hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
自発的に骨と結合する生体活性PEEK人工骨の創成

硫酸処理により、PEEKおよび繊維強化PEEKの表面に網目状の細孔が形成された。ついでグロー放電処理およびアパタイト核処理により、生体活性PEEKおよび生体活性繊維強化PEEKを得た。また、未処理および硫酸処理後の基板は疎水性を示すのに対し、グロー放電処理後およびアパタイト核処理後の基板は親水性を示すことがわかった。さらに、硫酸処理後においてスルホ基の形成が、グロー放電処理後においてスルホ基の増加とカルボキシル基の形成が確認された。一連の処理を施した基板をSBFに浸漬したところ、材料表面全体が1日以内にアパタイト層で覆われ、高いアパタイト形成能を示すことがわかった。【実験】ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、炭素繊維強化PEEKおよびガラス繊維強化PEEKに硫酸処理を施し,基材表面に細孔を形成した。その後、グロー放電により酸素プラズマを基材に照射した。グロー放電処理後、トリス(ヒドロキシメチル)アミノメタンの溶解によりpHを上昇させた擬似体液に基材を浸漬し、液温を上昇させた。これにより、アパタイト核をPEEK、炭素繊維強化PEEKおよびガラス繊維強化PEEK表面の細孔内に形成し、生体活性を付与した。得られた生体活性PEEK、生体活性炭素繊維強化PEEKおよび生体活性ガラス繊維強化PEEKを36.5 °C、pH 7.40の擬似体液に浸漬し(ISO 23317に準拠)、材料表面におけるアパタイト形成能を薄膜X線回折測定装置、走査型電子顕微鏡、エネルギー分散型X線分析装置を用いて評価した。形成したアパタイト層の接着強度を、引っ張り試験(ASTM C633に準拠)により測定した。【結果】硫酸処理により、PEEK、炭素繊維強化PEEKおよびガラス繊維強化PEEKの表面に網目状の細孔が形成された。ついでグロー放電処理およびアパタイト核処理により得られた、生体活性PEEK、生体活性炭素繊維強化PEEKおよび生体活性ガラス繊維強化PEEKを擬似体液に浸漬し、浸漬後の基材表面形態および構造変化をを薄膜X線回折装置、走査型電子顕微鏡、エネルギー分散型X線分析装置を用いて調べたところ、材料表面全体が1日以内に骨類似アパタイト層で覆われ、高いアパタイト形成能を示した。また、形成したアパタイト層は、インターロッキング効果により高い接着強度を示した。当初の予定では2年目に実施を計画していた、酸素プラズマを用いたグロー放電処理によるアパタイト形成能への影響の調査も既に開始しており、既に良好な結果が得られつつある。さらに、各処理段階における基材表面の摩擦耐性評価にも着手している。また、原子間力顕微鏡による基材表面の微細構造観察については、2年目に行う。PEEKおよびグラファイト・PTFE配合炭素繊維強化PEEK(CGF-PEEK)に硫酸処理を施し、基材表面に細孔を形成した。その後、グロー放電により酸素プラズマを基板に照射した。グロー放電処理後、トリスヒドロキシメチルアミノメタンの溶解によりpHを上昇させた擬似体液に基板を浸漬し、液温を上昇させた。これにより、PEEKおよびCGF-PEEK表面の細孔内に形成し、生体活性を付与した。硫酸処理により、PEEKおよびCGF-PEEKの表面に網目状の細孔が形成された。レーザープローブ非接触三次元測定等の結果、硫酸処理による細孔形成により表面粗さおよび表面積が増大したことが分かった。さらにグロー放電後にはエッチングの効果も加わって表面粗さはさらに増加したが、表面積は保持されることが分かった。各処理段階における接触角を調べたところ、未処理および硫酸処理後の基板は疎水性を示すのに対し、グロー放電処理後およびアパタイト核処理後の基板は親水性を示すことがわかった。基板表面近傍の耐摩耗性を評価したところ、グロー放電処理後およびアパタイト核処理後のCGF-PEEKは未処理基板と同等の摩擦係数を示すことがわかった。また、各処理段階後におけるX線光電子分光測定の結果、硫酸処理後においてスルホ基の形成が、グロー放電処理後においてスルホ基の増加とカルボキシル基の形成が確認された。ゼータ電位測定では、各処理段階の基板で負の帯電が見られたが、アパタイト核処理後ではゼータ電位が0に近い値をとることがわかった。上記の工程により得られた生体活性PEEKおよび生体活性CGF-PEEKを擬似体液に浸漬したところ、材料表面全体が1日以内にアパタイト層で覆われ、高いアパタイト形成能を示した。

基材の各処理段階(未処理、硫酸処理後、グロー放電処理後、アパタイト核形成処理後)における微細構造の観察(原子間力顕微鏡観察を計画)、表面粗さ・表面積測定(レーザープローブ式非接触三次元測定装置、3D測定レーザー顕微鏡の使用を計画)、表面電位の測定(ゼータ電位測定装置の使用を計画)、表面処理層の摩擦耐性評価を行い、アパタイト形成能やアパタイトの接着強度との相関を明らかにする。また、赤外分光光度計を用いて、各処理段階において基材表面に生じる官能基の変化にも着目しながら、各処理がアパタイト形成能に与える影響を明らかにする。さらに、PEEKに炭素繊維、グラファイト、ポリテトラフルオロエチレンを配合した、摩擦耐性の高い高摺動性炭素繊維強化PEEKへの生体活性付与にも着手する。炭素繊維、グラファイト、ポリテトラフルオロエチレン等の添加物がアパタイト形成能に与える影響に着目し、細孔形成条件、グロー放電処理条件、アパタイト核形成条件を種々変化させ、一連の生体活性処理条件を最適化する。無機材料化学・生体材料学当初の計画では、パイロットスタディーを含めサンプルの使用枚数をそれぞれ500枚程度見込んでいたが、実験が1年目で当初計画よりも大幅に進み、少ないサンプルの枚数で成果を得ることができた。また、PEEKサンプルを当初の計画よりも安価に購入できるメーカーが見つかったため、現在は後者のメーカーを使用している。また、原子間力顕微鏡観察が2年目に繰り越しになった。上記の理由から、次年度への繰り越し額が生じた。物品費1,294,090円、旅費500,000円、その他500,000円の使用を計画している。物品費については、当初の計画に加え、高摺動性炭素繊維強化PEEKの追加購入を予定している。その他については、当初の計画に加え、京都府所有のレーザプローブ式非接触三次元測定装置(3,700円/時間)、赤外分光光度計(2,600円/時間)、学内共有機器の原子間力顕微鏡(2,340円/時間)、ゼータ電位測定システム(1,070円/時間)、3D測定レーザー顕微鏡(1,000円/時間)等の大型共有機器の使用を計画している。
アニメーション教材を活用した生命科学教育支援と脳・神経科学の接点

