hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ヘムを含む一原子酸素添加酵素P450における水素イオン取り込み機構

P450の触媒過程で、活性中心に酸素原子が過渡的に生成され、これがその強い反応性のため基質である有機物質を水酸化する。酸素原子は酸素分子のO-O結合が不均等開裂して生じる(これを酸素活性化と呼ぶ)。この開裂反応には2当量の水素イオンが必須であるので、水素イオンの供給経路と供給機構は、酸素活性化機構の理解に重要である。しかし、その経路はまだ議論中でよく理解されていない。カンファー水酸化反応を触媒するP450camにおいて、内部の活性部位から分子表面近くに延びた水素結合のネットワークを我々は提唱している。今回、そのネットワークに酵素外部から水素イオンが供給される仕組みを研究した。上記ネットワークに近接する分子表面アスパラギン酸(D)残基に注目し、この残基を水素イオンと解離会合ができないアスパラギン(N)、ロイシン(L)、そしてバリンに変異させた。変異が一原子酸素添加反応、酵素の構造、そして水素イオン供給反応の及ぼす効果をX線結晶構造解析などの方法を用いて検討した。その結果、DをNに置換すると、水素イオンの供給が律速する酸素化型酵素の崩壊反応速度が激減するため、分子表面Dを介して水素イオンが内部のネットワークに供給されることが示唆された。しかし、Lでは、酸素化型酵素の崩壊反応速度の低下は少なく矛盾した。変異酵素の構造を検討すると、このL残基側鎖の温度因子が大きく、したがって、側鎖は大きく揺らいでいる。そのため水分子が直接内部のネットワークに水素イオンを供給する可能性が分子表面解析から示唆された。したがってP450の場合、表面の特定アミノ酸残基を介したP450camで認められる水素イオンの取り込み機構と直接水分子が運ぶ少なくとも二つの機構が存在することが、本研究から提唱できる。また酸素と可逆的に結合するミオグロビンは、過酸化水素と反応させるとO-O結合の切断を起こし、生じた酸素原子が有機化合物の酸素添加反応を起こす。P450による一原子酸素添加反応の格好のモデルとなる。今回このミオグロビンを用いてペルオキシ型反応中間体を捕らえることに成功し、O-O結合の切断反応に及ぼすアミノ酸残基の役割を実証することに成功した。P450の触媒反応には、2等量の水素イオンが必須であるが、どのように水素イオンが酵素内部の活性部位に供給されるのかまだよく解明されていない。数多くのP450の中で最もよくその構造と機能の関連が明らかになっているカンファー水酸化反応を触媒するP450camにおいては、すでに内部の活性部位から分子表面近くに延びた水素結合のネットワークの存在と、それを介しての水素イオンの供給を我々は提唱している。今回はそのネットワークに酵素外部から水素イオンが供給される仕組みを研究した。そこで分子表面にあり上述したネットワークに水素イオンを供給できる位置にあるアスパラギン酸を、水素イオンとの解離会合ができないアスパラギン、ロイシン、バリンに変異させた酵素を調製し、それらが一原子酸素添加反応、酵素の構造、そして水素イオン供給反応の及ぼす効果をX線結晶構造解析などの方法を用いて検討した。その結果、野生型の場合、上述した分子表面のアスパラギン酸を介して水素イオンが内部のネットワークに供給されることが示唆された。

一方ロイシン変異酵素の場合、ロイシン側鎖の揺らぎが大きく、そのため水分子が直接内部のネットワークに水素イオンを供給する可能性が分子表面解析などから示唆された。したがってP450の場合、表面のアミノ酸残基を介したP450camで認められる水素イオンの取り込み機構と直接水分子が運ぶ少なくとも二つの機構が存在する可能性が示唆された。また酸素と可逆的に結合するミオグロビンは、過酸化水素と反応させると0-0結合の切断反応を起こし、活性酸素原子を生じて有機化合物のperoxygenase反応を触媒する。したがってP450による一原子酸素添加反応の格好のモデルとなる。今回このミオグロビンを用いてペルオキシ型反応中間体を捕らえることに成功し、0-0結合の切断反応に及ぼすアミノ酸残基の役割を実証することに成功した。P450の触媒反応には、2等量の水素イオンが必須であるが、どのように水素イオンが酵素内部の活性部位に供給されるのかまだよく解明されていない。数多くのP450の中で最もよくその構造と機能の関連が解明されたカンファー水酸化反応を触媒するP450camにおいて、昨年水素イオンの取り込み口となるアミノ酸残基、Asp182を見出した。そこから水素イオンは、Asp182に近接したAsp251に渡り、Asp251、2分子の水、Thr252で構成される水素結合のネットワークを介して、ヘム鉄に結合した酸素分子に水素イオンが輸送されると、推測される。しかし、上記2分子の水のなかで、Asp251に近接した水分子は、結晶構造解析では観察されていない。近年、ウシチトクロム酸化酵素で、ペプチド(-CO-NH-)を介した水素イオンの輸送が提唱され、もしこのような輸送が可能なら、上述した水分子が存在しなくても、水素イオンは、Asp251から、Asp251とThr252の間のペプチド、水分子を介して、ヘム鉄に結合した酸素に水素イオンが輸送されうる。そこで、上記ペプチド結合を水素イオンの輸送が難しいプロリンとのペプチド結合に変えて、その可能性を検討することにした。Thr252をProに置換した変異酵素を大腸菌で発現させ、SDS-PAGEで単一のバンドにまで精製した。基質カンファーが結合した酸化型変異酵素は、野生型と異なり、完全な高スピン型にならず、低スピン型が大部分を占めた。還元型、一酸化炭素化型の光吸収スペクトルは、野生型と変わらなかったが、分子吸光係数は、有意に変化した。また変異酵素の活性は、野生型の15%に低下したことから、変異によって活性部位構造および酵素機能に変化が起きたことが示された。しかし、触媒反応全体のどの部分反応が低下したため、活性の低下が起とったのか、まだ不明で、今後検討すべき課題である。2,3の膜タンパク質で、酵素分子外部から内部への水素イオンの輸送を阻害することが報告されているZn^<2+>の効果を野生型P450camで検討した結果、2mMのZn^<2+>で、活性が約50%に低下することがわかった。また1mMのZn^<2+>で、酸化型P450camの吸収スペクトルに変化が見られ、活性部位構造の変化が示された。しかし、吸収スペクトルの変化と活性阻害の関連、またZn2+結合部位は今後の検討課題として残った。
細胞核にコードされた葉緑体局在型RNAポリメラーゼの機能解析

