hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
無細胞タンパク質合成系を利用した光受容膜タンパク質の発現法と機能解析への応用

一般に膜タンパク質は,無細胞タンパク質大量合成は困難である.本研究では,透析法によりステロイド系界面活性剤除去・脂質二重膜形成・タンパク質合成を同時に行わせる無細胞タンパク質合成技術を開発した.本法では,バクテリオロドプシンの機能体を大量に合成(約0.5mg/mL反応液)でき,従来法に比べ5-25倍の収量であった.さらに生細胞系では,大量発現ができない海洋性藻類と好塩真正細菌由来のロドプシンの大量機能合成にも成功した.膜タンパク質の大量発現系構築は困難である場合が多く試料調製が容易ではない。そのため,その重要性にも関わらず膜タンパク質についての理解は,可溶性蛋白質と比較して遅れているのが現状である。そこで本研究では,モデル膜タンパク質としてバクテリオドドプシン(BR)を用いて,無細胞タンパク質合成技術を利用し大量機能発現系を開発し,詳細な機能解析に応用できる系を構築することを目的とする。以下に示す課題をもとに研究を進めた。(1)大量機能合成系の開発膜タンパク質は疎水性であるので,反応液に疎水性場を提供する必要がある。翻訳物の疎水性場への移行を安定かつ高効率に行なうことができる条件を探索する。(2)機能発現機構の理解膜移行速度と凝集速度およびリポソーム形成速度の関係を検討することで,BRの機能発現過程を理解し,系の改良を遂行する。(3)他の光受容膜タンパク質への適用BR以外の光受容膜タンパク質に対して,本系を適用して,その有用性を確認する。(4)アミノ酸ラベル体の調製無細胞タンパク質合成系の利点の1つとして,ラベルアミノ酸導入が容易であることが挙げられる。実際に,アミノ酸ラベル体を合成し,構造・機能解析に利用可能か確認する。一般に膜タンパク質は,無細胞タンパク質大量合成は困難である.本研究では,透析法によりステロイド系界面活性剤除去・脂質二重膜形成・タンパク質合成を同時に行わせる無細胞タンパク質合成技術を開発した.本法では,バクテリオロドプシンの機能体を大量に合成(約0.5mg/mL反応液)でき,従来法に比べ5-25倍の収量であった.さらに生細胞系では,大量発現ができない海洋性藻類と好塩真正細菌由来のロドプシンの大量機能合成にも成功した.本研究は,無細胞タンパク質合成技術を利用して光受容膜タンパク質の大量機能発現系を開発し,詳細な機能解析に応用することを目的とする.本年度は,大腸菌抽出液による無細胞タンパク質合成系を用いて,光駆動型プロトンポンプであるバクテリオロドプシン(BR)を,活性を保持した状態で大量に得る系を確立することを目的とした.効率の良い膜移行のために,界面活性剤により凝集体形成を抑制しつつ,同時にリポソームに再構成させる方法を検討し,以下に示す結果を得た.様々な種類の界面活性剤(11種)を検討した結果,ステロイド系界面活性剤(コール酸,CHAPS,ジギトニン)と卵黄フォスファチチジルコリンを反応液のみに共存させ,透析による界面活性剤除去と脂質リポソーム形成を同時に行わせた時にBRの機能体を脂質層に挿入された状態で大量に合成(約0.5mg/mL反応液)できることを見いだした.さらに本法によって合成されたBRは,天然試料と同様の光化学反応と光誘起プロトン移動機能を有していることを確認した.またコール酸/卵黄フォスファチチジルコリン共存系において機能発現過程を解析した結果,高濃度のコール酸存在下では,タンパク質合成は阻害されていた.透析による界面活性剤除去が進むとタンパク質合成が開始され,リポソームも同時期に形成されていた.さらにリポソーム形成速度とフォールド分子生成速度は一致していた.従って本法では,脂質ディスクまたは脂質・界面活性剤混合ミセルで疎水性の高いポリペプチド鎖を保護し,凝集体の形成を抑制しながら,BRの脂質膜移行が起き,フォールディングが効率良く進行すると考えられる.本研究は,無細胞タンパク質合成技術を利用して光受容膜タンパク質の大量機能発現系を開発し,詳細な機能解析に応用することを目的とする.昨年度までに光駆動型プロトンポンプであるバクテリオロドプシン(BR)を,ステロイド系界面活性剤(コール酸,CHAPS,ジギトニン)と卵黄フォスファチチジルコリンを反応液のみに共存させ,透析による界面活性剤除去と脂質リボソーム形成を同時に行わせることで,活性を保持した状態で大量(約0.5mg/mL反応液)に得ることに成功した。本年度は,大腸菌で大量発現が困難とされている光受容膜タンパク質(海洋性藻類由来のロドプシン(ARI,ARII))に対し本技術を適応し,その有用性を検証した。その結果,ARI,ARIIともに構造を保持したと思われる状態で大量合成できることを確認した。従って,本技術は,これまで大量試料調製が困難であった光受容膜タンパク質の構造・機能解析のための試料調製法として有用であると考えられる。さらにアフィニティー精製,ゲルろ過精製を行い,ほぼ単一バンドまで精製することができた。今後,無細胞タンパク質合成したARI,ARIIに対し詳細な機能解析を行う予定である。また本法によるBRの合成では,臨界ミセル濃度の4倍以上のジギトニン(0.4%)を共存させた場合に比活性の高い合成沈殿物(脂質2重膜に挿入されていると考えられる)ができることがわかった。このメカニズムについては不明であるが,本法の改良に役立つ情報が得ることができた。

