hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
休眠遺伝子を活用する天然物の創出ーリボソーム標的薬剤耐性菌二次代謝物の探索

本研究では、リボソーム標的薬剤に対する耐性糸状菌を作成し、糸状菌が生産する新規二次代謝物を探索した。胞子形成能の高い糸状菌に対しては、変異原によりランダム変異を導入した後、糸状菌をHygB添加培地で培養して耐性株を選別した。その後、耐性株と野生株の二次代謝物を比較することで、Cordyceps indigoticaから新規ナフトール誘導体を得た。一方、胞子形成が難しい糸状菌については、菌糸処理法等を種々検討することで、耐性株を得ることに成功した。さらに、Chaetomium indicumから野生株には見られない新規芳香族ポリケタイドを単離した。本研究は、糸状菌の休眠遺伝子を活用する新規天然物の探索を目的とする。すなわち、変異原処理によってランダム変異を起こした、昆虫寄生菌、植物内生菌、薬理活性物質生産糸状菌から、リボソームを標的とする薬剤耐性を示す変異株を選抜して、そこで新たに生産される新規天然物を得る。本研究では最初に、Aspergillus nidulansを用いて、変異原濃度、変異株を選抜する際の薬剤濃度、培養時間、培地、二次選抜の必要性等の、リボソームを標的とする薬剤耐性を示す変異株の選抜の至適条件を検討した。その結果、変異原とリボソーム標的薬剤に関しては、N-メチル-N'-ニトロ-N-ニトロソグアニジンとハイグロマイシンBを用いるのが最適であることが明らかとなった。その後、昆虫寄生菌、植物内生菌、Aspergillus属等のハイグロマイシンB耐性株を取得した。そのなかには高い確率で二次代謝が活性化された株が含まれていることが見い出された。活性化される二次代謝物は菌によって異なっており、多様性に富む天然物の創出に有用であることが示された。現在、数種の糸状菌の大量培養を行っており、変異株にのみ認められる化合物を単離して構造決定する。本法は、胞子形成能を有する糸状菌には適用される。しかし、菌糸を生成するものの、胞子形成能を有していない糸状菌が数多く存在する。菌糸に対しても本法が利用され得れば、より多様性に富む天然物ライブラリーの構築が可能となる。本研究では、リボソーム標的薬剤耐性微生物として初めて真核生物に着目した。突然変異誘発薬剤による処理やリボソーム標的薬剤耐性株の選抜の検討から開始した。すなわち、新たな実験スキームを構築したうえで、新規物質生産へと着実に成果を上げている。本研究では、真核生物のリボソーム標的薬であるハイグロマイシンB(HygB)に耐性をもつ糸状菌を作成し、耐性糸状菌が生産する新規二次代謝物を探索した。胞子形成能の高いAspergillus属やEupenicillium属糸状菌に対し、変異原である1-メチル-3-ニトロ-1-ニトロソグアニジン(MNNG)を作用させ、ランダム変異を導入した後、糸状菌をHygBを添加した培地で培養してHygB耐性株を選別した。また、同様な手法により、昆虫寄生糸状菌であるCordyceps indigoticaのHygB耐性株を取得した。得られた耐性株については、そこに含まれる二次代謝物をHPLC分析し、野生株と比較することで、新規二次代謝物の生産の有無を確認した。さらに、新規二次代謝物を生産することがわかった糸状菌株を大量培養して代謝物を分離した。その結果、C. indigoticaの耐性株から新規ナフトール誘導体を得た。ところで、多くの糸状菌では十分な量の胞子を形成させることは難しい。そこで、Chaetomium indicumの菌糸を用いて、そのHygB耐性株を取得することができるかどうかを調べた。すなわち、菌糸の処理法、MNNGおよびHygB濃度等の条件を種々検討し、耐性株が取得できた。次いで、耐性株で生産される成分をHPLC分析により経時的に追跡し、二次代謝プロファイルの詳細を調べた。その結果、培養時間とともに生産される成分に大きな変化が見られた。そこで、耐性株を大量培養し、野生株では見られない成分に着目し、3種の新規芳香族ポリケタイドを単離した。いずれもO-プレニル化された芳香族ポリケタイド類であり、ユニークな5環式構造を有しているものもあった。申請書の計画通りに、平成28年度には、変異株と野生株の二次代謝物を詳細に分析し、変異株で新たに生産される物質を単離、構造決定する。また、新規物質の薬理作用を可能な限り調べる。二次代謝物変化と薬剤耐性、遺伝子変異の相関を検討する。休眠遺伝子をより効率よく発現させるために、リボソームを作用点とする薬剤に加え、HDAC阻害剤を使用し、それらの併用効果を調べる。
Belle実験でB中間子崩壊におけるCp対称性の破れの研究

現在、高エネルギー加速器研究機構においてはB-ファクトリー加速器、KEB、とBelle実験装置が順調に稼動し、このタイプの電子・陽電子ビーム衝突型加速器としては世界最高の性能を実現している。これに伴い、Belle実験はこれまでに最大のB中間子崩壊のデータを収集した。現在、このデータの解析を精力的に行い、多くの学術論文として発表してきた。電子・陽電子ビーム衝突から生まれるB中間子と反B中間子のうち一方がB中間子で他方が反B中間子であるが、Ronga氏はこの二つの崩壊点を正確に測定し、B中間子と反B中間子の混合の効果を正確に求め、素粒子の標準理論の検証及び新しい物理効果の探索等を中心研究テーマとして研究を行っている。同時に、Ronga氏は、B中間子が、D*中間子とパイ中間子に崩壊する反応を精密に測定し、素粒子の標準理論である小林・益川のパラメターのうち測定が困難であると思われているφ3をこの崩壊モードで始めて測定することに成功した。この測定において、D*中間子がD中間子とパイ中間子の崩壊する運動量に小さいパイ中間子と、もう一つのパイ中間子を測定することにより、D中間子の崩壊を完全に確認することなく、事象の特定をするという効果的解析法を開発し応用した。測定結果はまだ測定事象例が豊富でなく、必ずしも標準理論の厳密な検証に確認するまでにいたっていないが、これから解析が進むに従ってこの研究の重要性は明らかになるものと考えられる。この成果は、学術誌に投稿の準備を現在行っており、近い将来、発表されるものと期待する。Ronga氏は電子・陽電子ビーム衝突から生まれるB中間子と反B中間子のうち一方がB中間子で他方が反B中間子であるが、この二つの崩壊点を正確に測定し、B中間子と反B中間子の混合の効果を正確に求め、素粒子の標準理論の検証及び新しい物理効果の探索等を中心研究テーマとして研究を行っている。その研究のために、まず第一に、B中間子と反B中間子の同定のために、Ronga氏は、B中間子の崩壊で生まれる電子やミュー粒子を用いる方法を確立した。第二に、B中間子及び反B中間子の崩壊点を正確に測定するために、Belle実験のバーテックス検出器を使用する方法を確立した。即ち、2003年にBelleグループは、従来使用していたバーテックス検出器をより位置測定精度の優れたものに交換した。この検出器を最大限に利用し、二つのB中間子対の崩壊点を正確に測定するために、従来Belleグループが行ってきた手法を再点検した。このような研究方法を確立し、B中間子・反B中間子混合の正確な測定を現在行っている。その成果は、学術誌に報告されるものと期待される。
ヘモグロビンのサブユニットに4量体形成以前から用意されている構造変化の機構