高等植物の葉緑体には、葉緑体ゲノムにコードされた原核型RNAポリメラーゼ(PEP)と細胞核にコードされたファージ型RNAポリメラーゼ(NEP)の少なくとも2種類のRNAポリメラーゼが存在する。PEPが光合成関連遺伝子を転写するのに対して、NEPはハウスキーピング遺伝子の転写を行っていると考えられている。葉緑体の分化初期にはNEPが主に働きPEPやリボソーム等の転写翻訳関連遺伝子を転写し、その後葉緑体の発達と共にPEPが構成され光合成関連遺伝子を転写すると考えられている。シロイヌナズナには2個のファージ型RNAポリメラーゼ(AtRpoT;2とAtRpoT;3)が存在するが、NEP転写装置における役割は明らかにされていない。本研究は、AtRpoT;3欠損株の作製と解析を行い、NEPにおけるAtRpoT;3の機能を解明することを目的としている。平成16年度には、RNAi法を用いてシロイヌナズナのAtRpoT;3の発現量を低下させた形質転換体の作製を試みた。この結果得られた形質転換体ではAtRpoT;3の転写産物量が減少した。また、子葉のみが白化するという表現型を示した。平成17年度には、この形質転換体における葉緑体の遺伝子発現について調べた。シロイヌナズナにおいてNEPの活性が最も高いとされる播種後48時間目の植物体の葉緑体遺伝子の転写産物量を調べたところ、rpoBやaccDなど多くの葉緑体遺伝子の転写産物が劇的に減少した。本研究の結果および2004年に報告されたAtRpoT;2欠損変異体の解析結果から、NEP転写装置のコア酵素はAtRpoT;3であり、AtRpoT;2は補助的な役割を担うのではないかと考えられた。高等植物の葉緑体の転写は、葉緑体にコードされている原核型RNAポリメラーゼ(PEP)と細胞核にコードされているRNAポリメラーゼ(NEP)が関与している。発生初期の葉緑体の転写は主にNEPが行っており、その後PEPが構成され主な転写装置はPEPへと変わる。現在、NEPの正体は細胞核にコードされているファージ型RNAポリメラーゼ(RpoT)であると推測されているが、証明されていない。本研究は、シロイヌナズナのNEPの候補であるAtRpoT;3遺伝子欠損株の作製と解析、および相互作用する因子の探索を行い、NEPの構造と機能を解明することを目的としている。平成16年度は主に、AtRpoT;3欠損変異体の作出を行った。まず、シロイヌナズナに存在するRpoTをコードする3個の遺伝子(AtRpoT;1、AtRpoT;2、AtRpoT;3)の各器官における転写産物量をRT-PCRにより調べた。次に、SALKのタグラインにあるAtRpoT;3遺伝子にT-DNAが挿入されている植物体の解析を行ったが、T-DNAはAtRpoT;3遺伝子には挿入されていなかったことが明らかになった。そこで、RNA干渉法(RNAi)により負に制御する植物体の作製を行った。AtRpoT;3遺伝子に特異的な配列を含んだRNAiベクターを、アグロバクテリウムを用いてシロイヌナズナに導入し形質転換を行った。その結果得られた形質転換体は、子葉のみが白化するという表現型を示した。今後、この形質転換体の解析を行う予定である。また、免疫ブロットとGFP融合タンパク質を用い、ヒメツリガネゴケの2個のRpoT(PpRPOT1、PpRPOT2)が葉緑体には局在せず、ミトコンドリアにのみ局在することを示し、その成果を論文として発表した。

本研究の結果および2004年に報告されたAtRpoT;2欠損変異体の解析結果から、NEP転写装置のコア酵素はAtRpoT;3であり、AtRpoT;2は補助的な役割を担うのではないかと考えられた。
仏領ニューカレドニア日本人移民史-写真の表象分析による実態解明とアーカイブ構築

初年度となる2018年度は、本研究の動機となった、仏領ニューカレドニアに出稼ぎに渡った初回日本人移民が明治26年に撮影された写真を解読する調査から始めた。具体的には、この写真に写る被写体である1日本人、2労働場所(鉱山)、3労働条件を以下のように検証した。1明治25年の初回日本人出稼ぎ移民600名の名簿を旅券下付表(外交史料館所蔵)などから作成。彼らの出身地である熊本(特に天草)で史料調査、聞き取りを行った。当時の地方新聞(熊本市歴史文書資料室所蔵)から関係する記事を収集し、出稼ぎに至る動機、移民募集に関わって移民会社や地域のまとめ役(庄屋)の役割、地域ごとの事情を考察した。また、8月に天草市歴史民俗資料館で、郷土史家、役所関係者(市史担当)、地域の人(遺族を含む)に向けた講演を行ったことで、天草でのネットワークが広がり、有力な調査協力者(遺族や移民の菩提寺、郷土史家)に恵まれることになった。それによって情報収集力が増し、出稼ぎ移民の帰国後の動向、例えば郷里にどのような恩恵をもたらしたかが少しずつわかるようになってきた。2写真の台紙に書き込まれた手書きのメモをもとに、この鉱山の所有者の変遷を調査し、撮影場所をメー鉱区と特定した。また、当時日本人が実際に働いていた他のポーリヌとトゥムルーの2箇所の鉱区についても場所を特定した。3写真から、当時の労働・生活環境がどのようなものかを、ニューカレドニアの歴史家や鉱山に詳しい専門家の助言を得ながら見直す作業を始めた。メー鉱区と、ポーリーヌ鉱区の跡地を、ル・ニッケル社の許可を得て実際に訪れ、史料に記述されたようなストライキの原因となるような労働環境であったのかを検証した。他に、これらの写真の元の所有者である写真コレクター、セルジュ・カク氏(パリ在住)から聞き取りをし、他に日本人の写る写真のデータを提供してもらった。初年度はほぼ予定していた調査を行うことができた。ただ、天草(初回出稼ぎ移民500名の出身地)での調査が予想以上に発展したため、他の作業、例えば、写真をアーカイブ用にリスト化する作業などが終わらなかった。天草での調査活動はまだしばらく時間を要する。その理由は、天草では明治期の仏領ニューカレドニア出稼ぎ移民に関する研究は、郷土史家の北野典夫氏が亡くなってから継続して行われてこず、一次資料も散財し、史実そのものがほぼ忘れ去られていたため調査が容易ではなかったからだ。しかし、地元の郷土史家の方々が当研究に大いに関心を持ってくださり、協力体制ができたことにより、遺族への聞き取りや新規史料の収集など、ゆっくりではあるが実りあるものとなっている。当初の計画どおり、今年度はアメリカの国立公文書館で対日拠点となったニューカレドニアに駐留していた米軍が1942年から1947年間に撮影した写真を調査する。フランスの国立公文書館では、ニューカレドニアに出稼ぎに行った日本人について、フランス側の視点で作成された史料の収集、特にニューカレドニアでは見つからなかった初回移民についての史料を調査する。同時に、ニューカレドニア、日本各地での史料調査および聞き取りを継続する。ニューカレドニアでは、初年度に行ったニューカレドニアの初回日本人出稼ぎ移民が働いていたティオの3箇所の鉱区跡での実地調査を、ドローンを使った撮影をすることで発展させ、移民の労働環境の解明につとめたい。また、現地でティオの鉱山の歴史に詳しいモーリス・フェルス氏(現在81歳)への聞き取りを徹底して行いたい。集まった写真の背景にある歴史や情報を整理し、リスト化する作業を進めるとともに、学会などでの研究発表をする。天草では研究会を立ち上げて情報交換を行うことで、研究成果の質をあげ、最終年度に向けた準備をする。