本研究は,無細胞タンパク質合成技術を利用して光受容膜タンパク質の大量機能発現系を開発し,詳細な機能解析に応用することを目的とする。昨年度までに合成技術の開発は完了した[Protein Sci.,18,2160(2009)]。さらに大腸菌で大量発現が困難とされている光受容膜タンパク質(海洋性藻類由来のロドプシン(ARI,ARII))に対し本技術を適応し,ARI,ARIIともに構造を保持したと思われる状態で大量合成できることを確認した。本年度は,無細胞タンパク質合成したARI,ARIIに対し詳細な機能解析を行った。レーザーフラッシュフォトリス法により,それらの光化学反応を測定した結果,ARIは,センサー型(SRI,II)のようにフォトサイクルが完結する時間が遅く秒オーダーであったのに対し,ARIIは,ポンプ型(BR,HR)と同様に速いミリ秒オーダーのフォトサイクルであることがわかった。このことは,両者の生理的機能が異なる可能性を示唆している。また透明ガラス電極(ITO)による光誘起プロトン移動を測定した結果,中性付近では両者ともにBRと異なりタンパク質内部へのプロトン取り込みが放出に先立ち観測された。この結果は,BRでのプロトン放出残基が欠失していることに由来していると考えられる。また本年度は,大腸菌で大量発現が困難とされている別の光受容膜タンパク質(チャネルロドプシン)についても無細胞タンパク質合成を試みた。その結果,ポリペプチド鎖の大量合成は確認できたが,機能体の合成は確認できなかった。今後,合成条件(脂質や界面活性,合成温度)の検討を行う必要がある。またポリペプチド鎖は大量合成できるため,可溶化,界面活性剤除去によるリフォールドを試みる予定である。昨年度までに脂質界面活性剤共存法による合成技術の開発は完了し,大腸菌で大量発現が困難であるARI,ARIIなどの別の光受容膜タンパク質の大量機能合成にも成功した。本年度は,大腸菌を含む生細胞発現系の構築が困難とされている光受容膜タンパク質の1つであるキサントロドプシン(XR)について無細胞タンパク質合成を試みた。XRは,サリニキサンチン(SXN)と呼ばれる第2の発色団(第1発色団は,all-transレチナール)を持っており,変異体解析による機能解析やSXNの役割を解析するためには,SXNがない状態の組換え体を用いることが有用である。しかしXRの発現系は報告されておらず,SXNの役割はおろか変異体による解析も不可能な状況である。無細胞タンパク質合成系をXRの発現に用いることでSXNフリーのXRを構造を保持した状態で大量に得ることが出来た。合成産物のフォトサイクルは,SXNを化学的分解除去した天然XRと同様であったため,本系はXR研究にとって非常に有用であると考えられる。さらに詳細に解析するために,ドデシルマルトシドによる可溶化,ニッケルアフィニティーカラムによる精製を試みた。しかし界面活性剤による可溶化の効率が悪く,測定可能な収量が得られなかった。そこで可溶化効率をあげるために,バッファーpH,塩濃度を検討した結果,酸性状態(pH 5.7)で収量が増加し,純度の高い試料を得ることができた。
流通の有力理論・仮説にかんする研究

本研究課題では、流通に関する伝統的な有力理論・仮説を抽出した上で、それらの説明力や妥当性について、実際に生起した流通現象ならびに流通課業環境・制約環境に含まれる諸要因と関連する統計データを用いた考察を試みた。研究成果のうちの2点は国内の主要学会にて学会賞を受賞した。本課題の最終成果報告として、2018年度中をめどに流通に関連する220にのぼるテーマを理論、現象、データから論じる書籍の刊行が決定している。本研究の初年度にあたる2014年度は、研究組織メンバーによる議論を通じて研究課題へのアプローチの方法や基本的な分析視座についての合意を形成し、2015年度からの本格的な研究推進をおこなうための準備を進めて参りました。研究組織が比較的大規模で遠隔地の大学に所属するメンバーもおりますことから、分科会方式を採用し、当初計画を上回る頻度で研究会を開催いたしました。年度前半の研究会においては、本研究の対象となる「流通」の範囲についての再検討に始まり、本研究の申請時に提示した流通に関する31の有力仮説の検討方法に関する議論を進めるとともに、本研究の学術的貢献可能性に鑑みながら有効な研究枠組みの構築作業に取り組みました。従来の流通研究においては、上記31の有力仮説のそれぞれが独立して説明されてきました。そのため、有力仮説と現実の流通現象との間にある種の乖離がみられていました。また、関連するであろう有力仮説間の関係についても議論は行われてきませんでした。一方、本研究では日本の流通構造の長期的構造変化とその影響要因や促進要因の分析をおこない、その中でこれら理論仮説のうち複数のものを関連づけながら考察を試みるという視座を得るに至っております。この視座に立脚し、年度後半の研究会においては、現実に観察されてきた、あるいは予見されている流通現象との関連の上で、相互に関係し合うことでより高い説明力を発揮するであろうと考えられる有力仮説群の抽出をおこないました。これらをもとに、各々の研究メンバーがそれぞれ中心となって遂行する個別テーマの整理をおこなうとともに、一部の個別テーマでは学会報告、論文、書籍、ワークショップなどの形態で途中経過段階での成果報告を行ってきました。おおむね計画通りの進捗となりましたが、一部テーマの研究着手が遅れがちであるため、この点は15年度の一つの改善点として認識しております。本研究は、流通分野の研究に携わる国内外の研究者の間の共通の知識基盤としての「流通の有力理論・仮説」にかかわる伝統的研究と研究の新潮流を体系化した上で、理論・仮説と現実の流通現象の接点を踏まえた論考を展開し、流通システム(流通機構)の変化をとらえることに主眼を置いたマクロ的研究の進展への貢献を図るものである。各国の国民経済において、流通業は付加価値創造と雇用の両側面で重要な役割を果たしているものの、その発展プロセスにみられる地域性、歴史性などに起因する複雑性が強いことから、とくに若手研究者の間では、マクロ的な視点からの流通問題への接近が困難となる場合が顕著になっている。このような現状に鑑み、流通研究の入り口に立ったときに不可欠となる知識体系を整理することも本課題の目的のひとつである。こうした目的にもとづき、本研究課題では(1)流通にかんする有力・理論仮説のオーバービュー(2)流通研究をおこなう上で不可欠となる知識体系の整理(3)左記(2)を構成する要素と現実の流通現象の接点についての実証的研究の遂行(4)近年における流通課業環境・制約環境の変化潮流とそれらを説明するための理論ツールについての検討に取り組んでいる。本課題の1年目および2年目においては、上記(3)・(4)に主眼を置きながら、(1)および(2)の課題にアプローチする形式にしたがって、研究組織全体で研究活動に取り組んできた。最終年度に向けて、書籍の出版計画とそのための方策が確定しているが、これも同様の方法によって遂行するものである。なお、2015年度において本研究の研究分担者の一人は、本課題の主要テーマについて論じた二本の論文を通じて、それぞれ日本流通学会「論文賞」および日本マーケティング学会「ヤング・スカラー・アウォード」を受賞した。本研究課題の初年度においては、研究組織・研究体制の整備と本研究において取り組む課題領域の再定義と明確化、そして研究方法の推敲への注力をおこなった。具体的には、本研究の研究組織の前身となっていた研究会における世代交代にともない、若手研究者を中心に課題を推進し、ベテラン研究者に都度意見を求める形での研究活動の遂行を図る体制を強化した。そのことにより、基幹メンバーによる研究会を、各回とも比較的短時間ではあるものの、週次レベルで開催することが可能となり、研究組織全体での研究進捗に資することになった。研究組織構成メンバーの一部は遠隔地からの参加となるため、この週次研究会における議論を研究組織全体で共有化した上で、定期的に開催する全体研究会における研究報告と議論を通じて、「流通にかんする有力理論・仮説」そのものの検討をおこなうとともに、それらにアプローチするための方法論の再検討をおこなった。これらを踏まえ、2年度目においては、(1)流通にかんする有力・理論仮説のオーバービュー(2)流通研究をおこなう上で不可欠となる知識体系の整理(3)左記(2)を構成する要素と現実の流通現象の接点についての実証的研究の遂行(4)近年における流通課業環境・制約環境の変化潮流とそれらを説明するための理論ツールについての検討からなる本研究課題の活動領域を明確化し、これらのうちの(3)・(4)を中核として

