hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
嫌気性菌の遺伝子工学を応用した水素ガス生産技術の開発

海浜土壌から単離された水素ガスを高生産する嫌気性細菌Clostridium paraputrificumを対象として、発現用プロモーターの単離と解析を行い、発現ベクターを構築した。これを用いてC. josuiのセルラーゼ8A遺伝子とC. thermocellumのキシラナーゼ11A遺伝子の発現に成功した。さらに、水素生産を遺伝子レベルで解析するため、全ゲノム配列の解析を完成させた。また、培養条件の検討を行い、培地に微量の鉄を添加すると水素ガスの生産が約2倍に増加した。本研究は嫌気性細菌による未利用バイオマスからの水素ガス生産を究極の目的としている。嫌気性細菌のなかでもClostridium属は、未利用バイオマスである植物繊維や海洋性のキチンなどを分解する菌が多数報告されているが、扱いの困難さから応用は遅れている。本研究ではClostridium属のなかで我々のグループが海浜土壌より単離したキチンを分解し水素ガスを高生産するClostridium paraputrificum M21を対象として、その増殖速度の速さと水素ガス生産性の高さをさらに改良するため、遺伝子工学を用いて育種することをめざしている。本年度は(1)昨年度に続き、地球上でもっとも豊富に存在する植物繊維を分解するセルラーゼやキチナーゼ遺伝子を導入した株の解析、(2)ゲノム配列の完全な決定と解析、(3)水素ガス生産に重要な役割を果たしている遺伝子群の発現解析、(4)水素ガス生産に最も適した培養条件の検討を行った。結果は以下のとおりである。(1)Clostridium thermocellum, C. josui, C. stercorariumなど複数のセルラーゼ遺伝子をC. paraputrificum用の高発現ベクターへ連結しようとしたが、大腸菌への導入で問題となって構築ができなかった。(2)ゲノム配列は3,489,864 bpであった。GC含量は30.3%, 100アミノ酸以上をコードするORFは3321個であった。(3)リアルタイムPCR法で乳酸デヒドロゲナーゼ(LDH)、ヒドロゲナーゼA(HYDA)、酢酸キナーゼ(ACK)の各遺伝子の発現を調べたところ、他に比べてLDHがもっとも発現が高かった。(4)今まで培地に高価なMOPS緩衝液を使ってきたが、MOPSを入れなくても総水素ガス生産量に差はなかった。また、培地に微量の鉄を添加することで水素ガスの生産が向上した。嫌気性細菌Clostridium属は、未利用バイオマスである植物繊維や海洋性のキチンなどを分解する菌が多数報告され、未利用バイオマスの応用に関して応用が期待されている。本研究ではキャンパスの海浜土壌より単離したキチンを分解するClostridium paraputrificum M21を対象として、その増殖速度の速さと水素ガス生産性の高さをさらに改良することをめざした。本年度は(1)植物繊維を分解するためのセルラーゼやキシラナーゼ遺伝子を導入した株の解析、(2)培地への鉄添加による水素ガス生産増加の条件検討と鉄添加による水素ガス生産に関する遺伝子の発現解析を行った。(1)C. thermocellumのキシラナーゼ11A遺伝子とC. josui,のセルラーゼ8A遺伝子をC. paraputrificumへ導入発現させて、その組換え酵素について解析した。組換え酵素の基質分解性を調べた結果、キシロオリゴ糖やセロオリゴ糖の分解は大腸菌で生産された組換え酵素とほぼ同じであった。(2)培地に鉄を添加することで水素ガスの生産量は約2倍に増加したことはすでに報告したが、この条件に加えて、pHの制御や乳酸などの添加を行ったが、水素ガスの生産には大きな影響はなかった。一方、酢酸や酪酸を加えると菌の増殖が抑えられ、ガスの生産も抑制された。ゲノム配列から推定された代謝関連遺伝子についてリアルタイムPCR法で発現を調べたところ、鉄を添加しても乳酸デヒドロゲナーゼ遺伝子、ヒドロゲナーゼ、酢酸キナーゼ、酪酸キナーゼなどの遺伝子発現量には大きな変動はなかったことから、鉄添加による水素ガス生産の増加は遺伝子の発現量変化ではなく、酵素活性などに影響を及ぼしていることが示唆された。本研究は今まで注目されてこなかった嫌気性微生物による未利用バイオマスから次世代エネルギーへの変換技術の開発を究極の目的とする。嫌気性細菌のなかでも、難分解性バイオマスのひとつであるキチンを生分解し水素ガスを高生産するClostridium paraputrificumを対象として、遺伝子工学的にバイオマス分解能を高め、さらに水素ガス生産性を向上させることを最終目標としている。本年度は、(1)キチン分解性の本菌へ植物性のバイオマスであるセルロース・ヘミセルロース分解能を付与するための基礎研究、(2)水素生産の代謝ステップで最もカギとなるヒドロゲナーゼについて遺伝子レベルでの解析、(3)分子育種に必須である発現プロモーターの単離と解析、(4)代謝工学に必要となるゲノム情報の取得を行った。結果は以下の通りである。

(1)本菌へヒドロゲナーゼA遺伝子プロモーターを用いてClostridium josuiのセルラーゼB遺伝子とClostridium thermocellumのキシラナーゼA遺伝子をpJIR751ベクターを用いて導入した。形質転換体はそれぞれセルラーゼ活性とキシラナーゼ活性を示し、SDS-PAGEと活性染色の結果から目的の酵素が発現されていることを確認した。(2)ヒドロゲナーゼ遺伝子のプロモーター領域を確定するため5'Race法を使って転写開始点を決定した。(3)本菌で高発現が期待されるフェレドキシン遺伝子、ヒドロゲナーゼ遺伝子や炭素源によって誘導可能なキチナーゼ遺伝子のプロモーターをPCRで増やして大腸菌GUS遺伝子をレポーターにして解析を行ったところ、ヒドロゲナーゼプロモーターが最も強く、またキチナーゼ遺伝子chi18Dのプロモーターは培地中のキチンで10倍以上発現が向上することが分かった。(4)本菌のゲノム情報についてドラフト解析を行い3.48Mbの配列を得た。(1)他のClostridium属のセルラーゼやキシラナーゼ遺伝子をC. paraputirificumM21のフェレドキシン遺伝子プロモーター(fdxpro)下流へ連結して発現させるため、シャトルベクターpKNT19-hydproを作成して、この下流へ様々な遺伝子の連結を試みたが、大腸菌への導入がうまくできなかった。fdxproが大腸菌中でも比較的強く機能することを確認しており、グラム陽性菌のシグナルペプチドが大腸菌組換え体の生育に悪影響を与えている可能性が示唆された。昨年度に引き続き、ベクターの構築と導入遺伝子の発現で壁にあたっており、ベクター構築のまえにもう一工夫加えるべきであった。(2)昨年度からおこなってきたゲノム解析が完了し、完全長の配列が決定できた。この配列から、水素ガス生産に関与すると考えられるピルビン酸以降の代謝経路についての遺伝子群を予測し、主なものについてはリアルタイムPCR法で定量することができた。しかし、ゲノム情報の解析が不十分で、鍵となる水素生産の最終段階で機能するヒドロゲナーゼ遺伝子についてまだ完全に把握できていない。今後、ゲノム情報をより詳細に解析し、すべてのヒドロゲナーゼ遺伝子の解析を行う。(3)培地の検討という基本的なところを見直した結果、高価なMOPSを使わなくても良いことや、微量の鉄を加えるだけで水素が高生産できることを発見できたのは、実用をめざした研究という点では良かった。(1)本菌へ導入するセルラーゼの選抜については、発現可能な二つの遺伝子C. josui celBとC. thermocellumxynAを決めることが出来た。一方で、導入は出来たが発現しなかった遺伝子も多く存在した。特にセルロース分解に関して重要と考えられているエキソ型セルラーゼをうまく発現出来なかった。原因は不明であるが、他の研究から、これらの発現・分泌には特別なシャペロンが必要という報告があり、これらを検討すべきであった。
家族性モヤモヤ病のclinical anticipationの原因の究明 -トリプレットリピート疾患の可能性の有無の検討-

