の確立

ペリオスチンがアトピー性皮膚炎の慢性化に関与し、ペリオスチンの作用を阻害する物質は、アトピー性皮膚炎の有望な分子標的治療薬となることを日本皮膚科学会総会にて発表した。この学会は皮膚科分野において国内では最も大きな学会であり、研究成果を広めるとともに、今後の研究に非常に参考になる知識を深めることができた。また、ペリオスチンが乾癬の病態にどのように関わっているのか、乾癬モデルマウスを作成し解析した。ペリオスチンを標的とした治療の開発については、企業との共同研究において、マウスのケラチノサイトと線維芽細胞を用いて皮膚を再構成する3次元培養法やアトピー性皮膚炎モデルマウスの作成法などを指導した。
氷温熟成処理による食肉の脂肪融点低下作用メカニズムの解明

0°Cから氷結点までの未凍結温度域である「氷温」を利用して熟成した豚肉の脂質性上に及ぼす影響を評価した。豚ロース皮下脂肪部の脂質融点は、チルド熟成処理と比較し、氷温熟成処理により低下が確認された。また、ラードをチルドおよび氷温熟成処理し脂肪融点におよぼす影響を評価したが、脂肪融点の変化は見られなかった。このことから、氷温熟成処理による豚肉皮下脂肪部の脂肪融点の低下は、油脂を熟成するだけでは効果がみられず、豚肉として熟成する必要があることが示唆された。食肉の消費ニーズは先進国を中心に量より質に移行しつつあり、良好な食味を得るために、品種改良、餌料組成、飼育方法などさまざまな検討がなされている。特に脂肪の質は重要視されており、品種改良技術や餌料に植物性油脂やn-3系脂肪酸を添加する方法が試みられている。これまでに豚肉を約-1°Cの未凍結温度域で熟成(氷温熟成)すると脂肪融点が低下することが報告されている。これまで熟成による脂肪の質の変化に関する知見はほとんど見当たらない。そこで本研究では、屠殺直後の豚肉をチルド熟成(4 ±0.5°C)もしくは氷温熟成(ー0.5 ±0.5°C)で処理し、熟成期間毎の脂質の性状を評価した。脂肪融点の低下は、熟成1日からみられ、熟成14日でも維持されており、熟成7日にはチルド熟成処理と比較し約4°Cの差がみられた。一方、チルド熟成肉では、熟成による脂肪融点の変化は確認されなかった。脂肪融点低下の原因を解明するために、遊離脂肪酸量、総脂質脂肪酸組成について測定をおこなったが、熟成温度の違いによる変化は確認できなかった。動物性食品の摂取割合が高い食生活が構築され、心疾患・脳血管疾患による死亡率が増加した。死亡率増加の原因の一つとして考えられている脂肪酸を改善するために、品種改良技術や餌料に植物性油脂やn-3系脂肪酸を添加する方法が試みられている。これまでに豚肉を約-1°Cの未凍結温度域で熟成(氷温熟成)すると脂肪融点が低下することが報告されており、このことは脂肪酸の変化に起因すると推測されるが、そのメカニズムに関する研究は行われていない。豚肉の氷結点は、ー1.1°Cであった。脂肪融点の測定結果において、チルド熟成処理と比較し、氷温熟成処理による脂質融点の低下が確認された。脂肪融点の低下は、熟成1日後からみられ、熟成14日後でも維持されていた。熟成7日後にはチルド熟成処理と比較し約4°Cの差がみられた。脂肪融点の低下の原因を解明するために、脂肪酸組成と脂質分子種の測定をおこなった。しかし、氷温処理とチルド処理による熟成過程の違いによる脂質分子種と脂肪酸組成の変化は見られなかった。遊離脂肪酸量の増大が脂肪融点に影響を与えているのではないかと考えたが、氷温熟成とチルド熟成で大きな変化はなかった。以上のことから、氷温熟成処理によって脂肪融点の低下が起きることは確認されたが、その原因は解明することができなかった。今後さらに原因を解明するために研究を行っていく予定である。現在、研究目的に掲げていた「氷温熟成による脂肪融点低下作用メカニズムの解明」には脂質中の脂肪酸組成や脂質分子種などが作用している可能性が低いことがわかった。しかし、まだ脂肪融点低下の原因を突き止めるには至っていない。この理由として、当初は脂肪融点に関与しているのは脂質成分の変化であると考えていたが、脂質成分ではなく、他の成分が関与していることが予測された。この他の成分が何であるかを同定することが難しく、研究がやや遅れている。今後、脂肪融点に影響を与えている成分の検討を続け、目的を達成できるようにしたい。まず、この熟成温度の違いによる脂肪融点の低下効果が、生物的であるのか、もしくは非生物的であるのかを確認する。そのために、精製ラードをチルド熟成および氷温熟成処理し、脂肪融点の変化を測定する。また、平成24年度の研究結果から脂肪融点低下の原因として、脂質の性状に大きな変化がないことから、脂質以外の微量成分が影響を与えていることも考えられる。

そのため脂質抽出の方法としてクロロホルム/メタノール混液を用いていたが、他の方法による脂質抽出を行い、脂肪融点の比較を行う。さらに、脂質抽出の際に、一緒に抽出される可能性の高い疎水性成分などの混入を確認し、脂肪融点に影響を与えていないか検討する。氷温熟成処理した食肉も、消費者が購入する小売店では、ほとんどが冷蔵(+4°C)で保管、陳列、販売されるので、再び脂肪融点の変化が起きることが推測される。そのため、氷温熟成処理した食肉を冷蔵に移し、脂肪融点、脂肪酸組成、脂質分子種の変化について経時的に評価し、氷温熟成による脂肪融点低下効果の持続期間を確認する。該当なし
酵素の局在と機能特化：テトラヒメナ繊毛膜に局在するＡＫ酵素をモデルとして

