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スイカ果実に含まれるスイカ種子発芽抑制物質の有機化学的研究

植物は大地に根を張って生きねばならない故、環境要因が悪化したからといって逃げ出す事はできない。よって、植物は生育環境に応じて発芽、生育,開花、結実の行程を踏み、環境要因に呼応して次の生育ステージへ移行する。植物の生活環制御は興味に尽きない。ここで、植物に含まれる低分子生理活性物質に目を向けた場合、植物ホルモンと呼ばれる一群の生理活性物質が知られている。種子発芽の抑制もしくは促進、栄養生長時に於ける大盛な生長、栄養生長にブレーキを踏み生殖生長(老化)に切り替える働き等、植物ホルモンが関与している事例が多く知られ、鋭意研究が行われている。しかしながら多くの研究者が植物の生活環制御の不思議さ,巧妙さに興味を抱きつつ、研究がなされてきたが、「種子の発芽は果実中に存在する限り起こりえない」と云う事例に目を向けた研究は未だに行われていない。この事象についてスイカ果実を実験材料として用い、植物ホルモンの一種であるアブシシン酸が主たる活性物質である事を明らかとした。本年度は他の植物を用いて上記の生物現象を検討した。数種の植物を用いて検証したところ、果実と種子が直接接しているような植物においては化学物質を介した果実中での発芽抑制機構が存在する事が示唆された。そこで、発芽抑制の確認されたトマト(Solanum lycopericum)を用いて、果実中の発芽抑制物質の単離を試みた。今の所、単離、精製を試みている段階であり、生理活性物質の実態は不明である。しかしながら、精製を進めた段階に於いてもトマト種子発芽抑制活性を有する事から数ステップの精製操作により目的化合物の取得が可能と思われる。スイカ果実に含まれるスイカ種子発芽抑制物質を探索した。この結果、抑制物質として、植物ホルモンの一種として知られるアブシシン酸(ABA)およびその糖エステル体を主たる活性物質として同定した。スイカ果実内で起こりえる生物学的濃度で種子発芽を十分抑制でき、「他の植物を駆逐する化学物質から逃れるため、また、栄養分の獲得を有利にするため、親との同居はできるだけ避ける」ウリ科植物の生存戦略の一端を解明する事ができた。平成21年度の研究によりスイカ[Citrullus lanatus (Thunb.)Matsum and Nakai]果実に含まれるスイカ種子発芽抑制物質としてアブシシン酸(ABA)ならびにABAグルコシドエステル(ABA-Glc ester)の単離に成功した。また、UPLCMS/MSによりそれぞれの化合物の含有量を算出した。生物検定より測定された含有量で十分種子発芽阻害が可能である事もあきらかとした。現在、本件に付いて英文学術雑誌への投稿を予定し、原稿を準備中である。また、他の種子阻害物質も存在する事が明らかとなっている。他の活性物質については種々のカラムクロマトグラフィー、HPLC(High Performance Liquid Column Chlomatography)の手法により精製を行なっているが、多波長UV吸収測定器のUVパターンよりindole-3-carboxylic acid類縁体と予想している。構造決定を行なうためにNMR等の測定が必要であり、測定には数mgの純品が必要であるが、現在の手持ちの素材より得られると思われる。本研究の成果より、スイカにおける化学物質を介した果実中での発芽抑制機構が明らかとなった。自家中毒を起こしやすいスイカが自分の親の土地で出来るだけ発芽をせづ、果実を食べた捕食者により他の土地へ運んでもらうと言う「植物の生存戦略」の一端が伺えた。また、本研究の成果はスイカの連作傷害のあらたな一因が明らかとなった。連作傷害を回避する一手段として、収穫されなかったか実を圃場より取り去る事も有効な手だてと考えられた。この件を実証すべく、実際の圃場にて土壌を採取し、どの程度のABAやABA-Glc esterが含まれているか測定が必要となる。この点も議論したいところである。我々の考案した発芽抑制試験を生物検定法として用い、スイカ果実の抽出物由来の果実内発芽抑制物質の単離、ならびに果実内での含有濃度を明らかとしてきた。本研究により、スイカ果実内での種子発芽抑制因子がアブシシン酸およびアブシシン酸グルコースエステルであることを明らかとし、果実内で存在する濃度で十分に発芽を抑制する事を示した(Yoshiki KOBAYASHI,Kensuke NABETA and HideyukiMATSUURA,Chemical Inhibitors of Viviparous Germination in the Fruit of Watermelon,Plant Cell Physiology, 51,1594-1598,2010)。本生物現象の普遍性を明らかとするために実験植物としてトマト、キュウリを用い、さらに検討を加えた。両植物果実におけるアブシシン酸およびアブシシン酸グルコースエステルの含有量をUPLC MS/MSを用いたSRM法により決定した。しかしながら、トマト、キュウリにおいてはスイカで得られた知見と異なり、果実内で起こりうる濃度では両化合物は発芽を抑制する事はできなかった。よって、他の因子が関与したトマト、キュウリ果実内での種子発芽抑制が示唆された。本件に関しては最終年度における解明事項として位置づけ、研究を進める。また、アブシシン酸グルコースエステルは活性体であるか生理活性物質の貯蔵体であるか議論の分かれるところであるがアブシシン酸グルコースエステルをアブシシン酸に戻すことのできない植物の変異体をもちいて、上記の議論に一石を投じたいと考えている。

よって、植物は生育環境に応じて発芽、生育,開花、結実の行程を踏み、環境要因に呼応して次の生育ステージへ移行する。植物の生活環制御は興味に尽きない。ここで、植物に含まれる低分子生理活性物質に目を向けた場合、植物ホルモンと呼ばれる一群の生理活性物質が知られている。種子発芽の抑制もしくは促進、栄養生長時に於ける大盛な生長、栄養生長にブレーキを踏み生殖生長(老化)に切り替える働き等、植物ホルモンが関与している事例が多く知られ、鋭意研究が行われている。しかしながら多くの研究者が植物の生活環制御の不思議さ,巧妙さに興味を抱きつつ、研究がなされてきたが、「種子の発芽は果実中に存在する限り起こりえない」と云う事例に目を向けた研究は未だに行われていない。この事象についてスイカ果実を実験材料として用い、植物ホルモンの一種であるアブシシン酸が主たる活性物質である事を明らかとした。本年度は他の植物を用いて上記の生物現象を検討した。数種の植物を用いて検証したところ、果実と種子が直接接しているような植物においては化学物質を介した果実中での発芽抑制機構が存在する事が示唆された。そこで、発芽抑制の確認されたトマト(Solanum lycopericum)を用いて、果実中の発芽抑制物質の単離を試みた。今の所、単離、精製を試みている段階であり、生理活性物質の実態は不明である。しかしながら、精製を進めた段階に於いてもトマト種子発芽抑制活性を有する事から数ステップの精製操作により目的化合物の取得が可能と思われる。
未利用材の木質バイオマスエネルギーとしての活用に関する研究