2世代発症以上の家族性もやもや病の発症様式の特徴としてclinical anticiaptionが認められた。故に、clinical anticiaptionの原因としてCAGリピート疾患に見られるような異常で、分子論的に説明できるか否かを検討した。トリプレットピート疾患の可能性があるか否かをRepeat expansiondetection (RED)法にてスクリーニングし、検討した。まず、CAGリピートの伸長の有無を検討することとしたが、それに際しては、正常人でもその伸長が報告されているERDA1/Dir1およびTG18.1といったゲノム上のCAGリピートの伸長を除外する必要があった。2世代発症以上の家族性もやもや病の7家系、及び、対照群として、弧発性モヤモヤ病患者24名を用いて、ERDA1/Dirlの伸長及びCTG18.1の伸長の有無の検討を行った。この検討より、RED methodの使用に耐えうる(false positiveがでる可能性のない)もやもや家系は、4家系、及び、弧発性モヤモヤ病患者は24名で、これを用いてRED法を行うこととした。その結果、家族性もやもや家系では、4家系中2家系(27名中5名)で、CAG repeatの延長を認めた。また、弧発性モヤモヤ病患者には、CAG repeatの延長を認めたものはいなかった。CAG repeatの延長を認めたものは、総て女性(20名中の5名)であり、男性(7名)では認められなかった。以上より、家族性もやもや病家系内にCAG reapeatの伸長をみとめたものの、これと、もやもや病発症との間に因果関係は認められなかった。しかしながら、モヤモヤ家系は、特異な遺伝的背景を有している集団であることがこれら一連の検討により明らかとなった。家族性モヤモヤ家系では必ずclinical anticipation(CA;表現促進現象)が見られることに気づき、世代を経るに従って患者の年齢が若くなるのは、何かこのような現象を引き起こすメカニズムが病気の発症にリンクしているのではないかと考えた。そこでトリプレットリピートがその原因であるか否かを検討することを目的とした。CAの7家系の構成員から末梢リンパ球を採取してgenomic DNAを抽出する。Repeat expansion detection(RED)法にてスクリーニングし、CAGリピートの伸長の有無を検討した。この際、正常人でもその伸長が報告されているERDA1およびCTG18.1といったゲノム上のCAGリピートの伸長を除外するためERDA1遺伝子及び、CTG18.1の上のCAG/CTGリピートの検出を、PCR法に於いて解析した。ERDA1遺伝子のPCRで増幅されるfragment産物は、2種類(350b.p.、500b.p.)であり、この、短いホモのバンドを有する症例が、非特異的なリピートの延長がないものと判断した。検討した7家系の内使用可能な家系は、4家系であった。ERDA1のスクリーニングをへた4家系の内、POP-4ランで、何れの構成員もCTG18.1の(CTG)35以上のRepeat expansionはなく、RED法の際に、false positiveの原因にはならないものと考えられた。この4家系のうち、preliminaryに2家系においてRED法を行い、2家系のもやもや病の罹患児で、repeatの延長が疑われる所見が得られた。これにより、もやもや病のCAという病態が、遺伝子レベルでの異常に関わって生じている可能性が出てきた。今後、この結果の再検とともに、更に、リピート延長の原因を追及してゆきたい。

トリプレットリピート疾患の可能性があるか否かをRepeat exoansion detection(RED)法にてスクリーニングし、検討した。まず、CAGリピートの伸長の有無を検討することとしたが、それに際しては、正常人でもその伸長が報告されているERDA1/Dir1およびCTG18.1といったゲノム上のCAGリピートの伸長を除外する必要があった。2世代発病以上の家族性もやもや病の7家系、及び、対照群として、弧発性モヤモヤ病患者24名を用いて、ERDA1/Dir1の伸長及びCTG18.1の伸長の有無の検討を行った。この検討より、RED methodの使用に耐えうる(false positiveがでる可能性のない)もやもや家系は、4家系、及び、弧発性モヤモヤ病患者は24名で、これを用いてRED法を行うこととした。その結果、家族性もやもや家系では、4家系中2家系(27名中5名)で、CAG repeatの延長を認めた。また、弧発性モヤモヤ病患者には、CAG reepeatの延長を認めたものはいなかった。CAG repeatの延長を認めたものは、総て女性(20名中の5名)であり、男性(7名)では認められなかった。以上より、家族性もやもや病家系内にCAG repeatの伸長をみとめたものの、これと、もやもや病発症との間に因果関係は認められなかった。しかしながら、モヤモヤ家系は、特異な遺伝的背景を有している集団であることがこれら一連の検討により明らかとなった。
ウシ血中エクソソーム中のマイクロRNAを利用した超早期妊娠診断法の開発