メー鉱区と、ポーリーヌ鉱区の跡地を、ル・ニッケル社の許可を得て実際に訪れ、史料に記述されたようなストライキの原因となるような労働環境であったのかを検証した。他に、これらの写真の元の所有者である写真コレクター、セルジュ・カク氏(パリ在住)から聞き取りをし、他に日本人の写る写真のデータを提供してもらった。初年度はほぼ予定していた調査を行うことができた。ただ、天草(初回出稼ぎ移民500名の出身地)での調査が予想以上に発展したため、他の作業、例えば、写真をアーカイブ用にリスト化する作業などが終わらなかった。天草での調査活動はまだしばらく時間を要する。その理由は、天草では明治期の仏領ニューカレドニア出稼ぎ移民に関する研究は、郷土史家の北野典夫氏が亡くなってから継続して行われてこず、一次資料も散財し、史実そのものがほぼ忘れ去られていたため調査が容易ではなかったからだ。しかし、地元の郷土史家の方々が当研究に大いに関心を持ってくださり、協力体制ができたことにより、遺族への聞き取りや新規史料の収集など、ゆっくりではあるが実りあるものとなっている。当初の計画どおり、今年度はアメリカの国立公文書館で対日拠点となったニューカレドニアに駐留していた米軍が1942年から1947年間に撮影した写真を調査する。フランスの国立公文書館では、ニューカレドニアに出稼ぎに行った日本人について、フランス側の視点で作成された史料の収集、特にニューカレドニアでは見つからなかった初回移民についての史料を調査する。同時に、ニューカレドニア、日本各地での史料調査および聞き取りを継続する。ニューカレドニアでは、初年度に行ったニューカレドニアの初回日本人出稼ぎ移民が働いていたティオの3箇所の鉱区跡での実地調査を、ドローンを使った撮影をすることで発展させ、移民の労働環境の解明につとめたい。また、現地でティオの鉱山の歴史に詳しいモーリス・フェルス氏(現在81歳)への聞き取りを徹底して行いたい。集まった写真の背景にある歴史や情報を整理し、リスト化する作業を進めるとともに、学会などでの研究発表をする。天草では研究会を立ち上げて情報交換を行うことで、研究成果の質をあげ、最終年度に向けた準備をする。予定していた翻訳作業、データ打ち込み作業(アルバイト)などを行なわなかったため、今年度に持ち越すことになった。
第二外国語スペイン語の語彙・表現学習のための反転授業用動画教材に関する研究

大学の第二外国語を中心とするスペイン語教育の大きなテーマの一つである、基礎的な語彙や表現の理解・習得の不足に関する問題を緩和するため、文字や説明の情報をコントロールした理解しやすく印象に残りやすいスマートフォン向けの映像学習補助教材を開発し、導入や復習の在り方も含めて使い方を検討し、開発した教材および学習モデルを共有を目的とする活動を行った。教材開発・研究に関しては、1.外国語の映像教材開発に関する資料収集2.海外のスペイン語教育の専門家のアドバイスを受け意見交換を行う3.日本語母語話者にとって説明のみでは理解するのが難しい傾向にある表現を選び、それを効果的に習得できるようにするための映像教材を開発する4.作成した教材を授業で用い、学習効果に関して学習者にアンケート調査を実施する5.教材の利点や難点を含む調査の結果をアンケートを実施した大学の紀要で報告する6.学生からのフィードバック、他の教員からアドバイスを受けて作り直した教材をインターネット上で一般公開するといった活動を2018年度に行った。開発した教材は学習者に理解しやすいと好評で学習上の効果が期待できると考えられるが、一方で教員側の意図が受け手である学習者にうまく伝わらなかった部分もあり、また開発コストや手間、著作権の問題等を含む映像の教材開発が持つ様々な具体的な問題点を明らかになった。現在は初年度の経験から培った問題意識や反省点を元に、教材開発の作業を引き続き行っている。資料収集、そして学生がスマートフォンからアクセスできる映像教材を作り、実際にそれを使って効果を検証し、フィードバックを得た上で改善した教材をインターネット上で公開する、という一連の流れを作るところまでは予定通りに行うことができた。しかし、プロジェクトをスタートした時点では選定済みであった表現に関して、専門家のアドバイスを受けた結果、取り上げる表現や効果的な紹介の仕方など様々な点において軌道修正する必要が出てきた。また、映像教材の制作が想定していた以上に困難であり、教員側の意図が学習者にうまく伝わらなくて何度も修正したり、教材に適していると思われ、インターネット上で無料で使用可能とされているイラストや写真の中にも著作権の問題が疑わしいものあったことなどから、最終的にオリジナルの素材を発注したケースが出るなど、教材開発に予定以上のコストと時間がかかってしまった。結果として初年度に制作できた映像の数が当初の予定を下回り、結果として研究成果の公表も予定より遅れている。2019年度は2018年度に明らかになった教材開発の様々な問題点を踏まえた上で、イラストや写真・映像など外注しないと行えない、あるいは著作権上の問題からオリジナルを外注したほうがよい作業により多くの予算をあてるようにし、消耗品や機材の購入・研究者自身が行うことができる作業に関する出費を可能な限り抑え、予算の配分を見直した上で作業を行う。また、専門家のアドバイスを受けたり、学習者のアンケート調査などに基づく検証の作業は継続する。今年度は成果を研究会や学会で公表することを目標として活動を続けていくことに加え、教材を公表するホームページには開発した映像教材のみならず、使い方の例を含んだ形で載せることで学習モデルを提案できる形にし内容の充実をはかっていく。

2019年度は2018年度に明らかになった教材開発の様々な問題点を踏まえた上で、イラストや写真・映像など外注しないと行えない、あるいは著作権上の問題からオリジナルを外注したほうがよい作業により多くの予算をあてるようにし、消耗品や機材の購入・研究者自身が行うことができる作業に関する出費を可能な限り抑え、予算の配分を見直した上で作業を行う。また、専門家のアドバイスを受けたり、学習者のアンケート調査などに基づく検証の作業は継続する。今年度は成果を研究会や学会で公表することを目標として活動を続けていくことに加え、教材を公表するホームページには開発した映像教材のみならず、使い方の例を含んだ形で載せることで学習モデルを提案できる形にし内容の充実をはかっていく。
完全弾性体を目指したDNAナノゲル薄膜の構築とその評価