(1)および(2)の体系化を図る枠組みを策定し、それに基づく形で研究活動を遂行している。有力理論・仮説のそれぞれについての論考の作成という次元においてはやや遅れが生じている部分もみられるが、最終年度における成果報告(論文、学会発表、および書籍)の形式とスケジュールが確定しているとともに、一部研究成果が学会賞受賞対象となるなど、進捗はおおむね順調であるといえる。本研究課題の最終年度を迎えた2016年度は、過去2年度における研究活動を踏まえ、研究組織全体による研究会および個別の研究テーマの単位で実施している分科会活動を通じて、研究組織全体による研究成果発表に向けた準備と具体的な執筆作業を継続してきた。その一環として、本研究の代表者および研究分担者のひとりが関わる形で、わが国の流通・商業分野における代表的基礎文献の一つとして位置付けられている『新・流通と商業』(故鈴木安昭教授著)の大幅な増補・改訂に取り組み、第6版として大幅増補改訂版の刊行を行なった。商業統計を用いた流通構造に関するデータの更新から始まり、本研究課題を通じて検討をおこなってきた流通・商業にかんする有力・理論仮説および近年における流通システムの変化とそれらを取り巻く課業環境・制約環境についての洞察を積極的に反映する作業をおこなった。この作業を進めることで、流通・商業の体系的理解を図るための枠組みの整理が進んだ。この枠組みを踏まえ、本研究課題の研究組織全体による最終成果のひとつとして、書籍『流通と商業理論と現象、データから考える』(仮題)の企画を策定し、研究助成終了翌年度にあたる2017年度中の刊行を目途に現在、執筆作業と編集作業を遂行している。なお、出版社もすでに決定している。この書籍は、本研究課題で着目した流通・商業にかんする有力理論・仮説が関連するものも含め、流通と商業に関わる220に上るテーマを理論と現象、そしてマクロデータの分析から論じるものである。有力理論・仮説のオーバビューのみならず、マクロデータの分析・解釈を行ったうえで、特定の流通現象の文脈の中で検討してゆくことで、理論の妥当性や適用範囲などについて検討を試みることがその主旨である。また、この書籍において検討を行う諸テーマおよび関連理論・仮説についてのレビューや実証研究を各研究担当者が遂行した。本研究課題では、流通に関する伝統的な有力理論・仮説を抽出した上で、それらの説明力や妥当性について、実際に生起した流通現象ならびに流通課業環境・制約環境に含まれる諸要因と関連する統計データを用いた考察を試みた。研究成果のうちの2点は国内の主要学会にて学会賞を受賞した。本課題の最終成果報告として、2018年度中をめどに流通に関連する220にのぼるテーマを理論、現象、データから論じる書籍の刊行が決定している。本研究は2007年から研究会において議論を進めてきたテーマにもとづいたものであることから、その延長線上での研究活動の遂行を計画しておりました。しかしながら、研究会において本研究の潜在的な学術貢献の可能性について議論をする中で、研究申請時に提示しました分析枠組みから一歩踏み出した視座を導出するに至ったため、一部の個別テーマに関する研究において、若干の遅れが生じることとなりました。
ササを原料としたペレット燃料成型とその光触媒担持体の開発

地球温暖化防止および化石燃料資源の枯渇問題上からも、再生可能なバイオマス、とりわけ、膨大な蓄積を誇りカーボンニュートラルな木質バイオマスが注目されている。北海道の森林では、下層植生としてササが広く分布し、その蓄積量は、乾重量で7,500トンと推定され、これは道内の林木蓄積の約28%、我々の調査でも道内の木質バイオマス賦存量の半数に相当している。資源基盤の脆弱なわが国において、ササは魅力的な未利用木質バイオマスであるが、現在、ササ茶等の健康食品、手漉き和紙原料、農作物の支柱などに利用されているものの、資源の大半は利用のままである。本研究では、道内に広く分希するササのエネルギー的活用の一環として、ペレットストーブや小型ボイラー用のペレット成型を初めて試み、その成型条件と特性について、明らかにした。特性としては、含水率、密度、かさ密度、という物理量の他、機械的強度も測定した。燃料として重要な、総発熱量と工業分析も得た。また、ササの葉を原料に混入した場合の特性も明らかにした。次に、寒冷な冬季の気候で知られる北見市内の戸建住宅に設置したペレットストーブでの燃焼実証試験を行った。ササのバイオマスとしての利用において、利用可能量とコストを評価することは重要だが、平成18年度から、国有林オホーツクの森において、クマイザサの再生力に関するフィールド調査を実施、その経過報告をした。それによれば、刈り払い後のクマイザサは、二生育期経過後では、林外では半数程度回復するが、トドマツやカラマツの林床での回復は大幅に遅れることが明らかにされた。なお、道内では、将来的な木屑の不足が予想されていることから、本研究の先見性、今後の成果が注目されている。本研究では、道内林床に広く分布するササのエネルギー的活用のために、ペレット燃料成型を初めて試み、成型条件と特性について明らかにした。成果は、「太陽エネルギー」や「BAMBOO JOURNAL」に報告された。今後、ペレットの着火性と機械的強度の関係、他の製造方法を前提として、ペレットの流動性と形状等の条件を調査する。また、「オホーツクの森」にて、北海道森林管理局・網走中部森林管理署の協力でササの再生力に関する調査、千葉大学環境リモートセンシングセンターの本多・梶原Grの協力でリモコンヘリによる林床・林外のササの反射率の測定が行われている。次に、道内河畔域に自生・植栽されているヤナギの剪定枝はローカル資源として重要な位置を占めているが、ヤナギ剪定枝を農地還元と燃料利用の競合する際の基準決定、バイオペレット燃料として利用する際の特性を明らかにし、「太陽/風力講演論文集」に報告された。都市公園樹、街路樹として植栽されているニセアカシアについては、機械学会北海道支部で報告する。実住宅に設置されたFF式ペレットストーブの越冬試験の成果は寒地技術シンポジウムで報告する。(株)オーエム研究所、矢崎総業(株)と共同開発した空気式ハイブリッドソーラーパネルの成果は「太陽エネルギー」に報告され、標準パネルの効率向上の試みは、オーエム計画(株)のソーラーデシカント冷房に関するNEDO委託研究の中間報告、(株)EOMのソーラーベント【◯!R】で結実し、日本エネルギー学会、日本太陽エネルギー学会で報告される。ペレットの炭化物(あるいは光触媒を担持させた、当面活性炭)を空気式太陽集熱器の集熱材とし、同時に外気の(花粉対策も含めた)清浄化機能を持たせるテーマについては、KAST(神奈川県立科学アカデミー)や本学大型ソーラーシミュレータ下での性能試験を行う。(799文字)道内の林床に広く分布するササや河畔域に自生・植栽されているヤナギ類は、未利用なローカル資源として重要な位置を占めている。