本研究では、血清、受胎産物および子宮内膜由来のエクソソームに内包されるマイクロRNA(miRNA)に焦点をあて、ウシの早期妊娠診断の新規バイオマーカーとしての可能性を検証した。その結果、非妊娠群と比較して妊娠群の血漿中に多く含まれるmiRNA分子種を明らかにし、さらに血漿中miRNAの個別定量に必要なリファレンス遺伝子となるmiRNA分子種も同定することができた。以上の結果から、これらのmiRNA分子種の測定により、早期妊娠診断が可能であることが示された。血清,受胎産物および子宮内膜由来のエクソソームに内包されるマイクロRNA(miRNA)に焦点をあて,ウシの妊娠診断・新規バイオマーカーとしての可能性を検証することを目的とし,今年度は栄養膜(胎盤)および子宮内膜組織に発現するmiRNA分子種について検証すると共に,miRNAマイクロアレイ,特異的miRNA分子種測定の基盤確立を試みた。独自に開発したmiRBase 19.0対応のウシ・カスタムmiRNAマイクロアレイ(Agilent G4474A-063969、755 miRNA対応配列搭載)を用いて,妊娠20日齢付近(着床期)および35日齢の栄養膜におけるmiRNAの発現解析を行った。着床期の栄養膜で有意に高い発現を示す44分子種(2倍以上,p<0.05)のmiRNAが検出され,分子種特異的な定量的RT-PCR法により検証を行ったところ,miRNAマイクロアレイとほぼ同様な傾向が認められた。変動miRNAの標的遺伝子についてin silico解析を実施したところ,4種類のmiRNA分子種がインターフェロン・タウの3'非翻訳領域と相互作用する可能性が示唆された。子宮内膜組織におけるmiRNAの発現については,妊娠35日齢の妊娠角と非妊娠角における比較を行ったところ,12種類のmiRNA分子種の変動が認められた。これらのmiRNA分子種の個別定量および標的遺伝子の探索については解析中である。現在までに得られた成果から,着床期の栄養膜および妊娠角子宮内膜に特異的に発現するmiRNA分子種が明らかとなった。さらに,miRNAマイクロアレイと定量的RT-PCRの検討結果から,特異的miRNA分子種測の測定基盤が確立された。miRNAマイクロアレイおよび定量的RT-PCRの測定基盤が確立されたことから,特異的miRNA分子種の特定が可能となった。さらに,これらの方法から着床期特異的なmiRNA分子種を明らかにできた。血漿(血清)由来のエクソソームに内包されるマイクロRNA(miRNA))に焦点をあて,ウシの妊娠診断・新規バイオマーカーの探索を目的とし,今年度は人工授精牛の血漿に存在する特異的miRNA分子種の検出を試みた。人工授精後21日の牛からEDTA採血管を用いて採血し、血漿を得た。血漿中miRNAはmiRNeasy serum/plasmaキットを用いて抽出し、独自に開発したmiRBase 19.0対応のウシ・カスタムmiRNAマイクロアレイ(Agilent G4474A-063969、755 miRNA対応配列搭載)による解析を行った。なお、人工授精後21日の妊娠牛(n=4)および非妊娠牛(n=3)での比較を実施した。755個のウシmiRNAを標的にしたマイクロアレイで検出可能であったmiRNAは128分子種であった。また、高発現を示す上位10分子種のmiRNAでは、妊娠牛と非妊娠牛での発現差は認められなかった。一方、妊娠および非妊娠牛群で発現の認められたmiRNAのうち2倍以上の変動を示したものは5つ存在した。その5分子種のmiRNAすべてが妊娠牛で上昇していた。さらに妊娠牛では発現していたが非妊娠牛で検出されなかったmiRNAは33分子種であった。現在までに得られた成果から,妊娠血漿中に特異的に検出されるmiRNA分子種が明らかとなった。妊娠血漿中に特異的に検出されるmiRNA分子種が同定されたことから,妊娠診断の新規バイオマーカー開発の可能性が示された。今年度は昨年度のマイクロアレイ解析の結果を基に、ウシ血漿中に検出されるmiRNA分子種の定量的RT-PCR法による測定法の確立及び検証を実施した。血漿中miRNAはmiRNeasy serum/plasmaキットを用いて抽出し、Mir-X miRNA First-Strand Synthesisキットを用いてcDNAを合成した。定量的リアルタイムRT-PCRにはKOD SYBR qPCR Mixを使用し、各miRNAの塩基配列に対応するオリゴDNAを合成して標準曲線を作成した。miRNA発現の安定性はNormFinderソフトウェアを用いて評価した。また、溶血によるmiRNA発現定量への影響を評価するために、溶血試料を調製し、定量的RT-PCRを行った。昨年度のマイクロアレイ解析の結果から得られた妊娠牛血漿中で発現量が上昇していたmiRNA分子種について、合成オリゴDNAを用いて標準曲線を作成したところ、良好な直線性が得られ副産物も認められなかった。これらのmiRNA分子種について、妊娠牛および非妊娠牛間の比較を行ったところ、いくつかの分子種は妊娠牛血漿中で高い発現量を示した。さらに、マイクロアレイ解析で検出されたmiRNAについて、NormFinderを用いて発現安定性を解析し、安定性が高かったリファレンス遺伝子候補のmiRNAを選出、定量的RT-PCRによる検証を行った。

この定量結果をNormFinderで解析したところ、最適なリファレンス遺伝子として3種類のmiRNA分子種を選出された。また、これらのmiRNA分子種の発現量は溶血による影響を受けなかったことから、妊娠牛と非妊娠牛における血漿中miRNAの定量解析時に使用できるリファレンス遺伝子miRNAを明らかにした。本研究では、血清、受胎産物および子宮内膜由来のエクソソームに内包されるマイクロRNA(miRNA)に焦点をあて、ウシの早期妊娠診断の新規バイオマーカーとしての可能性を検証した。その結果、非妊娠群と比較して妊娠群の血漿中に多く含まれるmiRNA分子種を明らかにし、さらに血漿中miRNAの個別定量に必要なリファレンス遺伝子となるmiRNA分子種も同定することができた。以上の結果から、これらのmiRNA分子種の測定により、早期妊娠診断が可能であることが示された。今後,標的遺伝子との直接的な相互作用を含む機能的な解析を実施すると共に,特異的miRNA分子種の血中における動態,妊娠特異的miRNA分子種を同定する。今後,各miRNAの個別定量による検証と、発情周期を含めた他試料との比較解析も実施し、新規バイオマーカーとしての有用性を明らかにする。さらに、標的遺伝子との相互作用を含む機能的な役割についても解析を加える予定である。農学
光多重分離による大容量光パス構成法に関する研究

