hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
海馬から大脳皮質への宣言的記憶の転写モデル

これまでの研究で,生物学的に妥当な学習法であるHebb則を用いた大脳皮質モデルに,擬似リハーサルを導入することで破局的忘却の抑制ができることがわかっている.本年度の研究では,擬似リハーサルに用いる擬似パターンの数や中間層のニューロン数,中間層数などのパラメータに対する破局的忘却の抑制度合いについて詳細に調査を行った.その結果,擬似パターン数を増やすほど破局的忘却が抑制されるが増やし過ぎると追加学習自体が困難になること,複数の学習データを追加学習させると初頭効果と親近効果が見られること,中間ニューロン数や中間層数が多い表現能力の高いネットワークでは相応の擬似パターン数を用いる必要があり少な過ぎると忘却が起きやすいこと,擬似リハーサルは記憶課題だけでなく大規模な認識課題でも破局的忘却の抑制に寄与することなどを明らかにするとともに,これらのいくつかについてはさらにその原因の調査も行った.一方,従来から,学習率を小さく設定し,ゆっくり学習すると破局的忘却が起こりにくいと言われてきたが,本研究で構築した大脳皮質モデルでもこの現象が起こることを確認し,またその理由について考察を行った.さらに,破局的忘却をより抑制するために,ラットの脳で確認されているシナプスの保護の機構を模倣した,重みの重要度による正則化手法を大脳皮質モデルの学習に導入した.計算機実験の結果,この手法を擬似リハーサルと組み合わせることで従来よりも破局的忘却が抑制できることがわかった.本年度の研究では,宣言的記憶の一つであるエピソード記憶が可能な海馬モデルの構築,並びに,長期記憶の座である大脳皮質のモデルの改良を行った.エピソード記憶では,時間的な変化を有する情報の記憶を可能にすることが不可欠である.一般的なエピソードでは,同じパターンが一つの時系列情報の中に繰り返し現れたり,異なる時系列情報が同じパターンを共有したりする.したがって,エピソード記憶モデルでは,時系列の文脈に応じて,ある一つのパターンから異なる複数のパターンを想起するといった1対多の連想能力が要求されることになる.これらの機能を実現するため,本研究では,海馬の歯状回で発見されている神経新生現象と海馬の神経細胞の学習則として発見されている非対称なスパイクタイミング依存性シナプス可塑性(STDP)をモデルに採り入れた.計算機シミュレーションの結果,同じ入力が与えられた場合でも,歯状回の神経新生により海馬CA3に異なる表現が構築され,結果として1対多の連想が可能となることがわかった.また,海馬CA3の学習則として導入した非対称なSTDPにより,時系列の学習が可能になることがわかった.一方,これまでの大脳皮質モデルでは,学習に誤差逆伝搬法を採用していた.この学習法は,情報が流れる向きとは逆向きに誤差が逆伝搬していく学習法で,工学的には非常に強力な手法ではあるが,生物学的には妥当性が低いという問題があった.また,最終的な記憶の貯蔵庫である大脳皮質では,新規な情報の学習によって古い記憶が破壊される破局的忘却を抑制する必要がある.そこで本研究では,誤差が逆伝搬しない学習法を採用し,擬似パターンによる破局的忘却の抑制が行えるかを検証した.計算機シミュレーションの結果,より生物学的に妥当な学習法を採用した場合でも,誤差逆伝搬法を用いた場合と同程度以上の忘却の抑制ができることが明らかになった.当初の予定通り,国内外の学会に参加して,海馬の記憶形成に関連する最新の研究成果の調査を行った.また,海馬モデル並びに大脳皮質モデルの改良を行い,良好な結果を得ている.以上より,現在までのところほぼ計画通りに研究が進展しているといえる.本年度は,長期記憶の座である大脳皮質モデルに関する二つの研究を行った.一つは,昨年度の研究で行った,誤差が逆伝搬しない学習法における破局的忘却の抑制性能の向上に関する研究である.もう一方は,生物学的な知見に基づいた学習法を導入した大脳皮質モデルにおける破局的忘却の調査に関する研究である.誤差を逆伝搬しない学習法については,学習法を改良することで破局的忘却の抑制を向上させることを目的とした研究を行った.誤差を逆伝搬しない学習法では,最終中間層のニューロン数以下の学習パターン数であれば,正しく学習できることが示されている.この容量制限により,擬似リハーサルで用いることのできる擬似パターン数が制限され,従来法では破局的忘却の抑制性能が高くなかった.そこで本研究では,この容量制限を超える擬似パターン数を学習に用いる代わりに,学習の終了判定を学習パターンと擬似パターンとで分け,さらに擬似パターン数に応じて擬似パターンに対する学習率を変化させる手法を考案した.これにより,従来法よりも優れた破局的忘却抑制性能が得られることを計算機実験により明らかにした.また,生物学的知見に基づいた学習法を導入した大脳皮質モデルに,擬似リハーサルを導入することで,破局的忘却がどの程度抑制可能かを調査することを目的とした研究を行った.これまでに提案している大脳皮質モデルは,階層型ニューラルネットワークを誤差逆伝搬法で学習するため,生物学的に妥当な学習法とはいえなかった.そこで,この学習法をHebb則に基づく学習法に置き換えた.Hebb則は脳の神経回路網でも確認されている生物学的に妥当な学習法である.さらに,このネットワークに擬似リハーサルを導入することで,破局的忘却の抑制が可能であることを計算機実験により明らかにした.当初の計画通り,睡眠時の脳活動における生理学的な知見の調査を行った.また,長期記憶のための大脳皮質モデルの改良を行い,良好な結果を得ている.以上より,現在までのところほぼ計画通りに研究が進展しているといえる.

これまでの研究で,生物学的に妥当な学習法であるHebb則を用いた大脳皮質モデルに,擬似リハーサルを導入することで破局的忘却の抑制ができることがわかっている.本年度の研究では,擬似リハーサルに用いる擬似パターンの数や中間層のニューロン数,中間層数などのパラメータに対する破局的忘却の抑制度合いについて詳細に調査を行った.その結果,擬似パターン数を増やすほど破局的忘却が抑制されるが増やし過ぎると追加学習自体が困難になること,複数の学習データを追加学習させると初頭効果と親近効果が見られること,中間ニューロン数や中間層数が多い表現能力の高いネットワークでは相応の擬似パターン数を用いる必要があり少な過ぎると忘却が起きやすいこと,擬似リハーサルは記憶課題だけでなく大規模な認識課題でも破局的忘却の抑制に寄与することなどを明らかにするとともに,これらのいくつかについてはさらにその原因の調査も行った.一方,従来から,学習率を小さく設定し,ゆっくり学習すると破局的忘却が起こりにくいと言われてきたが,本研究で構築した大脳皮質モデルでもこの現象が起こることを確認し,またその理由について考察を行った.さらに,破局的忘却をより抑制するために,ラットの脳で確認されているシナプスの保護の機構を模倣した,重みの重要度による正則化手法を大脳皮質モデルの学習に導入した.計算機実験の結果,この手法を擬似リハーサルと組み合わせることで従来よりも破局的忘却が抑制できることがわかった.今後の研究では,神経科学,神経心理学,認知科学の分野の学会等に参加をして,宣言的記憶に関する最新の研究成果の調査を行っていく.今後の研究では,認知心理学,認知科学の分野の学会に参加をして,宣言的記憶に関する細心の研究成果の調査を行っていく.
凝固異常による肥満細胞活性化機序と慢性蕁麻疹の病態解析