このようにキム・ソパナリット氏は来日以来いまだに半年未満であるが、着実に研究を展開しており、研究成果を取りまとめて国際誌にも一報投稿予定であり、また北京大学及びフィンランドで開催される国際学会での報告に向けての準備も着実に進めている。日本学術振興会外国人特別研究員Dr.Kim氏と研究代表者小池は、研究課題「未利用材の木質バイオマスエネルギーとしての活用に関する研究」の研究計画に沿って前年度の取り組みを踏まえた上で、地道に着実に研究を進めた。本年度は二年目であるので、研究に関わる最新の情報を入手しつつ、実態調査研究の実施と分析、論文の執筆と国際学術誌への投稿、国際学会等における研究成果の報告・公表に力を注いだ。特にカンボジア奥地の交通機関も存在しない僻遠の地であり実態調査研究が難しい少数民族居住地域まで入り、貧しい人々が社会林業に結集し未利用材をクッキングエネルギーとして有効に活用しつつ、農林業の持続的再生産に向けての取り組みを行って貧困からの脱却を図りつつ、結果的に地球環境の悪化を回避する取り組みを行っている事例の現地実態調査を実施するなど、フィールドワークとラボワークに統一的に取り組みながら研究遂行の為に地道に着実に努力を重ねた。研究成果としては、国際学術誌に1報受理され印刷中であり、国際学会プロシーディングス論文が2報受理され掲載された。国際学術誌に現在3報投稿・審査中である。また研究成果を積極的に国内外の学会で報告・公表しており国内学会で報告し、北京、フィンランドポーランド等国際学会にも出席し積極的に研究成果を日本の研究者として報告し、各国の研究者との情報交換を行って、日本とカンボジア間だけではなく世界各国の研究者とコミュニケーションをとることで、この分野の研究の進展に貢献しているばかりではなく、研究を通じての国際交流にも貢献している。このように我々は平成19年度の研究目的を達成するための研究計画に則って研究計画を遂行し水準の高い国際学術誌で公表し、国際学会で公表した。
遺伝子を切る分子バサミ・ポルフィリンの開発

本研究では、従来の研究成果を踏まえた上で新規な水溶性ポルフィリンを設計・合成し、様々な塩基配列を持つDNAに対する切断活性の測定を通して、塩基配列特異的な遺伝子切断試薬の開発を目指した。前年度の研究から、亜鉛錯体としたときにDNA光切断活性が著しく向上することがわかったので、銅を始めとする他の金属錯体の場合についてあわせて検討した。まず、銅ポルフィリン錯体とDNAとの結合性を吸収スペクトル及び共鳴ラマンスペクトルにより解析したところ、ポルフィリンの平面性向上によりポルフィリンの自己会合が優勢になることがわかった。この特性を生かし、テロメラーゼ活性を阻害する制ガン剤としてのポルフィリン錯体の利用を試みた。ヒトテロメアはTTAGGGという塩基の繰り返し配列をもち、四重鎖構造を形成しうる。この配列に対する銅ポルフィリン錯体の結合性を検討し、外部スタッキングにより結合することを支持する結果を得た。また、銅ポルフィリン錯体は四重鎖構造を著しく安定化したことから、テロメラーゼ活性を阻害する可能性が強く示唆された。さらに、周辺置換基として長鎖カチオン性残基を導入したポルフィリンを数種合成した。これらは同様に四重鎖構造を著しく安定化したことから、カチオン性基の存在が結合に多大な寄与をしているものと考えられた。このように、塩基配列特異的にDNAが取りうる構造に対し、それを認識して選択的に結合するポルフィリン性薬物を合成することができた。本研究では、従来の研究成果を踏まえた上で新規な水溶性ポルフィリンを設計・合成し、様々な塩基配列を持つDNAに対する切断活性の測定を通して、塩基配列特異的な遺伝子切断試薬を開発する。今年度は、2分子の水溶性ポルフィリンH_2TMPyPを炭化水素鎖で連結し、塩基配列認識部位としてAT塩基対に高い親和性を持つ正の荷電側鎖を6個有する2H_2TMPyP-Cn (n=210)の合成を行い、紫外可視吸収、及び円二色性のスペクトル変化を測定して核酸との結合性を調べた。その結果、これらのポルフィリンは十分な水溶性を示すものの、2つのポルフィリンユニットが分子内・分子間で会合しやすい性質を持ち、連結鎖長が長いほど会合性が増加することがわかった。プラスミドDNAに対する合成ポルフィリンの光切断活性を調べたところ、会合性の増加にともない活性が低下することが明らかとなった。この会合を緩和する目的で、連結部位をパラあるいはメタキシリレンに変えたポルフィリンを合成し、同様に検討した結果、分子間の会合は起こらなくなったものの、依然として分子内会合が起きていることがわかった。そこで、ポルフィリンに亜鉛イオンを挿入してみたところ、会合が緩和され、かつ切断活性が著しく上昇した。これは、亜鉛に軸配位子として水が配位する結果、その立体効果により分子内会合が阻害されたためと考えられる。また、一重項酸素捕捉剤の存在下ではDNA光切断活性が阻害されたことから、切断反応には光励起されたポルフィリンからエネルギーを受け取り生成した溶存酸素由来の一重項酸素が関わっていることが明らかとなった。

また、銅ポルフィリン錯体は四重鎖構造を著しく安定化したことから、テロメラーゼ活性を阻害する可能性が強く示唆された。さらに、周辺置換基として長鎖カチオン性残基を導入したポルフィリンを数種合成した。これらは同様に四重鎖構造を著しく安定化したことから、カチオン性基の存在が結合に多大な寄与をしているものと考えられた。このように、塩基配列特異的にDNAが取りうる構造に対し、それを認識して選択的に結合するポルフィリン性薬物を合成することができた。
震災復興事業を題材とした新たな社会参画の授業モデル(学習カリキュラム)の開発研究

中学校学習指導要領社会科では、社会参画に関わる学習が重視されている。そのため、地方自治における単元では住民参加として住民投票やNPOなどの取り組みが紹介されているが、「国の政治のしくみ」においては住民が果たす役割については取り扱いが不十分である。地方自治だけでなく、国政でも生徒が主体的に意見を述べ、行動することは重要である。一般的な「国の政治のしくみ」の単元構成を抜本的に見直さなければ、同単元において参加型市民は育たないと考えている。そのため本研究では国・地方公共団体・住民が一体となってまちづくりについて考える震災復興事業を題材とした社会科における公民的分野「国の政治のしくみ」についての学習単元の開発を目的としている。震災復興事業の中には防潮堤の建設や住民の高台移転といった住民合意を必要とするものがある。国が復興計画、復興予算を準備し、地方公共団体が具体的な復興計画を策定するものの、それだけで工事は進まない。震災から月日が経ち、海と向きあって生活をしてきた地域住民の思いは複雑なものがある。そのため、国や地方公共団体も地域住民と意見交換を行い、協働で計画を練り直した地域もある。生徒にとってそのようなモデルを知り、自分たちも行政と関わる接点を見つけることこそが参加型市民育成の第一歩となると考え、単元を開発した。単元では、復興事業が進んでいない背景を学ぶことで、復興事業と住民との関係について認識を深められた。また、地域住民の意向によって復興事業が遅れていることに触れることで、生徒が住民に目を向けて、地域住民として主体的に学習に取り組めるようになったと考えられる。以上の開発単元については「震災復興事業を題材とした新たな社会参画の授業モデル」として論文発表を行うことができた。
西部北太平洋モンスーンの長期変動によるアジア沿岸域の気候への影響（国際共同研究強化）