楽音,映像や大容量データベースなどの高速・広帯域マルチメディア通信サービスに向けて,広帯域・低損失,省資源等の特徴を有する光ファイバを用いた波長分割多重(WDM)伝送による大容量フォトニック・ネットワーク構成技術について研究した.特に,レイヤ構成ネットワークを基本に,高安定多周波光発生技術,高能率光伝送技術,大容量光波パス.ルーティング技術について重点的に研究を行った.高能率光伝送方式実現と光パス波長スイッチの要となる光周波数発生法は,分子線吸収形光周波数発生器とそれに同期して多波長の基準光パルス列を生成するパルス化光周波数発生器により構成し,偏波依存性の少ない回路構成を示し,得られる波長数や出力変動抑圧特性などを解明した.高能率で超高密度波長分割多重(WDM)伝送に適した単側波帯(SSB)光通信について,変調度や回路構成の違いによる出力波形やスペクトルの変化,さらに波長多重伝送系を構成する場合の隣接チャネル間干渉等を評価し,超高速大容量光通信への適用性を確認した.大容量波長多重光ネットワークのルーチングと波長パス/仮想波長パス(WP/VWP)の波長選択法について,発見的アルゴリズムを提案し,高信頼ネットワークの設計法を明らかにした.また,フォトニック・ネットワークノード構成として,周波数シフタを用いたMP口S形のバースト変調形ラベルスイッチ(GMPLS)ノード構成の検討を行った.これらの研究の結果,本研究課題で検討を進めてきた高精度光周波数制御技術と狭帯域光変復調技術および光パスネットワークのルーチング技術を組みあわせれば,従来の10倍以上の高性能な波長多重大容量光パスネットワークが構築できることが明らかになった.楽音,映像や大容量データベースなどの高速・広帯域マルチメディア通信サービスに向けて,広帯域・低損失,省資源等の特徴を有する光ファイバを用いた波長分割多重(WDM)伝送による大容量フォトニック・ネットワーク構成技術について研究した.特に,レイヤ構成ネットワークを基本に,高安定多周波光発生技術,高能率光伝送技術,大容量光波パス.ルーティング技術について重点的に研究を行った.高能率光伝送方式実現と光パス波長スイッチの要となる光周波数発生法は,分子線吸収形光周波数発生器とそれに同期して多波長の基準光パルス列を生成するパルス化光周波数発生器により構成し,偏波依存性の少ない回路構成を示し,得られる波長数や出力変動抑圧特性などを解明した.高能率で超高密度波長分割多重(WDM)伝送に適した単側波帯(SSB)光通信について,変調度や回路構成の違いによる出力波形やスペクトルの変化,さらに波長多重伝送系を構成する場合の隣接チャネル間干渉等を評価し,超高速大容量光通信への適用性を確認した.大容量波長多重光ネットワークのルーチングと波長パス/仮想波長パス(WP/VWP)の波長選択法について,発見的アルゴリズムを提案し,高信頼ネットワークの設計法を明らかにした.また,フォトニック・ネットワークノード構成として,周波数シフタを用いたMP口S形のバースト変調形ラベルスイッチ(GMPLS)ノード構成の検討を行った.これらの研究の結果,本研究課題で検討を進めてきた高精度光周波数制御技術と狭帯域光変復調技術および光パスネットワークのルーチング技術を組みあわせれば,従来の10倍以上の高性能な波長多重大容量光パスネットワークが構築できることが明らかになった.情報化社会を迎えて,電話,映像,大容量データベースを含む広帯域な情報を瞬時に双方向通信するためには,情報転送網の処理能力の抜本的な改善が必要とされる。本研究では高速・広帯域なマルチメディア通信サービスのダイナミックなトラヒック変動に対応するために,ノード間に大容量の光パス・ネットワークを構成するための基本技術を検討した。特に,今期は,その実現の要となる多数の光周波数発生法,光キャリアの管理方式,光合分波器の基礎検討,及び光パスネットワークの所要波長数,波長割り当て法,セルフヒーリング法などを検討した。多周波光周波数発生技術の研究では,分子の吸収線同期形光周波数発生器をもとに,パルス化光周波数発生器の波長掃引数について検討した。光増幅器の雑音を考慮に入れたシミュレーションにより,光フィルタの最適化により,868回(掃引幅217GHz)を達成できることが分かった。光ネットワーク技術の研究では,階層化されたATMおよびWDMパスネットワークのルーチング法について検討し,障害時のセルフヒーリングアルゴリズムとその特性を解析した。提案したヒューリスティックアルゴリズムによる容量割り当て,波長割り当てと,障害回復時間を明らかにした。情報化社会における電話,映像,大容量データベースを含む広帯域な情報を瞬時に双方向通信するためには,新たな構成原理に基づく高速・大容量伝送システムの研究開発が必要とされる。そこで,本研究では高速・広帯域なマルチメディア通信サービスのノード間に大容量の光パス・ネットワークを構成するための基本技術を検討した。特に,今期は,その実現の要となる多数の光周波数発生法,光合分波器の基礎検討,光波通信外部変調技術の検討,及び光パスネットワークの所要波長数,波長割り当て法,セルフヒーリング法などを検討した。多周波光周波数発生技術の研究では,パルス化光周波数発生器の波長掃引数について,回路の偏波依存性を考慮すると最悪26回(掃引幅6.5GH)に低下する.これを解決する回路構成の工夫により,698回(174.5GHZ)に拡大できた.光波通信外部変調技術の研究では,外部変調形単側波帯(SSB)変調法を提案し,変調特性,スペクトル,ファイバ分散の影響を考慮した受信波形アイ開口などを求め,従来の光変調方式に比べて有効性を明らかにした。WDMパスネットワークのルーチング法について,超大容量波長多重伝送の容量割り当て法,波長割り当て法と,所要光ファイバ数などを明らかにした。

楽音,映像や大容量データベースなどの広帯域情報を円滑に通信するためには,通信ネットワークの情報転送能力の飛躍的な改善が必要とされる.そこで本研究では,高速・広帯域マルチメディア通信サービスに向けて,ノード間に大容量の光パス・ネットワーク(情報転送網)を構成するための基本技術を検討した.特に,研究の最終年度として,高安定多周波発生技術の改良,高能率光伝送方式としての外部変調形単側波帯(SSB)通信の特性解明等を進めた.また,大容量光波パス制御に適した光ノード構成について研究した.高能率光伝送方式の実現の要となる光周波数発生法は,分子線吸収形光周波数発生器とそれに同期して,多波長の基準光パルス列を生成するパルス化光周波数発生器により構成する.偏波依存性をなくすための回路構成,出力パルス列の強度変調を押さえる工夫などを行った.単側波帯通信については,変調度や回路構成の違いによる出力波形やスペクトルの変化,さらに波長多重伝送系を構成する場合の隣接チャネル間干渉等を評価し,超高速通信への適用性を確認した.大容量波長多重光ネットワークの仮想波長パス(VWP)を実現するノード構成として,周波数シフタを用いたMPλS形のバースト変調形ラベルスイッチ(GMPLS)ノード構成の検討を行った.これらの研究の結果,本研究課題で検討を進めてきた高精度光周波数制御技術と狭帯域光変復調技術および光パスネットワークのルーチング技術を組みあわせれば,従来の10倍以上の高性能な波長多重大容量光パスネットワークが構築できることが明らかになった.
測度・距離空間上の解析学の展開に向けてーCheeger 理論とフラクタル