1.平成17年度から作成を進めてきた教材作成のレビューおよび修正作業を実施した。また、それらの教材に、17年度から継続中の「学習(作業)時と疲労回復過程における機能局在変化の脳機能イメージングによる可視化」の成果を反映させるとともに、ガイド機能として映像中へのテキスト提示機能と音声解説を追加し、教材名「神経-情報を伝えるしくみ」としてWebサーバからインターネットに公開した(URL http://image2.kmu.ac.jp/risu/nerv/)。18年度に公開した教材は、「神経刺激の伝わりかた」、「神経細胞の構造」、「大脳皮質の錐体細胞」、「小脳のプルキンエ細胞」、「樹状突起」、「樹状突起と軸索:ネットワークの形成」、「活動電位の発生」、「無髄神経での刺激の伝達」、「有髄神経での刺激の伝達」、「シナプスでの刺激の伝達」の計10本であり、内9本については利用する教員および児童生徒が改変可能なように、ソースコードについても公開した。2.脳機能イメージングの教材客観評価への利用の可能性、特に、光トポグラフィーとFunctional MRI/PETの間の像の相関性と解釈上の注意に関しては、ミニシンポジウムを開催するとともに、領域での会議等において関連課題の研究者への周知を図った。3.公開済のアニメーション/静止画教材を「自己で考え、探して調べる」ことに対応した形に改変・連携・統合して総合的生命科学教材とした。また、日本生理学会教育シェアリンググループの「一歩一歩学ぶ生理学」サイト(http://www.physiologyl.org/)に本研究で開発したWebモジュールを提供し、連携させた。さらに、上記の教材を含めて、おもに中学・高校教員を対象とする「生徒の能動学習支援」のための資料を作成し、静岡県の中学校教員有志20名とともに研修会をおこなった。平成17年度は、作業(学習)時および疲労時における脳機能制御機構に関する研究およびその成果を反映した脳・神経科学に関する教材作成とインターネット公開(研究計画調書記載の事業)に加えて、脳機能イメージングを種々の教材評価に利用するための実現可能性と方策を検討した。脳機能制御機構に関しては、疲労モデル系動物の脳機能状態を陽電子放射イメージング(PET)による描画と分子・細胞レベルの解析を組み合わせて調べ、疲労がノンレム睡眠により回復する過程の分子機構の概要を明らかにした。また、その過程で、従来から知られていたシナプス可塑性による修復に加えて神経細胞再生が複合した脳機能修復機構の存在を見出し、脳機能修復への新たなアプローチの可能性を提示した。さらに、ヒト脳について脳機能イメージングによる学習と疲労との関係解析を開始し、現在、前頭前野眼窩上部が重要な役割を果たしている可能性を示唆するデータが得られつつある。脳・神経科学に関する教材作成とインターネット公開については、シナプスにおける神経刺激伝達機構についての画像・アニメーション教材(仮公開中)および神経系の発生の機構についての画像・アニメーション教材(画像は完了、現在アニメーション化中)を作成した。さらに、上記研究の知見にもとづいた脳内機能局在の変化に関するPET画像や細胞レベルの実験画像をアニメーションと組み合わせたマルチメディア教材の作成にも着手した。加えて、生命科学画像・アニメーション教材のインターネット公開と、リソースのネットワークを介した共有化を実施中である。また、神経科学(脳科学)の知見を、どうやって教育に結び付けるか?を主題として、教材の有効性判定への神経科学的手法(特に脳機能イメージング)の特性を第2回ジョイント研究会「教育と脳科学の出会い」(12/11仙台)等で紹介し、あわせて直近に解決すべき問題点を提示した。
インフルエンザウイルスのゲノム８分節複合体構造の解明

インフルエンザウイルスは8種類に分節化したゲノムRNAをもつ。各ゲノムRNAは核タンパク質とRNAポリメラーゼ複合体と共にらせん状のRNPを形成する。さらに8本のRNPは一つの複合体を形成して子孫ウイルス粒子に特徴的な配置で取り込まれる。しかし、この8分節の複合体がどのように形成されるのか、それぞれのRNP上のどこでどの分節とどの分節がRNAを介して相互作用するのか、は明らかにされていない。本研究ではウイルス粒子内の分節間のRNA相互作用を固定した8分節複合体を分離し、原子間力顕微鏡を用いた構造学的視点と次世代シークエンサーを用いたRNA配列の視点から8分節複合体の形成機構を明らかにする。
金属ーポドフィロトキシン関連錯体によるDNA鎖切断反応とその機構

メギ科植物Berberidiaceaeの根茎から抽出されるポドフィリンは、200年以上の前から下剤、利胆剤あるいは駆虫剤として用いられていた。1880年に有効成分ポドフィロトキシン(PD)が抽出され、1950年に構造が決定された。1983年に、PDは動物腫瘍細胞の増殖を阻害することが見出されて、癌の治療薬として注目された。現在PDの半合成誘導体VPー16(エトポシド)やVー26(テニポシド)が臨床的に用いられるに致っている。VPー16などの抗癌作用の機構には、DNAトポイソメラ-ゼIIが薬剤により再結合作用が阻害され、安定な複合体を生成し、それとDNA値が相互作用をすると考えられている。VPー16などは、部分構造としてシリンガ酸を含む特異な構造をしている。シリンガ酸は、還元性のフェノ-ル性水酸基を有し、また生体内金属イオンと錯体を形成するため、配位子と金属イオンとの酸化還元的錯生成反応の結果、酸素分子を活性化すると考えられる。こうして生成された活性酸素種はDNA分子を攻撃し、切断すると推定される。PD関連化合物の抗腫瘍活性の機構を、生物無機化学的観点から解明するこを目的として、初年度は基本的研究を行い、次の成果を得た。大腸菌由来のsupercoiled DNAを用い、PD関連化合物と金属イオン共存下、pH7.8の条件でDNA切断反応を検討したところ、Fe^<3+>とCu^<2+>存在下で強い活性が見出された。またPDー金属イオン系に紫外線を照射すると、完全な切断活性が観測された。以上の反応の機構を明らかにするため、錯形成反応、酸素吸収法、ESRースピントラップ法、あるいは活性酸素のスカベンジャ-等を用いて反応を詳細に検討した結果、錯形成反応とそれに続く酸素分子の活性化によるヒドロキシラジカル(・OH)の生成が明らかとなり、DNA切断活性の原因は、・OHによるものと推定し、新しい機構を提案した。
トウジンビエの環境ストレス耐性機構の解明

RNA-seq解析及びsmall RNA-seq解析によるトランスクリプトーム解析、メタボローム解析及びゲノムワイド関連解析(GWAS)により、栽培作物の中で最強の環境ストレス耐性を持つトウジンビエの乾燥耐性および耐塩性関連候補遺伝子を抽出する。それらの遺伝子について、1)トウジンビエを用いた機能解析(ゲノム編集による遺伝子の破壊および遺伝子導入による過剰発現など)、2)モデル植物を用いた解析(当該遺伝子欠失系統と過剰発現系統の解析など)を行ない、トウジンビエの乾燥耐性および耐塩性の分子機構に関して新奇で有用な情報を得る。
女性の就業に関する意思決定構造―法的制度・職場規範・夫婦間の役割調整に着目して―