テトラヒメナには単量体のAK(AK1)と2ドメイン型のAK(AK2)が存在しており,繊毛運動のエネルギー供給に関与している.また, AK1は主に繊毛に,AK2は細胞質や細胞膜に局在する.興味深いことに,AK1はN末端にミリストイル化シグナル配列を持つ.この研究では,ミリストイル化を触媒する酵素(ミリストイルトランスフェラーゼ:NMT)のクローニングと発現, AK1のN末端ペプチドがNMTの基質となることの酵素学的な証明,無細胞タンパク質合成系によるAK1の合成とPMF分析によるN末ミリストイル基の確認を行った.この一連の研究により,ミリストイル基を介したAK1の繊毛膜への局在が明らかとなった.テトラヒメナ(Tetrarhymena pyriformis)には単量体のAK(AK1)と2ドメイン型のAK(AK2)の両方が存在しており,AK1は主に繊毛に,AK2は細胞質に局在することが分かっている.両者は繊毛運動のエネルギー供給に深く関与している.また, AK1はN末端にミリストイル化シグナル配列を持つことから,ミリストイル化されている可能性が高い.昨年度我々はミリストイル化を触媒する酵素,テトラヒメナのミリストイルトランスフェラーゼ(NMT)遺伝子のmRNA配列を決定し,そのリコンビナント酵素を大腸菌内で発現させた.今年度は,先ず,NMTの酵素パラメータを正確に求めた.テトラヒメナNMTの酵素濃度を14μMとし,反応に関わる2基質の内ミリストイルCoAの濃度を250μMに保ち,もう一方の基質(テトラヒメナAK1のN末端の7アミノ酸からなるペプチド:純度80%以上の合成ペプチド)の濃度を5-2000μMの範囲で変動させて酵素活性を測定した.その結果は,ミカエリスメンテンの酵素反応式に正確に従っていた.シグマプロットを用いてペプチドに対する見かけのKmを50μMであると決定した.尚,上記で用いたペプチドのN末端のGlyを削除したものに対しては,テトラヒメナNMTは一切活性を示さなかった.これらの結果は,テトラヒメナAK1のN末端Glyがミリストイル化され得ることを証明するものである.次に,昆虫細胞由来の無細胞タンパク質合成系を用いて,ミリストイル化されたAK1を直接合成することを試みた.先ず,大腸菌発現用のAK1のコドンをそのまま用いmRNAを合成した(C末にStrepタグを付加).次に,無細胞系でAK1を合成し付加されたStrepタグを用いて精製した.SDS電気泳動で合成されたAK1を確認したところ,わずかであるが相当する位置にバンドが見られた.しかしまだ十分な量とはいえないので,今後発現量を増加させる条件を検討していく予定である.テトラヒメナには単量体のAK(AK1)と2ドメイン型のAK(AK2)の両方が存在しており,繊毛運動のエネルギー供給に関与している.また,AK1は主に繊毛に,AK2は細胞質や細胞膜に局在することが分かっている.AK1はN末端にミリストイル化シグナル配列を持つことから,ミリストイル化されている可能性が高い.ミリストイル化を触媒する酵素がミリストイルトランスフェラーゼ(NMT)であり,我々はテトラヒメナでもその存在を確認した.テトラヒメナのNMTのmRNA配列を決定した.このNMTを大腸菌内で発現させるために,NMTのDNA配列を全合成した(N末にHis Tagを付加).リコンビナント酵素は大腸菌BL-21(DE3)内で可溶化し, His Tagカラムを用いて目的タンパク質(49 kDa)を精製することができた.このNMTの酵素活性を,既報の反応系(Boisson et al . , 2003)を基に,反応に関わる2基質の内ミリストイルCoAの濃度を一定に保ち,もう一方の基質(テトラヒメナAK1のN末端の7アミノ酸からなるペプチド)の濃度を変動させて測定した.その結果,NMTの反応はミカエリスメンテン式に従い,ペプチドに対する見かけのKmを求めることができた.これらは,テトラヒメナAK1のN末が試験管内でミリストイル化され得ることを証明するものであり,細胞内でのミリストイル化も強く示唆する.次に,昆虫細胞由来の無細胞タンパク質合成系を用いて,ミリストイル化されたAK1を直接合成することを試みた.修飾されたAK1を,SDS-PAGEで分離後,トリプシン消化されたN末ペプチドがミリストイル化されていることをマス・スペクトル解析で証明する予定である.現時点では,無細胞系で合成されたAK1がわずかであるため分析には至っていないが,今後合成条件を検討する予定である.テトラヒメナ(Tetrarhymena pyriformis)には単量体のAK(AK1)と2ドメイン型のAK(AK2)の両方が存在しており,AK1は主に繊毛に,AK2は細胞質に局在することが分かっている.両者は繊毛内において,「アルギニンリン酸シャトル機構」に深く関わり,繊毛運動のエネルギー供給に深く関与している.また, AK1は,N末端にミリストイル化シグナル配列を持ち,そのN末端ペプチドがN-ミリストイルトランスフェラーゼによって実際にミリストイル化されることから,生体内においても修飾されている可能性が高い.より直接的にAK1のミリストイル化を証明するために,昆虫細胞由来の無細胞タンパク質合成系(島津製作所)を用いて,ミリストイル化されたAK1を直接合成した.

先ず,C末にStrepタグを付加したAK1のcDNA配列を全合成した.次に,そのmRNAを大量に合成し,ミリストイルCoAを含む無細胞系に加えた.この系で合成されたAK1は,付加されたStrepタグを用いて純度よく精製することができた.さらに,SDS電気泳動を行い,合成されたAK1を切り出してMALDI-TOF-MS分析(トリプシン消化産物の質量分析)を外注した.比較のために,Tetrahymena AK1と同様にミリストイル化シグナル配列を持つ2種類のフォスファゲンキナーゼを合成し,併せて質量分析を行った.その結果,後者の2種類については,ミリストイル化されたN末端トリプシンペプチドの質量が0.1 Da以下の誤差で検出された.しかしながら,Tetrahymena AK1については,上記に相当する質量は観測されなかった.Tetrahymena AK1のペプチド質量の回収率が低かったことを考え合わせると,これはターゲットのペプチドがイオン化されなかった可能性を示唆する.今後条件を変えた分析が必要である.テトラヒメナには単量体のAK(AK1)と2ドメイン型のAK(AK2)が存在しており,繊毛運動のエネルギー供給に関与している.また, AK1は主に繊毛に,AK2は細胞質や細胞膜に局在する.興味深いことに,AK1はN末端にミリストイル化シグナル配列を持つ.この研究では,ミリストイル化を触媒する酵素(ミリストイルトランスフェラーゼ:NMT)のクローニングと発現, AK1のN末端ペプチドがNMTの基質となることの酵素学的な証明,無細胞タンパク質合成系によるAK1の合成とPMF分析によるN末ミリストイル基の確認を行った.この一連の研究により,ミリストイル基を介したAK1の繊毛膜への局在が明らかとなった.比較生化学テトラヒメナから単離したN-ミリストイルトランスフェラーゼ(NMT)のcDNAを用いて,テトラヒメナの繊毛に局在するアルギニンキナーゼ(AK1)のN末端に由来するペプチドがミリストイル化されることが証明されたことで,提案した研究の最も重要なポイントがクリアされたと考えられる.また,無細胞タンパク質合成系が働くことが分かり,細胞内でAK1がミリストイル化される直接証明の目処がついた.以上の理由から計画以上に進展していると判断した.初年度の計画の中核を占めるテトラヒメナのNミリストイルトランスフェラーゼ遺伝子の単離に成功し,大腸菌内でそのリコンビナント酵素の発現に成功する等,大きな進展が得られた.このリコンビナント酵素は,AK1のN末ペプチドに対して明瞭な酵素活性を示したことから,今後,AK1のミリストイル化を軸にした酵素/タンパク質の局在化の研究が大きく進展すると期待される.今後は,AK1の酵素によるミリストイル化を更に補強するための研究(無細胞タンパク質合成系を用いたミリストイル化されたAK1の証明)に力を注ぐ予定である.具体的には,昆虫発現用に最適化したAK1のcDNAを再合成することで,無細胞タンパク質合成系で最適に働くmRNAが合成でき,結果的に大量のAK1が合成されると期待できる.昆虫細胞由来の無細胞タンパク質合成系を用いて,ミリストイル化されたAK1を直接合成することを試みたが,現時点では,無細胞系で合成されたAK1が少量であるため,ミリストイル化を直接実証するには至っていない.今後,合成系に加えるAK1のmRNAの量を増やす等をはじめとして,合成の諸条件を検討していく予定である.
軟骨破壊に視点をおいた顎関節症の発症機序と病態の推移の解明