本年度は、自己相似集合上の解析学についてその舞台となる距離空間の幾何学的性質について主に研究を行った。自己相似集合におけるシフト空間からのcanonicalな写像に対応するものとして、距離空間のtreeによるpartitionという枠組みを提唱した。まずpartitionの一つ一つのcellの大きさに当たるgauge functionを導入し、gauge functionから距離空間にpseudometricを定義した。その上で、このpseudometricがmetricになるための条件、測度がvolume doublingpropertyを持つための必要十分条件や二つの距離がquasisymmetryになるための必要十分条件についてこの枠組みのもとで考察を行った。その鍵となるideaとしてgauge functionに対するelliptic及びlocally finiteという概念、gauge functionに対して距離がadaptedで有るという概念、2つのgauge functionが互いにgentleであるという概念を定義し、例えば測度がvolume doubling propertyを持つための必要十分条件として測度から決まるgauge functionがellipticかつlocally finiteであり距離から決まるgauge functionとgentleでありことを明らかにした。昨年度から引き続き解析学の舞台となる距離空間とその上の測度について、距離空間のtreeによるpartitionという観点から研究を行った。partitionとは空間を有限個の部分集合の和に分解し、更にそれぞれの部分集合をまた有限個の部分集合に分解するという操作を繰り返して、空間を細分していく操作である。このようなpartitionは自己相似集合や力学系においては自然に現れることが知られている。partitionで得られた各々の部分集合(セル)にその大きさに該当する量を与える関数をgauge functionと呼ぶ。本年度はgauge functionの間にbiLipschitz同値という同値関係を定義し、このbiLipschitz同値が、距離から来るgauge functionの場合には距離空間としてのbiLipshitz同値に相当し、測度からくるgauge functionの場合には、測度の間の絶対連続性に相当することを証明した。更に、gauge functionに対応する距離が存在するための必要十分条件は、本質的にはpartitionの立場から分離されているセルが、「十分離れている」ことであることを示した。さらに、この必要十分条件はgauge functionの間のgentle同値で保たれることも証明した。また、University of JyvaskylaのMeyer教授と、球面のbranched coverに付随するpartitionの性質について共同研究を行い、branched coverにおけるvisual metricがgauge functionに対応する距離になっていることを明らかにした。研究実績で述べたように、距離空間の幾何学的構造について幾つかの知見を得た。これらの知見はCheeger流の解析学において重要であるvolume doubling propertyとquasisymmetryの特徴付けであり、今後の距離空間での解析学の展開において重要な役割を果たすことが期待できる。基礎解析一般(含関数空間論・応用解析の基礎)現在研究は順調に進行しているので、当初の計画どおり粛々と研究を行う。購入予定であった数値計算用のPCを、他の経費で購入したPCで代用することで、経費の節約が可能であることが判明し、PC購入経費に相当する額を次年度使用とすることにした。
アクティブラーニング型授業における学習のプロセスと成果に基づく支援手法の開発

本研究はアクティブラーニング型授業の中でも、授業中に課される演習課題の記述プロセスに着目した研究である。現在多くの大学で、演習課題を含む授業が行われている。これらの授業を対象とし、12年目にかけて学生の演習課題の記述プロセスと学習成果の特徴を分析し、その特徴に合わせた学習支援方法の開発を行う。研究最終年度である3年目は、主に開発した学習支援方法の評価や学習支援方法あり方の検討を行う。
脳の左右差の形成機構と高次脳機能におけるその意義の解明

1.NMDA受容体NR2A(ε1)サブユニットのノックアトマスを用いた解析我々は海馬神経回路の非対称性を、野生型マウスに対して薬理学的手法および生化学的手法を適用することによって明らかにした。これを異なる手法を用いてさらに確認するために、NR2AサブユニットのKOマウスを用いて検討を行い、錐体細胞シナプスの非対称性を再度確認するとともに、介在細胞シナプスにはこのような非対称性が存在しないことを明らかにした。この成果は米専門誌J.Neuroscience(2005)に掲載された。2.ivマウスを用いた解析内臓の左右差形成に異常を示すivマウスの神経回路を解析した結果、ivマウスの脳では左右の非対称性が消失し、両側がともに右脳の性質を示している(右側異性)ことが明らかになった。これにより、脳と内臓では左右差の形成機構が異なることも明らかになった。本成果は米科学誌PLoSOne(2008)に掲載された。3.行動解析ivマウスは遅延交替反応課題において野生型マウスよりも有意に劣る成績を示したが、物体識別では野生型マウスよりも好成績を示した。また、小動物用fMRIを用いた解析を行い、空間学習時の脳活動は野生型マウスでは左右非対称であるが、ivマウスでは左右差が消失していることを示唆する結果が得られた。4.海馬スライスの組み合わせま培養系の開発非対称性形成に関与する分子のシナプス局在を調べることを目的として、異なるマウスから調整した、海馬CA 3野とCA 1野を組み合わせて培養する方法を考案した。これまでに培養法および、これを用いた生理学的解析法を確立することができた。●初期発生過程における脳の左右差形成機構の解析-ivマウスを用いた検討。マウス内臓器官(中・内胚葉系由来)の左右軸形成は、発生初期nodeに分泌されるnodalの発現が、繊毛の回転運動によって発生する層流(nodal flow)の影響で、体軸の左側で高まることから始まることが知られている。ivマウスはこの繊毛運動を引き起こすモーター蛋白(dynein)の遺伝子に変異を持つミュータントマウスであり、左右軸決定に関与する遺伝子に変異を持つ様々なミュータントマウスの中で、成獣にまで成長し、繁殖が可能な唯一の系統である。ホモ接合型のivマウスからは内臓逆位と正位のマウスが1対1の確率で生まれる。我々は、ivマウスから作成した海馬スライスを用い、シナプスNMDA受容体応答のRo25-6981感受性およびシナプス可塑性(LTP)の生後発達などを指標として、iv変異が海馬神経回路の非対称性に及ぼす変化を解析した。その結果、ホモ接合型のivマスでは(内臓の正位、逆位に関わらず)、脳の左右の非対称性が消失していることを示す結果を得た。一方、対照群として用いたヘテロ接合型のivマウス(nodal flow正常)は、野生型マウスと同様の非対称性を示した。この結果は、左右非対称性の形成機構は内臓などの内胚葉系と神経系など外胚葉系では異なっていることを示唆している。今後はivマウスを用いた行動解析を行い、左右差の消失が脳の高次機能にどのように影響するか等を解析する。我々は、野生型マウスを用いた薬理学的・生化学的な解析により海馬神経回路の非対称性を明らかにした。そこで、これを異なる手法を用いてさらに確認することを目的として,NR2Aサブユニットのノックアウトマウスを用いた生理学的・解剖学的な解析をおこなった。その結果、海馬錐体細胞シナプスの非対称性を再確認するとともに,介在神経細胞シナプスには非対称性が存在しないことを明らかにし、これを報告した(J.Neuroscience,25(40),9213-9226,2005)。