本研究の目的は,法的制度(マクロ)と,職場と個人の関連(メゾ)および,夫婦間の役割調整(ミクロ)を考慮した上で,女性の就業継続の意思決定のメカニズムを解明することである.既存研究では,女性本人の属性や職場環境に着目して女性の就業選択の要因を検討してきたが,本研究では男性側の要因にも焦点を当てる.そこで必要となるのが夫婦それぞれの職場における制度や規範が,互いの意識形成に及ぼす影響の把握である.以上のことを明らかにするために2018年度は,夫婦ペア調査第1回目を実施した.女性の就業選択が女性本人の状況のみならず,配偶者をはじめとする周囲の状況に影響を受けていることを明らかにすることが目的である.研究の趣旨に同意し,夫婦ともに正社員(産休・育児休業取得中を含む)として就業しており,未就学児以下の末子を持つ(妊娠中を含む)夫婦を調査対象者とした.暫定的な分析からは,夫の職場において両立支援制度が整備されているほど,その妻の自分自身のキャリア意識が高いことが明らかとなった.また他のデータを用いた分析をもとに執筆した論文からは,1990年以降,結婚時における女性の就業選択に対する夫の影響はなくなったものの,育児期における男性の働き方に対する態度は依然として変化していないことが明らかになった.2018年度は,女性の就業選択が女性本人の状況のみならず,配偶者をはじめとする周囲の状況に影響を受けていることを明らかにすることを目的に,夫婦を対象としたWeb調査を行なった.Web調査会社のモニターを対象に,本人の就業状況・子どもの有無・配偶者の就業状況をもとにスクリーニングを行なったのちに本調査を実施した.夫婦間での認識や態度の違いを把握できるような調査設計にしている.具体的な質問項目は,(1)仕事に関すること(2)家族に関すること(3)家庭生活について(4)意識・態度についてである.他のデータを利用して2本の論文を執筆した.子どもが未就学児以下というライフステージにおいて,男性が自身の働き方を調整する可能性がどこにあるかという問いに対して研究を行なった.国立女性教育会館が実施している新入社員を対象にしたパネルデータを用いて分析をしたところ,稼得責任を持っている場合・管理職志向を持っている場合には,育児期においても働き方を調整することは望んでいないことが明らかになった.その結果をもとに同研究所の紀要に投稿した.もう1本は,既婚女性の結婚離職に対して配偶者の従業先規模が及ぼす影響について検討した.1960年から2015年の約60年間の中でその影響の大きさを比較したところ,1990年代を境にしてその影響が消失していることが明らかになった.得られた知見をもとに,東北社会学年報に投稿し,掲載決定の状況である.今後は、夫婦ペアパネル調査を実施する.前年度に第1回調査を実施しており,本年度は追跡調査を実施する.具体的な計画としては以下の通りである.調査対象者は前年度調査に回答した夫婦200組(400人)である.対象者の属性は,末子が未就学児(妊娠中を含む)であり,夫婦ともに正規雇用者(育休・産休取得中も含む)である.事前に調査の趣旨を説明し,夫婦での回答および,翌年以降に追跡調査がある事に承諾した場合にのみ調査票を配布した.質問票は第1回調査に用いたものとほぼ同じものを用いる.同様の調査票を用いる理由としては,同一の質問項目の回答を比較することによって個人の状況や態度の変化を捉えることができるからである.調査票の項目としては,職場の雰囲気・仕事と家庭の両立に関する各制度の有無や利用しやすさ・子どもの世話・働くことに対する態度・配偶者に対する意見・生活時間等を尋ねている.本年度は既存の項目に加えて,1年間で職場の異動があったかどうかや退職したかどうかについて質問項目を準備する.また第1回目のデータ分析を進める.主に夫婦それぞれの意識形成と互いの職場制度や規範との間に関連があることを検討する。また調査対象者が正規雇用の共働き夫婦であることに着目し,正社員という同じ立場である夫婦が,未就学児を持つ期間においてはその関係がどのように変化しているのか,また互いにどのように捉えているのかについて検討する.手がかりとして夫婦の権力関係研究をレビューし,そこから得られた知見と,データから得られた夫婦の権力構造の知見を比較する.この結果を取りまとめ,学会報告を行う.本研究の目的は,法的制度(マクロ)と,職場と個人の関連(メゾ)および,夫婦間の役割調整(ミクロ)を考慮した上で,女性の就業継続の意思決定のメカニズムを解明することである.既存研究では,女性本人の属性や職場環境に着目して女性の就業選択の要因を検討してきたが,本研究では男性側の要因にも焦点を当てる.そこで必要となるのが夫婦それぞれの職場における制度や規範が,互いの意識形成に及ぼす影響の把握である.以上のことを明らかにするために2018年度は,夫婦ペア調査第1回目を実施した.女性の就業選択が女性本人の状況のみならず,配偶者をはじめとする周囲の状況に影響を受けていることを明らかにすることが目的である.研究の趣旨に同意し,夫婦ともに正社員(産休・育児休業取得中を含む)として就業しており,未就学児以下の末子を持つ(妊娠中を含む)夫婦を調査対象者とした.暫定的な分析からは,夫の職場において両立支援制度が整備されているほど,その妻の自分自身のキャリア意識が高いことが明らかとなった.また他のデータを用いた分析をもとに執筆した論文からは,1990年以降,結婚時における女性の就業選択に対する夫の影響はなくなったものの,育児期における男性の働き方に対する態度は依然として変化していないことが明らかになった.