本研究は精密な構造を形成可能な生体高分子であるDNAを利用して完全均一性構造体のゲル薄膜をずり振動を生じる水晶発振子基板上に構築し、27および81 MHzで振動させることで動的粘弾性測定を行い、従来の不均一構造体のゲルでは見られないような特異な力学物性を示すかどうかを明らかにすることを目的とし、(1) DNA鎖の組み合わせによりテトラポッド構造のDNAブロックを作製しDNAネットワーク構造体を調製できたこと、(2)水晶発振子を用いた動的粘弾性測定を行いDNAネットワーク構造体の弾性率を求めることができたこと、(3)ポリジメチルシロキサン(PDMS)の弾性率に近い値を示したこと、を明らかにした。本研究では、精密な構造を形成可能な生体高分子であるDNAを利用して完全均一性構造体のゲル薄膜をずり振動を生じる水晶発振子基板上に構築し、様々な周波数で振動させることで動的粘弾性測定を行い、従来の不均一構造体のゲルでは見られないような特異な力学物性を示すかどうかを明らかにすることを目的とする。本年度は、水晶薄片の両面に金電極を蒸着し交流電圧を印加することにより水晶板を規則正しく振動させた水晶発振子に、ネットワークアナライザーを接続してアドミッタンス解析を行うことで振動のエネルギー散逸値を求め、そこから動的粘弾性のパラメータである貯蔵弾性率および損失弾性率を求める方法論の妥当性の検証を検討した。測定サンプルとして、既存の合成高分子であるポリスチレン(PS)やポリジメチルシロキサン(PDMS)を水晶発振子基板上にキャストし動的粘弾性測定を行ったところ、ポリスチレン薄膜はほぼ完全な弾性体の性質を示し、ポリジメチルシロキサンの薄膜は架橋剤の増加に従って貯蔵弾性率が増加し、文献値に近い値を示した。その他には、親水性ゲルとしてよく用いられているアクリルアミドゲルやアガロースゲルの薄膜も同様に測定を実施した。以上の結果より、水晶発振子がずり振動をプローブとしてその基板上に固定された数百nmの薄膜の物性を、振動伝播の様子からずり弾性率を求めることが可能であることが確認でき、本手法によりごく少量しか入手できないような生体分子などの弾性率を求めることができるようになることが期待できる。昨年度は、水晶薄片の両面に金電極を蒸着し交流電圧を印加することにより水晶板を規則正しく振動させた水晶発振子に、ネットワークアナライザーを接続してアドミッタンス解析を行うことで振動のエネルギー散逸値を求め、そこから水晶板上の薄膜物体に対して動的粘弾性のパラメータである貯蔵弾性率および損失弾性率を求めることができることを確認した。本年度は、DNAのカスタム合成により規定された分子長、二重鎖形成時の剛直性、塩基配列設計によるプログラムされた分子認識性を利用して水晶発振子基板上に均一性構造体を構築することを検討した。テトラポット構造の4分岐型DNA構造体を調製し、四面体ネットワーク形成によりダイヤモンド構造様のDNA集積膜を形成するように基板上に滴下したところ、集積膜の層数に応じて基板上の質量が増加すること、貯蔵弾性率および損失弾性率がそれぞれ増加することがわかった。この結果は基板上でDNAのネットワーク構造体が構築でき、その物性が層数に応じて弾性的になっていることを示しており、ネットワーク架橋が多くなればなるほど硬い構造になっていることが確認できた。昨年度は、4本のDNA鎖を用いてテトラポット構造の4分岐型DNA構造体を調製し、水晶発振子基板上に四面体ネットワーク形成によるダイヤモンド構造様のDNA集積膜を形成させて、その動的粘弾性のパラメータである貯蔵弾性率および損失弾性率の測定を行った。その結果、貯蔵弾性率および損失弾性率は共にDNAのネットワーク形成が増加するに従って大きくなることが確認された。本年度は、他の粘弾性物質の貯蔵弾性率と比較することを検討した。粘弾性物質として、シリコンゴムとしてよく利用されているポリジメチルシロキサン(PDMS)の薄膜を水晶発振子基板上に製膜しその貯蔵弾性率を求めて比較したところ、DNAネットワーク構造体はPDMSと同等の貯蔵弾性率を示すことがわかった。これらの貯蔵弾性率の値は天然ゴムのポリイソプレンの10100倍大きな値であり、PDMSとは異なりDNAネットワーク内のほぼ90%が水であることを考慮すると特異な力学物性であるといえる。さらに、高い弾性体構造を目指し、DNAテトラポット間をDNAリガーゼでつなげることを検討した。その結果、DNAリガーゼを作用させる前より貯蔵弾性率が23倍増加することが確認できた。以上より、DNAネットワーク構造体を構築し、動的粘弾性測定によりその力学物性を明らかにすることができた。本研究は精密な構造を形成可能な生体高分子であるDNAを利用して完全均一性構造体のゲル

薄膜をずり振動を生じる水晶発振子基板上に構築し、27および81 MHzで振動させることで動的粘弾性測定を行い、従来の不均一構造体のゲルでは見られないような特異な力学物性を示すかどうかを明らかにすることを目的とし、(1) DNA鎖の組み合わせによりテトラポッド構造のDNAブロックを作製しDNAネットワーク構造体を調製できたこと、(2)水晶発振子を用いた動的粘弾性測定を行いDNAネットワーク構造体の弾性率を求めることができたこと、(3)ポリジメチルシロキサン(PDMS)の弾性率に近い値を示したこと、を明らかにした。非常に薄いDNAのナノゲル薄膜が基板上で設計通りに構築できていることを示すデータを、水晶発振子の質量増加、弾性率増加により得ることができた。比較実験として、ネットワークを作らない配列を持つDNAを用いた場合や長さの異なるDNA鎖を用いた場合などではナノゲル薄膜形成は観察されず、矛盾のない結果が得られており、当初の目的であったDNAナノゲル薄膜の構築が確認できたと考えている。化学非常に薄いDNAのナノゲル薄膜は、精密な分子網目となっていると期待でき、これらを機能化させるため、作成した薄膜の基盤からの剥離および別の基板への転写が可能かどうか検討する。タンパク質など様々なサイズを持った分子に対する分子ふるい効果などを検討し、この薄膜のさまざまな応用法について模索する。非常に薄いDNAのナノゲル薄膜の力学物性を測定できる装置として水晶発振子を利用できることを、既存のマテリアルであるポリスチレンやポリジメチルシロキサンをサンプルとして用いることで確認できた。年度末に購入予定の物品等が納期の都合上、次年度になったため。水晶発振子基板上に4分岐型DNAを用いて四面体ネットワーク形成によりダイヤモンド構造様の構造体を有するDNAナノゲル薄膜を調製する。DNAの配列設計において、最適なDNAののりしろの長さや配列、アームの長さを検討し、DNAネットワークの多層構造体が基板上で構築されるかについて確認実験を行う。次年度も使用するルーチンの物品等のため、当初の使用計画の変更等はない。
算数・数学科における「本質的学習環境」の開発に関する生命論的研究