2)海馬スライスの組み合わせ培養系を用いた解析脳が正常に機能し続けるためには、生涯を通じてその非対称性が維持されなければなるまい。この維持機構は、発生初期における非対称性の形成機構とは異なるものであろうか?これを明らかにすることを目的として、まず出生後のマウスの海馬神経細胞も非対称な神経回路を再生する能力があるかどうかを検討することにした。具体的には、左右の海馬から作成したスライスを、CA1野を含む領域とCA3野を含む領域に切断し、これらを再び組み合わせて培養することによってCA3錐体細胞とCA1錐体細胞の間にシナプスを形成させる。たとえば、左CA1+左CA3を組み合わせることでShaffer collateral fiberシナプスの解析が、右CA1+左CA3の組み合わせではcommissural fiberシナプスの解析が可能となる。本年度は、マウス海馬において3週間以上の組み合わせ培養が可能な技術を確立した。また機能し得るシナプスが再生されていることを生理学的に確認した。研究の背景と目的我々は、マウス海馬の神経回路にはNMDA受容体NR2Bサブユニットの非対称分布に基づく構造的・機能的非対称性が存在することを明らかにした。さらに、内臓に左右の逆位を示すミュータントマウス(ivマウス)の海馬スライスを用いた我々の最近の実験から、ivマウスの海馬では左右の非対称性が消失していることが明らかになった。これらの成果をもとに、本年度においては主に遺伝子解析,行動解析を中心に研究を実施した。進捗状況●左右非対称な神経回路の形成に関与するシグナル分子の探索DNAマイクロアレイを用いて野生型マウスとivマウスの海馬における遺伝子発現の差を解析した結果、発現に顕著な差異があるいくつかの遺伝子の存在が明らかになった。現在、非対称な神経回路の形成に関与するシグナル分子を同定するために、DNAマイクロアレイによる解析をさらに継続するとともに、遺伝子発現の組織特異性やmRNAの定量解析等を進めている。●ivマウスを用いた行動解析いくつかの行動課題を用いてivマウスの行動解析を行った。その結果、遅延交替反応課題においてivマウスは野生型マウスよりも有意に劣る成績を示した。また、Paw preferenceにも両者で違いが見られた。本研究は、内臓に左右の逆位を示すivマウスを用いた解析と海馬スライスの組み合わせ培養系を用いた解析を2つの柱とし。これらの解析によって得られた成果を、左右差形成シグナルの同定や行動学的解析へ繋ぐことを基本構想とした。1)ivマウスを用いた解析:生理学的および解剖学的解析の結果、ivマウスの脳では左右の非対称性が消失し、両側がともに右脳の性質を示している(右側異性)ことが明らかになった。これにより、脳と内臓では左右差の形成機構が異なることも明らかになった。本成果はPLoSOneに掲載された(in press)。2)組み合わせ培養系を用いた解析:非対称性形成に関与する分子のシナプス局在を調べることを目的として、異なるマウスから調整した、海馬CA3野とCA1野を組み合わせて培養する方法を考案した。これまでに培養法および、これを用いた生理学的解析法を確立することができた。
蛋白質脂質修飾による膜挿入型CaMキナーゼCLICK-IIIの機能制御

脳機能を担う神経回路の形成は、もともと球状である神経細胞が、細胞の骨組みである細胞骨格を利用して形を変化させ、樹状突起軸索と呼ばれる突起を発達させることで完成する。本研究課題では、CaMキナーゼCLICK-IIIの神経回路形成における機能を神経細胞培養のモデル系を用いて探索し、さらに本酵素の受ける蛋白質脂質修飾によって酵素機能がどのように修飾を受けるのか解明することを目的とした。まず、ラット大脳皮質神経細胞の樹状突起形成・伸展を培養下で観察する方法を確立した。本培養神経細胞において、RNAi法やノックアウトマウスを用いてCLICK-IIIの発現量を減少させると樹状突起形成が阻害され、逆に発現ベクターを用いて同発現を増加させると樹状突起形成が促進された。更に、本作用は神経栄養因子であるBDNFの効果発現においても寄与していることを明らかとした。分子レベルでは、CLICK-IIIが脂質と共有結合しラフト膜上に存在する結果、アクチン制御蛋白質Racを活性化することが、樹状突起形成作用の引き金となることを突き止め、樹状突起形成における蛋白質脂質修飾の重要性を分子レベルではじめて立証した。これらの成果は新たな樹状突起形成制御機構として注目され、Neuron誌にて掲載された。本研究は、申請者が以前に同定したCLICK-III/CaMKIγ(以下CLICK-III)の、CaMキナーゼファミリーの中で唯一パルミトイル化、プレニル化という、複数の脂質修飾を受けラフトへ局在するという性質に着目し、本キナーゼの神経系における役割を明らかにすると同時に、脂質修飾によるカルシウム-CaMキナーゼシグナリングの調節という新たなシグナリング制御機構を提示することを目的とする。本年度は、目的を遂行するために下記の点を明らかとした。1、神経細胞初代培養系を用いた遺伝子発現系を確立し、本キナーゼが神経細胞においてもラフトへ局在すること、ラフト局在がCLICK-III脂質修飾によって制御されていることを生化学的、細胞生物学的手法により明らかとした。2、初代大脳皮質神経細胞培養系を用いたRNAi法を確立し、本キナーゼの神経細胞形態制御における役割を解明した。3、更に、神経細胞形態制御能が個体においてどのような意義を有するのか検討するためのノックダウン用ウイルスベクターの作出を行った。4、本キナーゼを介した神経細胞形態制御に関与する上流下流情報伝達系の解明を進め、複数の候補分子の同定を行った。5、CLICK-IIIの各種脂質修飾欠失変異体を用いて、神経細胞形態制御機能における脂質修飾の重要性を示した。以上の研究成果は、平成18年度に開催された第79回日本生化学会ならびに第29回日本神経科学大会にて報告した。
スペイン語語彙バリエーションの総合的研究の完成

