hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
近代日本における柔術の展開―史・資料の収集と分析を中心に―

当初設定した研究課題について、平成30年度の成果は以下の通りである。1近代柔術関係史・資料の収集と保存について。研究開始当初、山形県酒田市にあるとされた個人所有の蔵は、聞き取り調査を進める中で山形県最上郡にあることが判明した。平成30年度は8月に2日間の調査を行った。残念ながら柔術関係の史料を発見することはできなかったが、同地域のフィールドワークの中で、大東流合気柔術の中興の祖である武田惣角が当該地域にやってきた経緯の概略を知ることができた。2講道館柔道における武術性の探求について。精力善用国民体育の受容者の反応について、日本体育学会で以下の報告を行った。「戦前における精力善用国民体育の展開:嘉納治五郎の構想と受容者の反応に着目して」。また、昭和戦前期に柔道界で探求された当身技については、日本武道学会で以下の報告を行った。「昭和戦前期における『武術としての柔道』論の展開:当身技の研究に着目して」。この成果に至る過程で、1940年に講道館で設置された研究会の活動を調査し、その成果を「1940年に講道館に設置された『形研究会』の歴史的意味:嘉納治五郎の形の構想と『武術としての柔道』論の継承に着目して」(『講道館柔道科学研究会紀要』第17輯所収)として刊行した。3点の課題について、いずれも順調に進展している。東京都在住の柔術関係史・資料の所蔵家の下に出向き、整理・目録の作成を行いたい。現在、福岡県にも史料が存在するとの情報を得ているので、余裕があればそちらでも調査を実施したい。平成30年度の学会発表を、投稿論文として刊行していきたい。1本は現在投稿中である。3大東流の普及過程の解明について。山形県最上郡の郷土史資料や地元の新聞・雑誌などを調査することで、武田惣角の足取りを把握すると共に、全国指導の概要も把握していきたい。柔術関係史料の賃借と保存の作業が時間の関係で実施できなかったため、次年度使用額として繰り越した。
アジア大陸東縁における白亜紀火成活動と水平沈み込みからロールバックへの変換過程

近年,アジア大陸東縁におけるジュラ紀から白亜紀のスラブの水平沈み込みとそれに続くロールバックといったテクトニクス変化が提案されている。この研究においては,スラブのロールバック過程に対応した西南日本の諸イベントについて解明した。とくに105 Maの京都ランプロファイアーの高Nb玄武岩マグマのマグマ成因論,大和鉱山の鉱床形成に関連した於福プルトンの岩石成因論,山口県蓋井島のマグマ混合・混交現象,愛媛県岩城島の交代作用岩からの新鉱物「村上石」の発見が特筆される。西南日本の白亜紀のイグニンブライト・フレアーアップの開始時期と継続期間、またそれに関係する白亜紀火成活動の時空分布・岩石学・地球化学的特性の解明を目指してきた。その目的達成のために系統的なジルコンU-Pb年代の測定を進めている。その一環として測定した山口県中央部に位置する生雲コールドロンでは、カルデラを埋積する最下部の流紋岩、最上部の流紋岩、さらにそれらを貫く珪長質貫入岩のいずれも誤差範囲で一致する95 Maの年代を示した。カルデラ内には何枚もの湖成層がみられ、火成活動の休止期が推定される。しかし年代測定結果は、このコールドロンにおける火成活動の継続時間は100万年以内のU-Pb年代の誤差範囲内であることを示している。また、山口県美祢市於福地域に分布する於福プルトンの岩石学・年代学・地球化学が明らかとなり、鉱化作用との関連も明らかとなった(Sasaki et al., 2016)。於福プルトンは約100 MaのK-Ar年代を示し、同様の年代をもつ火成岩類は山陽帯において東西方向に分布しており、山口県東部では岩国周辺でも認められる。このことは、100Ma火成岩の帯状分布を示す。さらに山口県蓋井島にはマグマ混交・混合現象を示す見事な露頭が海岸沿いに見られる。そこで、蓋井島花崗岩に記録されたマグマ混交・混合現象について論文をまとめた(今岡ほか、2015)。ここでは複数回のマグマ混交・混合現象が明らかとなるとともに、石英閃緑岩中に垂直にのびた花崗岩パイプが見出された。このパイプは、より苦鉄質なマグマにトラップされた低密度・低粘性の花崗岩マグマの小球状体が重力不安定のためにダイアピル状に上昇してきたものであると解釈された。計画していた年代測定に関しては、年代測定試料となるジルコンの抽出は全て終了している。さらに一部の試料(生雲コールドロン)については年代測定が終了している。2016年度には測定が終了する見込みである。さらに当該年度に掲載を予定していなかった於福プルトンの論文をResource Geologyに、蓋井島の論文を地質技術に公表することができた。さらに2016年にイギリスのGeological Societyから刊行された"Geology of Japan"の中で、日本列島の花崗岩について概観することができた。本科研研究の最重要テーマは、西南日本のイグニンブライト・フレアーアップの開始年代と継続期間の解明である。西南日本の大規模珪長質火成活動とテクトニクスを明らかにするためのケーススタディーとして西中国白亜紀カルデラ群(中国地方西部の代表的な大規模珪長質カルデラ)を構成する長門ー豊北グラーベン・カルデラ、吉部カルデラ、山口カルデラ、生雲カルデラ、物見岳グラーベン・カルデラ、佐々並カルデラ、白滝山カルデラ、匹見グラーベン・カルデラについてジルコンU-Pb法によって多数の年代測定結果を得た。その結果、イグニンブライト・フレアーアップの開始年代は96Maで、89Maまで継続していることが分かった。活動は700万年にわたって継続していることになる。さらに、中国脊梁山地より南側に分布するカルデラは96-92Maであるが、北側に分布するカルデラは93-89Maの若い年代を示すことも明らかになった。このように時代によるマグマフロントの北上が明らかとなり、白亜紀火成活動のテクトニックな背景を考察する上で,極めて重要な制約条件を得ることができた。また、長門市青海島の海岸線にはイグニンブライと花崗岩の見事な接触露頭やマグマ混合・混交現象が海岸線で観察できるので,その地域を中心に調査を行った。調査結果については、全国の花崗岩若手研究者に集まって議論していただいた。これらの検討を基に,マグマ混合・混交現象や白亜紀のイグニンブライトをもたらしたマグマ溜り像,珪長質火成岩の形成における苦鉄質火成岩の役割が明らかになってきた。さらに西南日本外帯に分布するランプロファイアー(種子島)と玄武岩岩脈(四国)の岩石記載とテクトニクスについては、Journal of Asian EarthScience誌上に掲載された。西中国白亜紀カルデラ群を構成する火成岩に関して合計18試料もの多数のジルコンU-Pb年代が得られたことは大きな成果である。白亜紀京都ランプロファイアーについては、産状、年代、化学組成などが明らかとなり、論文を執筆中である。更に新第三紀のテクトニクスを考える上で重要となる種子島のランプロファイアーや四国の玄武岩岩脈については論文化できた。西南日本の白亜紀火成活動の研究の過程で、愛媛県岩城島から「村上石」を発見し、国際鉱物学連合の新鉱物・命名・分類委員会によって、新鉱物と認定された。その論文をEuropean Journal of Mineralogyに投稿中である。残された主な仕事は研究の総括と論文化であり、そのような観点から、上記のように判断した。