まず、健常人、慢性蕁麻疹患者とアトピー性皮膚炎患者から血液を採取し、単球、好酸球におけるTF発現をフローサイトメーターにて解析した。慢性蕁麻疹患者とアトピー性皮膚炎患者から採取した血球において、好酸球(CD294+)にTF発現を認めなかったが、単球(CD14+)でTFの発現を認めた。健常人では単球、好酸球共にTF発現は認められなかった。また、このような慢性蕁麻疹患者に見られる単球でのTF発現誘導機序を解析するために、健常人PBMCにLPSあるいは抗IgE抗体を添加して、PBMCに発現されるTFをquantitative PCRにて検出した。LPS添加後、時間経過と共にTF発現の増加が、すべての検体で確認された。抗IgE抗体の添加でも、一部の検体では抗IgE抗体刺激でTFの発現が検出された。さらに、この抗IgE抗体刺激によるTF発現は、LPSで共刺激することによりすべての検体で相乗的に増強された。これまで慢性蕁麻疹病変部でのTF発現細胞の存在は指摘されていたが、循環血液中での報告はない。TFは凝固開始因子で、TFが末梢血液細胞膜上に発現することは、血管内凝固・血栓形成の原因となりうるが、慢性蕁麻疹患者において血栓症の合併が多いという報告はなく、患者末梢血中ではTF発現と共になんらかの凝固抑制あるいは阻止因子が存在することが示唆される。また、IgE抗体とToll like receptorを介したTF発現機序は、蕁麻疹におけるIgEを介した肥満細胞活性化機序や感染症による蕁麻疹の増悪と関連がある可能性がある。本年度は、凝固因子による肥満細胞活性化の機序を検討するために、ヒト皮膚切片および肥満細胞からヒスタミン遊離を惹起しうる凝固因子を検索した。ヒト皮膚切片および好塩基球を組織因子(TF)や各種凝固因子(aFX,aFVII)で刺激したが、ヒスタミンの遊離は認めなかった。特に、凝固因子によるProtease-activated receptor(PAR)-2を介した肥満細胞活性化の機序が予想されていたが、PAR2アゴニストであるペプチド(SLIGKV-NH_2)や化合物(AC55541)を用いて刺激した場合でさえ、本年度の実験系では同様にヒスタミン遊離を検出することはできなかった。また、多数の肥満細胞を含む神経線維腫の切片内には、免疫組織学的に多くのPAR-2陽性細胞を認めたが、同切片のPAR-2アゴニスト刺激でヒスタミン遊離はなかった。一方、臨床検体を用いた研究では、慢性蕁麻疹患者血漿中の個々の凝固因子活性は健常人と差はないが、凝固波形解析からトリガーの存在下では凝固能全般が亢進しうる準備状態にあることが明らかとなった。これらの結果は、肥満細胞活性化の機序として、個々の凝固因子との反応だけでなく、蕁麻疹患者血漿中にみられる固有の凝固準備状態での反応を検証する必要性を示唆する。今後は、ヒト皮膚切片と好塩基球を患者血漿自体、あるいは患者血漿存在下でTFをはじめとする各凝固因子で刺激してヒスタミン遊離を測定する予定である。また、次年度の慢性蕁麻疹患者病変部におけるTF発現細胞の検索を行うため、TF、CD11、CD68、Eosinophilic major basic proteinに対する抗体を用いて、文献的にそれらの発現が確認されている組織を免疫組織学的に染色し、抗体の反応条件を検討した。
マンノース結合蛋白による補体活性化における制御機構

血清レクチンの1つマンノース結合蛋白(MBP)は生体防御に関与している。MBPは補体成分C/S様のセリンプロテアーゼのMASPと複合体を形成しておりMBPが糖鎖リガンドに結合すると,MASPはC4とC2を分解する。この活性化経路は補体のレクチン経路と呼ばれている。古典的経路において,Clsは血清中のC1インヒビター(C1INH)により活性化が制御されているが,レクチン経路においても構造機能上C1sに類似のMASPがC1INHの制御を受けているかを本研究で検討した。ヒト血清より精製したMBP,MASP,C1INHを用いて,MASPによるC4分解活性およびマンナン結合MBP-MASPによるC3コンバルターゼ(C4b2a)形成能に及ぼすC1INHの効果を調べたところ,いずれの系においてもC1INHは阻害的に働いた。またC1INHの阻害様式を検討したところ,上記の2つの系において,いずれもMASP-C1INHが1分子ずつ強固に結合した複合体の形成が見られた。しかし,Cls-C1INHが形成後,複合体がC1qから解離することによりC1qのオプソニン活性が発揮されるのに比して,MASP-C1INHでは,この複合体のMBPからの解離が認められなかった。これらの結果は,C1INHは古典的経路とレクチン経路において,それらを構成するセリンプロテアーゼに対して阻害的に作用するものの,両者で,異なる生物活性を持つことを示している。
アパタイト型化合物の結晶構造と表面特性を利用した非貴金属排ガス浄化触媒の開発