小・中学校の算数・数学科教育の改善を意図して,児童・生徒の主体的な学習を促進するための学習環境(「本質的学習環境」)を研究開発することが本プロジェクトの目的であった.そのために「生命論的ネットワーク」を構築し,「本質的学習環境」の研究開発を行った.その結果,「生命論的ネットワーク」のもとでの研究開発は「本質的学習環境」の研究開発と学校教育における定着にとって有望であることを実証的に明らかにした.小・中学校の算数・数学科教育の改善を意図して,児童・生徒の主体的な学習を促進するための学習環境(「本質的学習環境」)を研究開発することが本プロジェクトの目的であった.そのために「生命論的ネットワーク」を構築し,「本質的学習環境」の研究開発を行った.その結果,「生命論的ネットワーク」のもとでの研究開発は「本質的学習環境」の研究開発と学校教育における定着にとって有望であることを実証的に明らかにした.1.「本質的学習環境」デザインに関する理論的研究2006年9月にドルトムント大学でプロジェクトmathe2000主催の第16回シンポジウムに於いて,"The number pyramid(Zahlenmauern)witha Japanese twist"と題して発表を行った.参加したドイツの小学校教員に対して日本の算数の授業方法についての情報提供の機会となった.2.「本質的学習環境」デザインに関する実証的研究「数の石垣」を素材にした「本質的学習環境」を開発し教育学部附属小学校で「パイロット授業」を実施した.その成果は,『ドイツからやってきた計算学習数の石垣』(東洋館出版社)として出版した.3.小・中学校の現職教員協議会の開催「本質的学習環境」の開発のために現職教員を対象とする以下の2つの協議会を開催した.(1)算数・数学の学習環境デザインワークショップ(平成18年10月開催)(2)国際算数・数学の学習環境デザインワークショップ(平成18年11月開催)4.教員養成課程の学生による「本質的学習環境」デザイン演習の試行「国際算数・数学の学習環境デザインワークショップ」に於いて,数学教育学専攻の大学院生・学部学生は,「本質的学習環境」のマスタープラン(英語)を作成した.その際ドルトムント大学名誉教授のE.Ch.Wittmann氏から,貴重な助言を得ることができた.以上の研究活動の詳細と成果の一部は,以下のサイトで公開している.なお,研究分担者の平峰豊,「算数・数学サロン」(平成19年3月3日開催)に於いて,小学生ための「本質的学習環境」を開発し,提供した.また伊藤仁一は,その参加者に向けて講演を行った.本研究は、小・中学校の算数・数学科教育を改善することを目的として、大学における理論的研究・現職教員研修・教員養成教育の改善を関連させながら、「本質的学習環境」の研究開発を行うものである。平成19年度は、以下の研究活動を行った。1、「本質的学習環境」の研究開発の動向調査のため、ドルトムント大学(ドイツ)の「数学教育研究開発センター(IEEM)」の研究者と研究打ち合わせを行った、また平成19年10月29日、同センターで山本信也が研究開発し、日本の小学校で実践した「Bamboo number」をテーマとして研究発表を行い、ドイツの数学教育学者と協議を行った。また、ドイツの小学校の視察を行い、「本質的学習環境」が実際の教室でどのように機能しているかを調査し、大きな示唆を得た。2、研究開発した「本質的学習環境」を協議するために、平成19年10月13日に「学習環境デザインワークショップ」を開催し、現場の教師との協議を行った。その際、教員養成課程の学生・院生は自らデザインした「本質的学習環境」を発表した。教員養成課程の改善の一モデルを提供することになった。3、熊本県菊池市立迫水小学校(平成19年7月3日)・熊本市算数研究会(平成19年9月8日)で、「出前算数・数学の学習環境デザインワークショップ」を実施した。当日は大学院生が、共同で開発した「本質的学習環境」を小学校教員に紹介した。そこで実際に「本質的学習環境」を体験した小学校教員の中には、その後日、自分のクラスでその内容を元に算数の授業を実施した教師も現れた。「出前算数・数学の学習環境デザインワークショップ」は小学校の授業改善にとって情報提供のよい機会となった。本研究は,小・中学校の算数・数学科教育を改善することを目的として,大学における理論的研究・現職教員研修・教員養成教育の改善を関連させながら,「本質的学習環境」の研究開発を行うものであった.平成20年度は,以下の研究活動を行い,算数・数学科の授業改善の有効性を確認した.2,研究開発した「本質的学習環境」について協議するために,平成20年10月11日に「第6回算数・数学の学習環境デザインワークショップ」を開催した.その際,教員養成課程の学生・院生は自らデザインした「本質的学習環境」を発表し,参加した現場の教師との協議を行った.教員養成課程の改善の一モデルとして有効性を確認した.3,熊本県熊本市立黒髪小学校(平成20年6月23日)・熊本件天草市立牛深東中学校・久玉小学校で(平成20年11月6日)で,「出前算数・数学の学習環境デザインワークショップ」を実施した.当日はそこで実際に「本質的学習環境」を体験した小学校教員の中には,その後日,自分のクラスでその内容を元に算数の授業を実施した教師も現れた.
感熱性テレケリック会合高分子の高次構造形成と運動