京都ランプロファイアーの高Nb玄武岩組成を示すvogesiteについて検討したvogesiteは島弧玄武岩の特徴を示し,沈み込み帯での堆積物の混成作用と上部地殻における地殻物質の混成作用があった.さらにこのマグマは,マグマ発生時には極めてマントル溶融の程度が低かったと推定された.Vogesiteは107 MaのK-Ar年代を示すが,同時代のマグマ活動は西南日本や韓半島の慶尚盆地に広がっており,スラブのロールバックとそれに伴うアセノスフェアの上昇に起因しているものと推定した.於福プルトンの岩石学的・鉱物学的特性を明らかにし,このプルトンでは分別結晶作用が深成岩のマグマの進化をもたらし,それによってハロゲン元素や希土類元素が最末期のメルトに濃集し,さらにメルトから分別した流体が沸騰することにより金属元素を運搬することのできる高塩濃度流体が形成された.銅については,先行研究の結果から,熱水の沸騰により生じた蒸気相に濃集し,それが結果としてプルトン周辺の銅鉱化作用につながったと結論した.山口県下関市蓋井島における白亜紀火成活動史とマグマ混交・混合現象について検討した.本島に分布する花崗岩(蓋井島花崗岩と呼ぶ)には複数回のマグマ混合が見られることや花崗岩質パイプの存在が明らかとなった.愛媛県岩城島からリチウムに富む新鉱物を発見し,「村上石」と命名し,国際鉱物連合の新鉱物・命名・分類委員会によって新鉱物と認定された.西南日本外帯に分布するランプロファイアーと玄武岩岩脈の岩石学とテクトニクスについて検討した.これらの岩石は,トレンチ近傍に産出し,OIBタイプのマントル起源で,フィリピン海プレートのスラブの下から上昇してきたアセノスフェアがスラブの垂直破断やセグメント化した部分に沿って上昇してきたものと議論した.近年,アジア大陸東縁におけるジュラ紀から白亜紀のスラブの水平沈み込みとそれに続くロールバックといったテクトニクス変化が提案されている。この研究においては,スラブのロールバック過程に対応した西南日本の諸イベントについて解明した。とくに105 Maの京都ランプロファイアーの高Nb玄武岩マグマのマグマ成因論,大和鉱山の鉱床形成に関連した於福プルトンの岩石成因論,山口県蓋井島のマグマ混合・混交現象,愛媛県岩城島の交代作用岩からの新鉱物「村上石」の発見が特筆される。イグニンブライト・フレアーアップの開始時期と継続期間の解明を目指して、分離したジルコンのU-Pb年代測定を進める。更に長門市青海島を中心に後期白亜紀の長門ー豊北グラーベンカルデラの地質、岩石記載、年代、地球化学的特性について論文化を進める。さらに白亜紀の水平沈み込みからロールバックへの変換過程で生じたと考えられる特異なアルカリ交代作用が明らかとなりつつある。これについては当初計画の段階では認識できていなかったが、重要な意味をもつと考えられるので、まずは岩石学・鉱物学の観点から研究を推進していく考えである。本課題研究については、予定通りに推進していくが、上記のように、愛媛県岩城島から「村上石」を発見したことに関連して、また、別の新鉱物や日本列島では産出の稀な鉱物の存在する可能性が見えてきた。また、村上石は白亜紀に形成されたことも明らかになってきたので、本課題研究の中で重要な意味をもつ。
汎関数積分による場の量子論のスペクトル解析

研究成果の概要を研究計画調書に示した研究目的(I)(II)(III)に沿って述べる.(I)相対論的PF模型の研究は, PF模型の生成する熱半群を3つの確率過程,ユークリッド場,ブラウン運動, subordinatorを用いて汎関数積分表示することができた.これからハミルトニアンの本質的自己共役性,固有関数の減衰性の評価,基底状態の一意性を示すことができた.(II)相対論的ネルソン模型のenhanced bindingを示すことができた.ここでも汎関数積分表示が非常に威力を発揮した.佐々木格氏(信州大・助教)と共著で論文にまとめ現在国際誌に投稿中である.(III)擬リーマン多様体上に定義されたネルソン模型の基底状態の解析を行った.C. Gerard(パリ第11大),廣島,鈴木(信州大), A. Panati(トゥーロン大)の共著で国際誌に論文を出版した.研究成果の概要を研究計画調書に示した研究目的(I)(II)(III)に沿って述べる.(I)相対論的PF模型の研究は, PF模型の生成する熱半群を3つの確率過程,ユークリッド場,ブラウン運動, subordinatorを用いて汎関数積分表示することができた.これからハミルトニアンの本質的自己共役性,固有関数の減衰性の評価,基底状態の一意性を示すことができた.(II)相対論的ネルソン模型のenhanced bindingを示すことができた.ここでも汎関数積分表示が非常に威力を発揮した.佐々木格氏(信州大・助教)と共著で論文にまとめ現在国際誌に投稿中である.(III)擬リーマン多様体上に定義されたネルソン模型の基底状態の解析を行った.C. Gerard(パリ第11大),廣島,鈴木(信州大), A. Panati(トゥーロン大)の共著で国際誌に論文を出版した.「研究計画」には(I)相対論的Pauli-Fierz模型(II)相対論的多体のNelson模型の解析を掲げた。「研究計画」に掲げた課題は(I),(II),(III)であった.平成22年度は「研究計画」の(III)を遂行する計画であった.スカラー場の量子論の模型を一般的な擬リーマン多様体上(時間に依らないローレンツ多様体)に定義すれば,もともとのハミルトニアンに質量がなくても自然にノンゼロの変数質量が現れる.これまでにわかっていたことは,変数質量m(x)が早く減衰すれば基底状態は非存在,ゆっくり減衰すれば基底状態が存在するというkとであった.今回の研究ではさらにその減衰性のオーダーを厳密に特定した.つまりm(x)が1/|x|^δ,δ>2,で減衰すれば,基底状態は存在せず,1/|x|^2よりゆっくり減衰すれば基底状態が存在するという事実を証明した.基底状態の存在の証明には擬微分作用素の解析を使い,非存在の証明に本質的に汎関数積分を使った.この結果により減衰のオーダーによって基底状態の存在非存在が特徴づけら測ることになった.これは非常に大きな前進である.(I)は相対論的なPF模型の汎関数積分表示による解析であった.この研究に関しても最終的な結論を得ることができた.特にファインマン-カッツ公式に現れるヒルベルト空間値確率積分の極限で定義される確率過程の性質を調べあげ,ハミルトニアンの本質的自己共役性,基底状態の一意性,そして基底状態の減衰性を示した.ここでは場の量子論に現れるある確率過程がマルチンゲール性をもつというととを示して難関を突破した.(II)は多体の相対論的ネルソン模型の解析であったが,難関だった人工的な質量をもった基底状態の一様な指数減衰性を汎関数積分表示で示すことができ,計画通りマスレスの場合にもenhanced bindingを示すことができた.
内因性Del-1分子による骨代謝と炎症制御の統合的理解