また、石油資源の枯渇問題、原油価格の高騰、低炭素社会実現のために、直接燃焼以外の、たとえば、木質ガス化発電の原料あるいはバイオエタノールなど液体燃料の原料として、初期成長の早いヤナギ類の(超)短伐栽培技術を準備する段階となっている。こうして、本研究は、小径の木本系バイオマスのエネルギー的活用にとって重要な成果を得る端緒となった。ヤナギ類の(超)短伐栽培については、民間企業との共同研究が平成19年度から始まり、用途と原料供給に関する総合的な研究となった。まず、ヤナギ小径木を、農地還元と燃料利用の競合する際の基準決定、木質燃料(ペレット、チップ等)として利用する際の特性を明らかにし、第22回寒地技術シンポジウム、第24回エネルギーシステム・経済・環境コンファレンス、等にて報告された。外来種として繁殖拡大が危惧されているニセアカシアについては、第8回北海道エネルギー資源環境研究発表会にて報告された。戸建て住宅に設置されたFF式ペレットストーブによる越冬試験の成果は寒地技術シンポジウムで報告された。高性能な空気式太陽集熱器については、第44回日本伝熱シンポジウムと日本エネルギー学会にて報告され、曲状炭素繊維を集熱材とした前者は特許申請がされ、集熱面を選択吸収処理した後者は平板型としては最高レベルの集熱性能が得られ、デシカント冷房用としてNEDO技術開発機構の受託研究でも報告された。集熱材に光触媒を担持させた空気式太陽集熱器については、試作機を製作した。(686文字)
高専における組み込みシステム開発者教育手法の研究

高専における組み込みシステム開発者教育の一手法として、高度なインターフェースを搭載した二足歩行ロボットを用いる演習、実験科目を計画し、実施した。高専低学年に対しては、システム開発の基礎技術となるプログラミングを理解させる内容とした。高学年に対しては、画像処理など高度な情報処理技術を理解させる内容とした。これらの演習を受けた学生の意見をまとめると、プログラミングの結果がロボットの動作としてあらわれるため、学習の動機づけには効果があることが分かった。一方、組み込みシステム特有のデバックの難しさは、低学年に対しては学習を進める上での問題となることが分かった。本研究は、高等専門学校(以下高専)における組み込みシステム開発者教育の有効な手法を提案、開発することを目的としている。2年目にあたる平成25年度は、平成24年度に導入した二足歩行ロボットを用いて、研究計画に示した「二足歩行ロボットを用いた組み込みシステム制御の基礎実験」を実施した。また、前年度実施した応用実験の2回目も継続して実施した。基礎実験として、プログラミングの基礎を学習している電子情報工学分野の高専一年生に対する演習を計画した。この際、東京工芸大学の鈴木秀和准教授にアドバイスいただいた。その結果、ハードウェアを含めたシステム全体を丁寧に説明することが重要という知見を得た。逐次処理、条件分岐、繰り返しといったプログラミング作成を2人または3人一組で実施する半期15回の演習計画を作成し、実施した。前期の実験を受講した学生からは、「プログラミングの結果がロボットの動作という目に見える形になったのでわかりやすかった」という肯定的な意見を8人全員から得た。一方、後期に受講した学生からは、前期と同様の意見もあったが、「ソフトウェアとハードウェア両方をチェックする必要があり効率が悪い」「エラーの原因究明に時間がかかる」といった否定的な意見も出された。応用実験については、前年度の実施内容を踏まえ、画像処理、ネットワークプログラミング、ロボット制御、物体追跡という4つの内容に分けて実施した。より体系化した演習内容になり、デバッグの難しさなど組み込みシステム開発特有の問題を学生が意識できたことが分かった。なお応用実験については、ファジィシステムシンポジウム2013の「ロボット教育/ロボットコンテスト」セッションで発表した。会場からプロセッサの構成に関する意識づけを行ってはどうかという提案をいただき、本研究の新たな展開を考える貴重な機会となった。経済産業省の報告書には、組み込みシステム開発者の育成が産業界から期待されていることが記載されている。本補助金により、より高度な制御が可能な二足歩行ロボットを導入した。その際に以下の点に配慮し、機器選定を行った。一つ目に、高度な情報処理能力を持つロボットを複数台導入することである。音声情報処理や画像認識が容易になることで、組み込みシステムにおける複雑なアプリケーション開発に関する演習を高専の高学年を対象として実施できると考えたためである。二つ目に、高専の低学年学生でも容易に使用でき、なおかつ本格的なプログラミングも可能な開発環境が提供されていることである。組み込みシステムは制御対象のハードウェアが備わっているため、プログラムのアルゴリズムとシステムの挙動の関係を把握しやすい。これにより、組み込みシステム開発にも必須となるプログラミングの基礎教育を、プログラミング初心者である高専の低学年学生に実施する際に有効であると考えたためである。なお、対象となる学生がなるべく多くロボットに触れる機会を確保するため、複数台のロボットを導入した。実施計画にあるように、ロボットを利用した組み込み技術者教育の経験のある東京工芸大学の鈴木秀和講師から助言をいただいた。またシンポジウムFSS2012の「ロボットコンテスト」セッションに参加した。これら助言やシンポジウムでの知見を活かして具体的な実施内容を検討した。また機器導入後の開発環境整備にはTAを活用し、統一した環境を準備した。教育の実施の際には、学生の同意を得てその様子を撮影し、今後の研究のまとめの際に参考とする映像資料を確保した。計画どおり、ロボットの導入、教育環境の構築が完了した。当初計画では、平成24年度に低学年対象の基礎実験を行うこととしていたが、機種選定に時間がかかってしまったため、本校の授業スケジュールを勘案し、高学年対象の応用実験をまず実施した。まず受講者モデルとして、手続き型プログラミング言語を理解した学生を想定し、その知識を用いて組み込みシステムのプログラムを開発する4週の演習を設計、実施した。初めに対象となる二足歩行ロボットの制御プログラム開発環境を紹介し、簡単なサンプルプログラムを用意してプログラムの開発から実装、動作の評価までの一連の流れを教えた。次に、ロボットの無線ネットワークインタフェースを利用するプログラム、カメラ画像を取り込むプログラム、関節を動かすプログラム、それぞれの作成手法を演習にて紹介した。これらロボットの基本制御プログラムを組み合わせた高度な情報処理技術を実装させることを最後の演習とした。具体的には、ロボットの前でピンク色のボールを動かしたときに、それに追随してロボットを動かすという制御である。