PGE2は炎症性メディエーターであるcyclooxigenaseによりアラキドン酸より産生される。今回の研究は,炎症性サイトカインであるinterleukin(IL)-1βがヒト軟骨細胞において,PGE2受容体であるEP14を誘導するメカニズムを調べ,その過程におけるPGE2の役割について検討した。次に,IL-1βが骨・軟骨破壊に関係していることは知られているが,IL-1β刺激を受けた軟骨細胞が破骨細胞にどのような影響を及ぼすかについては明らかにされていない。そこで,recepter activator of NF-κB(RANKL),macrophage colony-stimulating factor(M-CSF)およびosteoprotegerin(OPG)などの破骨細胞の増殖・分化の調節因子について調べた。
生体機能に学ぶナノ材料応用と生体機能模倣デバイスの創出

雑音により情報伝達能力を向上させる原理は「確率共鳴」と呼ばれており、この原理をエレクトロニクス材料開発に取り入れ、活用することによって、生体のようにノイズを利用した情報伝達が行えると考えている。本研究では、電圧印加で非線形的な電気応答を示す二酸化バナジウム(VO_2)薄膜の確率共鳴特性を調べ、ノイズによる信号情報伝達が可能であることを示した。また、VO_2単相膜内には、並列した閾値チャネルが自然に存在しており、入出力信号相関比の向上をもたらしていることが分かった。本研究は、生体機能発現に重要な役割を果たしているノイズによって信号を伝播させる"確率共振の原理"とエレクトロニクス材料である遷移金属酸化物の"非線形電気応答特性"を利用して、心筋細胞や粘菌集合体が発するような創発同期信号を出す生体模倣型エレクトロニクス機能を実現し、光、音、温度等の外界センシングにより信号変化を引き起す世界で初めての創発生体機能を有した無機固体素子の創出を目的としている。本年度は、まず主に酸化バナジウムVO2の非線形電気応答を利用した確率共振素子の特性評価を行った。研究代表者においては、1.VO2薄膜に外部から電気信号とノイズを加えることが出来る装置を作製し、確率共振特性を発現させることに成功した。2.モノリシックデバイス化に向けた解析、構造最適化の検討を行った。3.低電圧コンパレータ動作を実現するため微細加工を行い、4V程度の閾値を持つVO2薄膜を作製に成功した。連携研究者においては、確率共振回路、シミュレーション等で材料開発に必要なパラメータを適抽出し、材料開発をする上での有益な知見を得た。ノイズによる情報伝達を可能にする確率共振素子の工学的基本構成は、閾値判別するコンパレータ、ノイズを発生するノイズ源からなる。これら二つの要素を同時に持ち合わせ、高い効率で動作する材料の開発がモノリシック生体機能素子を創製する上で望ましく、強相関電子系材料であるVO2は、優れた材料であることがわかった。これらの研究成果は、低電圧駆動で創発的同期発振するデバイスに向けた重要な足がかりとなり、現在論文誌に投稿中である。本研究は、生体機能発現に重要な役割を果たしているノイズによって信号を伝播させる"確率共鳴の原理"とエレクトロニクス材料である遷移金属酸化物の"非線形電気応答特性"を利用して、心筋細胞や粘菌集合体が発するような創発同期信号を出す生体模倣型エレクトロニクス機能を実現し、光、音、温度等の外界センシングにより信号変化を引き起す世界で初めての創発生体機能を有した無機固体素子の創出を目的としている。前年度に見いだされたVO_2薄膜の確率共鳴特性の解析により、VO_2は、マルチネットワーク型の確率共鳴特性を示すことがわかり、Collinsモデル(Nature376(1995)961)に従った信号情報伝達性能の向上が見られた。この結果を踏まえ、今年度は、解析結果を直接的に確かめるため、複数の金属相バスが形成される過程を高速カメラを用いた光学顕微鏡により観測した。その結果、絶縁体-金属転移を起こす閾値電圧を持つパルス波を印加することによって、複数の金属パスが現れることを確認し、前年度の解析結果を支持する結果を得た。また、VO_2,薄膜の微細加工技術においては、ナノインプリント法とレーザーMBE法を組み合わせたナノ微細加工プロセスを確立し、現在1マイクロメートル以下のVO_2ナノ構造体を作製できるところまで進歩している。今後は、さらにスケールダウンできるプロセスを確立し、ナノ微細化されたVO_2薄膜のナノスケール空間に存在する不均質な電荷集団ドメインの温度・時間による電気的な揺らぎ測定を通じて、材料に内包するノイズ源の活用を目指す。当初の研究計画では、人工的に複数のVO_2コンパレータを並べマルチネットワーク型確率共鳴素子を構築する予定であったが、初年度・前年度の概究で、閾値電圧を超えた時に発生する金属相が数マイクロメートルサイズの幅をもつマルチパスとして自然形成されていることが分かり、単一VO_2薄膜がマルチネットワーク型の確率共鳴特性を示すことが分かってきた。この結果は、人工的にVO_2コンパレータを並べることなく入出力信号相関比が大きくなることを意味しており、非常に有難い特性である。本年度は、これらの成果を踏まえて、応用をめざした。研究実施内容は、(1)VO_2コンパレータの周波数特性を調べるとともに、ノイズの色による確率共鳴特性の変化をシミュレーションした。また、(2)ノイズ源となりうるVO_2の発振現象について調べた。(1)について、10hz1KHzのサイン波を入れVO_2の非線形電気応答コンパレータ動作を確認した。音声信号へ適応するには、可視聴帯の高周波領域20kHzにまで動作する必要がある。また、確率共鳴でのノイズの色は、入出力相関比を左右させる重要な要素であるため、ノイズの色を変えた場合の相関比変化を計算シミュレーションした。その結果、1/fノイズを用いた場合、大きなノイズ下でも高い相関比が保たれ、確率共鳴特性が向上することが分かった。