2019年7月1日からの渡航へ向けて,1年間の限定的な期間でのスムーズな研究推進を目的として事前準備を綿密に行った。具体的には,渡航先で行う実験計画書および動物使用実験倫理書類等の米国での法律に沿った研究計画書の立案を行った。本申請研究においては,遺伝子組換え実験,動物実験が含まれている。また,本邦において,渡航先で使用する予定の遺伝子プラスミド作成やターゲットとするDel-1遺伝子のin silico解析を行った。さらにDel-1の特異的なドメイン欠損タンパク質の作成をおこなった。申請者が着目しているDel-1に関する研究は,基課題若手研究(A)(16H06272)において精力的に推進されており,当該科学研究費の年度報告書にあるように一定の成果を得ることができた。すなわち,Del-1の抗炎症作用の骨免疫調節,肺での免疫調節作用,さらに歯周病の進行抑制への展開への可能性が高まった。Del-1研究は我々の研究が世界でリードしていることから,同結果を本国際共同研究にてさらに昇華させるために,米国ペンシルベニア大学で附置されている大規模サル施設を用いる。施設において,よりヒトに近いサルをターゲットとした候補薬剤を用いたDel-1の自律的誘導法による炎症性疾患治療の可能性を検索することになっている。大型動物を使用した研究には事前準備が重要であり,課題の設定と解決方法の立案をおこなった。渡航先とは常に連絡を取っており,2019年7月1日からの実験開始がスムーズに開始できる。米国で行う研究には,基課題の知見を継承発展させる必要があるが,基課題(16H06272)は報告書にあるように順調に成果を出すことができた。具体的には,内因性の抗炎症物質であるDel-1が好中球の遊走阻止による炎症抑制効果を持つだけでなく,破骨細胞に直接作用することで骨吸収を抑制することを発見した。これは,βカテニンを介さない非古典的経路による骨代謝においてDel-1が重要な働きを持つと考えている。また,Del-1の発現が加齢とともに減少していくことを明らかにした。重度の歯周炎は,高齢者に多い。そのため,加齢によりDel-1発現が低下し,多数の好中球浸潤により炎症が悪化することにより,重篤化する仮説を考えている。仮説を検証する方法論として,まずDel-1減少が認められる老齢モデル動物に口腔内細菌を感染させ,歯周病を引き起こす。その後,Del-1接種および自律的誘導による歯周組織の回復評価を行う。Del-1の自律的誘導法については,申請者が先行研究でアイディアを得ている。これまでの解析の途中経過で得た基礎的なデータは国際英文雑誌に投稿した。このことから順調に進展していると判断した。今後は,渡航先にてDel-1によるRor2からの下流シグナルの同定と,骨吸収と炎症抑制効果をより強くもつDel-1ドメインの開発を目指す。すなわち,これまでの基課題における研究の遂行で,Del-1がWnt5aとの競合的な拮抗薬として作用することが明らかになった(未発表)。しかしながら,Del-1を構成するドメインごとの働きは不明である。特定のドメインのみでDel-1を構成すると,Del-1の機能が変化し,骨髄系間葉細胞への誘導機能を持つことも明らかになってきている(Mitroulis I, Maekawa T. et al., J. Clin. Invest. 2017)。そこで共同研究者であるJohn D Lambris博士と,安価で安定したDel-1タンパク質の同定と作成をおこなう。欠損ドメインは,Del-1を構成する3つのEGF様ドメインと2つのディスコイジン様ドメインの変異体を作成する。1年の渡航機関において可能な限りの変異体Del-1を作成し,また構造解析も同時におこなうことで,生体に安全なタンパク質の創出を目指す。渡航終了後は,構築した候補Del-1を日本に持ち帰り研究を継続する。続いて,体の内部から自律的にDel-1を誘導する方法をマウス,サルを用いて検討し,ヒトへの応用を図る。ペンシルベニア大学に附置されている大規模サル施設にて候補薬剤を用いたDel-1の自律的誘導法による炎症性疾患治療の可能性を検索する。内定年度:20172019年7月1日からの渡航へ向けて,1年間の限定的な期間でのスムーズな研究推進を目的として事前準備を綿密に行った。

施設において,よりヒトに近いサルをターゲットとした候補薬剤を用いたDel-1の自律的誘導法による炎症性疾患治療の可能性を検索することになっている。大型動物を使用した研究には事前準備が重要であり,課題の設定と解決方法の立案をおこなった。渡航先とは常に連絡を取っており,2019年7月1日からの実験開始がスムーズに開始できる。米国で行う研究には,基課題の知見を継承発展させる必要があるが,基課題(16H06272)は報告書にあるように順調に成果を出すことができた。具体的には,内因性の抗炎症物質であるDel-1が好中球の遊走阻止による炎症抑制効果を持つだけでなく,破骨細胞に直接作用することで骨吸収を抑制することを発見した。これは,βカテニンを介さない非古典的経路による骨代謝においてDel-1が重要な働きを持つと考えている。また,Del-1の発現が加齢とともに減少していくことを明らかにした。重度の歯周炎は,高齢者に多い。そのため,加齢によりDel-1発現が低下し,多数の好中球浸潤により炎症が悪化することにより,重篤化する仮説を考えている。仮説を検証する方法論として,まずDel-1減少が認められる老齢モデル動物に口腔内細菌を感染させ,歯周病を引き起こす。その後,Del-1接種および自律的誘導による歯周組織の回復評価を行う。Del-1の自律的誘導法については,申請者が先行研究でアイディアを得ている。これまでの解析の途中経過で得た基礎的なデータは国際英文雑誌に投稿した。このことから順調に進展していると判断した。今後は,渡航先にてDel-1によるRor2からの下流シグナルの同定と,骨吸収と炎症抑制効果をより強くもつDel-1ドメインの開発を目指す。すなわち,これまでの基課題における研究の遂行で,Del-1がWnt5aとの競合的な拮抗薬として作用することが明らかになった(未発表)。しかしながら,Del-1を構成するドメインごとの働きは不明である。特定のドメインのみでDel-1を構成すると,Del-1の機能が変化し,骨髄系間葉細胞への誘導機能を持つことも明らかになってきている(Mitroulis I, Maekawa T. et al., J. Clin. Invest. 2017)。そこで共同研究者であるJohn D Lambris博士と,安価で安定したDel-1タンパク質の同定と作成をおこなう。欠損ドメインは,Del-1を構成する3つのEGF様ドメインと2つのディスコイジン様ドメインの変異体を作成する。1年の渡航機関において可能な限りの変異体Del-1を作成し,また構造解析も同時におこなうことで,生体に安全なタンパク質の創出を目指す。渡航終了後は,構築した候補Del-1を日本に持ち帰り研究を継続する。続いて,体の内部から自律的にDel-1を誘導する方法をマウス,サルを用いて検討し,ヒトへの応用を図る。ペンシルベニア大学に附置されている大規模サル施設にて候補薬剤を用いたDel-1の自律的誘導法による炎症性疾患治療の可能性を検索する。
映像センサ群のデータ統合・協調型学習による移動物体認識手法の開発