2018年度は,女性の就業選択が女性本人の状況のみならず,配偶者をはじめとする周囲の状況に影響を受けていることを明らかにすることを目的に,夫婦を対象としたWeb調査を行なった.Web調査会社のモニターを対象に,本人の就業状況・子どもの有無・配偶者の就業状況をもとにスクリーニングを行なったのちに本調査を実施した.夫婦間での認識や態度の違いを把握できるような調査設計にしている.具体的な質問項目は,(1)仕事に関すること(2)家族に関すること(3)家庭生活について(4)意識・態度についてである.他のデータを利用して2本の論文を執筆した.子どもが未就学児以下というライフステージにおいて,男性が自身の働き方を調整する可能性がどこにあるかという問いに対して研究を行なった.国立女性教育会館が実施している新入社員を対象にしたパネルデータを用いて分析をしたところ,稼得責任を持っている場合・管理職志向を持っている場合には,育児期においても働き方を調整することは望んでいないことが明らかになった.その結果をもとに同研究所の紀要に投稿した.もう1本は,既婚女性の結婚離職に対して配偶者の従業先規模が及ぼす影響について検討した.1960年から2015年の約60年間の中でその影響の大きさを比較したところ,1990年代を境にしてその影響が消失していることが明らかになった.得られた知見をもとに,東北社会学年報に投稿し,掲載決定の状況である.今後は、夫婦ペアパネル調査を実施する.前年度に第1回調査を実施しており,本年度は追跡調査を実施する.具体的な計画としては以下の通りである.調査対象者は前年度調査に回答した夫婦200組(400人)である.対象者の属性は,末子が未就学児(妊娠中を含む)であり,夫婦ともに正規雇用者(育休・産休取得中も含む)である.事前に調査の趣旨を説明し,夫婦での回答および,翌年以降に追跡調査がある事に承諾した場合にのみ調査票を配布した.質問票は第1回調査に用いたものとほぼ同じものを用いる.同様の調査票を用いる理由としては,同一の質問項目の回答を比較することによって個人の状況や態度の変化を捉えることができるからである.調査票の項目としては,職場の雰囲気・仕事と家庭の両立に関する各制度の有無や利用しやすさ・子どもの世話・働くことに対する態度・配偶者に対する意見・生活時間等を尋ねている.本年度は既存の項目に加えて,1年間で職場の異動があったかどうかや退職したかどうかについて質問項目を準備する.また第1回目のデータ分析を進める.主に夫婦それぞれの意識形成と互いの職場制度や規範との間に関連があることを検討する。また調査対象者が正規雇用の共働き夫婦であることに着目し,正社員という同じ立場である夫婦が,未就学児を持つ期間においてはその関係がどのように変化しているのか,また互いにどのように捉えているのかについて検討する.手がかりとして夫婦の権力関係研究をレビューし,そこから得られた知見と,データから得られた夫婦の権力構造の知見を比較する.この結果を取りまとめ,学会報告を行う.
デモグラフィーにもとづいた種間相互作用系ネットワークの群集生態学

冷温帯ではネズミの個体数は種子の豊凶に影響されて年変動するが、そのパターンは森林の種組成に応じて異なっている。たとえばブナの優占度の高い純林状の林では、ネズミの個体数は種子の豊凶を半年遅れで追うように変化し、ブナの豊作翌年にネズミが大発生するが、同じ森林帯でも混交林の場合は、種子量の変動が小さいにもかかわらず、ネズミの個体数は大きく変動し、やはりブナの豊作の効果が際だっている。そこでアカネズミを用いて飼育実験を行い、餌の成分の違いがネズミの体重に与える影響を検討した。餌として種子(ブナ、トチノキ、ミズナラ)と各種子を特徴づける成分(脂肪、サポニン、タンニン)を含む人工餌を準備し、10日間の体重推移を調べた。その結果、ブナは体重を安定または若干増加させ、トチノキとミズナラでは体重を減少させる効果が見られた。またミズナラを与え続けた実験区では1個体が死亡した。人工餌を与えた各区のうち、脂肪区とサポニン区ではそれぞれそれぞれブナ区、トチノキ区を再現できた。ただしサポニン区では全個体で体重が激減し、ほとんどの個体が死亡した。タンニン区はミズナラ区を再現できなかった。摂食量・糞量は、ブナ区や脂肪区では給餌後徐々に減少し、逆にミズナラ、トチノキ、タンニン、サポニンの各区では徐々に増加した。人工餌の見かけの消化率は脂肪、デンプンの順に高く、次にサポニン、タンニンが同程度でつづいた。以上より、ブナ、トチノキ、ミズナラの順にネズミの成長にとって餌の質が高いと思われ、トチノキに含まれるサポニンはネズミにとって毒性を持つことが明らかになった。ネズミは一般に秋季の成長の良い個体が翌春の繁殖に参加するといわれている。したがって、結実する樹種が異なるとネズミの成長の違いを介して翌春の繁殖による個体数の増加に影響が出ることが示唆される。森林群集におけるさまざまな種間相互作用のうち、森林の更新に重要な相互作用を抽出する目的で、過去の調査データから堅果類の生産量とそれらの実生の発生数、および堅果の捕食者であるネズミ類の個体数の関係について検討した。主な研究ターゲットにトチノキを選び、種間相互作用の重要性を評価することにした。その結果、堅果(トチノキ・ブナ・ミズナラ)の種子生産量は種ごとに年変動パターンが異なり、ブナ、ミズナラの種子生産には大きな年変動が認められたが、トチノキでは豊凶がなかった。トチノキ実生の発生数は種子生産の変動に比べて大きな年変動パターンを示したが、種子生産量と実生発生数の間に密接な関係はなかった。これらのことから、トチノキの種子とネズミの間には他種の種子生産を介した間接作用がはたらいていると予想された。堅果のネズミにとっての質を評価する目的で、上記3種類の堅果の栄養価と防御物質を定量した。ブナは脂肪分に富み、重量あたりのエネルギーが3種の中で最も高かった。ミズナラとトチノキは重量あたりのエネルギーは同程度であるが、化学防御体制が異なっていた。すなわち、ミズナラはタンニンを10%前後(乾重比)含んでいたのに対し、トチノキは1%強しか含んでいなかった。逆にトチノキにはサポニンが4%強含まれていた。サポニンは他の2種では検出されなかった。またブナには化学的防御物質が含まれていなかった。これらのことから、ブナの種子は栄養価に富むだけでなく防御物質ももたないため、他の堅果よりネズミにとって価値の高い餌であることが確認された。今後、これらの種子の豊作がネズミの生理状態や繁殖に及ぼすポテンシャルを飼育実験も交えて解析する必要がある。結実の豊凶が樹木種子と種子食者の相互作用に与える影響を種間および群集間で比較する目的で、日本の7か所の冷温帯林における堅果類生産とネズミ類の個体数の関係を検討した。主要森林タイプとしてブナ純林とブナ・トチノキ・ミズナラを含む落葉広葉樹混交林を選び、以下の3点について詳しく吟味した。(1)豊凶と種間同調性.ブナの純林以外では、結実豊凶は種間同調性が低く、その結果、落下種子の総エネルギー量の年変動の幅は小さかった。よって混交林ではネズミにとっての餌量の変動は純林に比べ緩和されていると予想される。(2)ネズミ類の個体数の年変動.山形のブナ純林と岩手の混交林でネズミ類のセンサスデータを比較した。ブナ純林ではブナの豊作翌年にアカネズミ個体群が顕著なピークに達し、パターンが予測可能であったが、混交林では餌量の変動パターンに基づく予測に反してネズミはブナ林と同様に大きく個体群を増減させていた。混交林では、餌資源の年変動を量的側面だけで捉えることが不適切な場合もあると思われた。(3)ネズミの生理状態.堅果類を栄養学的に評価すると、ブナは脂質に富み防御物質ももたないため他の堅果より価値が高く、トチノキやミズナラにはそれぞれタンニン、サポニンが含まれ、餌の質が相対的に低い。これを支持する結果として、岩手の混交林ではネズミはブナの豊作後に個体群が増加している。