(2)について、DCバイアスによりVO_2薄膜の金属-絶縁体転移が交互に繰り返される発振現象を起こすには、VO_2試料に適切な付加抵抗を直列配列する必要があり、付加抵抗値は、発振規象の効率(=発信の振幅幅/DCバイアス電圧値)に関わる重要なパラメータである。このことから、高効率で動作する付加抵抗値の範囲を詳細に調べた。結果として、最適な付加抵抗値により、30%以上の効率でVO_2が発振することを確認し、ノイズ源として有効であること示した。
セキュリティ・防災環境認識のための動体検知処理の構築

画像の輝度変化に影響されず,個々の画像要素の属性(移動物体,背景,環境変化等)を判断し,複数の移動物体の識別・追跡が可能な動体検知システムを開発することを目的とする過去,独自に開発してきた単体の静止物体に対する識別フィルタである放射リーチフィルタや単体に移動する物体の識別手法を応用し,動画像中に複数存在する移動物体を個々に同時識別し,かつ追跡する新たな処理技術の構築を行う画像の輝度変化に影響されず,個々の画像要素の属性(移動物体,背景,環境変化等)を判断し,複数の移動物体の識別・追跡が可能な動体検知システムを開発することを目的とする過去,独自に開発してきた単体の静止物体に対する識別フィルタである放射リーチフィルタや単体に移動する物体の識別手法を応用し,動画像中に複数存在する移動物体を個々に同時識別し,かつ追跡する新たな処理技術の構築を行う研究実績について下記のようにまとめる。【研究課題1】複数の移動物体の識別処理放射リーチ情報から画像間における移動物体の移動量を求め、その移動量をブロック領域毎に比較することで複数の移動物体の識別および遮蔽処理を行う手法の開発を実施した。特に、放射リーチ情報の残差絶対和を比較し、ベクトル値として算出する。そして、通常の時系列差分による画像間のベクトル値を用いる手法より、精度よく各画素に対する移動量を導くことが考慮した。さらに、ある画素領域のブロック毎にその得られた移動ベクトル値を比較することで、各ベクトル値の大きさや向きの相違によりそのブロック領域内に移動体が含まれるかどうか識別し、移動体を分離することを可能とした。【研究課題2】高速アルゴリズム化各画素に対する放射リーチ情報を求める際、対象画素の周辺の情報を活用し、リーチ作成にかかる処理時間の低減を月指した。8方向のリーチ情報を4方向等に変更したりし、演算時間の低減化をはかった。また、全画素探索をするのではなく、画素領域限定を行うことも考慮した。【研究課題3】複数の移動物体を同時に追跡する処理画像間における対象移動物体領域の移動ベクトルを算出し,その移動ベクトルのヒストグラムを生成した.このヒストグラムにおける最頻値を逐次比較することで時系列画像間における物体領域が同一物体であるか判定処理し,複数の移動物体の同時追跡を行った。このとき,時系列画像間の放射リーチ画像を作成し,それより得られる移動ベクトルのヒストグラム上のピークを時系列保存し,時系列画像上の移動物体の追跡を可能とした。ただし,移動体が複数個存在することがヒストグラムよりわかる揚合,すなわちピーク値が多く存在する場合,各移動物体に対してブロック領域毎に膨張処理を施し,移動物体周辺部の検出もれの領域も検出した.これにより,得られた膨張処理後の移動物体の領域に対し,移動ベクトル分の平行移動を行った処理画像を作成し,この修正画像と次の時系列画像を比較することで,各画像間における領域が同一の移動物体の領域か確認する.
自己免疫性肝炎におけるアシアロ糖蛋白受容体抗原エピトープの分子生物学的解析