水溶性感熱高分子であるポリイソプロピルアクリルアミドを主鎖とし両末端に種々の疎水基を有する新規会合高分子(テレケリック会合高分子)を合成し,それらの水溶液における高次会合構造と分子運動の中性子散乱測定を行い,結果を熱・統計力学的な手法で理論的に解明した.花型ミセル,メソグロビュール,ベシクル,ネットワーク,などの構造が解明された.これらの会合体中での単一鎖の分子運動,会合体全体の変形や流動現象をレオロジー的な手法で研究し,鎖の非線型伸長特性と緩和時間,粘性シックニング,歪硬化,応力極大,法線応力効果などとの関係を解明した.水溶性感熱高分子であるポリイソプロピルアクリルアミド(PNIPAM)を主鎖とし,両末端に種々の疎水基(とくにフッ素化炭素の短鎖)を有する新規会合高分子(テレケリック会合高分子)を合成し,それらの水溶液中における高次会合構造を熱・統計力学的な手法で理論的に解明する.また,ネットワークを形成する濃度領域でレオロジー物性の測定を行い,結果を理論解析,分子シミュレーションを用いて解析する.具体的には(1)PNIPAMの水/メタノール混合溶媒中における共貧溶媒性(鎖の再帰コンホメーション転移と曇点降下)の分子論的な起源を解明する.これにより,混合溶媒系の選択吸着に関する基礎的な知見が得られ,他の混合溶媒系に応用できる.本系では混合溶媒のモル分率が0.35あたりで貧溶媒性が顕著であり,メタノール過多領域では本来の良溶媒性を回復する.初期勾配(曇点降下係数)と極小組成を分子パラメータを用いて表現する.(カナダグループとの共同研究)(2)新規テレケリック会合高分子の合成とキャラクタリゼーション:主鎖として感熱性高分子PNIPAMとポリオキサゾリン(PiPrOx)の2種,末端疎水基としてアルキル鎖(C-),フッ化炭素(F-)の新規テレケリック鎖を合成する.それらの希薄水溶液物性を測定する.順濃厚領域での溶液構造,流動特性を測定し,ネットワークの物性を分子論的に解明する.(カナダグループとの共同研究)水溶性感熱高分子であるポリイソプロピルアクリルアミドを主鎖とし両末端に種々の疎水基を有する新規会合高分子(テレケリック会合高分子)を合成し,それらの水溶液における高次会合構造と分子運動の中性子散乱測定を行い,結果を熱・統計力学的な手法で理論的に解明した.花型ミセル,メソグロビュール,ベシクル,ネットワーク,などの構造が解明された.これらの会合体中での単一鎖の分子運動,会合体全体の変形や流動現象をレオロジー的な手法で研究し,鎖の非線型伸長特性と緩和時間,粘性シックニング,歪硬化,応力極大,法線応力効果などとの関係を解明した.(1)主鎖として感熱性高分子PNIPAMを用い,末端アルキル鎖C-PNIPAM-C(M=12,22,35,49K),末端ピレンPy-PNIPAM-Py(M=6,11,26K),末端コレステロールCh-PNIPAM-Ch(M=10,20,30K)を合成した.これらの希薄溶液中での会合体の構造を光散乱法,DSC測定,蛍光偏光解消法等で実験的に調べ,相分離開始点(曇点)を測定した(カナダのグループ).主鎖の連鎖性共同水和と末端基の会合を考慮した「高分子水溶液の統計力学モデル」をこれらの測定結果に適用し,コイル・グロビュール転移曲線,ならびにLCST型の曇点曲線を計算することで主鎖ならびに末端基の効果を解明した(京大グループ)(2)(1)の高分子試料を用いて,水和構造と会合体形成乏との関係に注目しながら,種々の温度で(超)小角中性子散乱(USANS)の実験を行っ(日本原子力研究所:小泉,元川).会合体ミセル(主として花型ミセル)の構造因子の計算,ならびに会合体間の相関を乱雑位相近似(RPA)で取り込んだ散乱関数の計算を行い(田中,古賀,印出井),散乱強度のプロファイルを解析することにより,高次会合構造を解析した.また,LCST以上の高温領域で出現する巨大サイズ(数百nm)の安定会合体(メソグロビュール)の構造解析を行い,安定化の分子機構を解明しつつある.USANSではメソグロビュールの内部構造に関する知見も得られたので,理論サイドからはコアーシェル構造より複雑な多核構造の会合体の構造因子の計算を行った.(3)非アフィン組み替えネットワーク理論(田中)と分子シミュレーション(古賀)を用いて,テレケリック鎖ゲルの流動特性(シックニングとオーバーシュート),シェアバンディング,高剪断速度での破断現象の研究を行った.テレケリックポリエチレンオキシドを用いて剪断開始流における応力の経時変化を測定した(金田).さらに,以上の研究で得られた基本的な知見を,テレケリック高分子と界面活性剤紐状ミセルとの相互作用の研究を行った.テレケリック鎖による架橋により新たに弾性率の増加と緩和モードが観測される.海外協同研究者のWinnik研において種々の末端基(疎水性,親水性)を有する分子量の制御された新規感熱性高分子ポリイソプロピルアクリルアミド(PNIPAM),ならびに環状PNIPAMが合成され,水溶液(濃度c=0.5 gL-1)のDSCによる吸熱曲線(脱水和のエンタルピー測定)ならびに曇点曲線の分子量依存性が測定された.これらの結果を「会合高分子溶液理論」により解析し,末端基が水和に及ぼす効果,環状トポロジーの効果を分子論的に解明した.PNIPAM

水溶液にメタノールを混合すると,メタノールは良溶媒であるにも拘わらず鎖の収縮や相分離の誘起などの貧溶媒性を示す.良溶媒を2種混合すると貧溶媒になる現象は共貧溶媒性(cononsolvency)とよばれる.この奇妙な振る舞いは,水分子とメタノール分子の高分子鎖への競争的水素結合吸着が原因であり,競合が最も激しくなる溶媒組成で吸着量(水素結合数)が最小になるために起こることを,理論モデルと実験との比較により示した.テレケリック会合高分子のネットワークに誘起した剪断開始流の初期過程における応力の各成分(剪断応力,第1,第2法線応力)の時間変化を「非アフィン組替え網目理論」をもとに時間について素朴な巾展開を行い,各項の係数を求めることにより解析した.非線型鎖の場合には応力がオーバーシュートする前に急激な増大(歪み硬化)が観測される.硬化が起こる条件を高分子鎖の張力-伸長曲線の非線型性と関連づけ,分子パラメータで表すことができた.オーバーシュートのピークは総変形量が一定値に達した時点で生じるというのが定説になっているが,ブリッジ鎖の伸長特性により異なる振る舞いをする可能性がある.また,非線型性の増大とともに第2法線応力の符号が反転することを発見した.両末端がアルキル鎖で修飾された感熱性テレケリック鎖C18-PNIPAM-C18(M=12,22,35,49K)の準濃水溶液中での会合体の構造を,光散乱法,DSC測定,蛍光偏光解消法等で実験的に調べ,相分離開始点(曇点)を測定し(Winnik),理論計算と比較検討した(田中).第2溶媒(メタノール)を混合し,曇点がどのように低下するか(共貧溶媒性)を分子量の異なる数種のPNIPAM鎖について調べた.主鎖の連鎖性協同水和と末端基の会合が共存するような溶液について「高分子水溶液の統計力学モデル」を構築し,コイル・グロビュール転移曲線,ならびにLCST型の曇点曲線を計算することで主鎖ならびに末端基の効果を解明した(田中,古賀).PNIPAMならびにポリイソプロピルオキサゾリン(PiPrOx)水溶液に各種の塩を添加し,曇点がどのようにシフトするか詳細実験を行い(Winnik),イオン水和と鎖への協同水和の均衡という統計力学モデルにより塩溶(salting-in),塩析(salting-out)の分子メカニズムを調べた(田中).非アフィン組替えネットワーク理論(田中,古賀)と分子シミュレーション(古賀)を用いて,上記のテレケリック鎖ゲルの流動特性(シックニングとオーバーシュート),勇断バンディング,高勇断速度での破断現象の研究を行った.テレケリックポリエチレンオキシドを用いて勇断開始流における応力の経時変化を測定し,結果を比較した(金田).オーバーシュートの起こる時間と勇断速度との関係を見出した.両末端がアルキル鎖で修飾された感熱性テレケリック鎖C18-PNIPAM-C18(M=12, 22, 35, 49K)の水/メタノール混合溶媒中での相分離開始点(曇点)LCSTを測定し(Winnik),競合水素結合による理論計算と比較検討することで共貧溶媒性の分子メカニズムを解明した(田中,古賀).協同水和による架橋ゲルの体積相転移の理論的研究を行い(田中,小島),未解決であった高温凝集型不連続相転移の分子メカニズムを解明した.
１関係子群と群環の原始性の研究