本研究の目的は、屋外環境に設置された監視カメラなどの映像センサによる複雑なシーン変化の伴う映像を高精度に分析する手法の開発である。屋外の映像は、その背景物や照明変動などにより、同じ物体であっても、画像としての見え方が異なるため、その認識は難しくなる。本研究では、物体の移動などに伴う映像の変化を検出することで、多くのカテゴリの物体認識を同時に行うのではなく、変化の発生した部分のみを必要に応じて認識することで、映像解析のネックとなる演算のコストを下げることを検討した。環境の変化による照明等の変化を考慮し、部分空間法に基づく変化点検出手法を採用し、屋外の映像でも逐次対応可能にした。本研究の目的は、複数の異なる条件を持つ映像センサ群による移動物体の認識を高精度で行うための映像認識手法を構築することである。提案する手法では、複数の映像情報源からの解析を考慮した、時空間記述が可能な画像特徴量の導入が不可欠である。よって、本年度は、これまでに提案された画像特徴量について比較を行うとともに、時空間的な特徴量の利用が可能かどうかについて検討を行った。さらに、様々な映像取得条件(カメラ設置条件、撮影のための光源条件など)に対応するためには、機械学習を用いたセンサ情報統合の仕組みを導入する必要があると考えられるため、その検討を行った。学習方式は、時々刻々変化するシーンに対応するため、既知情報(初期学習用データ)のみならず、学習データに含まれない未知の情報をも学習に反映可能な半教師型・逐次更新型であるとした。また、撮影すべき対象が移動したり、上記の撮影条件(照明変動やオクルージョンなど)の変化を柔軟に追随可能なシステムとするため、複数センサ間で互いに学習した知識の受け渡しが可能な転移学習を取り込み、センサ協調のための新たな認識手法を構築することが不可欠であるため、その枠組みの導入について調査を行った。映像群から取得されたデータは環境依存性が高いため、従来精度が高いとされる手法をいくつか組み合わせる必要があると考えられる。そのため、いくつかの学習手法について、その有効性を検討した。本研究で最も重要な要素である画像特徴量の検討について、おおむね順調に進展している。また、機械学習手法については、実運用システムを考慮した場合、その演算量についての評価が必要であるため、先行事例の調査を継続するなど、さらなる検討を要する。本研究は、映像センサ群による移動物体の認識を高精度で行うための新しい映像認識手法を提案し、リアルタイムでの実環境での実装を目的とする。映像情報から移動物体を認識するには、移動物体候補の領域の抽出と移動物体の識別が必要となる。特に、移動物体領域が時間によって変形したり、透過性などにより背景依存が大きかったりすると、認識結果に大きな影響を与える。本年度は、移動物体領域の時間的な変化を評価し、その変化量から物体認識のための特徴量を提案した。この変化量として、既存の画像特徴量の時間的な変化を相関値として算出し、その相関値から移動物体領域の抽出を行うことを検討し、実際の映像データを用いて、提案手法の評価を行った。提案手法では、画像がブロックに分割され、それらのブロックごとに特徴量が産出される。よって、特徴量算出までの処理は、並列で演算することが可能である。本研究も目的は、複数のセンサ情報の協調であり、できるだけ並列処理により構成されたアルゴリズムで実現可能であることが期待されるため、今後のリアルタイム性を考慮した実装において有効であることが期待できる。また、機械学習における学習データの背景依存性も、認識の精度に影響を与える。これは、どの学習手法を用いても起こることであるため、学習データへの依存性を検討することは不可欠である。実際の画像情報を学習データとして用い、学習データの変更を行った際にどの程度の影響があるのかについて検討を行った。移動物体領域の抽出方法や機械学習を用いた際のデータ依存性の検討を行っており、複数センサ間での学習した知識の受け渡しについての検討を行うための基礎的な知見が得られた。本研究の目的は、屋外環境に設置された映像センサの協調により、複雑なシーン変化の伴う映像を高精度に分析する手法の開発である。一方、近年の監視カメラや車載カメラなどの普及により、多くの映像源から得られる情報を統合的に解析することが出来れば、事故防止や災害の早期発見など、極めて応用範囲が広いシステムの実現が可能となる。環境の変化による照明等の変化を考慮し、部分空間法に基づく変化点検出手法を採用し、屋外の映像でも、逐次対応可能にした。また、変化のあった部分の画像認識を高精度化するために、機械学習の中でも画像認識の精度が高いとされる深層学習を用いて、画像認識部を構成した。深層学習は、学習時の計算コストが高いものの、識別機としての性能を高く、背景物・オクルージョンなど屋外であることに起因する要因による画像のバリエーションに対しても有効に機能することができる。変化部の抽出と深層学習による識別を組み合わせることによって、実運用時の計算コストを考慮した手法の構築を行った。

屋外の映像は、その背景物や照明変動などにより、同じ物体であっても、画像としての見え方が異なるため、その認識は難しくなる。本研究では、物体の移動などに伴う映像の変化を検出することで、多くのカテゴリの物体認識を同時に行うのではなく、変化の発生した部分のみを必要に応じて認識することで、映像解析のネックとなる演算のコストを下げることを検討した。環境の変化による照明等の変化を考慮し、部分空間法に基づく変化点検出手法を採用し、屋外の映像でも逐次対応可能にした。現在検討している画像特徴量と機械学習手法を統合し、目的のための認識手法を確立する。また、実運用を考慮すると、演算コストについて検討を進める必要がある。演算量を決定するのは、画像特徴の算出と学習処理であるため、評価の結果に応じて、再度それらの定義や利用方法を見直す必要がある。異なる映像センサから得られた学習の結果を統合し、センサ協調のための認識手法の開発を行う。また、実運用のためには、リアルタイム処理を行えることが望ましい。FPGAなどのデバイスを用いて実装することを検討し、アルゴリズムの評価実装を行う。画像認識
臨床検査情報処理に関する研究