ヒトアシア口糖蛋白受容体(AGPR)をコードするcDNA断片を組み替え蛋白発現ベクタープラスミドにサブクローニングし,大腸菌を用いてヒトAGPRの細胞外領域および細胞内領域の組み替え蛋白を発現した.精製した蛋白を固相化抗原として用い,酵素抗体法により自己免疫性肝炎(AIH)患者血清との反応性を検討した.酵素抗体法による検討では,AGPR全長蛋白と細胞外領域を含む蛋白に対して多数例で反応性が認められ,細胞内領域を含む組み替え蛋白に対する反応性は弱かった.AGPR組み換え蛋白をビオチン化し,免疫沈降法により患者血清中の抗体との反応性を検討した.酵素抗体法で高吸光度を呈したAIH患者血清では,細胞外領域蛋白との良好な免疫沈降反応を認めたが,細胞内領域蛋白との反応は認めなかった.細胞外領域蛋白を用いたウエスタンブロット解析では,ごく少数のAIH患者血清で弱腸性の所見が得られたのみであり,SDS電気泳動等による抗原エピトープの失活に伴う変化が疑われた.AIH患者血清中の抗AGPR抗体の認識する抗原エピトープはウエスタンブロット解析では検出が困難と考えられた.酵素抗体法および免疫沈降法の成績より,AIH患者血清中の抗AGPR抗体に対する主要な抗原エピトープは細胞外領域に存在することが示唆された.AIHの抗AGPR抗体のエピトープが細胞外に存在することより,抗AGPR抗体の病因的意義が推察された.免疫担当細胞や抗体が肝細胞膜上のAGPRを介して肝細胞障害を惹起する可能性が示唆される.AGPR組み換え蛋白を用いたリンパ球刺激を行った結果,AIH患者のリンパ球でAGPR蛋白と反応するものがあり,今後T細胞エピトープを含めてより詳細なAGPRのエピトープ解析を進めていく予定である.ヒトアシア口糖蛋白受容体(AGPR)をコードするcDNA断片を組み替え蛋白発現ベクタープラスミドにサブクローニングし,大腸菌を用いてヒトAGPRの細胞外領域および細胞内領域の組み替え蛋白を発現した.精製した蛋白を固相化抗原として用い,酵素抗体法により自己免疫性肝炎(AIH)患者血清との反応性を検討した.酵素抗体法による検討では,AGPR全長蛋白と細胞外領域を含む蛋白に対して多数例で反応性が認められ,細胞内領域を含む組み替え蛋白に対する反応性は弱かった.AGPR組み換え蛋白をビオチン化し,免疫沈降法により患者血清中の抗体との反応性を検討した.酵素抗体法で高吸光度を呈したAIH患者血清では,細胞外領域蛋白との良好な免疫沈降反応を認めたが,細胞内領域蛋白との反応は認めなかった.細胞外領域蛋白を用いたウエスタンブロット解析では,ごく少数のAIH患者血清で弱腸性の所見が得られたのみであり,SDS電気泳動等による抗原エピトープの失活に伴う変化が疑われた.AIH患者血清中の抗AGPR抗体の認識する抗原エピトープはウエスタンブロット解析では検出が困難と考えられた.酵素抗体法および免疫沈降法の成績より,AIH患者血清中の抗AGPR抗体に対する主要な抗原エピトープは細胞外領域に存在することが示唆された.AIHの抗AGPR抗体のエピトープが細胞外に存在することより,抗AGPR抗体の病因的意義が推察された.免疫担当細胞や抗体が肝細胞膜上のAGPRを介して肝細胞障害を惹起する可能性が示唆される.AGPR組み換え蛋白を用いたリンパ球刺激を行った結果,AIH患者のリンパ球でAGPR蛋白と反応するものがあり,今後T細胞エピトープを含めてより詳細なAGPRのエピトープ解析を進めていく予定である.ヒトアシアロ糖蛋白受容体(AGPR)をコードするcDNA-断片を組み替え蛋白発現ベクタープラスミドにサブクローニングし,大腸菌を用いてヒトAGPR組み替え蛋白を発現させた。AGPRには2種類のサブクラスが存在するが,今回発現させたものはAGPR-H1であり,292アミノ酸からなる全長蛋白と42アミノ酸からなる細胞内領域および233アミノ酸からなる細胞外領域を含む3種類の組み替え蛋白を作製した。精製した蛋白を固相化抗原として用い,酵素抗体法により自己免疫性肝炎患者血清との反応性を検討した。酵素抗体法による検討では,AGPR全長蛋白と細胞外領域を含む蛋白に対して多数例で反応性が認められ,細胞内領域を含む組み替え蛋白に対する反応性は弱かった。酵素抗体法による成績から自己免疫性肝炎患者血清中の抗体エピトープは,ヒトAGPR細胞外領域に存在することが推測された。ウエスタンブロット解析ではヒトAGPR全長蛋白に対する反応性は全く認められず,SDS電気泳動等による抗原エピトープの失活に伴う変化が疑われた。次に,液相での免疫沈降法による抗原抗体反応を検討するため,試験管内でのAGPR蛋白合成を試みた。ヒトAGPR cDNAをテンプレートとしてmRNAを合成し,ウサギ網状赤血球溶解液を用いて蛋白合成を行った。試験管内での蛋白合成はコントロールmRNAとして用いたBrome Mosaic Virusでは良好な蛋白発現を認めたが,AGPR蛋白の発現は認められなかった。試験管内でのAGPR蛋白発現が行われなかった理由は不明であるが,AGPRが肝細胞にほぼ特異的に発現する蛋白であることと関連があるのかもしれない。今後,大腸菌組み替え蛋白をビオチン等で標識して液相中での抗原抗体反応を解析して,酵素抗体法から推測されるエピトープをさらに検討する予定である。

アシアロ糖蛋白受容体の細胞外領域と細胞内領域蛋白を大腸菌組み換え蛋白として発現した.それぞれの蛋白をビオチン化し,免疫沈降法により患者血清中の抗体との反応性を検討した.酵素抗体法で高吸光度を呈した自己免疫性肝炎患者血清では,細胞外領域蛋白との良好な免疫沈降反応を認めたが,細胞内領域蛋白との反応は認めなかった.酵素抗体法で高吸光度を呈した自己免疫性肝炎の一部とC型肝炎患者血清では,アシアロ糖蛋白受容体蛋白との免疫沈降を認めず,酵素抗体法による吸光度はアシアロ糖蛋白受容体に対する抗体の存在以外にも何らかの非特異反応が関与している可能性が示唆された.免疫沈降法による解析よりアシアロ糖蛋白受容体細胞外領域に抗原エピトープが存在することが明らかとなり,細胞外領域蛋白を用いて再度ウエスタンブロット解析を行った.ごく少数の自己免疫性肝炎患者血清で弱陽性の所見が得られたのみであった.自己免疫性肝炎患者血清中の抗アシアロ糖蛋白受容体抗体の認識する抗原エピトープはウエスタンブロット解析では変性しやすく,検出が困難と考えられた.酵素抗体法および免疫沈降法の成績より,自己免疫性肝炎患者血清中の抗アシアロ糖蛋白受容体抗体に対する主要な抗原エピトープは細胞外領域に存在することが示唆された.自己免疫性肝炎の抗アシアロ糖蛋白受容体抗体のエピトープが細胞外に存在することより,抗アシアロ糖蛋白受容体抗体の病因的意義が推察された.免疫担当細胞や抗体が肝細胞膜上のアシアロ糖蛋白受容体を介して肝細胞障害を惹起する可能性が示唆される.アシアロ糖蛋白受容体組み換え蛋白を用いたリンパ球刺激を行った結果,自己免疫性肝炎患者のリンパ球でアシアロ糖蛋白受容体蛋白と反応するものがあり,今後T細胞エピトープを含めてより詳細なアシアロ糖蛋白受容体のエピトープ解析を進めていく予定である.
腎臓特異的な発現を示す新規ケトン体トランスポーターの生理機能の解明