チャネル内に遷移金属イオンを含有したアパタイト型リン酸塩を調製し,それを担体とした金属触媒の排ガス浄化活性の評価を行った。ハイドロキシアパタイトにCu水溶液を含浸後,加熱することでCuイオンがチャネル内に導入できた。またチャネル内に導入されたCuイオンが雰囲気により可逆的な出入りが可能であること,およびCuの導入により低温でのNOx還元活性が向上することを見出した。本研究ではアパタイト型化合物の結晶構造の特徴と固体塩基性による活性化機能を利用した排ガス浄化用触媒の調製を目的として、アパタイト型リン酸塩を基本物質とし構造内にCuなどの金属イオンを含む化合物の合成の検討を行う。本年度はアパタイト型リン酸塩の液相法での合成条件の検討を行った。出発原料として、アルカリ土類金属の酢酸塩とアルカリ金属リン酸塩を用いた。これらの水溶液に水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウム水溶液を加えることでpHの調整を行い、アパタイト型A10(PO4)6(OH)2の沈殿を調製した。熟成温度、時間、pHおよび沈殿洗浄条件を検討した結果、特にA=Baの場合にアパタイトの単一相を得るためには洗浄溶液としてアンモニア水溶液を用いることが有効であることを明らかにした。Cuを含むアパタイト型リン酸塩は上記の方法で調製したA10(PO4)6(OH)2を用いて合成を試みた。X線回折法を用いた得られた化合物の格子定数の測定結果より、A=Ca, SrおよびBaのいずれの場合にもCuイオンを結晶格子内に含むアパタイト型リン酸塩が得られることを確認した。また、調製時のCu量の増加に伴い格子定数が増加したことから、格子中のCu量を調整することが可能であることを示した。また、X線光電子分光法によるCuの化学状態の評価を行った結果、A=Ca, SrおよびBaのいずれの場合にもCuはCu+およびCu2+として存在し、Cu+がより多く含まれることを明らかにした。以上、非貴金属系排ガス浄化触媒の候補材料となるCuを含むアパタイト型リン酸塩の調製条件が明らかとなった。本研究ではアパタイト型化合物の結晶構造の特徴を利用した排ガス浄化用触媒の調製を目的として、アパタイト型リン酸塩を基本物質とし構造内に金属イオンを含む化合物の合成の検討を行う。本年度は平成26年度に合成したCuイオンを含むアパタイト型リン酸塩の液相法での合成と結晶構造等の熱的変化の検討を行った。Cuを含むアパタイト型リン酸塩、A10(PO4)6CuxOyHz (A=Ca, Sr, Ba)は、アルカリ土類金属の酢酸塩とアルカリ金属リン酸塩水溶液に水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウム水溶液を加えることでpHの調整を行ってアパタイト型A10(PO4)6(OH)2を得た後、Cu(NO3)2水溶液を含浸し10501100°Cで焼成、急冷することで合成した。A=Ca, x=0.6組成で得られた試料の空気中における熱重量分析の結果、空気中で昇温することにより、重量が600850°Cで増加し、8501100°Cでは減少することがわかった。また降温時は1100700°Cで重量が増加した。さらに高温X線回折法による検討を行うことにより、昇温時には700900°Cでアパタイト構造中のCuがCuOとして析出し、更に1100°Cまで昇温するとアパタイト構造中に再固溶することが明らかとなった。平成26年度におけるX線光電子分光法によるCuの化学状態の検討結果より、アパタイト構造中のCuはCu+およびCu2+として存在し、Cu+がより多く含まれることが示されており、この高温域でのCu種の析出・固溶現象はCuイオンの酸化・還元を伴うものであることが推定された。以上、Cuを含むアパタイト型リン酸塩において、Cu種のアパタイト構造内への固溶・析出挙動を見出すことができた。これは排ガス浄化触媒として利用する際に、高温における耐久性を評価、検討を行う上で重要な知見と考えられる。本研究ではアパタイト型化合物の結晶構造の特徴を利用した排ガス浄化用触媒の調製を目的として、本年度はアパタイト型リン酸塩の構造内にCuを含む化合物の高温条件下での構造および重量変化の検討を行った。その結果、Cu種のアパタイト構造内への固溶・析出挙動を見出すことができた。これは排ガス浄化触媒として利用する際に、高温における活性金属種の凝集を制御するための重要な知見と考えられる。本年度は、Cuを含有するアパタイト型リン酸塩を担体としたPt触媒の調製と炭化水素およびNOを含む排ガス浄化反応に対する触媒特性について検討を行った。その結果、少量のCuをアパタイト構造中のチャネルに導入したPt/A10(PO4)6CuxOyHz触媒(A=Ca, Sr)がCuを含まないPt/A10(PO4)6(OH)2触媒よりもC3H6-NO-O2反応に対し、低温で活性を発現することがわかった。Cu導入量が多い組成領域では導入量の増加にともない、NO還元、C3H6酸化活性が大きく低下することを明らかにした。反応前後の担持Pt触媒のXPS分析の結果、Cu導入量の増加に伴い、アパタイト担体上に担持したPtのうち、金属Ptの割合が低下しており、Cu導入がPtの還元を抑制していることが示された。

また、C3H6-O2およびNO-O2反応に対してもCu導入による活性の向上が見られたことから、少量のCuの導入がC3H6の活性化とNO酸化を促進し、C3H6によるNO還元反応に対する活性向上に寄与することを明らかにした。また、A10(PO4)6(OH)2のチャネル内にFeイオンを導入したA10(PO4)6FexOyHzの合成を試みた。A10(PO4)6(OH)2にFe(NO3)2水溶液を含浸後、焼成、急冷を行った。得られた化合物について各種分析を行った結果、A=Ca, Baの場合にFe導入量の増加とともにアパタイト相の格子定数の増加や赤外吸収スペクトルに変化が認められたことから、構造中のチャネル内にFeを含む化合物の生成が示唆された。以上、アパタイト型リン酸塩を担体としたPt触媒において、少量のCuの導入により低温活性が向上することを明らかにできた。また、Feをアパタイト構造内への固溶させた化合物を新たに合成することができ、これは新規排ガス浄化触媒用材料の開発を行う上で重要な知見と考えられる。Cuを含有するアパタイト型リン酸塩を担体としたPt触媒の調製と炭化水素およびNOを含む排ガス浄化反応に対する触媒特性を検討することにより、Cuの導入効果を明らかにすることができた。また、アパタイト型構造中のチャネル内にFeを含む新規化合物の合成に成功し、その一部について結晶構造解析を行っている。以上のことから、研究がおおむね順調に進展していると判断できる。本年度は平成28年度に引き続き、Cuを含有するアパタイト型リン酸塩A10(PO4)6CuxOyHz (A=Ca, Sr, Ba)にPdを担持した触媒の炭化水素によるNO還元特性の検討を行った。その結果、アパタイト型リン酸塩担持Pd触媒では、最大NO転化率はA=Ba>Sr>Caの順となり触媒担体の塩基性がNO還元特性に影響していることが示唆された。またCuを導入した場合にはA=Ca組成で、NO還元開始温度が低下することを明らかにし、アパタイト型構造中のチャネルサイトへの金属イオンの導入が触媒活性の向上に寄与することを示した。本研究では平成26年度にアパタイト型リン酸塩へのCu水溶液の含浸後熱処理を行う方法でアパタイト型構造のチャネル内にCuが導入できることを見出している。本年度はFeの導入に本方法を適用した。A10(PO4)6(OH)2にFe(NO3)2水溶液を含浸後、焼成、急冷を行い、得られた化合物について粉末X線回折データを用いた格子定数の測定と赤外吸収分析を行った。A=Caの場合にFe導入量の増加とともにアパタイト相の格子定数はa軸長がわずかに減少し、c軸長が増加した。これは、FeイオンがCaサイトを置換した場合の格子定数変化とは異なっていた。また調製時のFe量の増加とともにチャネル内のFeサイトの占有率が増加し、チャネル内の水酸基による赤外吸収バンドの強度が減少したことから、アパタイト構造のチャネル内にFeが導入できることが示唆された。本研究により、Feをアパタイト構造内への固溶させた化合物を新たに合成することができ、これは新規排ガス浄化触媒用材料の開発を行う上で重要な知見と考えられる。チャネル内に遷移金属イオンを含有したアパタイト型リン酸塩を調製し,それを担体とした金属触媒の排ガス浄化活性の評価を行った。ハイドロキシアパタイトにCu水溶液を含浸後,加熱することでCuイオンがチャネル内に導入できた。
S-アデノシルメチオニンの恒常性に関わるメチル化RNAシステムの解明