以上の演習では、ロボットに実装されているアクチュエータやカメラ、ネットワークインタフェースなどのハードウェアを強く意識した制御プログラムを作成する必要がある。作成したプログラムを評価するためには、そのたびごとに実行ファイルをロボットに転送する必要がある。このような考え方や手順を通して、組み込みシステム開発への理解を促した。実験後の学生の感想には、「開発の大変さが身に染みた」「ハード側の動作条件がわからないとプログラム上では問題がなくても正常に動かないことが分かった」という記述があった。このように1年目の研究では、高専の高学年学生に対して組み込みシステム開発者教育に関する本手法の効果をある程度確認できたと考える。高専低学年学生に対する教育手法を設計する必要がある。高学年学生と異なり、プログラミングの知識がほとんどない受講者を想定し、ロボット制御を通してプログラミングの基礎を学習できる実験を計画する。具体的には、アルゴリズムの構築に必要な「遂次処理」、「条件分岐」、「繰り返し」という3つの考え方をプログラムに実装させる。通常これらプログラミング学習では、計算機の画面上に結果を表示させるプログラムを対象学生に作成させる。そして、所望の画面表示ができているかどうかでプログラム動作を検証することが一般的である。ロボットを利用したプログラミング学習では、プログラムの動作をロボットの物理的な動作や音声で検証することができる。そのため、アルゴリズムの流れを肌で体験することができ、初心者がプログラミングを学習する際の大きな助けになることが期待できる。プログラミングの基礎を学ばせる中で、組み込みシステムに関する基本的な知識と、その開発の特徴的な部分についても適宜解説を行う。一方、前述した高学年対象の実験は10月からの後期に配置されており、次年度の後期実験でも同様の実験を継続して実施する。最後に、これまでの研究成果をまとめる必要がある。実験から得られた学生の提出レポートや撮影した実験の様子などから、組み込みシステムの理解がどの程度進み、どのような理解に効果があるのか検証する。特に高学年と低学年での理解の仕方、想定した受講者モデルに適した教育が実施できたかについて確認する。評価の際には、教育実施計画策定の際に助言いただいた東京工芸大学の鈴木講師にもご意見をいただく。これら研究結果をある程度まとめ、ロボットを利用した教育に関するセッションがある国内会議で発表を行い、会場から広く意見をいただく。該当なし
大地震により損傷した鋼製橋脚の耐震性能評価と急速補修工法の提案

大地震が発生すると,耐震設計に塑性限界設計がなされる現行の鋼製橋脚には塑性変形による損傷が残る可能性がある。この場合の橋脚の運用継続の可否を判断するための明確な判断基準は存在せず,耐震性能を修復するための工法も提案されていないのが現状である。本研究では,大地震による損傷した鋼製橋脚に対して,損傷後の耐震性能を簡便に算定するための手法を提案し,この手法を用いた新たな耐震設計法について提案した。さらに,地震後の補修工法として簡便な工法であるコンクリート充填によるCFT橋脚についてその耐震性能を数値解析・実験の両面から明らかにした。L2レベルの大地震が発生すると,耐震設計に塑性限界が考慮される現行の鋼製橋脚には塑性変形が生じ損傷する可能性があり,この場合の橋脚の運用継続の可否を判断するための明確な判断基準は存在せず,迅速に耐震性能を復元するための工法も提案されていないのが現状である。本研究では,大地震により損傷した鋼製橋脚に対して,適切かつ容易に実務判断が可能となるよう損傷度を把握した上で,補修が必要と判断された場合,施工日数が短い補修工法を数種類提案し,これによる耐震性能の復元効果について数値解析・実験の両面から明らかにすることを目的としている。H27年度は,鋼製橋脚の補修工法として有力な候補であり,現状の鋼製橋脚の耐震補修工法のひとつとなっている鋼製橋脚内にコンクリートを充填する工法,いわゆるCFT化による橋脚の耐震性能の向上について,縮小模型による構造実験およびこれを精緻にこれを模擬した数値解析の両面から検討を行った。なお,CFT化による激震時における耐震性能の向上やそのメカニズムは現状十分解明されておらず,現行のCFT橋脚自体の耐震設計法や耐震補強の設計法自体には疑問な点が多く残されている。今年度実施した実験および数値解析用いた研究により,現行のCFT柱の耐震設計法について改善すべき箇所を発見することができた。現在これらの結果を整理し,新たなCFT柱の耐震設計方法について検討している段階である。また,鋼製橋脚のもう一つの急速な補強工法として鋼リング補強を提案し,これについて数値解析によりその耐震性能の向上効果について検討を行った。研究目的である鋼製橋脚の耐震補強工法として,現状で最も有力で現実的な耐震補強工法と考えられる鋼製橋脚のCFT化に対して,縮小模型実験を実施し,さらに,高度で精緻な数値解析を実施し,結果もまとまりはじめている。また,これらの研究の途中成果については学会発表も行っている。また,鋼リング補強については,数値解析によりその効果を確認しており,今後実験によりこれを検証していく。研究対象としている鋼製橋脚はコンクリート充填されているものが事実上多いため,平成28年度はコンクリート充填された鋼製橋脚に検討対象とし実験およびFE解析により検討を実施した.また,コンクリート充填橋脚に高軸力が作用する場合の耐震性能の評価が未解明であったため,高軸力が作用する場合についても検討対象とした.また,これまでコンクリート充填橋脚に対する想定外の大地震に対する耐震性能の評価方法も確立されておらず,さらに,現行の耐震設計法にも課題や問題についても整理することとした.これらの検討からつぎの知見が得られた.(1)提案したFE解析法によるとCFT柱の終局状態までの実験での繰り返し挙動を精度よく再現できることを検証した.(2)Pushover解析結果と一方向繰り返し載荷の結果から,無充填に比べCFTの方が最大耐力や変形能が上昇するが,この傾向は細長比が小さく,軸力比が大きい場合に顕著である.さらに,ポストピークでの荷重低下量は少なくエネルギー吸収性能に優れる.ただし,繰り返しによる変形能の低下は大きく,とくに細長比と軸力比が小さい場合に顕著である.(3)細長比の大きなケースでは,軸力比の増加によりCFT柱の最大耐力は低下する.これは,軸力比と細長比の増加でCFT柱の付加曲げの影響が顕著になり,基部セグメントの曲げモーメントが最大値に達する前に構造不安定が起きたためである.さらに,CFT柱の終局限界を水平荷重のピーク点とする現行設計法の考え方に対し,理論的にその問題点を明らかにし,CFT柱の高さhと軸力Pが大きくなると,付加曲げによるモーメントの増加のみを考えるだけでは不十分であり,構造不安定により終局限界に到達することを考慮することが不可欠であることが分かった.検討対象を当初は無充填の鋼製橋脚と考えていたが,現行の鋼製橋脚の多くはコンクリート充填された鋼製橋脚であることと,コンクリート充填橋脚の地震時における力学挙動が明確に解明されていないため,適切な耐震性能評価方法自体が確立されておらず,大地震による損傷を評価する手法自体も全くないのが現状であるため,コンクリート充填橋脚の適切な耐震性能評価を確立するのが社会的にも重要であることから,検討対象をコンクリート充填橋脚とした.本研究の主な目的は,1)大地震地震時の橋脚の損傷の適切な評価方法の確立,2)その評価に基づいた大地震の橋脚損傷時の急速補修工法の提案にある.現状1)の検討にやや時間がかかっている.