イギリス気象庁Met Office,水路部Hydrographic Officeに2018年10月1日ー6日まで滞在し、Rob Allan博士と、昨年度に引き続き、図書館などに埋もれてこれまで利用されなかった過去の気象資料をデジタルデータに復元する「データレスキュー」を行い、過去200年間の気候を明らかにする共同研究を行った。本研究課題最終年度を踏まえて、Rob Allan博士が代表を務める国際的なデータレスキュー活動Atmospheric Circulation Reconstructions over the Earth (ACRE)に関する国際会議を今年度は日本に招致し、11月12日-16日に首都大学東京で開催した。各国のデータレスキューに関する研究者が出席し、研究交流を行った。国内のデータレスキューの研究者を束ねた、国際的なデータレスキューの枠組みであるACRE-Japanに関するセッションも立ち上げ、海外の研究者に広く国内の取り組みを紹介した。11月17日には国際シンポジウム「歴史の中の気候気候の中の歴史」を東京大学で開催し、データレスキューの気象、気候研究と歴史学の研究との接点を考える研究交流を行った。フィリピンでの過去115年間のモンスーン活動の長期変動をこれまで明らかにしてきたが、第2次世界大戦中の1941-1948年は降水量データが見つかっていないため、わかっていなかった。フィリピンと同様のモンスーン活動が見られる南シナ海の東沙島の戦前、戦時中(1940-1944年)の降水量を含む気象データがアメリカ議会図書館で見つかり、復元した。未解明だった第2次世界大戦中のモンスーン活動の解明につながることが期待される。内定年度:2015イギリス気象庁Met Officeに2016年6月29日ー12月21日まで滞在し、Rob Allan博士と、図書館に埋もれてこれまで利用されなかった過去の気象資料をデジタルデータに復元する「データレスキュー」を行い、過去100年間の気候を明らかにする共同研究を行った。アジア太平洋地域に着目して、個々に復元した気象データを持ち寄り、情報共有を行い、重複した資料や足りない資料の整理を行い、「データレスキュー」する方向性を確認した。続いてイギリス気象庁に所蔵されている未収集の気象資料を把握し、新たにイギリスで「データレスキュー」の活動をしているClive Wilkinson博士と今後資料を収集する共同研究を立ち上げた。その中で、特筆する成果として、アメリカ海洋大気庁のKevin Woodとアメリカ国立公文書館のMark Mollanと共同して、江戸時代の1852-1855年の浦賀寄港時も含めたペリー艦隊10隻の気象データが書かれた航海日誌を入手した。ドイツ気象局のBirger Tinzと共同してドイツ占領時代の西太平洋の島々の1886-1914年の気象データを入手した。中国気象局のGuoyu Renと共同でイギリス占領時代の中国各地の税関で行われた1879-1949年の気象資料を「データレスキュー」する計画を立ち上げたことが挙げられる。今後はこれらの資料を用いた共同研究を実施する計画である。当初の研究目的だった「基盤研究(B)H25-27」で収集し復元した20世紀のアジア域の気象データの改善計画は、滞在先のイギリス気象庁が実施している気象データの品質管理の手法を学ぶことができ、これまでに収集してきた地上気象データ、高層気象データに適用することで、実現する目処が立った。また、当初の研究目的だったイギリス気象庁が所有する気象データを活用して、20世紀の夏季西太平洋モンスーンの長期変動の影響に関する研究を地球規模に広げて解析を行う計画は、20世紀のアジア域の気象データに関して、イギリス気象庁だけでなく、共同研究者のRob Allanが代表を務めている国際的な「データレスキュー」の機関Atmospheric Circulation Reconstructions over the Earth (ACRE)に参画している各国の研究者との間でも、お互いが所有している気象データの情報交換や共有を行い、これまで未収集だった気象データが次々と明らかにできた。順調に研究目的を遂行できている。さらに、研究計画で対象になっていなかった19世紀前半の江戸時代の気象資料が、日本周辺を含むアジア域に広く展開した大英帝国時代の船舶をはじめ、アメリカ、オランダ、ロシア、イタリア、フランス、ドイツ、ポルトガルなどの船舶の航海日誌に気象データが記録され、それが大量に使用されずに図書館に所蔵されていることを発見した。これらの資料は今後の研究に発展に大きく貢献できることが期待され、課題期間内にできるだけ多くの資料を入手し、研究に役立てる計画である。また、JSPS-LEADSNET(リーズネット)事業の国際共同研究強化の研究交流会に参加し、同じ課題が採択された研究者が集い、お互いの研究の進捗状況や情報共有ができた点は今後の活動に大いに参考になった。イギリス気象庁Met Officeに2017年7月25日ー8月30日まで滞在し、Rob Allan博士と、昨年度に引き続き、図書館などに埋もれてこれまで利用されなかった過去の気象資料をデジタルデータに復元する「データレスキュー」を行い、過去200年間の気候を明らかにする共同研究を行った。過去115年間のフィリピンの降水量データからモンスーンオンセットを調べ、モンスーンに入る時期が早い傾向が1990年代からと20世紀前半に見られ、台風活動が関係していることを明らかにし、論文を出版した。日本とフィリピンの過去120年間の台風活動を調べ、繰り返し被害をもたらす台風について、2013年台風30号Haiyanと2011年台風12号に着目し、フィリピンに類似の高潮被害をもたらした台風が過去3回上陸し、さらに類似の紀伊半島に土砂災害をもたらした台風が1889年に上陸したことを明らかにし、論文が受理された。