S-アデノシルメチオニン(SAM)は、ヒストンやDNAのメチル化反応においてメチル基ドナーとなる重要な代謝物であり、細胞内においてメチオニンアデノシルトランスフェラーゼ(MAT)よって合成される。細胞内におけるSAMの生産は厳密にコントロールされており、その鍵の一つは、MAT mRNAの安定性が細胞内SAM量に応じてフィードバック制御されることである。申請者らは、MAT2A発現のフィードバック制御においてmRNA 3'非翻訳領域(3' UTR)のヘアピン構造中の特定のアデノシン部位のN6-メチル化修飾(m6A)が重要であり、この修飾にメチル基転移酵素METTL16が関わることを見出した。本研究は、MAT2A mRNAと相互作用するRNA結合タンパク質を探索し、MAT2A mRNA安定性制御の分子メカニズムを解明することを目的とする。前年度までに、MS2システムを利用して、HeLa細胞においてルシフェラーゼ遺伝子とMAT2A 3' UTRが融合したmRNAに結合するタンパク質を分離し、LC-MS/MSによって同定する系を構築した。今年度はこの系を用いて、野生型3' UTRと、METTL16の標的であるアデノシン部位を置換した変異型3' UTRとの間で結合タンパク質を比較した。また、細胞培地にSAMあるいはMAT阻害剤シクロロイシンを添加することで細胞内SAM量を増減したときの3' UTR結合タンパク質の変動を調べた。その結果、現時点までに、METTL16の標的RNAの一つであるU6 snRNAに結合することが知られているタンパク質、またRNAエキソソームのサブユニットの一つが注目因子の候補として得られた。当初の計画では、野生型3' UTRに特異的に結合するもの、また細胞内SAM応答的に結合が変動するものに注目する予定であった。両方の条件を満たすタンパク質としてMETTL16が再現性よく得られたことから、実験は一定の成功を収めていると考えられるものの、その他では、特に後者の条件を再現性よく満たすタンパク質は多くはなかった。mRNAの安定性に関わる因子であっても、必ずしもmRNAへの結合が変動するとは限らないということもあるので、前者の条件のみに限って再度結果を洗いなおすことも視野にいれようと考えている。得られた候補因子および再度洗いなおした因子について、RNAiによる発現抑制を行い、細胞内SAM応答的なMAT2A mRNA量変動に及ぼす影響を調べる。申請者らは、MAT2A 3' UTRに6個存在するMETTL16標的m6A部位のうち、3'末端に近いものが細胞質内でのmRNA安定性制御に関わっている可能性を考えている。そのため、3'末端側のm6A部位のみに変異を導入した3'UTRとの比較も行いたい。今年度は、S-アデノシルメチオニン(SAM)合成酵素MAT2AのmRNAの安定性を制御するフィードバック機構について研究を行い、成果の一部を論文として発表した(1)。また、3'非翻訳領域(UTR)に結合し、mRNA安定性制御に関わるタンパク質の探索を行った(2)。今年度の補助金は、主に上記の研究の遂行のための実験用試薬などの購入に充てられた。1.この論文は、Cell Reports誌21巻に掲載された。この論文では、細胞内のSAM量に応じてMAT2A mRNAの安定性が変動し、その制御には3'UTRの特定の部位のN6-メチルアデノシン修飾(m6A)が重要であること、そのm6Aを導入するのはMETTL16であることを明らかにした。2.MAT2AのmRNAの安定性制御の分子メカニズム解明のために、3'UTRに結合するタンパク質の探索を行った。ルシフェラーゼ遺伝子下流にMS2ヘアピン配列とマウスMAT2A 3'UTR配列を接続したレポーターベクターを、Bio-tag付きMS2 coat protein発現ベクターとともに導入したHeLa細胞から、ストレプトアビジンビーズを用いてレポーターmRNPを分離後、SDS-PAGEを経て質量分析によってタンパク質を同定した。ネガティブコントロールとしてMS2ヘアピン配列を含まないレポーターベクターを用いて同じ実験を行い、バックグランドを除いた差分を結合タンパク質と評価した。さらに、3'UTRのm6A標的部位をチミンで置換したレポーターベクターを用いて実験を行い、野生型3'UTRの結果と比較することで、m6Aに依存してMAT2A 3'UTRに結合するタンパク質を同定することができた。上述の通り、MAT2A 3'UTRに結合するタンパク質を分離、同定する系を構築した。さらに、変異型レポーターを用いることで、m6Aに依存して3'UTRに結合するタンパク質を絞り込むことができた。そのようなタンパク質群には、前述のMETTL16が含まれていたことから、この系により当初の目的を概ね達成できたと評価する。

前年度までに、MS2システムを利用して、HeLa細胞においてルシフェラーゼ遺伝子とMAT2A 3' UTRが融合したmRNAに結合するタンパク質を分離し、LC-MS/MSによって同定する系を構築した。今年度はこの系を用いて、野生型3' UTRと、METTL16の標的であるアデノシン部位を置換した変異型3' UTRとの間で結合タンパク質を比較した。また、細胞培地にSAMあるいはMAT阻害剤シクロロイシンを添加することで細胞内SAM量を増減したときの3' UTR結合タンパク質の変動を調べた。その結果、現時点までに、METTL16の標的RNAの一つであるU6 snRNAに結合することが知られているタンパク質、またRNAエキソソームのサブユニットの一つが注目因子の候補として得られた。当初の計画では、野生型3' UTRに特異的に結合するもの、また細胞内SAM応答的に結合が変動するものに注目する予定であった。両方の条件を満たすタンパク質としてMETTL16が再現性よく得られたことから、実験は一定の成功を収めていると考えられるものの、その他では、特に後者の条件を再現性よく満たすタンパク質は多くはなかった。mRNAの安定性に関わる因子であっても、必ずしもmRNAへの結合が変動するとは限らないということもあるので、前者の条件のみに限って再度結果を洗いなおすことも視野にいれようと考えている。概ね研究計画の通りに実施する。すなわち、MAT2A 3'UTRに結合するタンパク質のうち、細胞内SAM量に応じて結合が変動するものを探索する。その際には、定量的質量分析あるいは必要に応じてウエスタンブロットを行う。細胞内SAM量の変動には、培地にSAMおよびMAT阻害剤シクロロイシンを添加することによって行う。得られた候補因子および再度洗いなおした因子について、RNAiによる発現抑制を行い、細胞内SAM応答的なMAT2A mRNA量変動に及ぼす影響を調べる。申請者らは、MAT2A 3' UTRに6個存在するMETTL16標的m6A部位のうち、3'末端に近いものが細胞質内でのmRNA安定性制御に関わっている可能性を考えている。そのため、3'末端側のm6A部位のみに変異を導入した3'UTRとの比較も行いたい。
サーフレスキューにおける救助力向上のためのボードパドリングに関する研究