本研究ではSR-グラフに改良することにより、捩れ1関係子群の群環の原始性を、より一般的な観点から解決した。捩れ1関係子群の群環の原始性は次の結果の系として得られる。定理群GがG自身と同じ濃度の自由部分群を含み、次を満たすとき、任意の体Kに対して、群環KGは原始である: Gの任意の有限部分集合Mに対し, 3つの元からなる部分集合Xが存在して、Mの元g_1,...,g_mとXの元x_1,...,x_mに対してy_1g_1x1 ...y_m_gmx_m = 1のとき、あるiにおいてx_i = x_{i+1},ここにy_iはx_iの逆元である。(研究の成果の具体的内容)本研究ではこれまで進めてきたR-グラフの研究を踏まえ、よく知られた1関係子群を取り上げ、その群環の原始性を明らかにし、更に、その結果を用いて捩れ1関係子群の剰余有限性問題の解決を目指すことであった。24年度は、23年度に得られた、捩れ1関係子群の群環の原始性から群の情報を取り出し、捩れ1関係子群の剰余有限性予想を解決することであった。まず、平成24年5月に米国フェニックスで行われた国際会議における講演および開催協力を行い、証明の方法論について有益な意見交換ができ、現在の方法論の拡張可能性が示唆された。またネーター環の原始性に関しネーター環の研究者に情報提供が出来た。そして、ロシアを中心とする多くの無限群の研究者が参加した平成24年8月にウクライナで行われた国際会議ICAでの講演において1関係子群に関する結果の意義が確かめられた。さらにそこで無限群に関する有益な示唆が得られ、問題とする無限群をより局所的な観点から明らかにすることが問題解決のために必要であることが分かった。現在この観点から、昨年度投稿を準備していた論文を一般的な観点から再構成し投稿の準備を進めている。また、第45回環論および表現論シンポジューム(平成24年9月開催)に研究者を招きグラフの代数的取り扱いについて有益な情報交換ができた。(意義と重要性)1関係子群は位相幾何学における基本群との関連から及びその研究の歴史性から、非可換無限群として特に重要な捩れ1関係子群に対する群環の原始性を明らかにできたことは一つの成果である。さらに、よく知られた捩れ1関係子群の剰余有限性予想の解決への手がかりを得ることが出来きた。また無限群の研究において大きなコミュニティーを持つロシアの研究者と交流できたことは今後の本研究への継続的な意見交換と新たな共同研究の道も開かれ有意義なものとなった。(研究の成果の具体的内容)この研究では、これまで進めてきたR-グラフの研究を踏まえ、捩れ1関係子群の群環の原始性を明らかにし、更に、その結果を用いて捩れ1関係子群の剰余有限性予想の解決を目指すことであった。第1の課題は完全に解決することができた。更に、国内外の研究者達との意見交換・交流を通じ、この研究に当初予想していなかった新しい視野が開けた。第2の課題未解決として残されたが、その理由はこの研究が新しい展開を見せたことによるところが大きい。研究初年度において、まずR-グラフの理論が、捩れ1関係子群の群環へ適用可能であることを明らかにし、この結果について米国Embry-Riddle大学での研究集会(平成23年12月)、及び、京大数理研研究集会(平成24年2月)にて講演を行なった。24年度に入り、1関係子群の群環の原始性が導かれ、投稿の準備を進めていた。この結果を、5月に米国フェニックスでの国際会議、更に、8月にはウクライナでの国際会議ICAで成果発表を行った。この会議で有益な示唆が得られ、問題より一般的な観点から明らかにできることが分かった。この観点からの一般化について、最終年度(25年度)の数学会の年会、及び京大数理研研究集会にて発表した(数理解析研究所講究録1809にまとめられている)。そして、既に投稿の準備を進めていた論文をこの観点から再構成することができた。(意義と重要性)1関係子群は位相幾何学における基本群との関連、及びその研究の歴史性から特に重要な群であり、その群に対する群環の原始性を明らかにできたことの意義は大きい。また無限群研究で指導的役割を果たしている、アメリカ、ロシアの研究者と意見交換を通じ、ここで導入した方法論が、無限群の群環の原始性問題を非ネーター群という観点から一挙に解決できる重要な可能性が示唆され、新たな研究の道も開かれた。

定理群GがG自身と同じ濃度の自由部分群を含み、次を満たすとき、任意の体Kに対して、群環KGは原始である: Gの任意の有限部分集合Mに対し, 3つの元からなる部分集合Xが存在して、Mの元g_1,...,g_mとXの元x_1,...,x_mに対してy_1g_1x1 ...y_m_gmx_m = 1のとき、あるiにおいてx_i = x_{i+1},ここにy_iはx_iの逆元である。(研究の成果の具体的内容)本研究ではこれまで進めてきたR-グラフの研究を踏まえ、今日までよく研究されている無限群の1つである1関係子群を取り上げ、その群環の原始性を明らかにし、更に、その結果を用いて近年研究が進んでいる捩れ1関係子群の剰余有限性問題の解決を目指すことであった。23年度研究計画においては、まずR-グラフの理論を用いて、Formanekの方法を拡張し、それを用いて捩れ関係子群の群環の原始性を明らかにすることとなっていた。この目的はほぼ達成されたと言える。即ち、R-グラフの理論を用いて拡張されたFormanekの方法に捩れ1関係子群の群環がのることが確かめられた。この結果について京都大学数理解析研究所研究集会「代数系および計算機科学基礎」(平成24年2月開催)にて講演を行なった。現在、論文としての投稿準備中である。また、米国アリゾナでの講演、共同研究にて本研究の新たな知見と広がりを得ることができた。即ち、既にpolycyclic by finite群の群環のイデアルの構造を調べることにより、「Noetherian fully prime ringは原始環であるか」という問題に対する一つのアプローチが得られることが分かってきた。更に、国際的研究集会を米国で開催する準備を進めることができた。(意義と重要性)1関係子群は位相幾何学における基本群との関連から及びその研究の歴史性から、非可換無限群として特に重要な群であり、特に捩れ1関係子群よく研究されており、その群に対する群環の原始性を明らかにすることの意義は大きく、23年度にそれを明らかにできたことは一つの成果である。また米国の研究者との共同研究において、群環の原始性の研究の意義が確認され、本研究に対し新たな視点がえられ研究の広がりが見られたことは今後の研究の進展に対するよい出発点を築くことができた。本年度の達成目標は、23年度に得られた、捩れ1関係子群の群環の原始性から群の情報を取り出し、捩れ1関係子群の剰余有限性予想を解決することである。現在までにその解決を得ることは出来ていないが、その方向性を明らかに出来たことはおおむね順調に進展していると言える。捩れ1関係子群の群環の原始性の証明において、ある群たちの融合積からなる群のいくつかの性質を明らかにしている。今年度、アメリカ、ウクライナでの国際会議、国内での研究会、学会等における成果発表での討論において、その群のもつ性質を満たす群を局所的観点から一般化することにより、剰余有限性を満たす群にこれまでとは違う観点から接近できるであろうことが示唆された。またこの方向での一般化により、昨年度投稿準備をしていた論文の結果をより拡張できることも明らかとなった。その成果の一つである局所的観点からの融合積の一般化については京都大学数理解析研究所研究集会「代数とコンピュータサイエンス」(平成25年2月開催)において講演を行い、日本数学会年会(平成25年3月開催)において報告を行った。この結果について京都大学数理解析研究所研究集会「代数系および計算機科学基礎」(平成24年2月開催)および米国アリゾナの研究集会にて講演を行なった。
海洋生物由来成分を用いた新規バラスト水処理法の開発とその有用性の検証