1)引き続き、脊椎動物の系統樹の分岐点のまわりで、Hb(ヘモグロビン)の立体構造と機能の変化を見るために使うHbとして、硬骨魚類のクロマグロ、軟骨魚類のアカエイとシロザメ、脊椎動物と無脊椎動物の中間的存在である円口類の日本産のカワヤツメウナギ、Hbを持つ無脊椎動物で脊椎動物に最も近い棘皮動物のシロナマコからHbを取り、常時使用できる状態を維持した。一部他の研究室へも提供した。2)アカエイHbのCO結合型と配位子非結合型の結晶のX線結晶解析の精密化を完了した。ヒトのHbと立体構造を比較すると、構造上硬骨魚類Hbより更に離れていることがわかった。結果を「タンパク質立体構造の構築原理」ワークショップのポスターで発表し、論文を投稿中。3)アカエイHbに続いて、シロザメHb、クロマグロHb、ヤツメウナギHb、クロマグロβ鎖の4量体のCO結合型と配位子非結合型型のX線結晶解析は、すべて構造が解けており、それぞれデータの質を更に改善し、構造を精密化する段階に入っている。4)クロマグロHbをα鎖とβ鎖に分離する方法を確立した。また、構成するすべてのグロビン(α鎖4本とβ鎖1本)のcDNAの塩基配列を決定した。単離β鎖の酸素平衡曲線にボーア効果を確認した。5)ヤツメウナギHbのcDNAを発現させたが、活性あるタンパクにfoldingできていない。6)シロナマコHbの3種のグロビンのcDNAの塩基配列をほぼ完全に決定し、その一本を発現系に組み込み、発現foldingすることができた。
水着の形状が水泳中の体温調節反応及び血中ホルモン応答に及ぼす影響

本研究では,水着の形状が水泳中の体温調節反応に及ぼす影響を明らかにすることを目的とした.日頃からトレーニングを行っている大学水泳選手12名を被験者とした.被験者の年齢,身長,体重,体脂肪はそれぞれ20.2±1.3yr,174.0±6.4cm,69.1±7.7kg,17.7±3.1%であった.実験に先立ち本実験の目的,安全性,予想される結果について書面及び口頭で説明し,被験者として本実験への参加承諾を得た.皮膚温測定のための温度測定装置(温度ロガー3650;センサー部,2040データメモリー,電池内蔵,日置社製)を下腿部,大腿部,腹部,胸部,前腕にテープで貼り付け,水泳中1分ごとにデータを取得した.通常の水着群(RS群)6名とロングタイプ水着群(BS群)6名にクロールで1500m泳を2種類の水温条件(30.15,28.90°C)において行わせ,泳前後の体温(口腔温),水泳中の皮膚温,泳直後の心拍数,RPE,温度感覚(頭部,躯幹部)を測定した.テスト泳後半(10分後,15分後)の平均皮膚温,テスト泳後の主観的指標である頭部(TSH),躯幹部(TSB)の温度感覚において,BS群が有意に高い値を示し,水着の形状の違いによって,水泳中の体温調節反応に違いが認められた.ロングタイプ水着を着用時の異なる水温条件において,平均皮膚温,主観的指標である頭部(TSH),躯幹部(TSB)の温度感覚,主観的運動強度において,さらに体温でも高水温群が高い値であった.本研究での高水温条件であった30°C前後の水温でのロングタイプ水着を着用した水中トレーニングでは,高体温や脱水を引き起こすことが考えられた.今後は泳速度による影響,さらにスイミングキャップの素材の違いも考慮し,体温調節反応及び水泳パフォーマンスに及ぼす影響についての検討が必要である.本研究では,水着の形状が水泳中の体温調節反応に及ぼす影響を明らかにすることを目的とした.日頃からトレーニングを行っている大学水泳選手12名を被験者とした.被験者の年齢,身長,体重,体脂肪はそれぞれ20.2±1.3yr,174.0±6.4cm,69.1±7.7kg,17.7±3.1%であった.実験に先立ち本実験の目的,安全性,予想される結果について書面及び口頭で説明し,被験者として本実験への参加承諾を得た.皮膚温測定のための温度測定装置(温度ロガー3650;センサー部,2040データメモリー,電池内蔵,日置社製)を下腿部,大腿部,腹部,胸部,前腕にテープで貼り付け,水泳中1分ごとにデータを取得した.通常の水着群(RS群)6名とロングタイプ水着群(BS群)6名にクロールで1500m泳を2種類の水温条件(30.15,28.90°C)において行わせ,泳前後の体温(口腔温),水泳中の皮膚温,泳直後の心拍数,RPE,温度感覚(頭部,躯幹部)を測定した.テスト泳後半(10分後,15分後)の平均皮膚温,テスト泳後の主観的指標である頭部(TSH),躯幹部(TSB)の温度感覚において,BS群が有意に高い値を示し,水着の形状の違いによって,水泳中の体温調節反応に違いが認められた.ロングタイプ水着を着用時の異なる水温条件において,平均皮膚温,主観的指標である頭部(TSH),躯幹部(TSB)の温度感覚,主観的運動強度において,さらに体温でも高水温群が高い値であった.本研究での高水温条件であった30°C前後の水温でのロングタイプ水着を着用した水中トレーニングでは,高体温や脱水を引き起こすことが考えられた.今後は泳速度による影響,さらにスイミングキャップの素材の違いも考慮し,体温調節反応及び水泳パフォーマンスに及ぼす影響についての検討が必要である.本研究では,水着の形状が水泳中の体温調節反応に及ぼす影響を明らかにすることを目的とし,日頃からトレーニングを行っている大学水泳選手12名を被験者とした.被験者の年齢,身長,体重,体脂肪はそれぞれ20.2±1.3yr,174.0±6.4cm,69.1±7.7kg,17.7±3.1%であった.実験に先立ち本実験の目的,安全性,予想される結果について書面及び口頭で説明し,被験者として本実験への参加承諾を得た.皮膚温測定のための温度測定装置(温度ロガー3650;センサー部,2040データメモリー,電池内蔵,日置社製)を下腿部,大腿部,腹部,胸部,前腕にテープで貼り付け,水泳中1分ごとにデータを取得した.通常の水着群(RS群)6名とロングタイプ水着群(BS群)6名にクロールで1500m泳を行わせ,泳前後の体温(口腔温),水泳中の皮膚温,泳直後の心拍数,RPE,温度感覚(頭部,躯幹部)を測定した.その結果,テスト泳後半(10分後,15分後)の平均皮膚温,テスト泳後の主観的指標である頭部(TSH),躯幹部(TSB)の温度感覚において,BS群が有意に高い値を示し,水着の形状の違いによって,水泳中の体温調節反応に違いが認められた.本研究でのプール温度条件であった30°C前後の水温でのロングタイプ水着を着用した水中トレーニングでは,高体温や脱水を引き起こさないように十分な水分摂取を行う必要があることが示唆された.