これはコンクリート充填橋脚の力学挙動には学術的にも未解明な点が多く存在し,さらに,設計パラメータが無充填橋脚に比べ多いため,検討に時間を要すためである.本研究では,大地震を受け塑性変形した鋼製橋脚の残存する耐震性能について調査し,大地震でダメージを受けた橋脚に対して適切に耐震性能を回復し,現実的な耐震補強工法を提案することが目的である.最終年度では,鋼製橋脚の耐震性能を早急に回復する上で現実的で最も有力な手法であるコンクリート充填による鋼製橋脚,いわゆる,CFT柱に焦点をあてて検討を行い,その成果を整理した.CFT化された橋脚は,コンクリートが充填されていない橋脚に比べピーク点以降のエネルギー吸収能が高く耐震性能に非常に優れていることは既存の実験結果などから明らかにされていたにもかかわらず,この特徴を十分に生かした設計法が確立されていないという課題があった.これは,CFT柱のポストピーク以降の力学挙動が鋼とコンクリートとの接触挙動など非常に複雑となり,これを反映した簡単な数値計算方法が確立されていなかったためである.本研究では,まずCFT柱のポストピーク以降も簡単な数値解析により精度よく推定することが可能な全く新たな手法(セグメントモデル)を提案することとした.この手法と既存の精緻なFE解析結果や実験結果と比較することで,本提案法の精度を検証した.この提案法によると,CFT柱のポストピーク以降の力学挙動をごくわずかな時間で精度よく予測することが可能となり,提案した手法によりCFT柱の特徴を生かした精度の高い耐震設計法を提案することができた.今後はこの提案したセグメントをモデルを用いてCFT柱による連続高架橋などの大規模橋梁システムに適用することで,これまで精度良い検討が困難とされていた大規模橋梁システムの全体系での耐震性能について検討していきたいと考えている.大地震が発生すると,耐震設計に塑性限界設計がなされる現行の鋼製橋脚には塑性変形による損傷が残る可能性がある。この場合の橋脚の運用継続の可否を判断するための明確な判断基準は存在せず,耐震性能を修復するための工法も提案されていないのが現状である。本研究では,大地震による損傷した鋼製橋脚に対して,損傷後の耐震性能を簡便に算定するための手法を提案し,この手法を用いた新たな耐震設計法について提案した。さらに,地震後の補修工法として簡便な工法であるコンクリート充填によるCFT橋脚についてその耐震性能を数値解析・実験の両面から明らかにした。H27年度の研究成果をもとに鋼製橋脚の耐震補強工法であるCFT柱についての新たな耐震設計法について提案する。鋼リング補強についてはH28年度中に実験し,その耐震補強効果を明らかにしてく予定である。これまで実施してきた実験結果とFE解析結果を整理することで,コンクリート充填された鋼製橋脚についての大地震時における損傷の評価方法を確立し,さらに,この知見を現行の耐震設計法に十分反映できるよう得られた知見を整理する.つぎに,大地震後の損傷度に対して修復の必要性などについての知見を活用して,修復の必要性がある場合に対して,適切で迅速な補修工法(急速補修工法)を提案し,その効果を実験等により検証する予定である.構造工学本研究はH27H29年度の3年計画であり,H28年度は本研究の中心作業となる耐震補強に関する実験および大規模な数値解析を実施する計画であり,試験体作成費用,試験実施のための各種センサーの購入費用などが予定されており,助成金全体に対する支出割合が高くなる予定である.
身体虚弱児の健康づくりに関する保健学的研究

目的:気管支喘息児の健康増進を図りながら、運動処方基準づくりの資料を得ることを目的として、ミニサッカー教室を実施した。被検児:気管支喘息児12名(69歳)及び健常児4名(69歳)である。指標:体力指標として酸素摂取量・心拍数・最大呼出1秒量、免疫指標として免疫グロブリンE・白血球(好酸球、好中球)を用いた。運動及び測定:ミニサッカー(フットサル)を週2回、各1時間、6ヶ月間、体積館内で実施した。環境条件は平均気温17±4°C、湿度52±8%、風速0.10.2m/sec、室内塵埃9cpmであった。運動強度は最大心拍数の約80%(安静時心拍数の約1.5倍)を目安にした。測定はサッカー教室開始時、3ヶ月後、6ヶ月後に自転車エルゴメーターにより漸増運動負荷テストを実施した。結果:HRは、安静時、最大運動負荷時ともに喘息児の値が健常児に比べて有意に高かった(HRmaxは喘息児148.4±21.76、健常児136.7±20.5拍/分:P<0.05)。最大酸素摂取量は健常児に比べて低かった。しかし、6ヶ月後には運動負荷強度も1.6kpまで漸増し、また最大呼出1秒量の低下も少なくなり体力的には全ての面で健常児との間に差は認められなくなった。免疫指標としてのIgEは735±359IU/mlと高い値を示し、変化は認められなかった。また、好酸球は喘息児10.1±1.3%(健常児2.2±1.25%)あり常に高い値を示した。まとめ:最大心拍数の約80%(安静時心拍数の約1.5倍)の運動強度までは、喘息発作を誘発(即時型)することなく、気管支喘息児の体力づくりに役立てることができると思われる。気管支喘息児の健康づくりのための運動処方作成を目的に、ミニサッカー(フットサル)教室を開設した。参加者は、喘息児12名(軽症6名、中等症4名、重症2名)、及び健常児3名である。年齢は6歳から9歳までである。運動は、平成7年9月より平成8年2月末までの6月間、週2回、各1時間、体育館内で行なった。体育館内の環境は、平均気温15±4°C、湿度52±8%、風速0.10.2m/sec、室内塵埃9cpm(ろ紙塵埃計による相対濃度)であった。健康・体力向上度判定のために自転車エルゴメーターによる漸増運動負荷を実施した。パラメーターには、生化学面から免疫グロブリン(IgE)、カテコールアミン(NAD, AD)、肺換気機能の面から最大呼出1秒率(%FEV_<1.0>)、最大瞬間呼気流量(PFR)、及び体力面から運動負荷時の酸素脈(VO_2ml/kg・pulse)、1回換気量(VE/呼吸数)、ガス交換比(VCO_2/VO_2)を用いた。結果、ランニング距離は比較的短いもの思われるが、絶えず体を動かしているため、運動量は多く、平均心拍数109.4±15.7で最大値は163beats/minとなった。IgE値は平均817.8±465.8IUから6月後には679.4±240.3IUとなった。カテコールアミン(ノルアドレナリン:NAD)は基準値0.070.31