またミズナラの場合、堅果をアカネズミに与え続けるとネズミの体重は減少し多くが死亡すること、堅果と同等の栄養価を持つがタンニンを含まない人工餌ならミズナラ堅果のような反応がないことから、堅果のタンニンはアカネズミにとって潜在的な毒である。以上のように、特に他種混交林では、ネズミの個体数変動には種子の栄養や二次代謝物質も重要な役割を果たしている。冷温帯ではネズミの個体数は種子の豊凶に影響されて年変動するが、そのパターンは森林の種組成に応じて異なっている。たとえばブナの優占度の高い純林状の林では、ネズミの個体数は種子の豊凶を半年遅れで追うように変化し、ブナの豊作翌年にネズミが大発生するが、同じ森林帯でも混交林の場合は、種子量の変動が小さいにもかかわらず、ネズミの個体数は大きく変動し、やはりブナの豊作の効果が際だっている。そこでアカネズミを用いて飼育実験を行い、餌の成分の違いがネズミの体重に与える影響を検討した。餌として種子(ブナ、トチノキ、ミズナラ)と各種子を特徴づける成分(脂肪、サポニン、タンニン)を含む人工餌を準備し、10日間の体重推移を調べた。その結果、ブナは体重を安定または若干増加させ、トチノキとミズナラでは体重を減少させる効果が見られた。またミズナラを与え続けた実験区では1個体が死亡した。人工餌を与えた各区のうち、脂肪区とサポニン区ではそれぞれそれぞれブナ区、トチノキ区を再現できた。ただしサポニン区では全個体で体重が激減し、ほとんどの個体が死亡した。タンニン区はミズナラ区を再現できなかった。摂食量・糞量は、ブナ区や脂肪区では給餌後徐々に減少し、逆にミズナラ、トチノキ、タンニン、サポニンの各区では徐々に増加した。人工餌の見かけの消化率は脂肪、デンプンの順に高く、次にサポニン、タンニンが同程度でつづいた。以上より、ブナ、トチノキ、ミズナラの順にネズミの成長にとって餌の質が高いと思われ、トチノキに含まれるサポニンはネズミにとって毒性を持つことが明らかになった。ネズミは一般に秋季の成長の良い個体が翌春の繁殖に参加するといわれている。したがって、結実する樹種が異なるとネズミの成長の違いを介して翌春の繁殖による個体数の増加に影響が出ることが示唆される。
Web上の共有教材による双方向対話型インストラクションシステムの開発に関する研究

本年度は、これまで開発を進めてきたインストラクションシステムであるIMPRESSIONを利用した、柔軟で効果的な授業の設計、実施、評価の実現のために、1.授業計画記述方式と授業レビュー手法の開発、ならびに2.実装システムによる評価実験を実施した。1では、(1)対話的な教材提示と授業計画の修正が可能な授業計画記述方式、(2)授業計画と記録された授業実施内容の差異抽出アルゴリズム、ならびに(3)抽出された差異に基づく授業レビュー手法の開発を行なった。その結果、複数のマルチメディア教材の対話的な提示を含む授業計画を記述可能とするとともに、IMPRESSIONによる授業実施記録を利用した授業設計と実施結果の差異自動抽出手法を明らかにし、また、抽出された差異に基づき確認すべき箇所の侯補を明示した授業ふり返り資料の作成手法とこれによる授業レビュー手法を明らかにした。また2では、提案手法および開発したシステムの有効性確認のためにIMPRESSIONを実授業に適用し、かつ、1で開発した授業レビュー手法を利用した授業設計、実施、評価の繰り返しによる教授設計プロセスの評価実験を行った。その結果、本研究で提案するダブルループ教授設計プロセスモデルに基づき、共有マルチメディア教材データの対話的な提示による柔軟で効果的な授業の実施を可能とするとともに、授業設計の改善、高度化を支援可能であることを確認した。しかしながら本年度は、研究代表者の長期海外出張のために、急遼9月末日で研究を打ち切りとし、当初予定した授業設計支援機能および授業評価支援機能、ならびに授業コンテンツ発見のための検索エンジンの実装を完了することができなかった。これらは、今後の研究開発の中で継続的に実現していく予定としている。Web上の共有マルチメディア教材を利用した対話的な授業展開を実現するために、本年度は、(1)双方向対話型インストラクションシステムの設計およびプロトタイプシステムの実装、(2)双方向対話型授業のためのインストラクショナルデザインプロセスモデルの提案、(3)活性化拡散モデルに基づくweb上のマルチメディアデータ発見手法の提案を行なった。(1)では、対面授業、遠隔授業の双方において、web上で提供される各種マルチメディアデータ(静止画、動画、webページ)を共有教材データとして利用可能な対話型インストラクションシステムの設計を行なった。本システムは、web上の共有マルチメディア教材を教師と生徒との対話に応じて自由に選択、提示し、これに手書き入力による説明を書き込むことで授業を展開することができる。また本システムでは、実施した授業内容を後から再現できる形で時間軸に沿って記録し、授業実施後の復習用教材や、次回授業設計に利用することができる。また、設計に基づきプロトタイプシステムを実装し、高大連携遠隔実験授業において実証実験を行なった結果、その有効性を確認した。また(2)では、(1)で設計した対話型インストラクションシステム等を利用した効果的な対話型授業の実現のために、授業実施時の形成的評価と、これによる授業設計の見直しが可能な授業設計プロセスモデルを提案した。本モデルは、授業設計-授業実施-総括的評価による授業評価の3プロセスからなる授業設計・実施・評価の外部プロセスと、授業実施時における授業設計の適用-形成的評価による授業評価-授業設計の修正の3プロセスからなる内部プロセスの二重ループを形成し、シナリオの記述により授業設計を行なう。これにより授業内容を明確化し、柔軟で効果的な授業の実施を可能とするとともに、次回授業の設計のための指針とすることができる。さらに(3)では、web上で提供される多数のマルチメディア教材やコンテンツの効率的な発見のために、活性化拡散モデルに基づくデータ発見手法の提案を行なった。これは、過去のデータ利用履歴とデータ間の関連性に基づき、要求するデータを推定し提供する手法である。今回は博物館で提供されるデジタルアーカイブを例として、提案手法に基づくデータ推薦システムの設計を行なった。これにより、web上に多数提供される共有マルチメディア教材データの中から、必要とする教材やコンテンツの容易な発見を可能とする。Web上の共有マルチメディア教材を利用した対話型インストラクションシステムの開発として、本年度は、1.多地点双方向対応通信プロトコルの開発とこれによるシステムの拡張、2.対話型インストラクションのための授業設計プロセスモデルの明確化と授業設計高度化手法提案、および、3.活性化拡散モデルに基づくマルチメディア教材データ推薦システムの実装を行なった。1.では、多地点からの参加が可能な対話型遠隔授業のための通信プロトコルを開発し、これによるシステムの拡張を行なうとともに、その実証実験を行なった。その結果、開発した通信プロトコルにより、複数の大容量のマルチメディア教材を利用した遠隔授業においても低帯域の通信容量で円滑な授業を実施できることを確認した。2.では、本研究で開発するシステムによる効果的な授業の実施のために、昨年度提案した授業設計プロセスモデルを授業シナリオの記述とその実施の形式で明確化するとともに、これに基づく授業設計高度化のための授業計画と実施内容の差異に着目した授業評価手法の提案を行ない、その有効性に関する予備調査を行った。その結果、対話的な授業展開により生じる授業計画と実施内容の差異を確認することで、効率的かつ効果的な授業評価を可能とし、次回授業の設計の高度化に活用できることを確認した。3.では、昨年度に提案した活性化拡散モデルに基づき、博物館のwebサイトで提供されるデジタルアーカイブを例とした教材データ推薦システムの実装を行なった。