ゲノムプロジェクトが終了した現在でも、輸送基質・生理機能の特定されていない、いわゆるオルファントランスポーターが数多く残されている。機能活性が見い出されたものであっても、従来の生理学研究で記載された輸送機能との対応付けが難しいものは、生理的役割を推察することが困難であり、生体内での機能を評価する手法が必要とされる。本研究では、有機イオントランスポーターファミリー(SLC22)に属し腎特異的に発現するオルファントランスポーター(OATN1)について、遺伝子ノックアウトマウスを作製し、メタボローム解析を適用して、尿中化合物の網羅的分析により生理機能を明らかにした。腎尿細管特異的な薬物トランスポーターであるOATN1(novel type organic anion transporter 1)の生理機能を明らかにするため、knockout mouseを作成しCE-MS法を用いて尿中化合物の網羅的ディファレンシャルディスプレイを行った。その結果、野生型ではほとんど尿中へ排泄されないケトン体がOATN1 knockout mouseにおいては有意に増加していることが明らかになった。これをよりはっきりと確かめるために、糖尿病を惹起させ、血中のケトン体濃度を上昇させた時のケトン体の尿中への排泄を検討したところ、OANTl knockout mouseにおいて有意なケトン体排泄が認められた。以上のことから、OATN1が生体内においてケトン体の再吸収トランスポーターとして働いていることが明らかになった。本研究の意義と重要性は以下の二点である。一つは、ゲノムプロジェクト以降、まだ多数残る生理機能が不明のトランスポーター(オルファントランスポーター)の解析方法として、knockout mouseにCE-MS法を応用した生体内分子の網羅的解析方法を実現したことである。今後のトランスポーター研究において、オルファントランスポ一ターの生理機能の解明だけでなく既に機能が知られているトランスポーターの再評価にとても重要な手法となってくると考えられ、本研究は世界に先駆けてその手法を示したものである。二つ目は、長らく不明であったケトン体の再吸収トランスポーターの分子実体を明らかにした点である。ケトン体はグルコースが使えない状態における第二のエネルギー源であり、糖尿病を含め様々な病態で重要なものとなってくる。医療・医薬への応用も期待される。申請者の研究室においてSLC22有機イオントランスポーターファミリーに属する新たなサブファミリー(novel type organic anion transporter (OATN) family)を同定し、その中の一つ、腎臓の近位尿細管に発現を示すOATN1の解析を行ってきた。本研究では、ノックアウトマウスとメタボローム解析(capillary electrophoresis MS analysis)を組み合わせた検討を行うことで尿中化合物の網羅的分析をすることにより、以上の難点を克服し生理機能を明らかにした。生体内においてOATN1がケトン体の一つであるβ-ヒドロキシ酪酸を腎臓近位尿細管の管腔側膜において再吸収していることが明らかになった。ノックアウトマウスとメタボローム解析を組み合わせた本手法は尿細管トランスポーターの生理機能の解明あるいは再評価に有用であり、本研究は今後のトランスポーター研究のマイルストーンとなるものである。
英語史研究支援の異写本パラレル・テクスト・コーパス-「AB言語」検証に向けて-

英語史研究においてOEからMEへの「移行期」は文献の少なさ故研究が困難である。原写本に立ち返り作品を伝える異写本に注目するとき新たな展望が生まれる。本研究課題は平成8年度重点領域公募研究、平成10-12年度展開研究の成果に基づき、正・異写本転写テクストパラレル化コーパスの英語史研究支援ツールとしての有効性の検証作業をAncrene Wisse(以下AW)を中心に継続し、その再確認を目標とする。AWは「移行期」のほぼ最終端に位置し「AB言語検証」の問題、「英語散文の連続性」の問題を検証解明する上できわめて重要である。本研究課題ではAB言語の厳密な検証を可能とするためにまずAWコーパスの完成を先決の課題とした。本研究課題が究極の目標とする「英語史研究支援の異写本パラレル・テクスト・コーパス」の第一弾であるAWコーパスが「AB言語検証」の文脈の中で構築されるとき、広くは中世期英語史研究において、また「移行期」ならびに英国西中部方言域に関しての詳細な通時的共時的研究を可能にし、ひいては社会史的、文化史的研究全般に対し研究のための確固たる基礎を提供する。成果は論文、学会発表の形においても多数にのぼる。主要な出版物はThe AW : A Four-Manuscript Parallel Text. Preface and Parts 1-4 (Frankfurt am Main,2003)及びThe AW : A Four-Manuscript Parallel Text. Parts 5-8 with Wordlists (2005)で、両書は独Peter Lang社より刊行された。これはAW主要4写本のパラレル化テクストである。類書はなく、巻末に収録したワードリストを含め今後のAW研究に、さらに「AB言語」検証に向けての研究にとりきわめて有用な資料となっている。2.1から生じるV写本の問題点およびACN各写本のEETS版テクストの不明個所で原写本との照合が必要な部分の確認作業、および注の確認・改訂作業を行った。原写本との照合作業は本年度は代表者と池上、小野が担当した。Excell100の購入はマイクロフィルム段階での照合の作業能率の向上に大きく貢献した。5.「AB言語」検証作業にむけてAW写本パラレル・テクストのdb化(コンコーダンス化)の準備作業を続けた。成果の報告は、1と2の成果に基づきThe Ancrene Wisse : A Four-Manuscript Parallel Text, Vol.1をドイツPeter Lang社より刊行する計画が採択され2003年度内の刊行に向けて準備を進めたが、これは本研究課題の成果の報告として大きな意味を持つものである。公刊の暁には英語史研究を支援する基本的資料となるとの評価に基づく採択であるからである。成果報告としてはさらに11にあげる研究論文等のほか、学会発表として池上による「AWの読者は何を読んだのか」(第74回日本英文学会大会、2002年5月25日)ほかがある。3.「AB言語」検証作業にむけてAW正異テクストのword list,頻度表等作成の準備作業を行った。
高層ビル火災に放水可能な放水ヘリコプターシステムの開発