ng/mlに対し、平均0.40±0.12及び0.39±0.09ng/mlと高い値を示していた。漸増運動負荷においては、平均で0.5Kp負荷量の増加を認め、ガス交換比も運動負荷中に1を越えることはなかった(1を境にanaerobicsの状態になる、しかし喘息児では常時1を越えている)。以上、室内でのミニサッカーにおいて、ゲームに入り運動負荷量が急増した時に喘息発作が誘発された。今後は、運動負荷量と発作の誘因となる因子について研究を進めたい。目的:気管支喘息児の健康増進を図りながら、運動処方基準づくりの資料を得ることを目的として、ミニサッカー教室を実施した。被検児:気管支喘息児12名(69歳)及び健常児4名(69歳)である。指標:体力指標として酸素摂取量・心拍数・最大呼出1秒量、免疫指標として免疫グロブリンE・白血球(好酸球、好中球)を用いた。運動及び測定:ミニサッカー(フットサル)を週2回、各1時間、6ケ月間、体育館内で実施した。環境条件は平均気温17±4°C、湿度52±8%、風速0.10.2m/sec,室内塵埃9cpmであった。運動強度は最大心拍数の約80%(安静時心拍数の約1.5倍)を目安にした。測定はサッカー教室開始時、3ケ月後、6ケ月後に自転車エルゴメーターにより漸増運動負荷テストを実施した。結果:HRは、安静時、最大運動負荷時ともに喘息児の値が健常児に比べて有意に高かった(HRmaxは喘息児148.4±21.76、健常児136.7±20.5拍/分:P<0.05)。最大酸素摂取量は健常児に比べて低かった。しかし、6ケ月後には運動負荷強度も1.6kpまで漸増し、また最大呼出1秒量の低下も少なくなり体力的には全ての面で健常児との間に差は認められなくなった。免疫指標としてのIgEは735±359IU/mlと高い値を示し、変化は認められなかった。また、好酸球は喘息児10.1±1.3%(健常児2.2±1.25%)あり常に高い値を示した。まとめ:最大心拍数の約80%(安静時心拍数の約1.5倍)の運動強度までは、喘息発作を誘発(即時型)することなく、気管支喘息児の体力づくりに役立てることができると思われる。
クリスタルとエタール層の数論幾何学的研究

(1) Xを標数p>0の完全体k上の射影的で滑らかな代数多様体で幾何的エタール基本群が自明なものとするとき,X上のアイソクリスタルは自明なものしかないだろうとde Jongにより予想されている.この予想に関する部分的結果についての以前の論文2本が出版された.また,別の部分的結果が得られているが,論文はまだ準備中である.H. Esnault氏との共同研究である.(2) Xを標数p>0の完全体k上の滑らかな代数多様体とし,WをkのWitt環,Kをその商体とする.Davis-Langer-ZinkはXの整過収束de Rham-WittコホモロジーというW加群であるコホモロジーを定義し,それにW上Kをテンソルすると有限次元K線型空間であることを示した.そして,このコホモロジーは捻れを法とすると有限生成W加群となることが期待されていた.しかし,1次整過収束de Rham-Wittコホモロジーが捻れを法としても有限生成でないXの例が多数存在することを証明し,論文を投稿した.V. Ertl氏との共同研究である.(3)適切な条件を満たす標数0の対数的代数多様体の対数的ドラーム基本群の完全列に関するV.Di Proietto氏との共著論文が出版された.また,適切な条件を満たす標数0の対数的代数多様体の射に対する相対的冪単な対数的ドラーム基本群の様々な定義の比較とそれのp進的応用に関するB. Chiarellotto氏, V. Di Proietto氏との別の共著論文を完成させ,投稿した.(4)相対的対数de Rham-Wittコホモロジーと相対的対数クリスタリンコホモロジーとの比較定理について研究を行った.平山和貴氏との共同研究である.論文は改訂準備中である.de Jong予想に関連する研究は少しづつ進展している.1次整過収束de Rham-Wittコホモロジーの無限性に関する結果は,漠然とあった専門家の期待を覆したという意味で,期待以上の結果である.標数0の対数的代数多様体の対数的de Rham基本群に関する研究は,論文の執筆が期待通り進展した.相対的対数de Rham-Wittコホモロジーの研究について,論文の改訂がやや遅れているが,大きな問題はない.(1) Xを標数p>0の完全体k上の射影的で滑らかな代数多様体で幾何的エタール基本群が自明なものとするとき,X上のアイソクリスタルは自明なものしかないだろうとde Jongにより予想されている.今年度は, Xの微分加群層の最大スロープが非負であるとの仮定の下で予想を証明した以前の論文2本が受理された.また,kが有限体のときに,上の予想が収束アイソクリスタルに対する予想に帰着でき,それにより予想がXが曲面のときに帰着できることを示した.論文は準備中であり,これはH. Esnault氏との共同研究である.また,証明の過程で,ある種のアイソクリスタルの法p還元として定まるX上の連接層のクリスタルチャーン類,リジッドチャーン類の消滅を示した.これも論文を準備中である.(2) p進穴あき円板上の可解な微分加群の基本定理であるp進Fuchs定理およびp進局所モノドロミー定理のより強いヴァージョンがKedlayaにより示されていたが,彼の論文における証明の誤りの修正に成功し,それに関する論文が出版された.K. S. Kedlaya氏との共同研究である.(3)適切な条件を満たす標数0の対数的代数多様体の対数的de Rham基本群に関するV. Di Proietto氏との共著論文の修正に取り組んだ.また,B. Chiarellotto氏, V. Di Proietto氏との別の共著論文について,執筆・修正を続けた.(4)相対的対数de Rham-Witt複体の相対コホモロジーと相対的対数クリスタリンコホモロジーとの比較定理について,従来知られていたIllusie, Langer-Zink,松植の結果の一般化を証明した.これは平山和貴氏との共同研究であり、平山氏の修士論文の結果の拡張である.de Jong予想に関連する研究は予定通りの進展である. p進Fuchs定理およびp進局所モノドロミー定理のより強いヴァージョンの証明の修正は大変順調に進んだ.標数0の対数的代数多様体の対数的de Rham基本群に関する研究は,論文の執筆が予想よりは遅れているが,大きな問題はない.相対的対数de Rham-Witt複体の相対コホモロジーと相対的対数クリスタリンコホモロジーとの比較定理については,予想以上の結果が得られた.(1) Xを標数p>0の完全体k上の射影的で滑らかな代数多様体で幾何的エタール基本群が自明なものとするとき,X上のアイソクリスタルは自明なものしかないだろうとde Jongにより予想されている.この予想に関する部分的結果についての以前の論文2本が出版された.また,別の部分的結果が得られているが,論文はまだ準備中である.H. Esnault氏との共同研究である.(2) Xを標数p>0の完全体k上の滑らかな代数多様体とし,WをkのWitt環,Kをその商体とする.Davis-Langer-ZinkはXの整過収束de Rham-WittコホモロジーというW加群であるコホモロジーを定義し,それにW上Kをテンソルすると有限次元K線型空間であることを示した.