臨床検査情報の処理について多面的な検討を行うことを目的とし、検査成績の精度管理の手法の開発、多種目データの正常値の計算方法のプログラミング、臨床診断過程における有効的な検査項目の選択の手法、検査データ解析の基礎としてのデータ前処理などの一連の研究を行った。臨床検査精度管理については新しく要因解析を目的とした管理図を開発し、従来の管理図より誤差発生の原因を容易に解析できるようにした。また現在広く行われている精度管理調査についても、広く応用できるプログラムを発表した。正常値計算法についても、集められたデータの性質に従って最適な計算法を選択し、自動的に正しい正常値を計算するプログラムを発表した。これらのプログラムはユーティリティプログラムとして市販され、すでに広く利用されている。一方で年々増加の一途をたどる検査項目について、診断に必要な最小の検査項目を選択するためのプログラムを、細菌検査同定プログラムを例として確立した。この方法を一般疾病の検査選択に利用するには、疾病と検査異常の統計的なデータが必要であり、今後の課題となる。しかし脊椎疾病における検査値の変動を解析するに当って必要なデータの前処理方法を開発し、今後のデータ解析における基本的な処理方法を提案した。この解析方法は病態解析だけでなく、精度管理にも応用可能であり、従来用いられていた項目間比を用いた精度管理法の不合理性を指適すると共に、より有効な管理手法を提案した。これらの研究過程において整理された検査情報処理方法を基本として、「臨床検査室におけるシステム化」として著書を発行した。
老化細胞を標的とした２型糖尿病治療の可能性

我が国では2型糖尿病の罹患率が社会問題となっており、その発症メカニズムの解明や有効な疾患治療法の開発が急務となっている。我々は、加齢と共に脂肪組織に蓄積する老化細胞が、2型糖尿病の発症や進行に関与している可能性を考えた。本研究では、新規に樹立した生きたまま生体内の老化細胞を検出可能であり、かつジフテリアトキシン投与により老化細胞を特異的に除去可能なTg-マウスを駆使し、加齢に伴う脂肪組織における老化細胞の増加がインスリン抵抗性を助長しており、加えて加齢に伴い進行した糖代謝能が、老化細胞除去により一部改善がみられることを示唆する興味深い成果を得ることに成功した。日本では2型糖尿病の罹患率の増加が重大な社会問題となっており、その発症メカニズムの解明や疾患治療法の開発が急がれている。本研究の目的は、脂肪組織における老化細胞の増加が加齢に伴うインスリン抵抗性に与える影響を検証し、加齢に伴い一旦低下したインスリン感受性が老化細胞の除去により可逆的に回復可能であるかを調べ、老化細胞が2型糖尿病治療薬開発の有効なターゲットと成り得るかを検証することにある。この検証を行うために、我々はまずインビボイメージングシステムにより、生きたまま生体内の細胞老化を検出可能であり、かつジフテリアトキシン投与により生体組織内から老化細胞を特異的に除去可能なトランスジェニックマウスの樹立を行った。初年度は、まずマウスコロニーの拡大を行い、インビボイメージングシステムによる生体内での細胞老化の動態解析を行った。老齢マウスでは肺と脂肪組織で顕著な細胞老化の出現が認められた。次に、老齢モデルマウスにジフテリアトキシンを投与し、脂肪組織における老化細胞の除去を試みた。現在のところ原因は不明であるが、インビボイメージングシステムによる観察では、ジフテリアトキシンを投与しても、すべての老齢マウスの脂肪組織から老化細胞が除去されるという期待通りの結果は得られなかった。現在解明を進めているが、十分に脂肪滴が発達した白色脂肪には、ジフテリアトキシンが効力を発揮しないものと思われる。このような問題が生じたため、研究にはわずかな遅れが生じた。次に、ジフテリアトキシン投与により老化細胞の減少が認められた老齢マウスを用いて、インスリン抵抗性に緩和が見られるかを検討し、わずかではあるが、インスリン抵抗性に改善傾向が認められた。まだ検証段階ではあるが、この結果はとても興味深い結果である。平成27年度も引き続き解析を進めていく。我が国日本では2型糖尿病の罹患率が重大な社会問題となっており、その発症メカニズムの解明や有効な疾患治療法の新規開発が急務となっている。故に本研究では、加齢に伴う脂肪組織における老化細胞の増加がインスリン抵抗性に与える影響を検討し、加齢に伴い一旦低下したインスリン感受性が老化細胞の除去により可逆的に回復可能であるかを調べ、老化細胞が2型糖尿病治療薬開発の有効な標的と成り得るかを検証することを目的とした。我々はまずインビボイメージングシステムにより、生きたまま生体内の老化細胞を検出可能であり、かつジフテリアトキシン投与により生体組織内から老化細胞を特異的に除去可能なトランスジェニックマウスの樹立を行った。初年度は、マウスコロニーの拡大とインビボイメージングシステムによる生体内での細胞老化の動態解析を行い、老齢マウスの肺と脂肪組織で老化細胞が出現することを明らかとし、加えて老齢モデルマウスにジフテリアトキシンを投与する実験を行い、加齢に伴い出現した脂肪組織の老化細胞は完全に除去することが困難であり、部分的にしか除去できないことを明らかとした。また老化細胞除去によるインスリン抵抗性の緩和を示唆するデータを得ることにも成功した。よって本年度は、平成26年度の解析結果をさらに発展させ、老齢モデルマウスをPBS投与群とDT投与群の二群に分けて実験検討を行い、脂肪組織における老化細胞が僅かではあるが有意に減少していることを示唆する結果を得ることに成功し、加えてインスリン抵抗性などをはじめとする糖代謝能に改善がみられることを明らかとした。糖代謝機能に関する解析以外は未だ不十分であるが、本研究の解析結果は、脂肪組織の老化細胞除去により可逆的に糖代謝能が回復可能であるという興味深い結果であると思われる。研究開始前は、ジフテリアトキシン投与によりすべての老齢マウスの脂肪組織から老化細胞が除去されるものと予想していたが、期待に反して除去が確認できないマウスが存在することが明らかとなった。我々は、老化細胞の除去あるいは減少が認められた老齢マウスを用いることで、着実に研究を進展させている。しかしながら、老化細胞の除去が確認できたマウスの個体数が当初の予定通り確保できなかったため、研究全体の達成度としては、研究計画と比較してやや遅れていると言わざるを得ない。

細胞生物学より多くの老齢マウスの脂肪組織から老化細胞の除去が可能なジフテリアトキシンの投与法などの条件検討を行い、研究推進に必要なトランスジェニックマウスの個体数確保に努める。また、老化細胞の除去が認められた老齢マウスで脂肪組織の老化マーカーやSASPの発現レベル、アディポカインの分泌などを詳細に検討することにより、脂肪組織における老化細胞の増加が加齢に伴うインスリン抵抗性に与える影響を解明していく。
有機金属活性種の構造とその物性