Rob Allan博士が代表を務める国際的なデータレスキュー活動Atmospheric Circulation Reconstructions over the Earth (ACRE)に関する国際会議がアイルランドと北京で開催され、それぞれの報告を論文にまとめ、出版した。国内で実施しているデータレスキューの研究者を束ねて、国際的なデータレスキューの枠組みで協力するACRE-Japanを組織し、代表となった。昨年度入手したペリー艦隊の航海日誌のうち、Mississippi号がアメリカ東海岸を出航し、日本に来航し、アメリカ東海岸まで戻る地球一周の航海日誌(1852年-1855年)に記載された気象データをデジタル化した。これまで江戸時代の日本には気象測器によるデータがないと考えられていたが、イギリス気象庁Met OfficeのRob Allan博士と共同研究を実施することで、実は多くの外国船が気象測器を積んで気象観測を行いながら日本近海を航行し、航海日誌に気象データが残されていることがわかった。これらの気象データを用いるとこれまで過去100年で考えていた気候変動の研究が、過去200年まで広げて研究が可能となった。昨年度はアメリカ公文書館に保管されているペリー艦隊10隻の航海日誌を入手し、今年度はMississippi号がアメリカ東海岸を出航し、日本に来航し、アメリカ東海岸まで戻る地球一周の航海日誌(1852年-1855年)に記載された気象データをデジタル化した。さらに今年度はイギリス気象庁に保管されている膨大なイギリス海軍の航海日誌のうち、中国や日本近海を航行した391もの航海日誌のスキャンをClive Wilkinson博士との共同研究で入手した。Rob Allan博士と研究協力を実施することで、論文の執筆も進み、データレスキューに関する論文を数多く出版した。また、Rob Allan博士が代表を務める国際的なデータレスキュー活動ACREに刺激を受けて、日本国内でデータレスキューの研究活動を続けている研究者を束ねて、国際的なデータレスキューの枠組みで協力するACRE-Japanを組織し、代表となった。国際共同研究強化の目的である海外の研究者と共同研究することで、これまで実施していた研究が飛躍的に発展しつつあり、順調に研究が進んでいる。イギリス気象庁Met Office,水路部Hydrographic Officeに2018年10月1日ー6日まで滞在し、Rob Allan博士と、昨年度に引き続き、図書館などに埋もれてこれまで利用されなかった過去の気象資料をデジタルデータに復元する「データレスキュー」を行い、過去200年間の気候を明らかにする共同研究を行った。本研究課題
熱ショック蛋白室誘導による敗血症性臓器障害に対する治療応用の検討

本研究は敗血症性臓器障害に対するテプレノン投与による熱ショック蛋白質(HSP)誘導を行い、臓器保護作用について検討することを目的として計画されたものである。平成11年度までの研究によりテプレノン投与により肺、腎、肝、小腸粘膜ならびに横隔膜にHSP-70の誘導が認められ、敗血症性臓器障害を弱くする作用があることを明らかにした。今年度においては敗血症時にmediatorとして働くサイトカインの上昇もテプレノン投与により抑制されていることが明らかとなった。また、敗血症性臓器障害に大きな役割を果たすfreeradicalsについて横隔膜収縮能障害との関連を検討したところ、敗血症性横隔膜収縮障害は横隔膜組織のoxygen freeradicals増加がfree radicalscavengers増加を凌駕して起こること、テプレノン投与によりHSP-70が誘導されるとoxygen freeradicals産制が抑制されることを見いだした。また、敗血症性脳症についてラットの海馬スライスを用いてCA1領域のfield EPSP(グルタミン酸興奮性シナプス伝達を反映)を記録して検討を加えた。その結果は(1)ペントバルビタルはfield EPSPを抑制するが敗血症により抑制は増強される、(2)free radical scavengerを投与すると敗血症によるペントバルビタルによるfield EPSP抑制が軽減されることが判明した。本研究は敗血症性臓器障害に対するテプレノン投与により熱ショックタンパク質誘導を行い、その臓器保護作用を検討することを目的として計画されたものである。(1)臓器障害:腹膜炎敗血症により組織学的に明らかな肺傷害、肝障害、小腸では粘膜傷害が顕著に認められ、横隔膜収縮力の低下が認められた。(3) HSP-70:腹膜炎敗血症により肝臓では中心静脈を中心とした肝細胞・類洞細胞に弱くHSP-70の誘導が認められた。肺では気管・気管支粘膜上皮を中心にHSP-70の誘導が認められた。横隔膜にもHSP-70の誘導が弱く認められた。2.テプレノンによる臓器HSP-70誘導性についての検討結果(1)テプレノン50mg/kgより肝臓以外の臓器(肺、腎、消化管粘膜,心、横隔膜等)に免疫組織科学的にHSP-70の発現を認めた。Westernblottingはテプレノン100mg/kgラットの消化管粘膜、横隔膜で検出された。3.テプレノン投与による臓器保護作用の検討(2)敗血症性横隔膜収縮傷害への検討:テプレノン50mg/kg以上の投与で敗血症性横隔膜収縮傷害が有意に減少した。テプレノン100mg/kgと200mg/kgでは収縮力改善効果に差は認められなかった。本研究は敗血症性臓器障害に対するテブレノン投与により熱ショックタンパク質誘導を行い、その臓器保護作用を検討することを目的として計画されたものである。(1)臓器障害:腹膜炎敗血症により組織学的に明らかな肺障害、肝障害、小腸では粘膜障害が顕著に認められ、横隔膜収縮力の低下が認められた。2.テフレノン投与による臓器HSP-70誘導性についての検討結果(1)テフレノン50mg/kgより肝臓以外の臓器(肺、腎、消化管粘膜,心、横隔膜等)に免疫組織科学的にHSP-70の発現を認めた。Western blottingはテフレノン100mg/kgラットの消化管粘膜、横隔膜で検出された。3.テフレノン投与による臓器保護作用の検討(1)実験的多発性壊死性腸炎(MNE)の作成:ラット小腸の虚血再環流障害後にtumor necrosis factor投与(Two hit model)により典型的なMNEが発症した。

これによりbacterial translocationの指標となる門脈血エンドトキシンの以上上昇を認めた。テフレノン200mg/kg投与によりHSP-70が小腸粘膜に誘導され粘膜障害が軽減された。(2)敗血症性横隔膜収縮障害への検討:テフレノン50mg/kg以上の投与で敗血症性横隔膜収縮傷害が有意に減少した。テフレノン100mg/kgと200mg/kgでは収縮力改善効果に差は認められなかった。本研究は敗血症性臓器障害に対するテプレノン投与による熱ショック蛋白質(HSP)誘導を行い、臓器保護作用について検討することを目的として計画されたものである。平成11年度までの研究によりテプレノン投与により肺、腎、肝、小腸粘膜ならびに横隔膜にHSP-70の誘導が認められ、敗血症性臓器障害を弱くする作用があることを明らかにした。今年度においては敗血症時にmediatorとして働くサイトカインの上昇もテプレノン投与により抑制されていることが明らかとなった。また、敗血症性臓器障害に大きな役割を果たすfreeradicalsについて横隔膜収縮能障害との関連を検討したところ、敗血症性横隔膜収縮障害は横隔膜組織のoxygen freeradicals増加がfree radicalscavengers増加を凌駕して起こること、テプレノン投与によりHSP-70が誘導されるとoxygen freeradicals産制が抑制されることを見いだした。また、敗血症性脳症についてラットの海馬スライスを用いてCA1領域のfield EPSP(グルタミン酸興奮性シナプス伝達を反映)を記録して検討を加えた。その結果は(1)ペントバルビタルはfield EPSPを抑制するが敗血症により抑制は増強される、(2)free radical scavengerを投与すると敗血症によるペントバルビタルによるfield EPSP抑制が軽減されることが判明した。
近代の阪神間郊外住宅地成立過程に関する建築史的研究