そして,このコホモロジーは捻れを法とすると有限生成W加群となることが期待されていた.しかし,1次整過収束de Rham-Wittコホモロジーが捻れを法としても有限生成でないXの例が多数存在することを証明し,論文を投稿した.V. Ertl氏との共同研究である.(3)適切な条件を満たす標数0の対数的代数多様体の対数的ドラーム基本群の完全列に関するV.Di Proietto氏との共著論文が出版された.また,適切な条件を満たす標数0の対数的代数多様体の射に対する相対的冪単な対数的ドラーム基本群の様々な定義の比較とそれのp進的応用に関するB. Chiarellotto氏, V. Di Proietto氏との別の共著論文を完成させ,投稿した.(4)相対的対数de Rham-Wittコホモロジーと相対的対数クリスタリンコホモロジーとの比較定理について研究を行った.平山和貴氏との共同研究である.論文は改訂準備中である.de Jong予想に関連する研究は少しづつ進展している.1次整過収束de Rham-Wittコホモロジーの無限性に関する結果は,漠然とあった専門家の期待を覆したという意味で,期待以上の結果である.標数0の対数的代数多様体の対数的de Rham基本群に関する研究は,論文の執筆が期待通り進展した.相対的対数de Rham-Wittコホモロジーの研究について,論文の改訂がやや遅れているが,大きな問題はない.引き続き, de Jong予想に関連する研究および標数0の対数的代数多様体の対数的de Rham基本群に関する研究を続けていく. de Jong予想については, Higgs-de Rham流を用いたアプローチも研究する.クリスタルに対する特性類の研究の準備も始めていきたい.学務の多忙につき,国内外への出張が予定より少なかった.また,図書の購入の一部が次年度へと後回しになった.次年度は,図書の購入,国内外の研究集会やセミナー等への出張を行い,研究成果の発信,研究動向の把握,共同研究の推進を行う.状況によっては,共同研究相手の招聘を行う.学務等の都合で出席できない研究集会については,必要に応じて大学院生や研究員に参加してもらい,研究情報の収集に努める.国内外への出張について,滞在費が先方負担となるものが予想より多かったため,使用額が予想より少なくなった.また,図書の購入の一部やコンピューター関連機器の購入が後回しになった.次年度は,図書やコンピューター関連機器の購入,国内外の研究集会やセミナー等への出張を行い,研究成果の発信,研究動向の把握,共同研究の推進を行う.状況によっては,共同研究相手の招聘を行う.また,オーガナイザーを務める研究集会における招聘旅費の一部にも使う.学務等の都合で出席できない研究集会については,必要に応じて大学院生や研究員に代わりに参加してもらい,研究情報の収集に努める.
変異型Rタンパク質を用いたQuorum Sensing阻害法の開発

抗生物質に代わる新たな感染症対策法の開発を目的に、Quorum Sensingシグナル物質(AHL)受容体LasRのIn vitro合成を試みた。アミノ酸配列解析の結果、LasRタンパク質はAHL結合ドメインとDNA結合ドメインから成ることが明らかとなった。また、LasRタンパク質の合成を試みたところ、大腸菌や培養細胞を用いた系ではLasRタンパク質が速やかに分解されるため、無細胞系合成システムを使うことで初めて合成が可能であることが示された。また、本研究の過程において副次的にAHLの創傷治癒促進作用が明らかとなった。本研究は、抗生物質に代わる感染症防除法の開発を目指した基礎研究として、緑膿菌におけるQuorum Sensing(QS)機構の新たな阻害法の確立を目的とする。QSとはオートインデューサー(AI)とよばれるホルモン様物質を介した病原因子発現機構である。従って、AIの伝達阻害により病原因子発現を抑制することができ、新たな創傷感染予防法として有効であると考えられる。これまでいくつかのAI伝達阻害法が提唱されているが、実用化には至っていない。本研究では、AI阻害物質としてRタンパク質の利用を試みる。Rタンパク質は本来のAIレセプターであるため、高い特異性と結合効率が期待される。本研究では、期間内に以下の5つの項目の達成を目標とする。1、R遺伝子(図1)のクローニングおよび配列の解析2、分泌シグナルを付与したDNA結合部位欠損Rタンパク質(変異型Rタンパク質)の作製3、変異型Rタンパク質による細胞外AHLの補足(図2-F)の検討4、創傷感染モデルラットにおける変異型Rタンパク質の塗布による緑膿菌耐性獲得の検討5、培養細胞における変異型R遺伝子導入による緑膿菌耐性獲得の検討現在までに12を終了し、3について検討中である。従来、抗生物質や消毒剤などを用いた全ての感染対策は、病原細菌を攻撃し排除すると言うコンセプトに基づいている。しかし、このストラテジーを取る限り、耐性菌の出現は避けられない。そこで、本研究では、新たな感染症対策として、細胞外においてQuorum Sensingシグナル物質であるAHLを細胞外で捕捉する技術の開発を試みた。この方法では、細菌自体への働きかけはないため、耐性菌の出現を伴わない新たな感染症対策になり得るものと考えられる。本研究においてAHL捕捉物質としてRタンパク質(LasR)の利用を試みた。LasRは本来のAHLレセプターであり、細菌内で病原遺伝子の転写制御因子として機能している。LasRを細胞外でAHLと結合させることで、AHLの伝達を阻害し、Quorum Sensingの発動、つまり病原因子の発現を抑制できるものと期待される。これまで、LasRは極めて疎水性が高く、Recombinantタンパク質の回収は容易ではないことが報告されていた。しかし、本研究における種々の試みの結果、問題は疎水性ではなく、細菌内で極めて迅速に代謝されることであること、無細胞系にて合成することで、高純度のRecombinant LasRの精製が可能であることが示された。現在このLasRを用いて、緑膿菌のQuorum Sensing阻害効果をin vitroで証明し、in vivoにおける創傷感染阻害効果を確認している。将来、これらの成果に基づいて、新たな創傷感染予防効果を有する創傷被覆材等の開発へ繋げていきたい。