本研究は、サーフレスキューで用いられるボードパドリングの動作分析を行い、救助力や競技力を向上させるための知見を得ることを目的とした。被験者に、室内50mプールにおいて40mのニーリングパドルとストロークパドルを全力で行わせた。ビデオカメラの映像からボード速度、ストローク頻度、ストローク長、および関節・セグメントの角度・角速度を分析した。その結果、(1)熟練者におけるパドリング方法別および性別ストロークパラメータの特徴、(2)競技レベル別ストロークパラメータの特徴、(3)競技レベル別パドリング動作の特徴、および(4)競技用と救助用におけるボード種別ストロークパラメータの特徴が明らかとなった。本研究の目的は、ボードパドリングの動作分析を行い、今後の救助活動や技術指導のための知見を得ることである。前年度(平成24年度)までに、熟練者と未熟練者の男女を対象としてパドリング実験を行った。実験は、被験者に室内50mプールにおいて約40mの直線コースにおけるニーリングパドル(K-Pad)とストロークパドル(S-Pad)の全力パドリングを行わせた。この実験結果をもとに、平成24年度は熟練者におけるパドリング動作のストローク特性を明らかにし、その成果を学会等で発表した。平成25年度は、この内容を学術雑誌に投稿し、成果を学術雑誌に公表した(海洋人間学雑誌、第2巻第1号)。さらに、平成25年度は、熟練者と未熟練者のパドリング比較、および救助用ボードと競技用ボードのパドリング比較を行い、以下のような知見を学会等で発表した。<熟練者と未熟練者のパドリング比較>K-PadとS-Padともに、熟練者群のボード速度は未熟練者群に比べて有意に速く、スタート後、熟練者群はより短い距離でより速い最大ボード速度に到達していた。また、K-Padにおいて熟練者群のボード速度がより速い要因は、ストローク長がより長いことが一因であると示唆された。また、両パドリングの最大ボード速度は、熟練者群ではストローク頻度よりストローク長との相関が高く、未熟練者群ではストローク長よりストローク頻度との相関が高かった。<救助用ボードと競技用ボードのパドリング比較>K-PadとS-Padともに競技用ボード群のボード速度は、救助用ボード群よりも約10%速く、競技用ボード群のストローク長がより高値であった。これらの差は、競技用ボードに比べて救助用ボードの形状や重量がより大きいため、より大きな抵抗が生じたことによると示唆された。この目的を達成するために、平成24年度は被験者を選考し実験を実施した。実験の被験者は、熟練者(全日本ライフセービング選手権ボードレース決勝進出者)と未熟練者(一般大学生ライフセーバー)の男女を対象とした。実験は、室内50mプールにおいて約40mの直線コースにおけるニーリングパドル(K-Pad)とストロークパドル(S-Pad)の全力パドリングを行わせた。研究実施計画のとおり、第1段階の分析として、熟練者におけるK-PadとS-Padを比較した。その結果、先行研究によって明らかとなっていない以下のような有意義な知見が得られた。1.K-PadとS-Padの最大ボード速度は、ともに25-30m区間に出現し、K-Padの最大ボード速度(2.77 m/sec)はS-Pad(2.57 m/sec)に比べて7.8%速かった。2.K-PadとS-Padの最大ボード速度の差は,K-Padのストローク頻度がより高値であることが一因であると示唆された。3.K-Padの男子最大ボード速度は3.02 m/sec(25-30m区間)、女子は2.55 m/sec(20-25m区間)であった。S-Padの最大ボード速度は、男女とも25-30m区間に出現し、男子2.73 m/sec、女子2.40 m/secであった。両パドリングとも男子の最大ボード速度は、女子に比べて有意に高かった。4.K-Padにおける男女のボード速度の差は,男子のストローク長がより高値であることによると示唆された。5.両パドリングともに、ボード速度はストローク頻度よりもストローク長に影響を受けており、ボード速度を向上させるためにはストローク長をより増大させることが重要であることが示唆された。平成26年度は、前年度(平成25年度)までに行なった実験結果をまとめ、その成果を以下のとおり学会で発表した。

ニーリングパドルのボード速度を高めるための技術要因を明らかにするために、熟練者群10名および未熟練者群8名に室内50mプールで40mの全力ニーリングパドルを行わせ、25-30m区間の1ストロークを2次元動作分析した。その結果、肩関節の角度・角速度には両群間で有意差がなかったのに対して、体幹・下肢の動作には有意差が認められた。このことから、水上の矢状面動作における競技レベルの差は、上肢運動よりも体幹・下肢の動作で顕著に認められた。また、ボード速度を高めるための技術として、次のような体幹・下肢の動作の重要性が示唆された。熟練者群は未熟練者群に比べて、1.プッシュ期における股関節屈曲をより速く行っている。2.リカバリー期からキャッチ&プル期にかけて、大腿角度をより大きく、より速く動かしている。3.リカバリー期でより大きく、より速く膝関節を伸展させ大腿部を前傾させている。さらに、これまで行った実験結果をもとに、平成27年中には、全力ニーリングパドルの3次元動作分析について、学会で発表する予定である。今後は、学会で発表した成果を学術論文として公表する予定である。スポーツ科学平成25年度は、前年度(平成24年度)に行った実験結果をもとに、以下の分析を行うことを計画していた。1.男女のボードパドリング動作を比較・分析すること2.熟練者と未熟練者のボードパドリング動作を比較・分析すること3.救助用と競技用の異なるタイプのボードにおけるパドリング動作を比較・分析すること4.成果を国内外の関連学会で発表することこれらの計画に対して、おおむね計画どおりに進展している。男女のボードパドリング動作の比較研究の成果は、熟練者男女のボード速度、ストローク頻度、ストローク長を比較し、その成果を海洋人間学雑誌(第2巻第1号)に原著論文として公表した(平成25年8月)。熟練者と未熟練者のボードパドリング動作の比較研究の成果は、日本体育学会(平成25年8月)で発表を行った。救助用と競技用ボードの異なるタイプのボートにおけるパドリング動作の比較研究の成果は、日本海洋人間学会(平成25年9月)で発表を行った。さらに、平成25年度は、研究計画にあるとおり、国際ライフセービング連盟が主催する「2013 World Conference on Drowning Prevention:世界溺水防止学会(平成25年10月、ドイツ)」で熟練者と未熟練者のパドリング動作の比較研究における成果を発表した。この学会はライフセービングを専門とする唯一の国際的、かつ学術的な学会であるが、ボードパドリングに関する研究報告は極めて少ない。そのため、本研究の成果をこの国際学会で発表することができたことは意義のある情報発信となった。さらに、これまでは、ボードパドリングの速度、ストローク頻度、ストローク長を分析することが主なテーマであったが、今後はボードパドリング動作に関わる種々の関節における関節角度・角速度などの分析を進め、成果を関連学会等で公表する予定である。平成24年度は、被験者の選考を行い、以下の分析を行うことを計画していた。1.ボードパドリングの動作分析実験を実施すること2.熟練者におけるニーリングパドルとストロークパドルを比較・分析すること3.熟練者と未熟練者のボードパドリングを比較・分析すること4.成果を国内の関連学会にて発表することこれらの計画に対して、おおむね計画どおりに進展している。
核融合炉プランケット工学の総合的研究