この研究は、我が国有数の良好な大都市郊外住宅地として知られる阪神間住宅地の形成過程を、主として住宅地形状、現存住宅、文献などを通して分析、考察したものである。これらの住宅地開発は多岐にわたるが、その発生は凡そ明治30年代(1900年)中頃から昭和戦前期(1940年代)にかけて急速に進められ、現在の住宅地の骨格はほぼこの時期に形成されたことが明かになった。また開発の手法として、イ)私鉄による住宅地分譲方式、ロ)民間土地会社による住宅地分譲方式、ハ)耕地整理組合による住宅地分譲方式、ニ)個人による宅地売買方式、ホ)その他などに分類することが出来る。これらの手法はそれぞれに特徴を有しており、各地域で独特の住宅地景観を形成していることを実証することができた。さらに時代的な背景として、日本の資本主義発展期に大都市への人口が集中した結果市外住居のすすめが喧伝され、大阪、神戸という大工業、商業都市の近郊が住宅適地として脚光を浴びることとなった。その住宅地の性格も、いわゆる給与所得者による一般中流住宅から、大手企業の経営者たちの大邸宅まで多様な展開があった。これらの現象は、又当然建築家の参加が必要であり、この阪神間の住宅地の発展は、そのままわが国の住宅近代化のうえで重要な役割を果たしてきたと見ることができる。また住宅地の発展は同時に他の社会的、都市的条件の整備を伴うことを必要とされ、良好な居住環境を生むために、交通機関の発達、教育、文化施設の充実、自然的環境の整備などが、並行して進められ、優れた地理的条件と相まって、魅力的な住宅地の形成が積極的に進められたことが分かった。今回の研究に当たってこれらの諸点を明かにすることができたことは、意義深い成果であったと言える。阪神間の住宅地形成は、日本の近代住宅発展と密接に結びついて展開してきた。従って、今回の研究では、阪神間の住宅地形成がどのように進められたかについて、実態調査を積極的に行った。その研究実績は次の通りである。1、現地調査による住宅地形成の実態調査。特に昭和戦前期(昭和20年まで)の住宅対象として調査を行った。2、昭和戦前期の住宅地関係資料の収集。昭和戦前期に発行された単行本、雑誌、文献、写真等の収集と、戦後に刊行された昭和戦前期までの住宅地形成に係わる論文、文学書、官公庁資料などを集めた。3、電鉄会社、土地会社などの営業報告書、宅地配置図等の収集。これによって、私鉄の住宅分譲に関する資料、宅地の配置図、夙川、大神中央土地会社の営業報告などを入手した。4、戦前住宅に居住する人々に対する聞き取り調査。所在地、新築年代、建築規模、間取、意匠などの考察。5、以上の諸調査に基づき、各住宅地形成過程の分析。これによって、各住宅地の性格、タイプ分けが可能となった。即ち、(1)民間土地会社による各地分譲方式(2)私鉄宅地分譲方式(3)耕地整理組合による宅地分譲方式(4)個人地主による土地分譲方式などのタイプである。以上が今年度の実績であるが、今年は初年度であるので、平成8年度において、更に研究内容を深めたい。なお、この地域は不幸にも大震災の影響を多く受けることとなったが、この度の震災はむしろこの研究の重要性を一層高めることに役立つと考えている。

これらの住宅地開発は多岐にわたるが、その発生は凡そ明治30年代(1900年)中頃から昭和戦前期(1940年代)にかけて急速に進められ、現在の住宅地の骨格はほぼこの時期に形成されたことが明かになった。また開発の手法として、イ)私鉄による住宅地分譲方式、ロ)民間土地会社による住宅地分譲方式、ハ)耕地整理組合による住宅地分譲方式、ニ)個人による宅地売買方式、ホ)その他などに分類することが出来る。これらの手法はそれぞれに特徴を有しており、各地域で独特の住宅地景観を形成していることを実証することができた。さらに時代的な背景として、日本の資本主義発展期に大都市への人口が集中した結果市外住居のすすめが喧伝され、大阪、神戸という大工業、商業都市の近郊が住宅適地として脚光を浴びることとなった。その住宅地の性格も、いわゆる給与所得者による一般中流住宅から、大手企業の経営者たちの大邸宅まで多様な展開があった。これらの現象は、又当然建築家の参加が必要であり、この阪神間の住宅地の発展は、そのままわが国の住宅近代化のうえで重要な役割を果たしてきたと見ることができる。また住宅地の発展は同時に他の社会的、都市的条件の整備を伴うことを必要とされ、良好な居住環境を生むために、交通機関の発達、教育、文化施設の充実、自然的環境の整備などが、並行して進められ、優れた地理的条件と相まって、魅力的な住宅地の形成が積極的に進められたことが分かった。
炎症反応と低酸素応答の情報伝達の分子メカニズムの解明とバイオプローブによる制御

炎症反応の慢性化は自己免疫疾患、がん、糖尿病等の原因になる。一方、低酸素応答は、虚血性疾患やがん等に関係している。申請者らは、これまでに炎症反応や低酸素応答に作用するユニークな小分子化合物(バイオプローブ)を同定した。本研究では、炎症反応と低酸素応答の分子メカニズムを解明することを目的として、独自に同定した小分子化合物を手がかりとして、より高活性な小分子化合物の創製、及び作用メカニズムの解明を行う。
植物におけるPTGS反応系の解析