第2年度は水温及び泳速度による影響,さらにスイミングキャップの素材の違いも考慮し,体温調節反応及び水泳パフォーマンスに及ぼす影響についての検討を行う予定である.本研究では,水着の形状が水泳中の体温調節反応に及ぼす影響を明らかにすることを目的とした.第1年度においては,テスト泳後半の平均皮膚温,テスト泳後の主観的指標である頭部(TSH),躯幹部(TSB)の温度感覚において,ロングタイプ水着群(BS群)が有意に高い値を示し,水着の形状の違いによって,水泳中の体温調節反応に違いが認められた.第2年度においては水温の影響を検討するために,日頃からトレーニングを行っている大学水泳選手12名を被験者とし,実験に先立ち本実験の目的,安全性,予想される結果について書面及び口頭で説明し,被験者として本実験への参加承諾を得た.皮膚温測定のための温度測定装置(温度ロガー3650;センサー部,2040データメモリー,電池内蔵,日置社製)を下腿部,大腿部,腹部,胸部,前腕にテープで貼り付け,水泳中1分ごとにデータを取得した.クロールで1500m泳を,2種類の水温条件(30.15,28.90°C)において行わせ,泳前後の体温(口腔温),水泳中の皮膚温,泳直後の心拍数,RPE,温度感覚(頭部,躯幹部)を測定した.その結果,主観的指標である頭部(TSH),躯幹部(TSB)の温度感覚,主観的運動強度において,さらに体温でも高水温群が高い値であった.本研究での高水温条件であった30°C前後の水温でのロングタイプ水着を着用した水中トレーニングでは,高体温や脱水を引き起こすことが考えられた.詳細については現在分析中であるが,今回の結果を踏まえ,今後は泳速度による影響,さらにスイミングキャップの素材の違いも考慮し,体温調節反応及び水泳パフォーマンスに及ぼす影響についての検討を行いたい.
横川景三撰『百人一首』及び『花上集』の全注釈

日本全国各地に点在する五山文学版『百人一首』と『花上集』の伝本収集をし、前者は慶応大学図書館本(竹中重門旧蔵本)、後者は慶応大学図書館本I(岡田眞旧蔵本)が相対的善本であるという結論を出すに至った。そして、この両本を基にして、両作品の校本を作成し、注釈作業を軌道に乗せた。また、『花上集』の理解・解釈を助ける、内閣文庫蔵『花上集鈔』(2冊)の翻刻に関しては、乾巻・坤巻ともに完成させた。研究1年目の今年度の作業の大半を費やしたと言っても過言ではないのが、(1)日本全国各地に点在する五山文学版『百人一首』と『花上集』の伝本収集である。主な調査先は、刈谷市立刈谷図書館村上文庫・西尾市岩瀬文庫・名古屋市蓬左文庫・国立国会図書館・駒澤大学図書館・国立公文書館内閣文庫・宮内庁書陵部・慶応義塾大学図書館及び斯道文庫・関西大学図書館長澤文庫・鎌倉東慶寺松ヶ岡文庫・大東急記念文庫・静嘉堂文庫・花園大学禅文化研究所・東京大学史料編纂所・お茶の水図書館成簣堂文庫・京都大学図書館平松文庫である。ある古典作品を研究する場合、本文(伝本)研究は、最も大切な基礎的作業と言える。来年度早々、両作品集の諸本を体系化することにより最善本(底本)を選定し、それを基に本文の異同を調査し、校本を作成する予定である。また、(1)の作業と並行して、(2)『花上集鈔』の翻刻を完了した。『花上集』の抄物である『花上集鈔』は、内閣文庫蔵本(室町末期写、2冊)の影印が、亀井孝氏『語学資料としての中華若木詩抄(系譜)』(清文堂、1980)に全文掲載されており、『花上集』の通釈に大いに役立つと考えている。今年度はまず、昨年度、時間的な制約等で調査に赴けなかった文庫や図書館に赴き、伝本の閲覧・調査を行った。主な訪問先は、岡山大学附属図書館池田文庫・神宮文庫・宮内庁書陵部・国立公文書館内閣文庫・京都府立総合資料館・国立国会図書館・尊経閣文庫である。なお、これらの伝本研究の成果は、岩波書店の『文学』隔月刊第12巻第5号(2011年9,10月号特集=五山文学)に、「五山文学版『百人一首』と『花上集』の基礎的研究-伝本とその周辺-」と題して発表した。研究者人口の少ない五山文学に絞っての同特集は、日本文学専門誌において「空前」のことと言っても良いだろう。結果、五山文学版『百人一首』は慶応大学図書館本(竹中重門旧蔵本)、『花上集』は慶応大学図書館本I(岡田眞之旧蔵本)が相対的善本であるという結論を出すに至った。また、『花上集鈔』の翻刻に関しては、亀井孝氏『語学資料としての中華若木詩抄(系譜)』(清文堂、1980)に収録されている内閣文庫蔵本(室町末期写、2冊)の影印をもとに、昨年度完成させたものとばかり思っていたが、一部未翻刻だったため、今年度はまずそれを終え、乾巻の翻刻については、勤務校の紀要第34号に発表した(→「国立公文書館内閣文庫蔵『花上集鈔』乾巻の本文(翻刻)」)。本研究は、五山詩のアンソロジーである、横川景三(1429-93)撰の五山文学版『百人一首』及び『花上集』の全注釈の完成を目的としている。「五山文学」とは、鎌倉・室町時代に五山派の禅僧によって作成された漢詩文を言う。さて、上記二書の伝本研究は昨年度、岩波書店の『文学』隔月刊第12巻第5号(2011年9,10月号特集=五山文学)に、「五山文学版『百人一首』と『花上集』の基礎的研究ー伝本とその周辺ー」と題してまとめたので、研究の最終年度である今年度は、校本を作成し、注釈をスタートした。ちなみに『百人一首』は慶応大学図書館本(竹中重門旧蔵本)、『花上集』は慶応大学図書館本I(岡田眞之旧蔵本)が相対的善本なので、それらを底本として本文の異同を調査し、校本を作成した。また、両書に七言絶句詩を収録されている禅僧の、他の作品集にも興味を抱き、お茶の水図書館成簣堂文庫・建仁寺両足院・国立国会図書館・国立公文書館内閣文庫・京都府立総合資料館等に赴き、伝本の閲覧・調査を行った。