本研究班では特に基礎的研究が必要とされている有機金属活性種に的をしぼり、最新の技術例えば高度な計算や分離精製技術を駆使して、分担者の得意とする分野にて下記の様な成果が得られている。遷移金属ジエン錯体については前周期のものとアクチニドのものについて理論的に詳しく調べ、それらの反応活性の電子的要因を明確とした。また安定な後周期ジエン錯体については、結晶をドービングして、電気的に活性化する機構を明らかにした(中村)。ジシラニル鉄錯体の光反応では、一酸化化炭素を脱離して反応活性の中間体として新しいシリレン錯体を生じる事を見出した(荻野)。新型のケテン錯体やオキサメタラシクロブタン錯体を有機金属による合成反応での中間体として単離し構造を調べた(宮下)。極端に反応性の高い小分子活性種、HBOやSi【H_3】をレーザー照射により発生させ、高分解能分光法でその構造を調べ、HBOではBΞOの様な三重結合性がある事をはじめて見出した(広田)。最も基本的な有機金属触媒であるウイルキンソン錯体による水素化反応での中間体を触媒サイクル全体にわたってab initio法で計算し、これまで推定されていた中間体の構造を非経験的に実証した(諸熊)。ジルコニウム・ジエンと二酸化炭素又はイソシアナートの反応で生ずる新しい錯体の分子構造をX線で解析し、ジエン部分がS-trans構造で反応した証処を得た。またはじめてのジエン・チタン錯体として【(C-5Me-5)-2】TiCl(【C_4】【H_6】)の分子構造も明らかにして、ジエンとチタンの結合状態が明らかとなった(笠井)。正八面体型モリグデン又はタングステンの6核クラスター塩化物のアルキル化によってアルキル基を14個持つ新規なクラスター・アルキル錯体を合成し、X線により構造を決定し、光反応での脱アルキル化による活性化と中間体ラジカルについてESR法で調べた(斎藤)。
天然資源を用いた高齢者にやさしい生活習慣病治療薬の開発

本格的な高齢化社会を迎えたわが国では、高齢者の生活習慣病に対する「身体にやさしい」治療法の開発が求められている。高齢者の生活習慣病に対しては、根治を目指した治療ではなく、病気と共存してQOLを長く維持するという視点が必要である。生活習慣病のひとつである「がん」に焦点をあてると、これまでのがん治療ではがんを急性疾患のひとつとみなして、急性疾患の治療方針にならった対応がとられてきた。すなわち肉眼的に見える範囲のがん病巣を手術により取り除き、重篤な副作用が出ない限界の濃度で抗がん剤を一気に投与する。このような治療法では、がんは縮小しても体力のない高齢者には副作用が強く、QOLの低下も著しい。また再発した場合の予後は一般に不良である。高齢者のがんは長い年月を経て生じた場合が多いため、慢性疾患としてとらえて、病気と共存してQOLを長く維持するマイルドな治療法の開発が求められている。平成30年度はがん治療に焦点をあて、天然資源を用いた高齢者にやさしい治療法開発の基礎的研究を行った。ヒトリンパ腫細胞株であるU937細胞は、マイルドな温熱刺激である44°C、30分の処理により増殖が抑制され、アポトーシスが誘導される。U937細胞に温熱刺激とともに被験化合物を添加し、細胞数を測定しアポトーシスを定量化することにより、細胞増殖抑制能およびアポトーシス増強能を評価する測定系を確立した。この系を用いて、天然資源由来生薬のスクリーニングを行い、Baicalinが温熱誘発細胞死を増強することを見出した。さらにその分子機構の解析を行ない、ROS(reactive oxygen species)産生を介したMAPK経路によるものであることを明らかにした。高齢者にやさしいがんの治療法である温熱療法に焦点をあて、温熱誘発細胞死を増強する天然資源由来成分として、Baicalinを見出した。さらにその作用分子機構の一端を明らかにした。高齢化にともない、がんの発生が増えるとともに、インスリン抵抗性が高まる。インスリン抵抗性は高血糖を引き起こし、糖毒性にともなう合併症の発生要因となる。糖尿病性網膜症・神経症の発症・進展には、高血糖にともなう酸化ストレスが関与することが報告されている。このため、合併症の進行防止には、血糖値の安定化だけでなく、酸化ストレスのコントロールに焦点をあてた対策も重要である。そこで、今後は培養細胞を用いて、高血糖による酸化ストレスを検出する系を確立し、酸化ストレスを低減する天然資源由来成分を見出す。酸化ストレスは、老化進行に関連する可能性が報告されており、酸化ストレスを低減する自然生薬を見出すことができれば、老化そのものに対する新たな治療法の開発に結びつく可能性がある。消耗品を効率的に使用することにより、当初の見込みより金額を低く抑えることができたため次年度の使用が生じた。
14～15世紀の禅宗庭園の形成背景に関する研究　－夢窓の再評価から－