大型船舶に積載されるバラスト水は、グローバルレベルでの生物越境移動の根源として問題視されている。そこで本研究では、低コストで環境負荷が少ない新たなバラスト処理技術の開発を目的として,産業廃棄物である貝殻由来成分を用いた凝集沈殿による有毒・有害微生物の除去法の確立を試みた。その結果、海水中のプランクトンを効率よく除去する手法として、ホタテ貝殻由来成分を凝集沈澱が有効である事が明らかとなった。大型船舶の船体安定のため空荷時積荷の代わりに積載される「バラスト水」は,多種多様な生物のグローバルレベルでの越境移動の原因として問題視されている。そのため,International Maritime Organization(国際海事機関:IMO)では,「船舶のバラスト水および沈殿物の規制および管理のための国際条約」を,2004年に採択している。しかしながら,バラスト処理技術開発の難航が原因の一つとなり,この条約の発効のめどは未だたっていない。本研究においては、低コストで環境負荷が少ない新たなバラスト処理技術の開発を目的として,貝殻由来成分を用いた凝集沈殿法による有毒・有害生物の除去の有用性を検証した。本年度においては,まず顕微鏡ならびに分子生物学的手法の一つであるイブラリー法にて,バラスト水中に含まれる生物を網羅的に同定した。その結果,日本から中東に航行する船舶のバラスト水ならびにバラスト沈殿物中には,赤潮原因種Heterosigma akashiwoや貝毒原因種Alexandrium tamarense等の有害有毒藻類が複数種含まれていた。とりわけバラスト沈殿物中には,有効な手段として用いられているバラスト洋上交換後にも多数の有害有毒藻類が存在した。そこで,新規に開発した貝殻由来成分による沈澱法を用いて,これらの生物の除去を試みた。その結果,凝集沈澱法により,多くの微細藻類の沈澱ならびに除去が可能である事が明らかとなった。これらの結果から,沈澱剤を用いた最適プロトコールを確立することにより,沈澱剤のバラスト水への応用が期待された。バラスト水とは、大型船の空荷時に、舶船体安定のために積載される水の事である。寄港地の水を吸入しそのまま用いるため、多種多様な生物の越境移動の原因として問題視されている。本年度においては、貝殻由来成分から生成した凝集沈澱剤による、海水中のプランクトンの除去の可能性を検証した。まず、緑藻Pavlovasp.培養液100ml(細胞密度10^3cells/ml)に対して、凝集沈澱剤を1-10gの範囲で添加した結果、7g添加においてほぼすべての細胞を凝集沈澱させる事ができた。しかしながら、同条件にて、多種多様なプランクトンが混在する海水に凝集沈澱剤を供した結果、初期細胞数に対して、10%程度の細胞の凝集沈澱が困難であった。とりわけ動物プランクトンに対する効果が低かった。そこで、海水のpH調整剤となるハイドロセパレーターを100μlしたところ、凝集沈澱剤添加1,3,5,7gすべての実験区において、完全なプランクトン除去が可能であった。以上の結果から、凝集沈澱剤に加えて、適時ハイドロセパレーターを添加する事により、プランクトン除去を高効率で行える事が明らかとなった。今後、バクテリアやウィルスを含めた他の生物への適用を明らかにし、船舶への搭載への可能性を検討する予定である。
誘導型CRE調節タンパク質ICERの神経可塑性および学習・記憶における役割

神経可塑性の長期変化や長期記憶に重要な分子の候補ICERを中心に遺伝子発現変化を調べ以下の結果を得た。(1)キンドリングおよび恐怖条件づけにおける扁桃体でのICER(inducible cAMP early repressor)発現変化。キンドリング刺激後のICER mRNAの発現変化を調べ、ICER mRNAが電気刺激による神経活動の賦活によって脳で一過性に増加することがわかった。また、ICER mRNAはc-fosと同様に恐怖条件づけ後の扁桃体で増加することがわかった。この発現増加は条件づけ後の条件刺激の再提示によっても観察された。したがって、ICERは条件づけや条件反応後、扁桃体の神経活動の賦活に伴って増加すると考えられた。ICERは負の転写調節因子であると考えられているので、神経活動によって発現誘導される他の最初期遺伝子の転写抑制因子として働いている可能性がある。(2)PC12細胞におけるICERの強制発現。テトラサイクリン制御下でICER-IIを高レベルに発現するPC12細胞を作成した。その細胞にジブチリルcAMPを投与してその後の突起伸長に影響あるかどうかを調べ、ICERの突起伸長抑制効果をみとめた。(3)恐怖条件づけにおける扁桃体での遺伝子発現変化。ICERはCREBの活性化によって発現増加する。CREBの活性化はCRE配列をその転写調節部位に持つ多くの遺伝子の発現を誘導するので、条件づけによって扁桃体でICERが増加することは、条件づけによって他の様々な遺伝子の転写がダイナミックに調節されている可能性がある。そのような遺伝子産物をDNAチップによって系統的に探索し、複数種の遺伝子が条件づけ後の扁桃体で増加することを見い出した。神経可塑性変化の長期維持や記憶の固定化には新たなタンパク質の合成が必要であると考えられているが、どのような分子がどのように関わるのかについては明らかでない。本研究では脳の特定部位(扁桃体)の電気刺激をくり返し与えることによって発展してくるキンドリングけいれん後の脳で発現増加するcDNAクローンとして得られたCRE転写調節因子ICER (inducible cAMP early repressor)が扁桃体刺激後およびマウスの学習行動の獲得後の脳でどのように増加するかを特異的プライマーを用いたRT-PCR法により検討した。その結果、(1)ICER mRNAの増加はキンドリングけいれんの1時間後までに検出され3時間後でも有意であった。その後緩やかに減少し24時間後にはコントロールレベルに戻った。(2) ICER mRNAめ増加はキンドリング癸展初期の比較的軽度のけいれん後にも有意に認められた。(3)NMDA受容体阻害剤MK-801の投与により、キンドリングけいれんの発展およびc-fos mRNAの発現は抑制されるが、ICER mRNAの発現増加は抑えられなかった。(4)古典的条件づけしたマウスの条件反応の1時間後にICER mRNAの発現増加が扁桃体で認められた。したがって、ICER mRNAは電気刺激による神経活動の賦活や動物の学習行動時に脳内で発現制御されていることが示された。ICERは一般に負の転写調節因子としてはたらくと考えられており、キンドリングけいれん準備性の獲得や学習行動の獲得に必要な遺伝子の発現抑制に重要な役割を持つ可能性がある。(1)恐怖条件づけにおける扁桃体でのICER(inducible cAMP early repressor)発現変化。昨年度はキンドリング刺激後のICER mRNAの発現変化を調べ、ICER mRNAが電気刺激による神経活動の賦活によって脳で一過性に増加することがわかった。今年度は学習行動時におけるICER mRNAの動態を調べた。その結果、ICER mRNAはc-fosと同様に恐怖条件づけ後の扁桃体で増加することがわかった。