昨年度、完成させた『花上集鈔』(内閣文庫蔵、室町末期写、2冊)の翻刻に関しては、坤巻の翻刻を、勤務校の紀要第35号に発表した(→「国立公文書館内閣文庫蔵『花上集鈔』坤巻の本文(翻刻)」)。1,当初の予定に少し無理があったと言わざるを得ない。2,注釈に入る前段階の基礎的研究-諸本収集・抄物の翻刻・本文校訂等-はやはり地道な作業であり、時間や労力を要するものである。24年度が最終年度であるため、記入しない。できるだけ早く五山文学版『百人一首』と『花上集』の校本を完成させる。そして、後者には抄物があり、すでに翻刻を終えているので、こちらから注釈作業を進める方が、作業がはかどると思われる。
非局在型ケイ素π電子系カチオン、ラジカル及びアニオン種の合成及び物性に関する研究

有機ケイ素化学において、その光反応は新規化合物の合成法として用いられているのみならず、反応機構論を展開する上で幅広く研究が行われている。これまで本研究では、シクロプロペンのケイ素類縁体であるシクロトリシレンとフェニルアセチレンの反応によって、五員環骨格内にC=C二重結合Si=Si二重結合を有するシクロペンタジエン高周期類縁体を中間体として経由して、ビシクロ[3.2.0]骨格を有する二環式化合物が生成することを見出している。1,2,5-トリシラビシクロ[3.2.0]ヘプタ-3,6-ジエン誘導体は、四員環と五員環が光に対して反応活性なSi-Si結合を介して縮環していとから、その光反応性に非常に興味が持たれる。予想可能な反応としては、四員環部分でのレトロ[2+2]環化付加反応が挙げられ、この反応が進行した場合1,2,3-トリシラシクロペンタジエンが生成することが期待される。1,2,5-トリシラビシクロ[3.2.0]ヘプタ-3,6-ジエン誘導体の重ベンゼン溶液に320nm以上の光を照射し、^1H NMRスペクトルを用いて反応追跡を行ったところ、原料のシグナルは約6時間で消失し、新たなシグナルが観測された。各種NMRスペクトル及びX線結晶構造解析の結果から、この反応では予想されたレトロ【2+2】環化付加反応は進行せず、光異性化反応が進行し1,4,7-トリシラビシクロ[2.2.1]ヘプタ-2,5-ジエン誘導体が生成していることを明らかにした。重水素ラベルによる実験結果から、この異性化反応は置換基であるシリル基の転移を伴っておらず、ビシクロ骨格の協奏的な組み換えによって進行していることを明らかにした。有機ケイ素化合物のアルカリ金属錯体は、有機ケイ素化学や有機合成化学において有用な化学種であり、精力的に研究が行われている。これまで、ケイ素アニオン種に関して、その合成法や反応性、構造学的観点から多くの研究が報告されているが、ケイ素のみから構成されるπ電子系アニオン種に関する研究は、合成法上の制約からほとんど報告例がなかった。これまで、シクロプロペンのケイ素類縁体であるシクロトリシレンとルイス酸との反応によって、初めての高周期2π電子系ホモ芳香族化学種であるシクロテトラシレニリウムイオンの合成に成功し、ケイ素環状アリルカチオンとしての特徴について、NMR解析およびX線結晶構造解析により明らかにしている。また、シクロテトラシレニリウムイオンは、その一電子還元反応によって初めての単離可能なシリルラジカルであるシクロテトラシレニルラジカルへ、容易に変換可能であることも報告している。本研究では、シクロテトラシレニリウムイオンのに電子還元反応によるケイ素環状π電子系アニオン種、シクロテトラシレニドイオンの合成について検討した。シクロテトラシレニリウムイオンと過剰量の金属リチウムをジエチルエーテル中で反応させたところ、反応溶液は速やかに緑色へと変化した。得られた反応混合物を、ヘキサンーTHF混合溶媒から再結晶することによりリチウム原子を対カチオンとする、シクロテトラシレニドイオンを緑色結晶として単離することに成功した。X線結晶構造解析の結果、対カチオンであるリチウム原子はケイ素四員環内の3つのケイ素とη3型に結合しており、アリルアニオンとしての特徴を強く反映した構造となっているが、それぞれのケイ素-リチウム結合長は異なっており、非対称な架橋構造となっていることを明らかにした。また、シクロテトラシレニドイオンは、トリエチルシリルカチオンを用いた酸化反応によって対応するラジカル種へと変換可能であることも、併せて明らかにした。
4次元多様体と曲面結び目の特異点論的研究

曲面結び目のnormal Euler numberに関するWhitney conjectureを解決するため,特に,2次元への射影を考えた.その射影から,射影する前の曲面結び目を復元することに成功した.3次元への射影から射影する前の曲面結び目を復元する方法にbrokensurface diagramを使った手法がある.これは,3次元上に現れる特異点に4次元の情報を付加したものであり,古典的結び目で重要な役割を果たした正則射影図のアナロジーでもある.それに対し,曲面結び目を2次元へ射影すると,その特異値集合が平面内のグラフを形成する.そして,そのグラフの各edgeに帯付きbraidが対応する.帯付きbraidは,通常のbraidに帯を付加したもので,braidには曲面結び目を構成するsheet,帯にはfoldを構成するsheetがそれぞれ対応する.私はそういった方法で曲面結び目の復元に成功した.さらに,Whitneyの合同式と呼ばれるmod 4の公式を,2次元への射影を使って示すことに成功した.この合同式は,3次元への射影を使って,幾何的に解かれており,Whitney conjectureを証明する前に証明された重要な合同式である.また,曲面結び目のtotal widthと古典的結び目のwidthの下からの評価を与えた。それは自然な考察により,結び目群の生成元の個数との関係を導き出した。加えて,曲面結び目に対する領域数という不変量を定義した.これは,古典的結び目の橋指数に類似するもので,現在,n-twist spun 2-bridge knotの領域数の決定や,領域数の小さい曲面結び目の特徴づけを行った.曲面結び目のnormal Euler numberに関するWhitney conjectureを射影を用いて解決するため,特に,2次元への射影を考えた.実際,曲面結び目の2次元への射影に現れる特異点の個数とnormal Euler numberには,ある合同式が成り立っている.結果的には,2次元への射影を通してnormal Euler numberが計算できることが分かった.しかし,精密さに欠けるために,Whitney conjectureの解決にはまだ改良が必要である.また,視点を変え,Gabaiが定義したwidthのアナロジーも考えることができた.Widthは,classical knotに対して,bridge indexの一般化として定義された概念である.それをCater-Saitoは,曲面結び目の「chart」(平面への射影)に対して応用した。しかし,彼らが定義した曲面結び目のwidthは,Gabaiが定義したwidthのアナロジーとしては少し異なる.さらに,任意の曲面(向き付け不可能も含む)に対しては,これまでほとんど研究されていなかった.そこで,それを任意の曲面及び,元の意味でのwidthのアナロジー(total width)について研究し,これまで,n-twist spun 2-bridge knotやribbon knot,射影平面結び目等のwidth及びtotal widthの計算が終了している。そして,その計算の中では,1次元への射影を用いることが有効で,trivialな結び目等のwidthの計算に役立った.曲面結び目のnormal Euler numberに関するWhitney conjectureを解決するため,特に,2次元への射影を考えた.その射影から,射影する前の曲面結び目を復元することに成功した.3次元への射影から射影する前の曲面結び目を復元する方法にbrokensurface diagramを使った手法がある.これは,3次元上に現れる特異点に4次元の情報を付加したものであり,古典的結び目で重要な役割を果たした正則射影図のアナロジーでもある.それに対し,曲面結び目を2次元へ射影すると,その特異値集合が平面内のグラフを形成する.そして,そのグラフの各edgeに帯付きbraidが対応する.帯付きbraidは,通常のbraidに帯を付加したもので,braidには曲面結び目を構成するsheet,帯にはfoldを構成するsheetがそれぞれ対応する.私はそういった方法で曲面結び目の復元に成功した.さらに,Whitneyの合同式と呼ばれるmod 4の公式を,2次元への射影を使って示すことに成功した.この合同式は,3次元への射影を使って,幾何的に解かれており,Whitney conjectureを証明する前に証明された重要な合同式である.また,曲面結び目のtotal widthと古典的結び目のwidthの下からの評価を与えた。加えて,曲面結び目に対する領域数という不変量を定義した.これは,古典的結び目の橋指数に類似するもので,現在,n-twist spun 2-bridge knotの領域数の決定や,領域数の小さい曲面結び目の特徴づけを行った.
劇症型A群連鎖球菌感染症に関する分子疫学的研究