1415世紀の禅宗庭園の形成背景を探るべく、夢窓疎石の再評価を行った。その結果、1)夢窓が元弘3年の入洛後に作庭に関与した西芳寺庭園と天龍寺庭園で、それまで禅宗庭園を利用していなかった公家らが武家らを伴って、禅宗庭園にもかかわらず王朝文化による使用を始めた。これは王朝文化による利用ができた公家の庭園が、鎌倉末期にすべて衰退したため、禅宗庭園へと移行したことも要因と判明した。2)この禅宗庭園における公家の王朝文化による利用について、夢窓は『夢中問答集』に、禅修行に役立つことを条件に承認していた。3)そして、室町前期の庭園において、禅僧・公家・武家との文化交流が盛んになっていったことが判明した。1.研究背景:平成25年度は、夢窓が活躍した14世紀前半、特に入洛後の足利政権下で天龍寺創建や西芳寺再興において造営した禅宗庭園の形成背景について研究を行った。先行研究では、夢窓示寂後の14世紀後半すでに彼の法嗣である義堂周信の古文献研究(空華日用工夫略集)から、公家・武家・禅僧による三者の禅宗庭園の利用が活発であったことが判明していたが、14世紀前半において、明確なこの三者での禅宗庭園の利用が見られていない。そのため庭園史上、夢窓が入洛後に天龍寺創建や西芳寺再興に伴う禅宗庭園を造営する上において、この三者の利用が出来るような禅宗思想上の理論構築や利用上の整合性を行ったものと推察した。2.研究成果:そこで、(1)夢窓と足利直義との問答を編纂したとされる『夢中問答集』の文献調査を行った。調査結果では、夢窓は、天皇家が行っている公家文化(庭園観賞・舟遊び・詩作・管弦・舞楽等)を仏教(禅)修行と同等の位置付けとして、宗教性との整合性を図っていた可能性を得た。このことは、仏教(禅)修行の場である禅宗庭園を含む禅林において、公家文化が行われることを許容するものと解釈できた。また、(2)この公家文化の行為が、以前から行われていた庭園について着目した。そこで13世紀後半から14世紀前半までの約1世紀におよぶ公家の庭園利用について、古文献(弁内侍日記、増鏡、続史愚抄、中納言侍日記、舞御覽記、花園天皇宸記、園太暦、臨幸私記)を対象にまず基礎調査を行った。調査結果では、13世紀後半から14世紀前半まで、公家文化で使用がされていた庭園は主に公家関係の別荘や宮廷系の庭園であった。しかし、この1世紀間に使用されていたこれら庭園群が、時代の変遷の中で衰退や荒廃していくとともに、14世紀前半の夢窓入洛によって造営された天龍寺や西芳寺の禅宗庭園へと使用場所が移行していった流れが見えてきた。1.研究の意義:今年度は、鎌倉期まで禅宗庭園を利用しなかった公家(主に上皇・天皇ら)が、夢窓疎石の入洛(1333)後の南北朝になって西芳寺(1339、再興)と天龍寺(1345、創建)を利用し始めたこの背景について研究した。この公家による禅宗庭園への利用変遷について明らかにすることで、禅宗庭園の形成背景に関して新たな知見が得られるとものと推察した。2.研究の成果:平成26年度は、13世紀後半から14世紀前半の約1世紀におよぶ公家の庭園利用の変遷に関する研究の結果、特徴ある4つの時期に区分出来た。(1)13世紀中頃の第1期(12481277)は、後嵯峨上皇によって王朝の文芸(舟遊び・詠歌・管弦・舞楽・酒宴・蹴鞠等)を復興したことが起因となり、鳥羽殿と亀山殿の庭園を中心に隆盛した時期であった。(2)13世紀末期の第2期(12841289)は、西園寺家によって造営された北山第庭園が栄え、各種王朝の文芸を催す庭園環境が完備していた時期であった。(3)14世紀前半の第3期(13091331)は、鳥羽殿・亀山殿他の庭園が衰退していく中で、さらに栄華を極めたのが北山第庭園であった。しかし、西園寺公宗の謀反発覚により所領没収となり、王朝の文芸を先導していた後醍醐天皇も流罪となることで、物的・人的資産の両方を失ってしまう。そして第3期は、他でも利用していた庭園群すべてを失うことになった。(4)そして、夢窓入洛後の14世紀中頃の第4期(1344-1349)では、全盛期ほどではないが、光厳天皇らが西芳寺・天龍寺の禅宗庭園において、鎌倉後期から継続する王朝の文芸による庭園利用を行った時期であった。(5)この公家の庭園利用の変遷に関する研究の結果,夢窓の入洛後,庭園様式に相違はあるものの,前時代の流れからの王朝の文芸による庭園利用が,この南北朝期から禅宗庭園において催されたものと考察した。研究期間全体を通じて実施した研究の成果については以下の通りとなった。(1)夢窓が各地に隠棲した時期に作庭した禅宗庭園と、元弘3年(1333)の再入洛後に作庭した禅宗庭園である西芳寺庭園(1339再興)と天龍寺庭園(1345創建)とはその利用者や利用内容に大きな相違が見られた。

前者はあくまでも禅僧らの禅修行を対象とした禅宗庭園であったが、後者はその禅僧らの禅修行に加えて上皇・天皇らの公家や足利将軍家の武家らが前時代の王朝文化に倣って禅宗庭園を利用していた。その背景については、鎌倉末期に王朝文化(観賞・詠歌・舟遊び・管弦・舞楽・酒宴・蹴鞠・観月等)が盛大に催されていた北山第庭園が、後醍醐天皇の失脚と共に衰退したことで上皇・天皇らが適切に利用できる庭園がなくなった。そして、新幕府体制の下で南北朝初期になって、次の時代に王朝文化による庭園利用が少なからず可能な場所として、禅宗庭園である西芳寺庭園・天龍寺庭園が光厳上皇によって利用されたと考察した。(2)禅宗庭園としての禅修行の用途と、本来は適さないはずの上皇・天皇らの王朝文化としての庭園用途を、夢窓は如何に禅宗庭園内で利用させるべく理論構築したかについて検証した。夢窓は、初代足利将軍の尊氏の弟である直義との問答を収めた『夢中問答集』には、座禅等の修行だけではなく、仏道修行の目的であれば、清らかなる自然や庭園観賞から、喫茶・詩歌・管絃などを如何なる場所と時節でも行うことは容認していた。このことは、外護者であった公家・武家側が禅宗庭園において、王朝文化としての庭園利用を行える理論構築でもあったと考察した。(3)この南北朝初期から、禅宗庭園を舞台として禅僧(臨済宗)と公家や武家との3者の文化交流が盛んになったことは、この後の室町文化に大きく影響していったと考えられた。1415世紀の禅宗庭園の形成背景を探るべく、夢窓疎石の再評価を行った。その結果、1)夢窓が元弘3年の入洛後に作庭に関与した西芳寺庭園と天龍寺庭園で、それまで禅宗庭園を利用していなかった公家らが武家らを伴って、禅宗庭園にもかかわらず王朝文化による使用を始めた。これは王朝文化による利用ができた公家の庭園が、鎌倉末期にすべて衰退したため、禅宗庭園へと移行したことも要因と判明した。2)この禅宗庭園における公家の王朝文化による利用について、夢窓は『夢中問答集』に、禅修行に役立つことを条件に承認していた。3)そして、室町前期の庭園において、禅僧・公家・武家との文化交流が盛んになっていったことが判明した。平成26年度は、夢窓疎石が入洛(1333)後に行った西芳寺再興(1339)と天龍寺創建(1345)の時期と、それまで公家(上皇・天皇ら)が利用していた庭園群の衰退を主因とする禅宗庭園への変移とが重なったこと、そして天龍寺が勅願寺となったこと等により、禅宗庭園に禅の在り方とは違った公家の王朝の文芸利用があったことを明確(学術論文としての発表)にできた。以上の理由から、本研究全体も概ね順調に進捗していると考えており、禅林で関連する近接分野(美術史・仏教学等)の先行研究との流れとある程度統合できる可能性も見出せてきた。造園学平成25・26年度と得られてきた結果を基にして引き続き、平成27年度は更に1415世紀における禅宗庭園の形成に影響を与えた夢窓疎石の庭園観に関する文献研究を継続し、総括する。そのために、(1)13世紀から14・15世紀への禅宗庭園の文化的視点に立った変遷に関する研究を纏めて、(2)入洛(1333)後の夢窓疎石の庭園史的位置づけの再考論拠を行う予定である。その結果を、(3)さらに関連する学会へ発表する予定を考えている。夢窓疎石が活躍した14世紀前半を、14世紀後半から15世紀におけての禅宗庭園の成熟期への変革期と考えて研究したところ、平成25年度は古文献調査がある程度順調に遂行したことにより、14世紀前半に夢窓の入洛によって禅宗思想と公家文化の融合を正当化する理論解釈の可能性を見出せてきた。以上の理由から、本研究全体も概ね順調に進捗していると考えており、もう一つの研究の目的である禅林で関連する近接分野の美術史(文学・絵画)と仏教学(臨済宗)の先行研究との統一性も図れる可能性も見出せてきた。平成25年度で得られた研究結果を基にして引き続き、平成26年度は1415世紀における禅宗庭園の形成に影響を与えた夢窓疎石の庭園観に関する文献研究を継続する。
クメン資化菌とそのビフェニル馴養株の分子進化的研究