本班の主任務は、核融合ブランケット工学分野における科研費関係研究の大綱方針を策定し、その主要な研究課題については、計画研究および公募研究により予め審査段階で承認された所定の計画によって研究実施できるような体制作りを進めることにあった。特に本年度は第3期の最終年度であり、結果をとりまとめる方向に努力した。このため、関連分野内外との情報交換や集中的討論が望ましく、総括班に構造・熱サブ班、トリチウム・中性子工学サブ班を置き、それぞれ宮、椙山が世話役をつとめたが、具体的な推進には、さらに炉・ブランケット構造(宮)、高負荷除熱(井上)、トリチウム(高橋)、核融合中性子(椙山)の4小グループとして活動することも多かった。主な会合としては、年度当初第1回会合(5/26)で本班の今年度事業計画、総合総括班関連の担当者、幹事会委員事項を協議した。第2回(6/24)では所属する研究課題(計画3、公募13件)の研究計画報告を求め、これに対する討論・助言を行った。また次年度の計画研究について協議した。第3回は(2/15)は各課題の研究まとめ段階での報告を受けて、発表に対して討論を行なうと共に、とりまとめ方についての意見を交換した。第4回で(3/28)核融合炉研究全体への寄与の立場から、過去3年間の本班関連研究の総合的成果をも含め、今年度成果の位置付けを中心に討論し、次年度での過去10年への本格的まとめへの準備を行なった。また、総合総括班事業については、〔核融合炉トリチウム増殖材料の増殖・回収性能評価〕の幹事班として事業の推進にあたり、大型施設共同研究についての課題推薦の予備選択にも協力した。一方日本原子力学会、日本学術会議等の関係組織と連絡を取りつつ、本分野での将来研究・長期計画立案時の関連研究者の意見調整やとりまとめにも協力した。
実ネットワークとの親和性が高い仮想オーバーレイネットワーク構成方式に関する研究

実ネットワークにおけるRTT(Round Trip Time)やホップ数などの値に基づいてノードを階層的にクラスタリングし,その構造に対応した形で階層的な分散ハッシュテーブルを構成する方式を提案した.これによって,実ネットワークの局所性を活かした通信が可能となり,仮想オーバーレイネットワーク上での通信のオーバーヘッドを減少させることができる.実ネットワークにおけるRTT(Round Trip Time)やホップ数などの値に基づいてノードを階層的にクラスタリングし,その構造に対応した形で階層的な分散ハッシュテーブルを構成する方式を提案した.これによって,実ネットワークの局所性を活かした通信が可能となり,仮想オーバーレイネットワーク上での通信のオーバーヘッドを減少させることができる.本年度は、実ネットワークとの親和性が高いオーバーレイネットワーク構成方式を目指して、従来我々が研究してきた階層的分散ハッシュテーブル(DHT)構築方式の改良に取り組んだ.この方式は、ネットワーク上の距離に基づいてノード(コンピュータ)を階層的にグループ化(クラスタリング)し、各クラスタにおいてChordをベースにしたDHTリングを構成するものである.我々の従来の提案方式では、ネットワーク上にノードが一様に分布している場合には効率良い検索が可能であったが、分布の偏りが大きい場合には偏り度合いに応じて検索に要するホップ数(検索を中継するノードの数)が増大してしまうという欠点があった.そこで、本年度はこの点に改良を加え、ノードの分布に偏りがあってもホップ数に影響を受けない方式を提案した.提案方式に基づいてインターネット上の実測データ(公開データ)を利用したシミュレーションを行い、既存研究に比較して良好な結果を得ている.本方式については、情報処理学会全国大会において口頭発表を行った.また、もう一つのアプローチとして、ネットワーク上のノードに対してそれぞれ座標を与える方式に基づいたクラスタリングに関しても研究を進めているところである.こちらの方式については研究に着手したばかりであり、学会等における発表には至っていないが、基礎的な実験結果からは良好な見込みを得ており、引き続き検討を続ける予定である.本研究の目的は,実ネットワーク(インターネット)との親和性が高いオーバーレイネットワークの構成方式を提案することである.すなわち,従来のオーバーレイネットワーク構築方式では,オーバーレイネットワーク上の通信を実際のインターネット上の通信として考えた際に,非効率的な通信となっているケースが多々見られるため,実ネットワークの接続形態(トポロジ)を勘案することによって,実際のインターネット上においてもできるだけ無駄のないトラフィック制御が可能となるような新たなオーバーレイネットワーク構成方式を提案することが目的である.特に,AS (Autonomous System)の境界を跨いで流れるトラフィック量を減少させることを目指したいと考えて研究を行っている.本年度は,オーバーレイネットワークの構成要素となるそれぞれのノード(ホスト)が属する実ネットワークを特徴付ける種々のパラメータ(AS情報, IPアドレス,実ネットワーク上でのトポロジ,ノード間の通信遅延時間,ホップ数など)について,各々の入手の容易さやオーバーレイ構築に対する有効性などの観点から検討を加えているところである.また,昨年度より研究を進めている,ネットワーク上のノードに対して仮想的な座標を与える方式に基づいたノードのクラスタリング手法についても引き続き検討を続けてゆきたいと考えている.本研究計画では,実ネットワークとの親和性が高いオーバレイネットワーク構成方式を提案することを目的として研究を行ってきた.ここでいう実ネットワークとは,オーバレイを構築するために使用する下位(アンダーレイ)ネットワークを意味し,一般にはインターネットと考えて良い.従来のオーバレイ構築方式では,アンダーレイネットワークのトポロジやリンクの特性を強く意識したものは少なかった.ところが,現実のネットワークには様々な制約があり,たとえば,インターネットはIXと呼ばれる結節点に多数のISPが接続される構造を取るため,実ネットワークにおいてISP問を跨るような仮想リンクがオーバレイ構築において多数使用されると,トラフィックが必要以上にIXに集中してしまうという問題がある。また,オーバレイ上では近接したノード同士であっても,実ネットワーク上では非常に離れた位置に存在する可能性もあり,通信の非効率性に繋がることになる.そこで,本研究では,このような問題を解決するために,実ネットワークの有する特性を十分に配慮しつつオーバレイを構築しようとしている.本年度は,ノード間の近接性に着目することとし,近接性を測る尺度として,インターネット上の各ノードに対してそれぞれ座標を与えることによって座標間の距離を求める既存研究の成果を応用することを検討した.この方式をシミュレーションプログラムとして実装し,インターネット上の多数のノード間においてRTTを実測した公開データに適用することによって,実際に座標を与えることが可能であることを確認した.また,この方式を我々のグループにおいて研究を進めているインターネットノードのクラスタリング方式に組み込むことによって,ノードの近接性に基づいたクラスタリングが可能であることが確認できた.時間の制約によって具体的なオーバレイ構築方式を確立するところまでは至らなかったものの,ここで生成されたクラスタを利用することによって,近接性を考慮したオーバレイ構築へと繋がるものと考えられる.
長期紫外線暴露による真皮結合組識変化の形態学的並びに生化学的研究