1.トマトモザイクウイルス(ToMV)の弱毒株の解析から,野生型複製酵素が転写後型ジーンサイレンシング(PTGS)のサプレッサーであることを予想していたが,アグロインフィルトレーションアッセイによりこれを証明した.また,弱毒株に見られた変異は,複製酵素の示すサプレッサー活性そのものを完全に失活させるものではなく,感染細胞内での複製酵素の安定性や局在性に変化をもたらすものであることが示唆された.2.サプレッサーの作用点について,種々の組み換えウイルスを調製して解析した.その結果,ToMVのサプレッサーは,サイレンシングに伴い生じる2125塩基のsiRNA合成以降のステップで働くこと,既に形成されている配列特異的なRNA分解酵素複合体(RISC)の活性は阻害しないことが明らかとなった.これから,ToMVのサプレッサーは配列特異的なRNA分解酵素複合体の新規形成を阻害すると考えられた.3.タバコ培養細胞から,試験管内でのタンパク合成活性があり,非特異的なRNA分解酵素活性が極めて低い分画を調製する方法を確立した.この画分に含まれる種々の酵素活性を解析した結果,2本鎖RNAを切断するDicerの活性を認めた.この活性により長い2本鎖RNAは約21-23塩基と,約25塩基の2種のsiRNAに切断された.このパターンは,PTGSが起こっているタバコで認められるsiRNAのパターンと一致している.この系を用いることにより,サプレッサーの作用機作を試験管内で証明することが可能と考えられる.4.ToMVの感染葉におけるsiRNA生成の解析から,奇形を伴う病徴発現においては,サプレッサーがmiRNA経路の阻害をしていることが予想された.1.トマトモザイクウイルス(ToMV)の弱毒株の解析から,野生型複製酵素が転写後型ジーンサイレンシング(PTGS)のサプレッサーであることを予想していたが,アグロインフィルトレーションアッセイによりこれを証明した.また,弱毒株に見られた変異は,複製酵素の示すサプレッサー活性そのものを完全に失活させるものではなく,感染細胞内での複製酵素の安定性や局在性に変化をもたらすものであることが示唆された.2.サプレッサーの作用点について,種々の組み換えウイルスを調製して解析した.その結果,ToMVのサプレッサーは,サイレンシングに伴い生じる2125塩基のsiRNA合成以降のステップで働くこと,既に形成されている配列特異的なRNA分解酵素複合体(RISC)の活性は阻害しないことが明らかとなった.これから,ToMVのサプレッサーは配列特異的なRNA分解酵素複合体の新規形成を阻害すると考えられた.3.タバコ培養細胞から,試験管内でのタンパク合成活性があり,非特異的なRNA分解酵素活性が極めて低い分画を調製する方法を確立した.この画分に含まれる種々の酵素活性を解析した結果,2本鎖RNAを切断するDicerの活性を認めた.この活性により長い2本鎖RNAは約21-23塩基と,約25塩基の2種のsiRNAに切断された.このパターンは,PTGSが起こっているタバコで認められるsiRNAのパターンと一致している.この系を用いることにより,サプレッサーの作用機作を試験管内で証明することが可能と考えられる.4.ToMVの感染葉におけるsiRNA生成の解析から,奇形を伴う病徴発現においては,サプレッサーがmiRNA経路の阻害をしていることが予想された.
コンクリートのソルトスケーリング劣化のメカニズム解明と対策

本年度は、昨年度に続き、ソルトスケーリングのメカニズムを解明するため、ソルトスケーリングにおよぼす冷却温度などの凍結融解条件について検討を行った。NaCl水溶液の濃度と冷却時の最低温度の影響について検討し,最低温度が-5-10°Cの範囲においてスケーリングが生じる温度の閾値(スケーリング温度)を見出した.NaCl水溶液の凍結挙動がソルトスケーリングに及ぼす影響を明らかにするため,凝固点以下-40-3°Cの範囲における降温・昇温の繰り返しがソルトスケーリングに及ぼす影響について検討した.結果:小片凍結融解試験の結果、蒸留水の場合、最高温度-最低温度の如何なるすべての試験条件で質量残存率が95%以上でありスケーリングが起こらない.NaCl水溶液の場合(b)では,最低温度が-40°Cでは,最高温度が-20°Cより低い場合、質量残存率が90%以上とスケーリングは起こらず,最高温度が-20°C以上では質量残存率が低下し、ソルトスケーリングが生じている.最低温度がスケーリング温度(約-8°C)以上の場合では,降温・昇温によるスケーリングは生じていない.最低温度が-40-10°Cの場合,-20-3°Cの範囲でスケーリングが顕在化する.-20と-15°C付近での温度の上下がスケーリングに及ぼす影響が大きいと考えられる.共晶点以下での純水とNaCl結晶の温度による収縮・膨張はスケーリングに及ぼす影響が小さいと考えられる.凍結防止剤(KCl、CH3COONa, CH3COOKなど)の種類を変えて、スケーリング温度及び溶媒の共晶点温度の関係を調べ、NaClと同様に凝固点降下温度から5-10°C低いスケーリング温度と共晶点温度間の昇温降温によりスケーリング発生することを確認した。さらに、この温度におけるコンクリートの膨張収縮挙動についての解析方法の検討をおこなった。理由凍結防止剤の種類が変わっても、スケーリングが、スケーリング温度の凍結防止剤水溶液の共晶点の間の温度域に、凍結防止剤水溶液に接するコンクリートの温度が達すると、コンクリート表面に凍結防止剤の部分凍結により応力が発生し、ソルトスケーリングが生じることが類推できた。ソルトスケーリングのメカニズム解明に大きな解明となった。コンクリート表面での応力発生量とその温度域などの解明により、メカニズム全体がクリヤーになる。今後は、この分野の研究をすすめたい。今年度の成果として、凍結防止剤の種類が変わっても、スケーリングが、スケーリング温度の凍結防止剤水溶液の共晶点の間の温度域に、凍結防止剤水溶液に接するコンクリートの温度が達すると、コンクリート表面に凍結防止剤の部分凍結により応力が発生し、ソルトスケーリングが生じることが類推できた。今後は、スケーリング発生温度域での、コンクリート表面に働く、応力挙動を、TMAなどの装置を用いて、凍結誘拐にともなう長さ変化などの解析を行い、スケーリングメカニズムの解明に繋げたい。本年度は、ソルトスケーリングのメカニズムを解明するため、ソルトスケーリングにおよぼす冷却温度などの凍結融解条件について検討を行った。NaCl水溶液の濃度と冷却時の最低温度の影響について検討し,最低温度が-5-10°Cの範囲においてスケーリングが生じる温度の閾値(スケーリング温度)を見出した.NaCl水溶液の凍結挙動がソルトスケーリングに及ぼす影響を明らかにするため,凝固点以下-40-3°Cの範囲における降温・昇温の繰り返しがソルトスケーリングに及ぼす影響について検討した.結果:小片凍結融解試験の結果、蒸留水の場合、最高温度-最低温度の如何なるすべての試験条件で質量残存率が95%以上でありスケーリングが起こらない.NaCl水溶液の場合(b)では,最低温度が-40°Cでは,最高温度が-20°Cより低い場合、質量残存率が90%以上とスケーリングは起こらず,最高温度が-20°C以上では質量残存率が低下し、ソルトスケーリングが生じている.最低温度がスケーリング温度(約-8°C)以上の場合では,降温・昇温によるスケーリングは生じていない.最低温度が-40-10°Cの場合,-20-3°Cの範囲でスケーリングが顕在化する.-20と-15°C付近での温度の上下がスケーリングに及ぼす影響が大きいと考えられる.小片凍結融解試験結果をNaCl水溶液の形態から考察すると,共晶点以下での純水とNaCl結晶の温度による収縮・膨張はスケーリングに及ぼす影響が小さいと考えられる.最低温度が-8°C以上の場合では,純氷の割合が小さいためスケーリングが生じないと考えられる.一方,スケーリングが生じる,最低温度-40-10°Cかつ最高温度-20-3°Cの場合では,降温・昇温により一部での凍結融解が生じ,この凍結融解作用がソルトスケーリングに影響していると考えられる.スケーリングが、スケーリング温度の凍結防止剤水溶液の共晶点の間の温度域に、凍結防止剤水溶液に接するコンクリートの温度が達すると、コンクリート表面に凍結防止剤の部分凍結により応力が発生し、ソルトスケーリングが生じることが類推できた。