1992年から1994年にかけて日本全国から分離収集された劇症型A群連鎖球菌感染症由来の菌株42株について、パルスフィールド電気泳動法(PFGE)により遺伝子DNAフィンガープリントを作成した。得られた各菌株ごとの電気泳動パターンをコンピューターを用いて比較し、その遺伝的近縁関係ついて分析した。その結果、劇症型感染症由来の42株から16種類のPFGE型が得られ、本感染症の起炎菌の遺伝的多様性が示された。また、通常の非劇症型感染症にも劇症型感染症と同一の遺伝型をもつ菌株が認められた。従来から劇症化の要因として重要視されてきた連鎖球菌性発熱毒素SPEAに関しては、それを産生する菌株は43%に過ぎず、31%の菌株はspeA遺伝子も持っていなかった。以上から、ある特異な菌の出現と伝播によってこの劇症型A群連鎖球菌感染症の出現を説明することは困難であり、菌の産生するSPEAについても本症の病原因子として重要であるとは考えにくい結果となった。また、4家族において患者とその家族からA群連鎖球菌を分離し、それぞれの菌株について遺伝子DNAフィンガープリントを作成したところ、家族間で同一パターンが得られた。14人は無症状か軽い炎症症状で、3人が比較的重い症状を示した。A群連鎖球菌が容易に伝播しやすいことも考えに入れ、家族のように患者と濃厚に接触する可能性のある者に対しては、本感染症の2次的発生を防ぐ見地から、抗菌剤の予防的投与を考慮する必要性が示唆された。A群β溶連菌(Streptococcus pyogenes)はヒトに様々な感染症を起こすが、最近、急速に進行する全身性劇症感染症(Toxic shock-like syndrome:TSLS)が臨床上問題となっている。その病態生理、治療および予防対策については不明な点が多い。我々の研究では、19921994年にわが国で発症したTSLSを含む重症感染症42例を中心に、軽症および保菌患者の菌株と比較しながら、菌株の血清学的、遺伝学的特徴について解析した。重症株42株パルスフィールドゲル電気泳動法(PFGE)で16タイプ(遺伝型)に分類された。この方法で同一の血清型の株をさらに詳細の型別する事が可能であった。コンピューターを用いた各々のタイプの遺伝学的類似性の解析では、これらの42株の間でかなりの多様性がみられた。このことはある特定の菌株が重症感染症を起こすものではないことを示唆していた。また発熱毒素(SpeA)の遺伝子の解析でも、遺伝子非保有株でも重症感染症を起こすことが示され、SpeAの重症化への関与は必須とは言えなかった。以上より、本菌による重症感染症の病態は菌側の他の病原因子、あるいは宿主側の要因の関与が考えられた。さらにTSLS発症の4例について、患者およびその家族より分離した菌株についてPFGEによる型別を行った。いずれの場合も患者およびその家族から同一の菌株が検出され、家族内での交叉感染が示された。家族ほとんどは軽症の咽頭炎あるいは保菌であったが、肺炎、重症咽頭炎、および胎児感染がそれぞれ1人ずつみられた。以上より、重症感染症の病態が不明である現時点においては、TSLS患者の家族に対するペニシリンの予防内服の必要性が今後検討されるべきと考えられた。得られた各菌株ごとの電気泳動パターンをコンピューターを用いて比較し、その遺伝的近縁関係について分析した。

その結果、劇症型感染症由来の42株から16種類のPFGE型が得られ、本感染症の起炎菌の遺伝的多様性が示された。また、通常の非劇症型感染症にも劇症型感染症と同一の遺伝型をもつ菌株が認められた。従来から劇症化の要因として重要視されてきた連鎖球菌性発熱毒素SPEAに関しては、それを産生する菌株は43%に過ぎず、31%の菌株はspeA遺伝子も持っていなかった。以上から、ある特異な菌の出現と伝播によってこの劇症型A群連鎖球菌感染症の出現を説明することは困難であり、菌の産生するSPE Aについても本症の病原因子として重要であるとは考えにくい結果となった。また、4家族において患者とその家族からA群連鎖球菌を分離し、それぞれの菌株について遺伝子DNAフィンガープリントを作成したところ、家族間で同一パターンが得られた。14人は無症状か軽い炎症症状で、3人が比較的重い症状を示した。A群連鎖球菌が容易に伝播しやすいことも考えに入れ、家族のように患者と濃厚に接触する可能性のある者に対しては、本感染症の2次的発生を防ぐ見地から、抗菌剤の予防的投与を考慮する必要性が示唆された。
X線構造解析に基づくサイクロデキストリン合成酵素の環形成反応の解析と応用

好アルカリ性Bacillus sp.♯1011のサイクロデキストリン合成酵素(CGTase)の遺伝子をクローン化し、大腸菌に導入し、発現させた後、精製・結晶化し、1。8Aの解像度での立体構造解析に成功した。そこで本酵素の活性中心を形成しているアミノ酸残基、アミラーゼと共通するアミノ酸残基などを遺伝子工学的手法で別のアミノ酸に置換した変異CGTaseを構築し、結晶を作成し、解析した。いずれの酵素の場合も1格子当り2分子のCGTaseが含まれていた。また阻害剤アカボ-ス、基質マルトースなどとCo-crystallizationさせることにも成功した。サブタイトS-2'を形成するPhe183とPhe259をそれぞれ同時にLeuに置換したF183L/F259L変異酵素では不均化反応は野性型酵素の93%も保存されているにもかかわらず、β-サイクロデキストリンを精製する環形成反応が0。5%にまで低下していた。またこの変異酵素のアカボ-スによる阻害活性(ID50)は10、000倍も高くなり、アカボ-スの阻害効果はほとんど無くなっていることが分かった。野性型CGTaseとアカボ-スのコンプレックスと変異CGTaseとアカボ-スのコプレックスの立体構造を比較したところ、アカボ-スの結合部位が両者で全く異なっており、変異酵素ではアカボ-スが触媒残基周辺から離れて結合していることが分かった。この結果は3KB-G5CNPを基質にした際の切断点の変化と一致していた。一方この変異酵素によって生成されるサイクロデキストリンは野性型酵素と同様にβ型が主生産物であった。
分娩時胎盤剥離過程でのアラキドン酸誘導体の機能解明と新規分娩誘起法の開発