高層ビル火災の消火を目的として、貯水タンクを持つヘリコプターからホースによって懸架されたノズル付マルチコプターを用い、比較的小さなノズル付マルチコプターのみが火元に接近して放水するシステムを開発している。本年度は固定点から吊り下げたノズル付マルチコプターと、吊り下げる側である貯水タンクを持つヘリコプターを想定したマルチコプターに分けて解析、実験を行った。ノズル付マルチコプターについて、振り子に近似したマルチコプターの運動と放水軌跡とを組み合わせた解析を行い、ノズルのピッチ方向を変化させなくても、頬水の着水地点を上下、奥行き方向に調節できることを確認した。また、15mのホースを用いて懸架し流量5.8L/m(家庭用高圧洗浄機程度)で飛距離10m程度の放水を行う実験を実施した。マルチコプターが振り上がり放水反力を支える方向の推力は約20Nであった。実験の結果、マルチコプターの振り上げ動作によって着水地点の奥行き方向が7.5mから12mと10mを中心に5m程度の範囲で制御でき、さらにマルチコプターのヨー方向制御によってマルチコプターから見て左右方向にも着水地点の制御ができることを確認した。貯水タンク付ヘリコプターについては、将来的には有人の消防ヘリコプターを使用することを想定しているものの、本研究期間では自らで運用可能なマルチコプターで代用して実験することとし、可搬重量8kgクラスの実験機体の開発を行った。屋内での飛行を確認した。固定点から吊り下げたノズル付マルチコプターについて、ホースと放水軌跡の含まれる鉛直平面内の様子を解析した結果と比較するため、放水実験を実施した。人の操縦によってピッチとヨーを制御し、左右方向、奥行き方向に着水点を制御できることを確認した。しかしながら、ホースを剛体と見なした近似の精度や、放水が空中で散らばってしまい放水到達地点を特定しづらかったことから、解析と実験の定量的な一致はまだ十分確認できなかった。貯水タンク付ヘリコプターを模擬するため、推力200N程度の機体を作成した。これまで研究者らの実験実績があった機体よりも大型であることから慎重に開発を進めたため、本年度はモーションキャプチャー装置を用いた屋内実験に留まった。まず、放水の着水地点の解析の精度を向上させるため、これまでのホースを剛体と見なした近似を改善し、ホースの自重や剛性を考慮したホース形状の式を導出する。次に、10m以上の距離を放水しても水がなるべく散らばらないようにノズル形状を改善する。またノズル付ヘリコプターに搭載したカメラを用いた放水自動照準手法を開発する。以上をまとめて、放水を所望の点に到達させるための制御方法を確立する。一方、ノズル付マルチコプターとタンク付マルチコプターの統合に関して、まずタンク付マルチコプターの屋外飛行申請を行い、単体での屋外飛行を確認する。その後、ノズル付マルチコプターとタンク付ヘリコプターを組み合わせ、2台の連成動作を実験により確認する。タンク付マルチコプターの可搬重量の制限から、放水機能を縮小した小型のノズル付マルチコプターを使用する予定である。これらをまとめて、提案する懸架式マルチコプターを用いた消火システムの有効性を確認する。高層ビル火災に対して放水を行うことができる放水ヘリコプターシステムを開発することを目的として、貯水タンクを持つ大型有人のヘリコプター(タンクヘリコプター)から、先端にローターのついたホースを垂らし、先端のノズル付近に備えるローター(ノズルヘリコプター)で放水方向を定めながら放水するシステムを開発する。そして、その制御方法、動作計画方法を確立する。今年度は、まず、流量5.8リットル/minの家庭用高圧洗浄機相当の縮小モデルと、流量120リットル/minの屋内消火栓相当のモデルの2種類の条件で、距離約10mの放水実験を行ってノズルに生じる反作用力を測定し、計算値の妥当性を確認した。次に、火元に放水を命中させるためのノズルヘリコプターの位置と放水角度の条件を求め、そのときにノズルヘリコプターのローターに必要な推力を求めた。さらに、ホースにぶら下げられたノズルヘリコプターの位置・姿勢制御則を、ノズルヘリコプターに搭載された慣性計測装置(IMU)の情報に基づいて構成た。天井からつり下げた状態の実験機を用いて有効性を確認し、家庭用高圧洗浄機相当の放水を行っても、その反力を支えて定位することができることを確かめた。放水反力の測定において、家庭用高圧洗浄機相当の放水では実験値と計算値が5%程度の誤差で一致した。一方、屋内消火栓相当の放水では実験値が計算値の半分程度となる結果となったため、実験の不備か計算モデルが要改善なのか再度確認する必要が残った。天井からホースでノズルヘリコプターをぶら下げた状態で放水を行った実験では、ノズルヘリコプターを十分な精度で目標位置に定位させることができることが確認できた。以上の成果より、ノズルヘリコプターの部分の実現性と特性の把握にほぼ目処がついたと考えている。

また、15mのホースを用いて懸架し流量5.8L/m(家庭用高圧洗浄機程度)で飛距離10m程度の放水を行う実験を実施した。マルチコプターが振り上がり放水反力を支える方向の推力は約20Nであった。実験の結果、マルチコプターの振り上げ動作によって着水地点の奥行き方向が7.5mから12mと10mを中心に5m程度の範囲で制御でき、さらにマルチコプターのヨー方向制御によってマルチコプターから見て左右方向にも着水地点の制御ができることを確認した。貯水タンク付ヘリコプターについては、将来的には有人の消防ヘリコプターを使用することを想定しているものの、本研究期間では自らで運用可能なマルチコプターで代用して実験することとし、可搬重量8kgクラスの実験機体の開発を行った。屋内での飛行を確認した。固定点から吊り下げたノズル付マルチコプターについて、ホースと放水軌跡の含まれる鉛直平面内の様子を解析した結果と比較するため、放水実験を実施した。人の操縦によってピッチとヨーを制御し、左右方向、奥行き方向に着水点を制御できることを確認した。しかしながら、ホースを剛体と見なした近似の精度や、放水が空中で散らばってしまい放水到達地点を特定しづらかったことから、解析と実験の定量的な一致はまだ十分確認できなかった。貯水タンク付ヘリコプターを模擬するため、推力200N程度の機体を作成した。これまで研究者らの実験実績があった機体よりも大型であることから慎重に開発を進めたため、本年度はモーションキャプチャー装置を用いた屋内実験に留まった。天井からノズルヘリコプターをぶら下げた状態で、放水の着水位置を制御する手法を開発する。放水が空中で散らばってしまう問題があるため、ノズルのテーパ部の長さを長くするなどの放水を集中させるための改良も行う。着水量を測定することができる標的を作成して、放水量と着水量の比を測定する。また、マルチコプターの形のタンクヘリコプターを作成して、ノズルヘリコプターをつり上げた状態で放水を行う。タンクヘリコプター単独の飛行、ノズルヘリコプターをつり上げての飛行、ノズルヘリコプターから放水しての飛行、と順を追って行っていく。タンクヘリコプターの制御は一般的なGPSとIMUを利用した浮上と定位のみで十分と考えているが、必要に応じてノズルヘリコプターとの協調制御手法を開発する。まず、放水の着水地点の解析の精度を向上させるため、これまでのホースを剛体と見なした近似を改善し、ホースの自重や剛性を考慮したホース形状の式を導出する。次に、10m以上の距離を放水しても水がなるべく散らばらないようにノズル形状を改善する。またノズル付ヘリコプターに搭載したカメラを用いた放水自動照準手法を開発する。以上をまとめて、放水を所望の点に到達させるための制御方法を確立する。一方、ノズル付マルチコプターとタンク付マルチコプターの統合に関して、まずタンク付マルチコプターの屋外飛行申請を行い、単体での屋外飛行を確認する。その後、ノズル付マルチコプターとタンク付ヘリコプターを組み合わせ、2台の連成動作を実験により確認する。
分散環境に適した効率的な暗号データ共有法の研究