その結果、提案手法の実現可能性、ならびにweb上で多数提供される共有マルチメディア教材データの中から、活性化拡散モデルに基づき個人の学習目的に応じて必要とする教材データを容易に発見し、活用できることを確認した.本年度は、これまで開発を進めてきたインストラクションシステムであるIMPRESSIONを利用した、柔軟で効果的な授業の設計、実施、評価の実現のために、1.授業計画記述方式と授業レビュー手法の開発、ならびに2.実装システムによる評価実験を実施した。1では、(1)対話的な教材提示と授業計画の修正が可能な授業計画記述方式、(2)授業計画と記録された授業実施内容の差異抽出アルゴリズム、ならびに(3)抽出された差異に基づく授業レビュー手法の開発を行なった。その結果、複数のマルチメディア教材の対話的な提示を含む授業計画を記述可能とするとともに、IMPRESSIONによる授業実施記録を利用した授業設計と実施結果の差異自動抽出手法を明らかにし、また、抽出された差異に基づき確認すべき箇所の侯補を明示した授業ふり返り資料の作成手法とこれによる授業レビュー手法を明らかにした。また2では、提案手法および開発したシステムの有効性確認のためにIMPRESSIONを実授業に適用し、かつ、1で開発した授業レビュー手法を利用した授業設計、実施、評価の繰り返しによる教授設計プロセスの評価実験を行った。その結果、本研究で提案するダブルループ教授設計プロセスモデルに基づき、共有マルチメディア教材データの対話的な提示による柔軟で効果的な授業の実施を可能とするとともに、授業設計の改善、高度化を支援可能であることを確認した。しかしながら本年度は、研究代表者の長期海外出張のために、急遼9月末日で研究を打ち切りとし、当初予定した授業設計支援機能および授業評価支援機能、ならびに授業コンテンツ発見のための検索エンジンの実装を完了することができなかった。これらは、今後の研究開発の中で継続的に実現していく予定としている。
衛星情報等による都市の細密空間構造・マテリアルストックの解析手法の開発-都市環境計画手法への適用-

都市部の緑地解析には近年利用が可能となった高分解能衛星データの利用が有効と考えられる.本研究ではまず始めに,今後の利用が期待されているIKONOSデータと,従来の緑地分析に最も頻繁に使用されてきたデータの1つであるLANDSATデータとを比較することによって,高分解能衛星データの緑地分析への有効性を検証した.有限な都市空間に住民が十分な充足感を得るように緑地を配置するためには,綿密に練られた緑地計画が必要であり、また計画実現性のためには現状の正確な把握が必須となる.そこで,都市内に分布している公園等の比較的大きなスケールの緑地,街路樹や庭園等,小規模の緑の分布状況をERDAS等を用いて解析した。さらに,IKONOSデータから得られた緑地データをもとに緑地の空間的配置構造を数値化する指標(GDI、GCI)を提案した.それらの数値指標を用いた分析対象としては名古屋市と佐賀市を取り上げ、緑地の配置構造の比較分析を行った結果、次の知見が得られた.(1)名古屋市の緑地は,佐賀市の緑地に比べて分散した傾向にある.(2)名古屋市における商業地の緑地は,その低い緑被率にもかかわらず比較的集中した傾向にある.このことは都市公園に隣接するという立地特性に起因する.(3)名古屋市における住宅地の緑地は,その比較的高い緑被率にもかかわらず分散した傾向にある.このことは庭などによって形成される分断された多くの微小緑地の存在に起因する.また,それにより名告屋市の集中した緑の連続性が失われている.都市部の緑地解析には近年利用が可能となった高分解能衛星データの利用が有効と考えられる.本研究ではまず始めに,今後の利用が期待されているIKONOSデータと,従来の緑地分析に最も頻繁に使用されてきたデータの1つであるLANDSATデータとを比較することによって,高分解能衛星データの緑地分析への有効性を検証した.有限な都市空間に住民が十分な充足感を得るように緑地を配置するためには,綿密に練られた緑地計画が必要であり、また計画実現性のためには現状の正確な把握が必須となる.そこで,都市内に分布している公園等の比較的大きなスケールの緑地,街路樹や庭園等,小規模の緑の分布状況をERDAS等を用いて解析した。さらに,IKONOSデータから得られた緑地データをもとに緑地の空間的配置構造を数値化する指標(GDI、GCI)を提案した.それらの数値指標を用いた分析対象としては名古屋市と佐賀市を取り上げ、緑地の配置構造の比較分析を行った結果、次の知見が得られた.(1)名古屋市の緑地は,佐賀市の緑地に比べて分散した傾向にある.(2)名古屋市における商業地の緑地は,その低い緑被率にもかかわらず比較的集中した傾向にある.このことは都市公園に隣接するという立地特性に起因する.(3)名古屋市における住宅地の緑地は,その比較的高い緑被率にもかかわらず分散した傾向にある.このことは庭などによって形成される分断された多くの微小緑地の存在に起因する.また,それにより名告屋市の集中した緑の連続性が失われている.都市化に伴う土地利用の変化や人工排熱の増大が都市気象に与える影響を評価するためには、数値計算よるシミュレーションが有効であると考えられる。ここで、3次元熱環境モデルのように高さ情報が必要なものを利用するためには、解析対象都市の精密な標高データが必要となる。しかしながら、現在急速な都市化過程にある中国などの発展途上国では、このようなデータが不足しており、モデルの適用は困難なことが多い。そこで、研究者らは、地球のいかなる地域においても地表面状況を観測可能なSPOT衛星のステレオ画像を利用し、モデルの入力パラメータとして必要な標高データをDEM(数値標高モデル:Digital Elevation Model)によって作成した。これによって計算された標高格子データを、Mellor and Ymada大気乱流モデルをもとに開発した計算プログラムに入力し、都市域の拡大が地域の熱環境に及ぼす影響についてのシミュレーション評価を行った。対象とした都市は、中国の深セン市である。同市は、1980年に経済特区の指定を受けて以来,わずか15年という短期間で人口は約10倍,総生産額の名目で見る経済規模は約300倍に急成長した都市である.シミュレーションの結果得られた知見を以下に示す。(1)急速な土地利用変化の影響で,高温化が進んでおり、深セン市における年平均気温の上昇は、周辺都市との比較によっても確認された.(2)午前中は対象地域全域で標高の高い南東部山地から平野部へと風が吹き降ろされている.(3)都市部の気温上昇により発生した海風が内陸部へと運ぶ都市熱は,平野部に配置された山地の影響で比較的抑えられている.本研究は,データが圧倒的に不足している発展途上国の都市や地域を対象に、モデルによる熱環境解析を行う方法を開発する1つの試みとしても意味を持つものである。都市化に伴う土地利用の変化や人工排熱の増大が都市気象に与える影響を評価するためには、数値計算よるシミュレーションが有効であると考えられる。