畜産の生産現場では、担い手の高齢化が進み、労働負担の軽減化が強く求められている。特に分娩は厳密な予定がたたず、深夜になった場合の分娩介護は重労働となっている。一方、分娩時の胎子排出メカニズムはこれまで精力的に研究されてきたが、胎子娩出後に不要となった胎盤の排出(後産)のメカニズムはほとんど理解されていなかった。そこで本研究では、胎盤剥離シグナルの同定とそれを応用した新規の分娩誘導法の開発を目的とした。これまでの報告から、胎盤の剥離には細胞間の接着を切断する酵素であるマトリックスメタロプロテアーゼ(MMP)の関与が推定されており、その生産母地が繊維芽細胞であることから、胎子胎盤から繊維芽細胞を調製してそのMMPを活性化する物質を探した。胎子娩出のシグナルはアラキドン酸の代謝物が主役であることからアラキドン酸代謝物に焦点をあてて検討したところ、従来知られたプロスタグランジン類ではなく、リポキシゲナーゼ代謝物であるオキソアラキドン酸に強いMMP活性化機能があることが判明した。分娩予定牛にプロスタグランジンを投与して分娩誘導すると、胎子は娩出されるが胎盤は排出されない(胎盤停滞)。これを対象区として、強いMMP活性化機能を示したオキソアラキドン酸を胎子娩出後に投与したところ胎盤の排出に成功した。その際の胎盤中MMPは正常分娩時と同様の挙動を示していた。以上からオキソアラキドン酸はこれまで知られていなかった胎盤剥離誘導シグナルであることが示された。本知見は胎盤停滞を伴わない分娩誘導技術及び胎盤停滞治療法の開発につながり、畜産生産現場の労働負担の軽減に大きく貢献すると期待される。胎盤剥離のモデルになると考えられる実験系として胎盤由来繊維芽細胞にアラキドン酸を添加すると細胞が剥離する現象をすでに見出しているが、本年は種々の阻害剤を用いてその詳細を検討した。ザイモグラフィーでマトリックスメタロプロテアーゼ(MMP)活性がアラキドン酸添加により上昇する事を示していたが、他のプロテアーゼが細胞剥離に関与している可能性もあるため、セリンプロテアーゼ阻害剤、システインプロテアーゼ阻害剤をアラキドン酸と同時に投与したが、いずれも細胞剥離を阻止できなかった。対して、MMP一般を阻害するEDTA及びMMP2,9阻害剤を添加したところ、前者は剥離を完全に抑え、後者は剥離細胞数を30%程度まで減少させた。これらのことから、アラキドン酸により誘導される胎盤由来繊維芽細胞の剥離は一般的なプロテアーゼではなく、MMPに担われていることが明らかとなった。分娩後の胎盤剥離(後産の排出)にもMMPが関与することが推定されており、本実験系を用いる事の有効性が支持された。またこの実験で観察される細胞剥離はアラキドン酸で誘導されるが、プロスタグランジンでは再現されないこともすでに報告した。このことはアラキドン酸がプロスタノイド以外のエイコサノイドに変換されて作用している可能性を示している。そこでシクロオキシゲナーゼ(COX)系と対をなすリポキシゲナーゼ(LOX)系の関与について検討した。5-LOX阻害剤、12-LOX阻害剤、15-LOX阻害剤をアラキドン酸と同時に投与したところ、12-LOX阻害剤投与により細胞剥離が阻止された。このことはアラキドン酸が12過酸化物誘導体に変換して細胞剥離を引き起こしている事を示した。これらの情報をインビボの分娩に適応してみると、胎子の排出とその後の胎盤の排出がアラキドン酸を基にした異なったシグナル伝達系で作動している可能性を示した。

分娩後の胎盤剥離のモデルになると考えられる胎盤由来繊維芽細胞の実験系を用いて、胎盤剥離に関与すると推定されているマトリックスメタロプロテアーゼ(MMP)の活性化機構の解析を行った。前年までの検討結果から、アラキドン酸のケトン誘導体に強い細胞剥離活性が確認されたが、他のリポキシゲナーゼで誘導されるケトン異性体には同様の剥離活性が無いこと、また細胞ライセートにもMMP活性が誘導されていないことをゼラチンザイモグラフィーで確認した。さらに今年度は、他の高度不飽和脂肪酸および飽和脂肪酸の細胞剥離活性の有無を検討した。炭素数18以上の脂肪酸を調べた結果、飽和脂肪酸、モノ不飽和脂肪酸およびジ不飽和脂肪酸(ステアリン酸、パルミチン酸、リノール酸)には活性がなかったものの、トリ不飽和脂肪酸の一部とテトラ不飽和脂肪酸以上の高度不飽和脂肪酸に活性の強弱はあるが細胞剥離活性がみられた。アラキドン酸の前駆体であるn-6系列の脂肪酸(γリノレン酸)だけでなく、n-3系列のエイコサペンタエン酸やドコサヘキサエン酸、さらにはステアリドン酸にも細胞剥離活性がみられたことから、2重結合が炭素原子1個を挟んで3個以上つながった構造を持つ脂肪酸が共通に持つ性質と考えられた。予備的実験でこれらの脂肪酸の2重結合の連続のなかに水酸基を持つ誘導体を添加したところ活性はみられなかった。分娩予定一週間前の妊娠牛にプロスタグランジン(PG)を投与する実験系を用いてアラキドン酸のケトン誘導体の効果を調べた(8頭使用)。PG投与後0時間、12時間、18時間、24時間、30時間後に1.0mgのケトン誘導体を静注したが、胎盤停滞を回避できなかった。今後は、投与ドーズを上げる、あるいは他のホルモンとの併用など検討が必要と考えられた。前年までの検討で見出された胎盤剥離シグナル候補物質であるオキソアラキドン酸(オキソ体)のマトリックスメタロプロテアーゼ(MMP)活性化能に影響を及ぼす条件を胎盤由来繊維芽細胞を用いて検討した。これまでの検討から分娩時の胎子排出の主役となるプロスタグランジン(PG)はMMP活性化能がないことを明らかにしたが、オキソ体と同時投与したところ、PGE2はオキソ体によるMMP活性化を抑制する事が明らかとなった。一方PGF2αに同様の活性はなかった。PGE2は分娩予定の2週間から10日前から高値が続く事が知られている。生体では分娩前にオキソ体シグナルによる胎盤剥離が進行しないように、PGE2がその働きを抑制している可能性がある。過去の報告で胎盤剥離に関与している可能性を指摘されたオキシトシンおよびTNFαは本実験系ではなんら活性を示さなかった。分娩予定一週間前の妊娠牛にPGを投与する実験系を用いて、オキソ体の分娩後投与効果を調べた。前年の検討で、分娩前投与が胎盤排出に対して全く効果を示さなかったのに対し、分娩後投与したところ胎盤排出の誘導効果が観察された。次いで正常分娩、PG誘導分娩、PG+オキソ体分娩、自然発生胎盤停滞について胎盤をザイモグラフィーで比較した。その結果、proMMPの大蓄積が自然発生胎盤停滞及びPG誘導分娩の未剥離胎盤においてみられ、正常分娩、PG+オキソ体分娩の剥離胎盤においてはみられなかった。このことは胎盤が剥離されない場合はMMPの活性化が進行せずにプロエンザイムが胎盤に蓄積していること、オキソ体の添加はプロエンザイムの活性化を進め、その結果胎盤を剥離した事を示した。これらの結果はオキソ体が分娩後の胎盤剥離を担うシグナルである事を示しており、全く新しい知見である。
統合ネットワークによる遺伝子機能予測モデルの高精度かつ持続的な構築法の開発