1993年からこれまで継続して行ってきた、スペイン語語彙バリエーションの総合的研究を4年間で完成させた。現代スペイン語語彙の地域的変異については、スペイン、ラテンアメリカ、アフリカ、フィリピンで現在使われているスペイン語の実態調査結果をすべて語形と地域名の二次元配列にまとめるシステムを完成した。収集したデータを現地の研究者の協力を得て、確認修正作業を行った。中世・近代・現代スペイン語語彙の歴史的変化については、スペインとラテンアメリカで各種のテクストデータを用意した。そこに見られる語彙変化を、語形・年代・地域・文書類型・文字種の多変量・複次元行列にまとめる分析システムを構築した。広域スペイン語語彙バリエーション研究における新しい数量化の方法を開発した。各種多変量解析法(クラスタ分析、因子分析、主成分分析など)と独自の「集中分析法」をExcelVBAでプログラム化し、これを論文発表した。プログラム手法として、入力行列を受け取って、処理行列を返す関数を各種用意し、これを使って、従来複雑になりがちだったコードを簡略化することを目指した。線形代数の技法を応用した。分析プログラム(数量分析プログラムおよび地図作成プログラム)を、王立アカデミーのウンベルト・ロペス・モラレス氏から提供されたアメリカ大陸スペイン語語彙バリエーション資料に適用し成果を得た。関連学会で、現代スペイン語言語分析プログラム、および、中世スペイン語の文字・音韻研究を行った。現代スペイン語言語分析プログラム開発では代表形抽出と文法情報付加のための処理を、適切な規模の辞書と文法規則を変数化し、プログラムの基本部を変更せず、パラメータを積み上げていく方法で分析精度を向上させた。マドリード自治大学の研究チームと協力した。中世スペイン語の文字・音韻研究では中世スペイン語の手稿文書を文字化・コード化し、その規則性と各種パラメータ(年代、地域、文書タイプ)との関係を探った。具体的には単語の略記法、子音連続、とくにスペイン語固有文字(エニェ)の成立過程を調べた。単語の略記の仕組みと字形の分析において、構造的音韻分析法を応用した。アルカラ大学、サラマンカ大学、科学研究最高審議会の研究チームと協力した。・スペイン・アルカラデエナレス大学のPedro Sánchez Prietoのチームが推進している「ネットワークによるスペイン・ラテンアメリカ古文書コーパス」計画と連携し、スペイン語通時コーパス分析プログラムを完成した。その成果を次に発表した。・研究チームが収集した現代スペイン語語彙バリエーションのデータを観察・分析した。2013.「広域スペイン語語彙バリエーション研究における新しい数量化の試みー日本語計量言語地理学の方法に学ぶー」東京外国語大学国際日本研究センター『日本語・日本学研究』vol.3, 59-90.本年度はスペイン語語彙の歴史的バリエーションの研究に注力した。とくに、中世スペイン語の文字表記の変異のいくつかを例に、研究方法を開拓した。これまではExcelのVBAによるプログラミングを行ってきたが、本年度はこれをPHP言語によるウェブプログラムに発展させ、公開した。13世紀から19世紀までの手稿本・印刷本28冊のサンプルデータを完成させた。スペイン、アルカラ大学の研究者グループから資料の提供を受け、マドリード自治大学トマドリード・コンプルテンセ大学の研究者グループからプログラム開発にあたっての指導を受けた。アルカラ大学でプログラム実行のワークショップを開いた。成果を書籍・論文集に発表した。スペイン語語彙の通時的変化および共時的変異について、スペインおよびラテンアメリカとアフリカの研究者と協力し、総合的に研究した。成果を国際学会および国内学会に口頭発表し、学会誌に論文を発表した。通時的変化に関するについては、文字資料の分析方法を開発し、ウェブプログラムを開発した。スペイン・アルカラデエナレス大学のペドロ・サンチェス・プリエト教授のチームが推進する「1700年までのスペイン語史資料」の収集・分析、および科学研究最高研究所のマリア・ヘスス・トレンス研究員のブルゴスの初期スペイン語資料の分析に関与し、共同研究を進めた。また、スウェーデン・ヨーテボリ大学のイングマル・シュローテン教授、およびバルセロナ大学のマリア・ピラル・ペレア教授と連携して、中世・現代イベリア諸言語訳の旧約・新約聖書の人名の変異を調査した。共時的変異に関する研究については、スペイン・アルカラデエナレス大学のフランシスコ・モレノ・フェルナンデス教授と連携し、スペイン語圏21か国の研究者の協力を得て、これまでに蓄積してきたスペイン語語彙バリエーション資料の総合的な検討と、その全体資料を完成した。語彙の分布を数量化するために、「一般性・特殊性」の行列計算を用いた指標を作成し、スペイン語圏諸国の64都市の分類に応用した。この段階で、1993年度から継続してきた研究プロジェクト「世界のスペイン語の語彙バリエーション」を完成した。新たに、マドリード自治大学のアントニオ・モレノ・サンドバル教授とともに、JavaScriptを用いた語彙分析プログラムLEXIS-web、および関連分析を応用したネットワーク分析プログラム集REDES-webを完成し、東京大学とマドリード自治大学の研究用サーバーにアップロードした。これを使って、両大学での言語分析法の授業を実施した。

そこに見られる語彙変化を、語形・年代・地域・文書類型・文字種の多変量・複次元行列にまとめる分析システムを構築した。語彙バリエーションの歴史研究のための資料と分析プログラムを完成させたが、現代語彙バリエーションの分析を残した。スペイン語学、言語データ分析現代語彙バリエーションの分析法の開発を行う。テキスト分析、数量分析、地図作成のためのプログラムを完成した。次の4項目の中で、(1), (4)を達成した。(1)スペイン・アルカラデエナレス大学のPedro Sánchez Prietoのチームが推進している「ネットワークによるスペイン・ラテンアメリカ古文書コーパス」計画と連携し、スペイン語通時コーパス分析プログラムを完成する。(2)スペイン・バレアレス諸島大学のAndrés Enrique-Ariasのチームの「中世スペイン語訳聖書研究」と連携し、十数種の旧約聖書にある中世スペイン語の語彙変化について観察する。(3)スペイン・マドリードコンプルテンセ大学のDaniel Saezと「19世紀スペイン語文法史研究」のための基本資料を作成する。(4)われわれのチームが収集した現代スペイン語語彙バリエーションのデータを観察・分析する。マドリード自治大学の研究チームと協力し、これまでに開発してきたExcel VBAプログラムをウェブ上で実行するために移植する。アルカラ大学の研究チームと協力し、開発したウェブプログラムを中世スペイン語語彙研究に応用する。2014年6月上旬、マドリード自治大学の研究チームと東京で研究打ち合わせをする。われわれが開発したPHPプログラムとマドリード自治大学の研究チームによるデータベースの合体を試みる。2014年6月下旬、および9月にアルカラ大学の中世スペイン語文献調査研究と協力し、ウェブサイトで言語分析を可能にするプログラムの最初のバージョンを完成する。現在までに達成できていない次の研究項目を推進する。該当なし。
養殖場モニタリングのための水中通信方式の開発