トルエンとビフェニルの中間的な化学構造を有するクメンの分解菌Pseudomonas fluorescens IP01株はトルエンやクメンを唯一の炭素源・エネルギー源として生育できるが、ビフェニルでは良好に生育できないという生育基質特異性を持ち、これはCumDの反応基質特異性に起因することが示唆された。このことから本研究ではIP01に人為的及び自然誘発的な変異を導入することでIP01株の生育基質特異性の改変を試みた。CumDはアライメント結果からSer^<103>,Aap^<224>,His^<252>を活性中心とするserine hydrolaseと考えられた。それら3つのアミノ酸をAlaへと変換した3種の改変酵素のクメンのメタ開裂物質に対する活性を調べた結果、変異を加えたCumDの活性は、いずれも変異を加えていないCumDの5%以下まで低下し、これら3つのアミノ酸が活性中心を構成するという仮説が支持された。またCumDの基質認識に関与している可能性のあるアミノ酸を他のアミノ酸に置換することでビフェニルのメタ開裂物質、及びクメンのメタ開裂物質に対する活性がどの様に変化するのかを調べた。その結果、IIe^<256>をTrpに変換した場合、及びTrp^<143>をPheに変換した場合、ビフェニルのメタ開裂物質に対する活性の上昇が見られたため、これらはCumDの基質特異性を拡大・改変し、HOPDAに対して活性を持つように変化させる際のキ-となるアミノ酸である可能性も考えられた。またVal^<227>をIIeに変換することによりHOMODAに対する活性が上昇したことから、Val^<227>は活性中心に近傍に位置し、基質認識にも何らかの機能を果たしている可能性が示唆された。IP01株をビフェニルで馴養していくことで自然誘発突然変異を導入し、ビフェニルを生育基質として利用できる株の取得を試みた。馴養20週目から、ビフェニルを唯一の炭素源とする生育が馴養前と比べて向上したと考えられる株が出現し、以降42週目までにこうした株を25株取得した。この中から5株を選択し、これらについてはCumDに変異が導入され基質特異性が変化したことが予想されたため、各変異株のメタ開裂物質加水分解酵素遺伝子のシークエンスを行ったが、遺伝子変異は確認できなかった。ビフェニルまたはクメンを唯一の炭素源として加えた無機培地中での生育を、馴養前のIP01株とこの5株とで詳細に比較したところ、これら5株においてはクメン代謝系酵素の活性、あるいはその誘導機構に何らかの変化が起こったものと予想された。当研究室では、クメンを分解する細菌を取得し、クメン代謝系酵素遺伝子(cum遺伝子)の解析を行ってきた。

その結果、単離されたPseudomonas fluorescens IP01株のcum遺伝子のうち、芳香環の初発酸化、脱水素、メタ開裂に関与するcumA1A2A3A4BC遺伝子と機能未知のORF3の存在が明らかになった。本研究においては、メタ開裂以降のクメン代謝系酵素遺伝子を明らかにし、cum遺伝子群の全容を解明することを目的とした。現在までに報告されている芳香族化合物の代謝系酵素遺伝子は、ほとんどの菌においてクラスターを形成しているため、このcumABC遺伝子の下流域にも何らかのクメン代謝に関与する遺伝子が存在している可能性が考えられた。そこで、メタ開裂酵素をコードするcum遺伝子の下流域を含む遺伝子断片の取得を試みた。IP01株の遺伝子ライブラリーを作成し、cum遺伝子産物のメタ開裂活性を利用したスクリーニングを行った結果、約5.8kbのSal1断片を含むプラスミド(plP116)の取得に成功した。cum遺伝子の下流域約4kbについて塩基配列を決定し、コンピューター解析を行ったところ、この領域に3つのORFの存在が確認された。これらORFは、既知の芳香族化合物代謝系酵素遺伝子において2-hydroxypenta-2,4-dienoic acid(HPD)からacetyl-CoAへの代謝に関与する酵素遺伝子群と高い相同生を示し、特にビフェニル/PCB資化菌LB400株のbphH,bphJ,bphIとはアミノ酸レベルで約80%の高い相同生を示した。以上の結果より、各ORFの遺伝子産物の酵素活性はまだ測定していないものの、それぞれHPD hydratase,acetaldehyde dehydrogenase,4-hydroxy-2-oxovalerate aldolaseをコードする酵素遺伝子である可能性が強く示され、順にcumE、cumG、cumFと命名した。トルエンとビフェニルの中間的な化学構造を有するクメンの分解菌Pseudomonas fluorescens IP01株はトルエンやクメンを唯一の炭素源・エネルギー源として生育できるが、ビフェニルでは良好に生育できないという生育基質特異性を持ち、これはCumDの反応基質特異性に起因することが示唆された。このことから本研究ではIP01株に人為的及び自然誘発的な変異を導入することでIP01株の生育基質特異性の改変を試みた。CumDはアライメント結果からSer^<103>,Asp^<224>,His^<252>を活性中心とするserine hydrolaseと考えられた。それらの3つのアミノ酸をAlaへと変換した3種の改変酸素のクメンのメタ開裂物質に対する活性を調べた結果、変異を加えたCumDの活性は、いずれも変異を加えていないCumDの5%以下まで低下し、これら3つのアミノ酸が活性中心を構成するという仮説が支持された。またCumDの基質認識に関与している可能性のあるアミノ酸を他のアミノ酸に置換することでビフェニルのメタ開裂物質、及びクメンのメタ開裂物質に対する活性がどの様に変化するかを調べた。その結果、lle^<256>をTrpに変換した場合、及びTrp^<143>をPheに変換した場合、ビフェニルのメタ開裂物質に対する活性の上昇が見られたため、これらはCumDの基質特異性を拡大・改変し、HOPDAに対して活性を持つように変化させる際のキ-となるアミノ酸である可能性も考えられた。