高速シーケンサ等の技術進歩により、大量のオミックスデータが蓄積してきている。遺伝ー環境相互作用の解明とその植物生理を深く理解するため、トランスクリプトームデータのみならず、様々な分子群に関するプロファイルデータおよび知識の統合を目指している。昨年度に引き続き、統合すべきオミックスデータの評価と、より高い信頼性のある遺伝子機能予測法の開発のための調査を進めた。これはトランスクリプトームデータのみならず、タンパク質間相互作用データなどを統合的に利用し、遺伝子間機能的ペア推定を信頼性高くする試みであった。また、遺伝子間の関連性推定には、ピアソン相関のみならず、相互情報量に基づく統計量を利用した複雑な遺伝子制御ネットワークの推定を進めた。加えて、申請者が開発してきたディファレンシャルネットワーク手法を基盤とした統合的なネットワーク分析手法の開発にも着手した。また、実用作物、例えばトマトではゲノム情報が公開されているが、シロイヌナズナやイネと比べてその遺伝子機能アノテーションの品質が十分とは言えない状況がある。これらの問題を克服するための第一歩として、利用可能なリシーケンスデータ等を適切に再解析し、アノテーションの改善が必要であることがわかった。今年度は、遺伝子ー遺伝子間の機能的関連性を定量化・予測するためのネットワークモデル構築法とその統計的評価法を開発・実装していく。最終的には、作物収量の増大やストレス付与といった有用形質獲得の背後にある遺伝子制御ネットワークの解明を目指す。遺伝子機能予測ネットワークモデル性能の客観的評価方法の開発を加速している。収集したデータを適切に統合し、ネットワークモデル構築から有用な結果を引き出すことに集中している。周辺研究分野で開発されているデータマイニング手法に注視しつつ、遺伝子機能予測ネットワークモデル性能の客観的評価方法の開発を推進する。本研究では、遺伝ー環境相互作用の解明とその植物生理を深く理解するため、トランスクリプトームデータのみならず、様々な分子群に関するデータおよび知識の統合を目指している。今年度は、統合すべきオミックスデータの評価と、より高い信頼性のある遺伝子機能予測法の開発のための調査を進めた。トランスクリプトームレベルのみ利用した場合の限界を超えるために、タンパク質間相互作用データなどを統合的に利用し、遺伝子間機能的ペア推定を信頼性高くする試みであった。また、遺伝子間の関連性推定には、ピアソン相関のみならず、相互情報量に基づく統計量を利用した複雑な遺伝子制御ネットワークの推定を検討した。また、実用作物例えばトマトではゲノム情報が公開されているが、シロイヌナズナやイネと比べてその遺伝子機能アノテーションの品質が十分とは言えない状況がある。次年度以降には、遺伝子ー遺伝子間の機能的関連性を定量化・予測するためのネットワークモデル構築法とその統計的評価法を開発・実装していく。遺伝子機能予測ネットワークモデル性能の客観的評価方法の開発および改善に時間がかかっている。そのため、収集したデータについて統合し、ネットワークモデル構築から有用な結果を引き出すところまで研究は進展していない。遺伝子機能予測ネットワークモデル性能の客観的評価方法の開発を推進する。また、周辺研究分野で開発されているデータマイニング手法に注視し、これまで以上に研究を加速させたい。
時間軸に沿って配置されたシナプス可塑性の発現とその調節機序

生体内で観察対象とする神経細胞には、周囲から入力が数多くあり、それら数多ある情報の中より目的とするシナプス情報を抽出するためには、単に伝達情報の強弱を調節するのみではなく、タイミングの違いに根ざした時間軸に沿った調節機構が有用である。このような現象を精緻に解析するために、空間的にも時間的にも任意にデザインを制御可能な神経回路の形成を行い、目的とするシナプスでの伝達調節の機序の解明を目指した。本年度は特に任意のデザインをもつ人工的な神経回路の形成を目的とした突起伸長の制御法の開発を行った。光分解性の保護基をもつアルキルシロキサン化合物により自己組織化単分子膜を形成させ、その表面にPEGとPPOからなるブロック共重合体を吸着させることにより、接着面と非接着面を光照射依存的に描画可能な細胞培養基板を作製し、任意のデザイン・タイミングでの細胞接着と突起伸長の制御システムとして使用した。NGF暴露依存的に突起伸長を行うPC12細胞を用いて、アレイ状にパターン化された細胞接着と、時間を隔てての突起伸長の誘導が可能であることを確認した。PC12を用いることにより、接着後NGFを添加するまでは突起を持たない状態での保持を行い、添加するタイミングを選ぶことにより伸長開始タイミングを制御することが可能となった。細胞体から伸展する突起数は、細胞体接着後に、光照射により突起伸長に特化して作製した接着部位数に依存しており、当該システムにおいて数と伸長開始方向の任意性を確認した。また、伸長過程にある突起の方向を変えることによる突起の屈曲や分岐部の形成も実現し、さらに、基板表面に塗布する細胞接着分子を選ぶことにより、突起の伸長スピードに変化が現れることも観察した。このことは、突起伸長の時間制御を光照射のタイミングの選沢と伸長過程にある突起の伸長スピードの調節との両面からの制御が可能であることを示唆する。神経細胞のシナプス部における,プレシナプス部とポストシナプス部の活動のタイミングによるシナプス伝達効率の調節機構を検討した.本年度は,まずタイミングに依存したシナプス伝達の調節様式の検討を行った.海馬領域を含むスライス標本において,海馬CA1野の錐体細胞よりWhole-cell patch-clamp法を用いてシナプス電位を測定した.条件刺激は,プレシナプス部の低頻度刺激とポストシナプス部の通電による脱分極を組合せた.プレシナプス部とポストシナプス部の活動のタイミングを変えることによりシナプス伝達による結合性に可塑的な変化が生じることを確認した.すなわち,プレシナプス部の活動性がポストシナプス部よりも先行した場合にはシナプス伝達効率が持続的に高くなり,逆のタイミングでポストシナプス部がプレシナプス部よりも先行した場合には効率が持続的に低くなることが明らかとなった.このプレシナプス-ポストシナプスの活動タイミングには,時間差に依存した調節様式が見られ,10ミリ秒をピークとした関係性が見られた.生体より作製したスライス標本にはシナプス伝達に対する複数の調節系が入力しており,単一シナプスのみの現象を観察することは困難である.そこで,マイクロパターニングの技術を利用し,任意のデザインのシナプス形成を試みた.細胞の接着性を制御できる機能的な細胞培養表面を用いて,細胞接着から突起伸展の数・方向・タイミングの制御を行った.PC12細胞を突起伸展に関する神経細胞のモデルとして用いて,細胞接着性と突起伸展の制御を試みたところ,NGF刺激を加えることにより細胞接着後の任意のタイミングで突起伸展を開始させ,その突起伸展数・速度・方向の制御が可能であることが示唆された.今後はこの系を用いて,任意のデザインの神経回路を形成し,単一シナプスでの伝達効率の調節機構について検討を行う予定である.生体内で観察対象とする神経細胞には、周囲から入力が数多くあり、それら数多ある情報の中より目的とするシナプス情報を抽出するためには、単に伝達情報の強弱を調節するのみではなく、タイミングの違いに根ざした時間軸に沿った調節機構が有用である。
水没する河川構造物周辺の底面流速解法と非平衡流砂運動を考慮した局所洗掘解法の開発