膠原線維の変化:老人の真皮全体の膠原線維束は細く,かつ互いの間隙の開大がみられた。また日光露出部または紫外線による影響を調べると,老人の露出部皮膚・真皮境界部基底板とこれに付着するanchoringfibrilの真皮中への下降所見がみられた。このような所見はPUVA施行部皮膚においても観察された。一方,UVB長期照射ヘア-レスラット皮膚においては9カ月照射では真皮乳頭部の膠原線維の走行の乱れと細線維の太さの不規則性の増加,13カ月ではウランと鉛染色での膠原細線維の染色性の高度の低下が観察された。弾性線維:老人皮膚では表皮直下の線維の短縮消失と網状層の弾性線維の太さの増加と走行の不規則性がみられ,日光露出部では乳頭層から網状層上層に多量の塊状になった弾性線維がみられた。透過型電顕でみると,老化皮膚ではamorphous material(AM)の減少,胞状構造の出現,microfibrilの減少などをみる。一方日光露出部では,AM中に電子密度大な種々の型,大きさの封入体の出現がみられ,最終的には線維の構造の崩壊像が観察される。アミノ酸分析では5人の老人の日光露出部では被覆部に比べてグルタミン酸,アスパラギン酸,スレオニン,セリンそしてリジンの値が上昇していた。グリコ-スアミノグリカン:デルマタン硫酸,ケラタン硫酸,ヒアルロン酸,コンドロイチン硫酸につき酵素消化法による組織化学を行ったところ,老人皮膚でデルマタン硫酸とヒアルロン酸の存在を認め,しかも前者の方が後者より量的に大であった。また被覆部と日光露出部とでは,後者のsolar elastosisの存在する真皮上層部ではデルマタン硫酸とヒアルロン酸はほとんど認められなかった。1.紫外線照射による動物(ホア-レスラット)皮膚結合組織の変化ー紫外線(UVB)をヘア-レスラット皮膚に1日1回約8カ月間照射を行い,これを光学顕微鏡および電子顕微鏡にて観察した。その結果,対照に比べて光顕レベルにおいて,真皮上層の弾性線維の中等度の増加と走行の乱れが認められ,また電顕レベルで,これら弾性線維の変性像が観察され,人間が長期間日光に暴露されたときに生じる日光弾力線維症の所見と類似した所見であることが判明した。このことから,この動物は日光弾力線維症の発生機序およびその病態を経時的に追求するのに適した動物モデルであることがわかった。2.紫外線長期暴露による人真皮結合組織の変化ーこれを調べるため老人(70から104才の10人)の前腕伸側(日光露出部)と上腕内側(日光非露出部)の各皮膚を採取し,光学顕微鏡と電子顕微鏡を用いて追求した。また後者ではコラ-ゲンおよびエラスチンに対する抗体を用いて免疫電顕を行った。上腕皮膚の特徴として表皮直下の真皮が無構造物質の厚い層で占められ,この中およびこの下に表皮に垂直に走る細い弾性線維が存在し,これらはさらにその下の平行に走るより太い弾性線維に移行していた。一方,前腕皮膚の特徴として表皮直下の無構造物質は上腕に比べて薄く,この下に密集した多量の弾性線維が存在し,真皮中,下層にまで及ぶ場合が多かった。また真皮の厚さは上腕の方が前腕に比べてはるかに厚く,膠原線維はより多く存在していた。また電顕レベルでの観察では上腕では弾性線維中のamorphous materialの減少と細粒状物質の増加,前腕では同じく崩壊像が観察された。これらの変性物質は抗エラスチン抗体に反応することよりエラスチン由来であることが判明した。3.今後これらの結合組織の変化につき,生化学的にも追求する予定である。

膠原線維の変化:老人の真皮全体の膠原線維束は細く,かつ互いの間隙の開大がみられた。また日光露出部または紫外線による影響を調べると,老人の露出部皮膚では表皮・真皮境界部基底板とこれに付着するanchoring fibrilの真皮中への下降所見がみられた。このような所見はPUVA施行部皮膚においても観察された。一方,UVB長期照射ヘア-レスラット皮膚においては9カ月照射では真皮乳頭部の膠原線維の走行の乱れと細線維の太さの不規則性の増加,13カ月ではウランと鉛染色での膠原細線維の染色性の高度の低下が観察された。弾性線維:老人皮膚では表皮直下の線維の短縮消失と網状層の弾性線維の太さの増加と走行の不規則性がみられ,日光露出部では乳頭層から網状層上層に多量の塊状になった弾性線維がみられた。透過型電顕でみると,老化皮膚ではamorphous material(AM)の減少,胞状構造の出現,microfibrilの減少などをみる。一方日光露出部では,AM中に電子密度大な種々の型,大きさの封入体の出現がみられ,最終的には線維の構造の崩壊像が観察される。アミノ酸分析では5人の老人の日光露出部では被覆部に比べてグルタミン酸,アスパラギン酸,スレオニン,セリンそしてリジンの値が上昇していた。グリコ-スアミノグリカン:デルマタン硫酸,ケラタン硫酸,ヒアルロン酸,コンドロイチン硫酸につき酵素消化法による組織化学を行ったところ,老人皮膚でデルマタン硫酸とヒアルロン酸の存在を認め,しかも前者の方が後者より量的に大であった。また被覆部と日光露出部とでは,後者のsolar elastosisの存在する真皮上層部ではデルマタン硫酸とヒアルロン酸はほとんど認められなかった。
嫌気生物(メタン発酵菌及び脱窒菌固着)膜による下水高度処理法の基礎的研究