本年度は、昨年度に続き、ソルトスケーリングのメカニズムを解明するため、ソルトスケーリングにおよぼす冷却温度などの凍結融解条件について検討を行った。NaCl水溶液の濃度と冷却時の最低温度の影響について検討し,最低温度が-5-10°Cの範囲においてスケーリングが生じる温度の閾値(スケーリング温度)を見出した.NaCl水溶液の凍結挙動がソルトスケーリングに及ぼす影響を明らかにするため,凝固点以下-40-3°Cの範囲における降温・昇温の繰り返しがソルトスケーリングに及ぼす影響について検討した.結果:小片凍結融解試験の結果、蒸留水の場合、最高温度-最低温度の如何なるすべての試験条件で質量残存率が95%以上でありスケーリングが起こらない.NaCl水溶液の場合(b)では,最低温度が-40°Cでは,最高温度が-20°Cより低い場合、質量残存率が90%以上とスケーリングは起こらず,最高温度が-20°C以上では質量残存率が低下し、ソルトスケーリングが生じている.最低温度がスケーリング温度(約-8°C)以上の場合では,降温・昇温によるスケーリングは生じていない.最低温度が-40-10°Cの場合,-20-3°Cの範囲でスケーリングが顕在化する.-20と-15°C付近での温度の上下がスケーリングに及ぼす影響が大きいと考えられる.共晶点以下での純水とNaCl結晶の温度による収縮・膨張はスケーリングに及ぼす影響が小さいと考えられる.凍結防止剤(KCl、CH3COONa, CH3COOKなど)の種類を変えて、スケーリング温度及び溶媒の共晶点温度の関係を調べ、NaClと同様に凝固点降下温度から5-10°C低いスケーリング温度と共晶点温度間の昇温降温によりスケーリング発生することを確認した。さらに、この温度におけるコンクリートの膨張収縮挙動についての解析方法の検討をおこなった。理由凍結防止剤の種類が変わっても、スケーリングが、スケーリング温度の凍結防止剤水溶液の共晶点の間の温度域に、凍結防止剤水溶液に接するコンクリートの温度が達すると、コンクリート表面に凍結防止剤の部分凍結により応力が発生し、ソルトスケーリングが生じることが類推できた。ソルトスケーリングのメカニズム解明に大きな解明となった。コンクリート表面での応力発生量とその温度域などの解明により、メカニズム全体がクリヤーになる。今後は、この分野の研究をすすめたい。今年度の成果として、スケーリングが、スケーリング温度の凍結防止剤水溶液の共晶点の間の温度域に、凍結防止剤水溶液に接するコンクリートの温度が達すると、コンクリート表面に凍結防止剤の部分凍結により応力が発生し、ソルトスケーリングが生じることが類推できた。NaClとは異なる凍結防止剤を使用し、共晶点温度の異なる凍結防止剤を選び、小片凍結融解試験方法を使用して、提案している仮説が証明されるかを検討する。併せて、凍結または融解時のコンクリート表面での応力の生起についても明らかにする方法の検討を行う。
グルテンをベースとした摂食・嚥下障毒者用介護食の開発

本研究の目的は、流動性に富みかつ凝集性のよい食品について物性試験を行うことにより、摂食・嚥下機能に障害のある要介護者のための食品としての有効性を評価することにあった。そのために明確にしなければならなかった具体的な事柄は、食品としての物性(硬さ、付着性、凝集性)であった。研究計画の初年度は主に、高たんぱく、低カロリーとして注目されているグルテンの構成要素である2つのタンパク(グリアジン、グルテニン)に着目し、小麦粉からのグリアジンおよびグルテニンの分離を試みたものの、高純度なグリアジンとグルテニンを調整することはできなかった。次年度は、高純度ではないが食品会社から入手したグルテニンとグリアジンを配合したクッキーの物性測定を行った。その結果、嚥下補助食として適正な配合比率を見出した。最終年度は、今までの研究成果に基づき、調整する試験食品の種類を増やして物性測定を行った。臨床試験により、咀囑性・食塊形成性との対応を見出した。さらに、本研究に関連して調査した要介護者の口腔機能と全身状態が、要介護者の食事形態におおいに影響することもわかった。本研究成果は、第15回日本老年歯科医学会学術大会、第10回日本摂食・嚥下リハビリテーション学会学術大会、第3回明倫短期大学学会学術大会で報告した。今後は、要介護度の重度化防止を目的とし、要介護者の食事摂取を向上させるために、義歯治療口腔ケアを実施するための訪問診療機器の開発に繋げる予定である。本研究の目的は、グルテンをベースとした流動性に富みかつ凝集性のよい食品を調製し、臨床試験を行うことにより、摂食・嚥下機能に障害のある要介護者のための食品として完成させることにある。そのために解決しなければならない問題は、食品加工上の問題と食品としての物性(咀嚼性・食塊形成性)である。基本的には試験食品の調製はグルテンとデンプンを混和し焼き上げることで完成するが、グルテンは2つのタンパクで構成され、その比率が物性に微妙に影響すると予想される。したがって、グルテンの物性と試験食品として焼き上げた後の物性を計測し、臨床試験後の咀嚼性・食塊形成性との対応を確立する必要がある。グルテンをベースとした流動性に富みかつ凝集性のよい食品を調製するためには、グルテンを構成する弾性の強いグルテニンと伸展性のあるグリアジンが必要であるが、酸可溶性グルテンをエタノールで分画することは非常に困難であるために簡単に入手しにくい状況にある。そこで、平成14年度は、食品学の専門家である城と高橋がグルテニンとグリアジンの分画を主に担当し、研究代表者と他の分担者らは検討会を随時設定し、咀嚼、生理、加齢、摂食・嚥下機能障害、咬合の観点から、実験結果と臨床応用との整合性を評価した。1、小麦粉からのグリアジンおよびグルテニンの単離2、単離したグリアジンおよびグルテニンの電気泳動分析3.グルテニンとグリアジンの混合割合の評価なお、本研究結果は、学会等で未発表の段階にあるために、詳細な内容を割愛することとした。本研究の目的は、流動性に富みかつ凝集性のよい食品について物性試験を行うことにより、摂食・嚥下機能に障害のある要介護者のための食品としての有効性を評価することにある。そのために明確にしなければならない事柄は、食品としての物性(咀嚼性・食塊形成性)である。