本研究では水没する河川構造物周辺周りの複雑な3次元流れを有する底面流速場とそれによる局所洗掘を解析するため,静水圧分布等の圧力鉛直分布の仮定をせずに流速鉛直分布を評価できる一般底面流速解法を開発した.この解析法では,構造物を越流する急変流や橋脚周りの馬蹄形渦などの従来の水深積分モデルでは解析できなかった現象に適用できることを明らかにした.また,非平衡流砂運動を考慮した河床変動解析法を開発し,小規模河床波,複断面蛇行流路の河床変動,構造物周りの局所洗掘を概ね説明できることを明らかにした.河床変動予測に関する技術的課題は,流砂運動を引き起こす底面近傍の流れの解析法に関するものと河床変動を引き起こす流砂運動の解析法に関するものに分けられる.前者に対して,静水圧分布等の浅水流の仮定を用いない新しい準三次元解析法である,一般底面流速解析法を構築した.後者に対して,流砂の運動方程式に基づく非平衡流砂量式を構築した.本年度得られた主要な研究成果を以下に示す.盛土構造物を越流する急変流場において,本解析法は従来の二次元解析法では解析できない法肩近傍の天端の水深の現象,法尻付近の水深の増加,およびこれらを生じさせる圧力分布を再現できることを示した.また,下流水深の変化に伴う越流構造物背後の跳水形態の変化を説明することができることが分かった.また,非平衡流砂量式を応用した堤防侵食解析法は既往の実験で得られた堤防裏法面の侵食過程を説明できることを示した.一般底面流速解析法と非平衡流砂量式を用い,水理条件によって変化する小規模河床形態の解析法を構築した.本解析は水理条件の変化によって砂堆から平坦河床を経て遡上反砂堆へ河床形態が遷移すること再現し,流砂量が極端に大きくなる反砂堆の条件で水深の計算結果(抵抗評価)に課題がある以外では,実験の流砂量と水深(抵抗)を概ね再現することができた.現地スケールの局所三次元流の詳細流速データを取得するため,本研究ではADCPを用いた河川水衝部における局所流の流速分布計測法を開発した.従来のADCP流速計測法では計測できない,流速が局所的に大きく変化する箇所や,水深の大きな箇所において,本計測法では精度よく計測出来ることを示した.常願寺川の現地実験における本計測結果と解析結果を比較し,現地スケールの複雑な流れに対する解析法の妥当性と課題を示した.本研究では,流砂運動を引き起こす底面近傍の流れを静水圧分布を仮定せずに解析できる非静水圧準三次元解析法(一般底面流速解析法)と流砂の運動方程式に基づく,非平衡流砂量式を開発し,両者をカップリングした高精度の河床変動解析法を開発,応用してきた.本年度は得られた主要な成果を以下に示す.開発した河床変動解析法を津波による構造物周りの流れと局所洗掘解析法を行った.本解析条件では広域の津波の伝播には流れの三次元性はほとんど影響しなかったが,氾濫域の津波の伝播では二次元解析法とBVC法の解析結果に明確な差が生じた.津波による構造物周りの洗掘解析を行うためには二次元解析法では不十分であり流れの三次元性を考慮する必要があることを示し,洗掘箇所,大きさを解析するためには,広域の津波伝播と構造物周りの局所流れを一体的に解く必要があることを明らかにした.開発した河床変動解析法をこれまで数値解析で再現することが困難であった複断面蛇行水路における河床変動に応用した.本解析法は相対水深の増加に伴う複断面蛇行水路における河床変動特性の変化を説明できることを示した.また,静水圧分布などの浅水流の仮定を用いても単断面蛇行流れによる河床変動はある程度再現できるが,より複雑な流れによって生じる複断面蛇行流れの河床変動解析を行うためには,この仮定を用いることが適切でないことを明らかにした.一般底面流速解析法は室内実験の流れをかなりの程度説明してきたが,常願寺川現地実験と同様に,浅川現地水衝部の流れにおいても壁面沿いの流れや二次流が小さく解析されるなどの課題を有していることを明らかにした.本研究により,礫床河川における複雑な水路形状,底面条件を有する現地水衝部の流れ場の解析では,底面近傍の評価法が重要となることを明らかにし,底面条件を適切に考慮した解析法が必要であることを示した.本研究では水没する河川構造物周辺周りの複雑な3次元流れを有する底面流速場とそれによる局所洗掘を解析するため,静水圧分布等の圧力鉛直分布の仮定をせずに流速鉛直分布を評価できる一般底面流速解法を開発した.この解析法では,構造物を越流する急変流や橋脚周りの馬蹄形渦などの従来の水深積分モデルでは解析できなかった現象に適用できることを明らかにした.また,非平衡流砂運動を考慮した河床変動解析法を開発し,小規模河床波,複断面蛇行流路の河床変動,構造物周りの局所洗掘を概ね説明できることを明らかにした.河川構造物周辺で発生する局所洗掘は,構造物の基礎を晒し,構造物の破壊等の甚大な被害に繋がる危険性があるため,古くから洗掘予測は治水上極めて重要な課題であり,多くの研究が行われてきた.また,河川構造物周辺に形成される瀬淵構造等が河川環境にとって重要であるとの認識から,より精度の高い河川構造物周辺の河床変動予測が求められるようになってきた.