本研究課題では、養殖魚に装着した生体センサ、生簀や海中に設置した環境センサ、水中ロボットに取り付けたセンサ等で計測した情報を収集する養殖場モニタリングシステムを実現するための水中通信技術を検討、開発する。開発する技術は大きく2つある。一つは、養殖魚に取り付けられたセンサ端末から可視光通信を用いて魚の生体情報を収集する技術である。もう一つは無線通信機能を持つ市販環境センサ端末を水中で使用するための、無線通信・音響通信の変換送受信技術である。いずれも実機やシミュレーションにより提案する技術の性能評価を行う。
乱流磁場を持つ原始惑星系円盤における宇宙線粒子の伝播とガスの電離

近年の観測で明らかにされてきた太陽系外惑星系の多様性の理解を目指し、生まれたばかりの星の周りに円盤状に分布するガスの力学的・化学的なふるまいについて研究する。宇宙線と呼ばれる高エネルギー粒子は、ガス円盤の力学的および化学的なふるまいの両方に重要な役割を果たす。星間空間からやってくる宇宙線は、ガス円盤を貫く磁場に沿って円盤の中を伝播する。本研究では、宇宙線がガスを電離し、そのエネルギーを失いながらガス円盤の中を伝播して行く様子をシミュレーションする。
赤痢菌III型分泌装置の構造・機能解析及び大腸上皮細胞への病原因子輸送機構の解明

赤痢菌III型分泌装置を細胞質側構造体と考えられているバルブを有する状態で精製することを様々な条件で試みたが、バルブを有する状態で本装置を精製することは不可能であった。また、浸透圧ショックを行った赤痢菌の電子顕微鏡観察により、他の研究グループが報告したこのバルブ構造は、実際は蛋白からなる構造体ではなく、内膜の一部が浸透圧ショック時に集まってできた小胞ではないかと考えられた。そこで、本来のIII型分泌装置の細胞質側構造体の構造を明らかにする目的で、界面活性剤の非存在下で赤痢菌の反転膜小胞を作製し、本小胞表面に露出したIII型分泌装置の細胞質側構造を電子顕微鏡で観察することを試みた。これまでの反転膜小胞の作製は、III型分泌装置を有しない大腸菌K-12株を用いて行われてきた。この従来の作製法を用いて赤痢菌の反転膜小胞の作製を試みたところ、本小胞は電子顕微鏡観察により作製されているものと考えられた。しかし、本法では赤痢菌反転膜小胞を細胞質側構造体の急速凍結レプリカ電顕による立体構造解析や、その構成成分の同定を行えるまでに精製することができなかった。そこで、ある大腸菌内膜蛋白の細胞質側突出部位にペプチドタグを付けたものを赤痢菌野生株に発現させ、本菌の反転膜小胞サンプルを作製し、最後に抗ペプチドタグ抗体の抗原特異性を利用して反転膜小胞を精製する系を考えた。現在、その系の開発を行っているところである。同時に、赤痢菌III型分泌装置の細胞質側構造体を構成していると考えられる四種の蛋白について、それぞれを欠失した赤痢菌変異株を作製した。また、これら四種の蛋白はいずれも疎水性領域の多い膜蛋白であったため、抗体の作製は困難を極めたが、このうち一種の蛋白について部分ペプチドを抗原としてウサギを免疫することにより、イムノブロットで使用可能な抗体を作製することができた。
湿式水中溶接の冷却過程に関する研究

近年のウォーターフロント計画に伴って,海洋構造物は増加する傾向にあり,それらの構造物に対する有効な補修手段として,水中溶接に対する要請はますます高くなっている。現在,実用化の観点からは乾式法が進んでいるが,今後は作業部周辺のセッティングが容易な湿式水中溶接法の占める割合が増加すると考えられる。しかしながら,水中溶接は大気中溶接に比較して溶接部が急冷されるために,基本的にその継手強度は低い。そこで本研究では,湿式水中溶接の冷却特性を数値シミュレーションにより解明する手法の確立を目的として,三次元準定常温度場における問題として差分法により解析する方法を提案した。水中溶接の冷却特性が大気中溶接に比べて極めて特徴的である原因として,母材表面からの放熱特性があげられるが,ここでは母材表面温度と表面熱伝達率の間の関係式を,自然対流,核沸騰,膜沸騰および遷移領域の4つの領域に分けて評価する簡易式を導いた。その評価式を数値解析に組み込むことにより,水中溶接における母材の温度分布,冷却特性を差分法により解析し,水中溶接の冷却過程の基本的な特性を明らかにした。そこでは,従来実験でしか明らかにされていなかった「母材ボンド部の冷却速度が,評価温度の変化に対して数100度においてピーク値を示す」という特性を数値シミュレーションで再現することに成功した。また,解析結果の精度については,混合シールドガスによる湿式水中アーク溶接実験を実施することにより,溶接ボンド部の冷却曲線と冷却速度に関して,実験値と解析値と比較することにより確認した。
Cadida酵母の発現ベクタ-を用いた難分解性物質分解系の開発

1)異種遺伝子をCandida maltosaに導入して発現させるため、まず宿主ベクタ-系の改良を行った。これまではC.maltosa(Leu^-)株を宿主として用い、Leu2遺伝子をマ-カ-に持つベクタ-を利用して来たが、この宿主は最少培地での生育が悪いなどの問題があった。そこで、C.maltosa(His^-)株、C.maltosa(Ade^-)株、さらにC.maltosa(His^-,Ade^-)株を宿主として、これらを相補する遺伝子C-His5,C-ADE1遺伝子をクロ-ン化し、それらのヌクレオチド配列を決定した。その結果、新たに3系列の宿主・ベクタ-系が確立させ、優良な宿主を用いた遺伝子操作の場が完成された。2)細菌由来の異種遺伝子をC.maltosa中で発現させるためにはC.maltosa内で高い発現を示すプロモ-タ-を得る必要がある。そのためまずプロモ-タ-検索ベクタ-を構築し、次にこれを用いて、C.maltosaゲノム中より数種のベクタ-用プロモ-タ-を単離した。これらを用いC.maltosaでの発現ベクタ-を完成させた。3)一方、環境汚染物質の分解系遺伝子としては、Pseudomonasのポリ塩化ビフェニル(PCB)分解に関与するものを用いた。すでに我々がPCBヌクレオチド配列を決定した。これら遺伝子の中から、2,3-ジヒドロキシビフェニルジオキシゲナ-ゼをコ-ドするものを取り出した。その前後のヌクレオチド配列を改変してC.maltosaの発現ベクタ-に挿入可能にし、連結した。このようにして作製したベクタ-をC.maltosaに導入し、2,3ジヒドロキシビフェニルジオキシゲナ-ゼの発現をコロニ-黄色化法で検定している。