クラウドコンピューティング環境はデータの共有を容易にし,高い利便性を持ったデータアクセスを実現する.しかしそのトレードオフとして,外部の管理組織へデータをアウトソースすることから,秘密情報の漏えいというデータの安全性への懸念が常に存在することになる.本研究では公開鍵暗号技術の更なる発展技術である属性ベース暗号や検索可能暗号などを利用し,更に改良することで,安全かつ実用的なクラウドコンピューティング環境の実現に取り組んだ.分散環境におけるデータの安全な保存かつ共有方法に関する研究を進めてきた.これはクラウドコンピューティングを利用することによる利便性を得ながら,そのデータアウトソーシングに伴う安全性の低下を緩和させる手法として暗号研究において重要視されている.研究テーマの一つとして検索可能暗号に取り組んだ.検索可能暗号とはデータを暗号化してクラウドサーバに保存し,その内容をクラウドサーバに秘匿しながらも,クラウドサーバに指定したキーワードを用いてデータを検索させる技術である.昨年国内で発表したブルームフィルタと呼ばれるデータ構造を用いる検索可能暗号について,攻撃者をモデル化し,そのモデルにおける提案方式の安全性の解析を進めた.更に提案方式の性能を確認するため,簡易実装を行い,実用レベルに近いことを確認した.また属性ベース暗号と呼ばれる技術にも取り組んだ.属性ベース暗号を用いることで,データに対する復号条件を指定した形で暗号化を行えるためデータに対するアクセス制御と共有が容易な形で行えるという利点があり,そのため活発な研究が行われている.属性ベース暗号においては鍵を生成する機関が存在するが,今回は複数の機関が共存可能な属性ベース暗号に取り組み,その機能拡張として生成された鍵の失効機能について検討を行った.特に属性ベース暗号の実現に利用される数学構造として素数位数の楕円曲線上の群構造を用いる方式を検討し,一度生成され配布された鍵に対し,利用者のIDと時間情報に基づく失効が可能な方式を検討した.クラウドコンピューティング環境はデータの共有を容易にし,データアクセスの高い利便性を与える.しかしそのトレードオフとして,外部の管理組織へデータをアウトソースすることから,常にデータの安全性への懸念が存在することになる.公開鍵暗号技術の重要技術の一つである属性ベース暗号は,データアウトソーシングと大規模な複数ユーザ間での適切なアクセス制御による暗号データの共有の実現に適しているため,クラウドコンピューティング環境における要素技術として注目を集めている.また検索可能暗号と呼ばれる技術は,クラウドストレージに暗号化され保存されたデータへの検索を,クラウドサーバ側でデータ復号することなく可能とするため,既存のクラウドストレージの安全性を大きく向上させる技術として広く注目されている.本研究では属性ベース暗号や検索可能暗号の実用化による安全なクラウドコンピューティング環境の実現に向けて,更に求められる機能性,安全性,効率性の向上を目的として取り組んだ.結果として,属性ベース暗号に基づくアクセス制御と検索可能暗号を効率的に組み合わせる手法を提案した.この手法では検索時に検索者の属性に基づき,検索対象暗号データを絞り込むことで効率化を実現した.また検索可能暗号として検索時に指定する検索条件として,固定されたキーワードだけでなく,複数の類似するキーワード文字列にヒットしうる指定が可能な方式の提案も行った.クラウドコンピューティング環境はデータの共有を容易にし,高い利便性を持ったデータアクセスを実現する.しかしそのトレードオフとして,外部の管理組織へデータをアウトソースすることから,秘密情報の漏えいというデータの安全性への懸念が常に存在することになる.本研究では公開鍵暗号技術の更なる発展技術である属性ベース暗号や検索可能暗号などを利用し,更に改良することで,安全かつ実用的なクラウドコンピューティング環境の実現に取り組んだ.分散環境におけるデータの安全な保存方法として,属性ベース暗号を用いる暗号クラウドストレージという仕組みを検討した.属性ベース暗号とはユーザが所有する属性毎に秘密鍵を割り当てる公開鍵暗号技術の一つである.本研究ではクラウドストレージに対してRead権限とWrite権限を持つ利用者が混在する環境において,属性ベース暗号と更に属性ベース署名と呼ばれる(属性ベース暗号の署名版)技術を用いて認証を行い,Write権限のある利用者のみファイルの更新ができる仕組みを考案した.更に暗号クラウドストレージに対してファイルを暗号したままでキーワード検索を行う機能についても調査を進めた.キーワード検索をファイルの復号無しに行う機能は有用であるため,暗号文に対する検索機能について更に焦点を絞り次のような研究を進めた.ブルームフィルタと呼ばれるデータ構造を用い,指定する検索キーワードに柔軟性を持たせることを検討した.つまりabcというクラウドストレージ上のキーワードに対し,abが検索キーワードとして指定された場合でも検索がヒットするような方式である(類似検索機能と呼ぶ).これまではキーワードが完全に一致する場合のみ検索がヒットする方式が主なものであり,類似検索機能の実現には非効率となる場合が多かったが,本研究では効率的に類似検索機能を実現可能であることを示した.また今まで暗号文に対する検索機能において考慮されてこなかった攻撃手法についても検討した.より具体的にはキーワードの頻度分析を行うことで攻撃者が秘匿されるべきキーワードを推測可能であることを示した.ブルームフィルタを用いた検索可能暗号方式は安全性の証明を完成させ,暗号技術に関する国際学会に投稿し,採択され一定の評価を得ることができた.また検索可能暗号の従来の一般的な安全性の定義に関して,もし攻撃者が事前にキーワードの出現頻度を入手可能な場合は,秘密のキーワードを推測できる可能性があることを示した論文が国際会議で採択された.また属性ベース暗号に関して,鍵の失効機能の実現に必要な既存研究を広く調査し,複数の鍵発行機関が存在でき,鍵失効機能を持つ属性ベース暗号方式の基礎設計まで進めることができた.クラウドストレージにデータを暗号化して保存する方法として属性ベース暗号を用いる際の具体的な構成方法について検討を進め,一方式を提案することに成功した.