そこで、研究者らは、地球のいかなる地域においても地表面状況を観測可能なSPOT衛星のステレオ画像を利用し、モデルの入力パラメータとして必要な標高データをDEM(数値標高モデル:Digital Elevation Model)によって作成した。これによって計算された標高格子データを、Mellor and Ymada大気乱流モデルをもとに開発した計算プログラムに入力し、都市域の拡大が地域の熱環境に及ぼす影響についてのシミュレーション評価を行った。対象とした都市は、中国の深セン市である。同市は、1980年に経済特区の指定を受けて以来,わずか15年という短期間で人口は約10倍,総生産額の名目で見る経済規模は約300倍に急成長した都市である.シミュレーションの結果、以下の知見が得られた。(1)急速な土地利用変化の影響で,高温化が進んでおり、深セン市における年平均気温の上昇は、周辺都市との比較によっても確認された.(2)午前中は対象地域全域で標高の高い南東部山地から平野部へと風が吹き降ろされている.(3)都市部の気温上昇により発生した海風が内陸部へと運ぶ都市熱は,平野部に配置された山地の影響で比較的抑えられている.本研究は,データが圧倒的に不足している発展途上国の都市や地域を対象に、モデルによる熱環境解析を行う方法を開発する1つの試みとしても意味を持つものである。さらに、日本国内の都市を対象に、都市内における小規模な緑地の面積とその特性を衛星情報によって評価する手法の開発を行った。都市部の緑地解析には近年利用が可能となった高分解能衛星データの利用が有効と考えられる.本研究ではまず始めに,今後の利用が期待されているIKONOSデータと,従来の緑地分析に最も頻繁に使用されてきたデータの1つであるLANDSATデータとを比較することによって,高分解能衛星データの緑地分析への有効性を検証した.有限な都市空間に住民が十分な充足感を得るように緑地を配置するためには,綿密に練られた緑地計画が必要であり、また計画実現性のためには現状の正確な把握が必須となる.そこで,都市内に分布している公園等の比較的大きなスケールの緑地,街路樹や庭園等,小規模の緑の分布状況をERDAS等を用いて解析した。さらに,IKONOSデータから得られた緑地データをもとに緑地の空間的配置構造を数値化する指標(GDI、GCI)を提案した.それらの数値指標を用いた分析対象としては名古屋市と佐賀市を取り上げ、緑地の配置構造の比較分析を行った結果、次の知見が得られた.(1)名古屋市の緑地は,佐賀市の緑地に比べて分散した傾向にある.(2)名古屋市における商業地の緑地は,その低い緑被率にもかかわらず比較的集中した傾向にある.このことは都市公園に隣接するという立地特性に起因する.(3)名古屋市における住宅地の緑地は,その比較的高い緑被率にもかかわらず分散した傾向にある.このことは庭などによって形成される分断された多くの微小緑地の存在に起因する.また,それにより名古屋市の集中した緑の連続性が失われている.
細菌アロステリックＬ－乳酸脱水素酵素の恒常的高活性型酵素への変換

LCLDHにおいて、S67E、N68D、E178K、A235K置換は相加的にFBP非依存的活性を上昇させ、結晶解析により、置換残基がQ軸間に塩橋を形成することが示された。LPLDHでは、Asp68の置換によって基質結合にホモトロピックなアロステリック協同性が生じた。TCLDHでは、LCLDHと同様な置換(Q変異)はVmax値を増大させ、R173QとR216Lの置換(P変異)は基質Km値を顕著に減少させ、両変異はFBP非依存的活性と熱安定性を加算的に上昇させた。これらの解析から、LCLDHとTCLDHは異なる構造変化を起こし、恒常的活性化には異なる設計が有効であることが示された。L. casei LDH(LCLDH)において、不活性状態でArg171とα2Fヘリクス内でサブユニット内塩橋を形成するGlu178をGlnに置換した結果FBP非依存的な活性が顕著に増大した。さらに、FBP非依存的な活性は、N68D、A235K、S67Eの置換の追加ごとに加算的に増大し、最終的にサブユニット間塩橋ネットワークを完成させたもので最大となった。これらの結果は、α2Fヘリクスヘリクスを中心としたサブユニット間塩橋ネットワーク、あるいはサブユニット内塩橋の強度がLDHのアロステリック平衡に大きく関与するとともに、細菌LDHの調節特性を多様化させる大きな要因となっていことを示している。一方、T. caldophilus LDH(TCLDH)にサブユニット間塩橋ネットワークを導入すると、FBP非依存的な活性は顕著が増大したものの、基質Km値はFBP存在下の野生型酵素のものよりも約100倍高い数値を示した。しかし、この変異型TCLDHにR173Q、R216Lの置換を導入した結果、このKm値はさらに約100倍向上し、ほぼ完全に恒常的高活性型となった酵素が得られた。この変異型酵素は、野生型酵素と同様に高温で高い活性を示し、野生型酵素のものよりもさらに向上した熱安定性を示した。また、Lys235の代わりにArg235を導入した変異型酵素は、活性と安定性の両面においてLys235型の酵素よりも優れた値を示した。そして、これらの置換解析結果とLCLDHとTCLDHの立体構造比較から、TCLDHにはLCLDHにはみられない特異な正電荷クラスターが複数見出され、このクラスター間の静電的反撥がTCLDHの活性型構造を不安定化する要因となっていることが示唆された。T.caldophilus LDH (TCLDH)の不活性状態(T状態)と活性化状態(R状態)の立体構造を、それぞれ1.8、2.0オングストローム分解能での精密化に成功した。また、同時にこれまで得られたTCLDHとLactobacillus casei LDH(LCLDH)の変異型酵素の機能解析を進めるとともに、これまで得られた結果をさらに精密化した。その結果、TCLDHとLCLDHにはアロステリック構造変化に大きな相違があることが明らかになった。いずれの酵素の場合でも、基質結合に重要なArg171側鎖の方向がアロステリック転移とともに変化する。また、この変化が、Arg171が位置するα2Fヘリクスと、Q軸隣接サブユニットのαC(Q)ヘリクスの接触面の変化によって生じることも共通している。しかし、TCLDHの場合は、アロステリック構造変化の中心がα2FヘリクスのC末端領域にあり、この領域の動きを通してα2Fヘリクスのみが回転する。これに対して、LCLDHの場合は、アロステリック構造変化の中心が、α2FヘリクスのC末端領域だけでなく、P軸を介したサブユニット間連鎖によって、α2G-α3Gループにまで拡大している。その結果、このループと恒常的なサブユニット間水素結合をもつαC(Q)ヘリクスも、α2Fヘリクスと同時に回転運動を行う。Q軸ネットワークは、α2Fヘリクスおよびα2Gヘリクスと、αC(Q)ヘリクスの間に形成されるため、これらの領域がすべて動くLCLDHの構造を活性型に固定する上で有効である。醸造乳酸菌Tetragenococcus halophilusのLDHにも有効性が認められたのは、LCLDHと系統的に近い乳酸菌LDHのためと考えられる。一方、α2Fヘリクスのみしか動かないTCLDHにはQ軸ネットワークはあまり効果的ではなく、α2FヘリクスのC末端領域の位置を活性化状態で安定化するR173Q、R216Lの置換がより効果的であると考えられる。L. caseiのLDHのQ軸サブユニット界面5残基変異型酵素の立体構造を解析した。