本研究は,有機性廃水の高度処理を簡単にできるプロセスを開発することを目的とし、嫌気性生物即ちメタン発酵菌と脱窒菌を共生させた嫌気処理槽による有機物及び窒素の同時的除去の可能性について検討を行った。以下の問題(1)固着メタン生成菌の活性に及ぼすNO_3^-濃度の影響。(2)メタン発酵菌と脱窒菌混合固定化生物膜による有機物、硝酸性窒素の同時除去特性、(3)NO_3^-の還元性に要する水素供与体の当量、(4)有機物及び硝酸窒素除去速度について検討を行い、次のような結果が得られた。(1)高濃度のNO_3^-は、液のORPを上昇させ、メタン生成菌の活性を低下させる。ORPを制御し、ORPを低下させるにつれ、メタン生成菌の活性は上昇する傾向を示す。なお、C/N比を小さくし脱窒を行わせる場合、pHが上昇し、メタン生成菌の活性は低下する。(2)メタン発酵菌及び脱窒菌混合固定化生物膜槽で、主として人工下水を用いた回分処理及び連続処理実験を行い、有機物及び硝酸性窒素同時除去は可能であり、TOC除去率94%以上、硝酸性窒素除去率65%以上(C/N=2以上)が得られた。(4)脱窒菌による酢酸を水素供与体とした脱窒速度はMonodの式で表され、比基質最大消費速度定数K=46mg-N/mg-Cd、飽和定数K_S=10mg-N/l、メタン生成菌による酢酸の消費に対して、H=1.88mg-C/mg-C・d、K_S=10mg-0/lが得られた。以上より、メタン発酵菌と脱窒菌の菌体量を制御することにより、メタン発酵の利点を活かし、メタン発酵中間体の酢酸を利用した、高効率の脱窒が可能であることが明らかとなった。メタン発酵菌及び脱窒菌が共生し増殖するための化学的環境因子の検討を行った。実験はメタン発酵菌固着膜槽及びメタン発酵菌及び脱窒菌混合固着膜槽に、合成排水(グルコースと無機塩の水溶液に【NaNO_3】を種々の濃度で添加)を回分あるいは連続供給し、【NO(_3^_)】濃度によるメタン及び窒素ガス発生速度,処理水pH,酸化還元電位(ORP)等の変化を測定した。【NO(_3^_)】減の、グルコース及び酢酸消費の各速度の比較検討より、次の結果が得られた。1.メタン発酵菌固着膜槽のメタン発酵菌に対する【NO(_3^_)】の影響メタンガス発生速度は【NO(_3^_)】≒50mg/l以下では【NO(_3^_)】に影響されないが、【NO(_3^_)】≒50mg/l以上では【NO(_3^_)】の濃度の上昇につれ減少する。【NO(_3^_)】≒200mg/lにおけるメタンガス発生速度は【NO(_3^_)】≒50mg/lのそれの略1/4である。が、TOC除去率ORP,pHの変化は非常に小さく、【NO(_3^_)】によるメタン発酵菌の阻害についてはさらに検討が必要である。2.【NaNO_3】を含む合成排水で馴養したメタン発酵菌及び脱窒菌混合固着膜槽のメタン発酵菌に対する【NO(_3^_)】の影響c/N=3以上では、$$NO(_3^_)$$=1800mg/lでもメタンガス発生速度は$$NO(_3^_)に影響されない。c/N値が小さい場合、$$NO(_3^_)$$の濃度の上昇につれメタンガス発生速度の減少は著しい。

c/N=5において、ORPは$$NO(_3^_)$$の濃度の増加につれ-50mV程度まで上昇するが、pHの変化は小さく(6.87.5)、TOC除去率も90%余である。$$NO(_3^_)$$の還元速度は、酸生成菌によるグルコース消費速度に比べ非常に遅いが、メタン菌による酢酸消費速度よりやや速い。3.c/N値が小さい場合の【NO(_3^_)】濃度の上昇によるメタンガス発生速度の低下は、【NO(_3^_)】によりメタン菌が阻害されることによるものではなく、メタン生成と脱窒反応とが競争的反応であることによるものである。水素供与体が酢酸の場合、c/N=1.43mg-c/mg-Nである。種々の濃度でNaNO3を混合した基質を供給し,液中のNO_3^--N, NH_4^+-N及びアルカリ度の濃度変化を測定すると共に,窒素,メタンガス生成速度を測定し, NH_4^+生成反応について検討を行った.液中のNH_4^+-N及び無機炭素(IC)は,供給NO_3^--N濃度が高くなるにつれ増加した. ICの増加は,アルカリ度の増加を表していると考えられる. TOC除去率は, C/N比によらず高い(略95%以上)が,低C/N比(C/N<2)では, N2発生速度はC/N比の減少につれ低下し,流出液中のNO_3^--N濃度は上昇した.なお, C/N>3ではNO_3^--N除去率は,略80%以上であった.酢酸を水素供与体としたNO_3^--Nの還元反応は,次式で表されると考えられる.(3)本実験結果より, NH_4^+-Nの生成反応として次式が考えられる.(4)式の反応が(1)(3)式に並行して起きるとすれば,メタン発生量の減少は, C/N=310において,実験結果とほぼ一致した.なお,高C/N比では, NH_4^--N量はほぼ一定となり, (4)式は平衡反応とも考えられ,さらに検討が必要である.NO_3^--Nの還元速度は, C/N比が2以上では,水素供与体濃度に対し, 0次反応とみなされるが, NO_3^--N濃度の関係と考えられる.なお,メタン生成菌の活性阻害剤のヨードプロパンは,脱窒菌の活性阻害が著しい.(1)メタン生成菌の活性に及ぼすNO_3^-の影響メタン生成菌と脱窒菌の混合固定化生物膜により、酢酸を水素供与体として、メタン生成菌によるメタン生成と脱窒菌によるNO_3^-のN_2への還元を同時に行なう場合、酢酸の利用について、メタン生成菌と脱窒菌は競争的関係にあるが、NO_3^-濃度が高くなると、メタン生成菌の活性が低下し、メタン生成が抑制される。これは、NO_3^-濃度の上昇による液のORPの上昇によると考えられるため、NO_3^-濃度を一定としてNa_2Sを添加し、液のORPをいろいろ変化させ、メタン生成菌の活性変化を調べた。その結果液のORPの低下につれ、メタン生成菌の活性は上昇することがわかった。(2)酸生成菌とメタン生成菌を共生させた生物膜による酸生成とNO_3^--Nの除去メタン発酵の酸生成菌脱窒菌を混合し、合成廃水(炭素源としてグルコースを用い、その他無機塩及びNaNO_3を添加)により培養し、酸生成菌による有機酸生成と脱窒菌によるNO_3^-のN^2への還元の同時的進行の可能性について検討を行なった。酸生成菌とメタン生成菌の分離は、操作的条件を変えることにより行なったため、完全分離は困難であったが、メタン生成は、酸生成菌及びメタン生成菌の混合培養の場合の略10%程度に抑止された。脱窒菌の活性は低pH域で変化するように見られたが、酸の減少に相当するN_2の発生があり、酸生成と脱窒は同時的に進行することが明らかとなった。(3)嫌気生物膜槽と好気生物膜槽との組合せ処理プロセス及びプロセスの、速度論的検討については、現在進行中である。