研究計画の初年度は、高たんぱく、低カロリーとして注目されているグルテンの構成要素である2つのタンパク(グリアジン、グルテニン)に着目して、1、小麦粉からのグリアジンおよびグルテニンの単離2、単離したグリアジンおよびグルテニンの雷気泳動分析について実施した。しかしながら、高純度の高いグリアジンおよびグルテニンの単離は莫大な時間と労力を伴うことが明らかとなった。そこで、今年度は、高純度ではないが比較的入手しやすいグルテニンとグリアジン材料を用いて、クッキーを調整した。基本的には試験食品の調製はグルテンとデンプンを混和し焼き上げることで完成するが、グルテンはその比率が物性に微妙に影響すると予想された。そこで、グルテンの物性と試験食品として焼き上げた後の物性を計測し、臨床試験後の咀嚼性・食塊形成性との対応を検討した。さらに、グルテンが含まれている身近な食材としてうどんを選び、その性状を変えることによって、咀嚼時間や咀嚼力の変化の様相を調べ、摂食・嚥下機能への影響を明らかにした。食品学の専門家である高橋がグルテニンとグリアジンの混合割合の評価を主に担当し、研究代表者と他の分担者らは検討会を随時設定し、咀嚼、生理、加齢、摂食・嚥下機能障害、咬合の観点から、実験結果と臨床応用との整合性を評価した。なお、本研究結果は、学会等で未発表の段階にあるために、詳細な内容を割愛した。本研究の目的は、流動性に富みかつ凝集性のよい食品について物性試験を行うことにより、摂食・嚥下機能に障害のある要介護者のための食品としての有効性を評価することにあった。そのために明確にしなければならなかった具体的な事柄は、食品としての物性(咀嚼性・食塊形成性)であった。研究計画の初年度は、高たんぱく、低カロリーとして注目されているグルテンの構成要素である2つのタンパク(グリアジン、グルテニン)に着目し、小麦粉からのグリアジンおよびグルテニンの単離と、単離したグリアジンおよびグルテニンの電気泳動分析を行った。次年度は、高純度ではないが比較的入手しやすいグルテニンとグリアジン材料を用いて調整したクッキーの物性測定を行った。平成16年度は、今までの研究成果に基づき、調整する試験食品の種類を増やし、物性測定と臨床試験後の咀嚼性・食塊形成性との対応を検討した。と同時に、要介護者の摂食・嚥下機能、全身状態の観点から、介護食のあり方について検討した。研究結果については、以下のように公開した。・要介護者の摂食・嚥下機能の状況を、全身状態とともに調査した結果、日常生活動作と食事摂取状況との関連性を明確にし、第15回日本老年歯科医学会学術大会で報告した・流動性に富みかつ凝集性のよい食品を新たに調製し、物性測定結果を第10回日本摂食・嚥下リハビリテーション学会学術大会で報告した・歯の咬合面形態と咬合様式を歯科技工学的観点から詳細に分析して、食塊形成との関連性を明確にし、第3回明倫短期大学学会学術大会で報告した・得られた結果をとりまとめて、報告書を提出した
海洋性アナモックス細菌の集積化と高濃度塩成分含有水からの窒素除去技術への応用

海洋性Anammox細菌の集積培養系を構築し,温度や塩分濃度などの環境条件の変動にも柔軟に対応する高速・省エネ型の窒素除去法の確立を目指した。その結果,海面埋立型の廃棄物処分場底泥を植種源とする連続培養にて海洋性Anammox細菌培養系の構築に成功した。本培養系は,約5%の塩分濃度,温度25°C未満の環境下でも安定した窒素除去能を示した。細菌叢解析の結果,Scalindua属に近縁な海洋性Anammox細菌の存在とイオウ酸化細菌等との共存が確認された。「研究成果の具体的内容」初年度の計画であった海洋性Anammox細菌の馴養培養系の確立に成功した。3種類の種試料(海面埋立廃棄物処分場の底泥,海水利用型嫌気性脱窒処理汚泥,泥干潟底泥)を,微生物付着担体を備えたカラム型上向流リアクタに各々接種した。これに,約3.6%の塩分を含む海洋Anammox培地を供給し,嫌気条件下にて約1年間の連続培養を行った結果,海面埋立処分場底泥を接種した培養系において,Anammox反応の理論反応比であるアンモニア:亜硝酸=1:1.3の窒素除去が認められた。本培養系のバイオマスグラニュール,および担体付着バイオマスを採取し,16S rRNA配列相同性比較による遺伝子解析を行った結果,既知の海洋性Anammox細菌に類似する細菌の存在を確認した。また,総窒素負荷0.4kg/m^3/dayの条件下で,7085%の窒素除去を達成した。「意義と重要性」これまで,黒海などの海洋環境中では存在が確認されていたものの,培養に関する報告が殆ど無かった海洋性Anammox細菌について,馴養培養に成功した意義は非常に大きい。海洋性Anammox細菌の培養については,現在,世界的にわずか2例の論文があるのみで,その一つは窒素負荷が低い(0.08kg/m^3/day)ことなどから,本研究成果は特筆すべきものである。海洋性Anammox細菌に関する微生物学的諸性質や生育環境条件等の知見は殆ど無く,本研究成果は今後,これらを解明するための第一歩でもあり,重要な成果が得られたと考える。「研究成果の具体的内容」海洋性Anammox細菌の高濃度化と窒素除去率の向上を目的に,流入水中窒素濃度あるいは水理学的滞留時間の短縮によって窒素負荷を段階的に引き上げ,窒素負荷1.04kg/m^3/dayにてAnammox反応比から期待される窒素除去率75%を超える窒素除去能を達成した。また,5.0%の塩分濃度下でも窒素除去率の低下はみられず,海洋性細菌に特徴的な耐塩能を有する一方,温度が30°Cを超えると窒素除去能の低下傾向が認められるなど淡水性のAnammox細菌とは異なる特性が示された。細菌群集構造解析の結果,主なAnammox細菌は耐塩性Anammox細菌として知られるScalindua wagneriの近縁種と同定され,共存細菌としてNitrosomonas属などのアンモニア酸化細菌が同定された。「意義と重要性」これまで,海洋性Anammox細菌の集積培養に関する研究論文は世界でも二例のみで,いずれも,実海水あるいは実海水成分を含む人工海水を用いて成功している。これに対し,本研究では,実海水,市販の人工海水,さらには試薬類を混合して作成した人工海水のいずれにおいても海洋性Anammox細菌の集積培養と窒素除去能の維持・向上に成功しており,今後,培地成分の影響などの新たな基礎的知見につながることが期待される。また,窒素負荷1.0kg/m^3/day以上での海洋性Anammoxリアクタの構築は我々を含めて世界で未だ二例のみであり,今後,リアクタトラブルや一時的な活性低下の原因解明とその解決策を見いだすことで工学的実用に耐えうる技術への展開が期待できる。耐塩能や温度特性についても,淡水性Anammox細菌とは異なる知見が得られ,世界に先駆ける研究成果に向けた基礎的知見が得られた。「研究成果の具体的内容」海洋性Anammox細菌(MAAOB)培養系の細菌群集構造と窒素転換能に与える温度と塩分濃度の影響を明らかにした。MAAOBは536°Cの温度範囲において窒素転換能を示し,2327°Cにて高く安定した窒素転換能を有した。一方,35°Cを超える温度下では窒素転換能が低下あるいは不安定になる傾向が認められた。培養槽の基質流入部における微生物グラニュールの細菌群は,536°Cの範囲では顕著な変化を示さず,温度と窒素転換能との明確な関係は見いだせなかった。MAAOBとしてはCandidatus Scallinduaの近縁種と推定される