得られた立体構造は活性型酵素のものとよく一致し、さらにQ軸間の塩橋ネットワークは、Lys235-Glu67間の距離が塩橋にはやや離れていた以外は、L. pentosusの非アロステリック型LDHのものとほぼ同様なものが形成されていた。また、部分的にQ軸塩橋を導入した酵素は、いずれも、野生型酵素と5残基変異型の中間的な特性を示し、これらの塩橋が加算的に調節特性に影響を及ぼすことが示唆された。一方、L. pentosus LDHにおいて、Asp68をAsnとHisに置換したところ、いずれの場合も、基質飽和曲線が双曲線型からS字型に変化し、基質によるホモトロピックなアロステリック活性化効果が生じたことが示された。高度好熱菌Thermus caldophilusのアロステリック型LDHに塩橋ネットワークを導入した結果、活性化因子FBP非存在下での最大反応速度と基質親和性が、それぞれ約10倍ずつ向上した。しかし、基質親和性については、まだ完全に活性化された酵素よりも低いと考えられるので、このQ軸変異に加えて、P軸サブユニット間のArg173に置換変異を導入した酵素も作成し、現在その解析中である。さらに、醸造乳酸菌Tetragenococcus halophilusのLDHは、FBP非存在下でも顕著な活性を示すが、FBP存在下で基質親和性と最大反応速度がそれぞれ数倍から10倍増大する。T. halophilusの酵素はAsp68をもち、Q軸塩橋ネットワークを部分的に備えていると考えられる。そこで、Asp68をAsnに置換して塩橋の完全欠失をはかったところ、得られた変異型酵素は、FBP非存在下で有意な活性を示さず、この置換によって、FBP絶対的要求型のアロステリック酵素に変換されることが示された。L. caseiのLDH(LCLDH)では、塩橋ネットワークの度合いに応じて、アロステリック特性が多様に変化することが示された。さらに、T. caldophilusのLDH(TCLDH)では、塩橋ネットワークにArg173GlnとArg216Leuの置換を加えることによって、ほぼ高活性型酵素に変換することに成功した。加えて、これらの結果から、Q軸間ネットワークの強度以外に、α2FヘリクスのC末端近傍部とその周辺領域間の静電的相互作用もLDHのアロステリック平衡を決める大きな要因であることが強く示唆された。一方、非アロステリック型であるL. pentosus LDH(LPLDH)をアロステリック化する試みは、前年度で、Asp68Asnの置換によって、アロステリック特性が生じることを示すことが出来たものの、さらにFBP依存性をもたせるようなAsp188His変異などの導入の試みは、現在のところ変異型酵素の可溶性タンパクとしての発現が得られていない。そこで、L. pentosusや類縁菌のL. plantarumがゲノム中にもつ、もう1つのLDHホモログ(ldhB)に注目して、L. plantarumのものについて機能解析を行った。その結果として、このホモログはLPLDHと高いアミノ酸配列の同一性をもつにもかかわらず、興味深いことにオキサロ酢酸を基質とし、かつシグモイド型の基質飽和曲線を示すアロステリクリンゴ酸脱水素酵素であることが明らかになった。この酵素はLPLDHの塩橋ネットワークの一部を欠いており、これがアロステリック特性を生み出す原因であることが示唆される。この酵素の発見は本研究課題において1つの大きな前進であり、また、次年度のLPLDHの改変研究にも好適な研究材料を与えていると考えられる。
白内障術後不定愁訴に対するマイボーム腺機能不全の関与と治療介入の効果

白内障手術後の眼部不定愁訴の原因の一つとされるマイボーム腺機能不全に対し、手術を施行しない経過観察群、白内障手術施行・マイボーム腺機能不全治療非介入群、白内障手術施行・マイボーム腺機能不全治療介入群を設定して検査し比較検討を行い、術後の不定愁訴を予防する簡便な方法を見つけるのが本研究の目的である。治療の介入非介入は、白内障術後点眼を行う際に使用する拭き綿の種類を、術後1か月の段階で変更するか否か、という簡便な方法で行っており、経過観察群では治療非介入群と同一種類の拭き綿を継続使用する方法をとっている。白内障術後の眼部不定愁訴を予防できる簡便な方法が確立できれば、実臨床での意義は非常に高いものと考えられる。検査によるデータの取得は初回(手術前)診察、(手術後)1か月診察、(手術後)3か月診察で行っている。検査内容は不定愁訴に対するアンケート調査と前眼部写真、マイボグラフィの撮影などであり、2018年10月末から症例のリクルートを開始し、2019年4月末現在で、手術を施行しない経過観察群では2症例を、白内障手術を施行している群では治療非介入群、治療介入群を合わせて25症例をリクルートしており、そのうち、手術後1か月のデータが取得が完了したのは23例、手術後3か月のデータ取得が完了した症例は12例となっている。データ取得を完了した各群の症例数が20例を超えていないため、いまだ統計学的な比較検討は行えていない状況である。当初の研究開始予定は2018年6月であったが、器機の購入完了時期が10月となったため、症例のリクルート開始が2018年の10月末となった。当初の計画では2019年3月までの9か月で症例のリクルートを完了する予定であったが、現在も症例のリクルートが必要となっている。手術を施行しない経過観察群での症例リクルートが難航しており、リクルートできた症例も、研究参加中断を希望されるなど、困難を極めている。経過観察群の症例数確保のために、対象症例を白内障のみで経過観察されている症例に加え、白内障手術を受けて1年以上経過した症例も含めるよう対象拡大をすること、また、検査時期も1か月診察を省略し3か月診察のみにすることで対処を行う。当初購入を予定した消耗品の価格やノートパソコンの価格が、相見積もりの結果、当初の予定より安価となったため次年度使用額が生じた。残額は症例追加等に伴い、消耗品の追加購入が必要となった場合に、購入のため適宜使用する予定である。