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９．１１同時多発テロ以降のパキスタン系英語小説

なお、加筆・修正にあたって、『叶えられぬ祈り』をアティク・ラヒミの『忍従の石』と比較した論考へと大幅に改稿している。本研究は、パキスタン系英語作家の「9.11小説」の主題と表現方法、とりわけ西洋モダニズム文学の影響を明らかにするものである。こういった作家が「西洋対東洋」「西洋対イスラーム」といった図式に収まらない、新しい世界観を提示していることのみならず、西洋のモダニズム以降の文学や思想の影響を受けていることは興味深い。そもそも1930年代以降ウルドゥー語文学にあったコスモポリタニズムに加え、シア=ウル=ハク政権下のイスラーム化政策への知識人の反発といった母胎から、西洋文学的手法の受け入れが容易であったと考えられ、英語圏文学の多様性のみならず、英語圏イスラーム世界の多様性を示してもいるだろう。現時点では、順調に進んでいる。ただし、平成27年度より勤務先を変更するにあたって多忙であったこと、また他の研究(百科事典項目執筆、国際学会発表、教科書作成)も重なり、平成26年度中にしておくべきであった平成27年度の研究の準備がやや遅れている。研究計画時にはまだ出版されていなかったナディーム・アスラムの『盲人の庭』が、9.11以降のアフガニスタンを『かなえられぬ祈り』とは異なるアングルから扱ったものであることがわかり、平成28年度はこちらの研究をすることにした。平成28年7月に開かれる、イギリス連邦文学の最大の学会であるACLALS大会での発表も決まっている。これにより、9.11以降の状況を扱ったパキスタン系作家の文学の流れをより正確につかむことができると考えている。イギリス文学平成27年度については、当初ナディーム・アスラムの『かなえられぬ祈り』の研究を予定していたが、先に平成28年度に予定していたH. M.ナクヴィの『ホーム・ボーイ』の研究を行う予定である。これは、『ホーム・ボーイ』がイギリスで行われるポストコロニアル文学研究会の題目に『かなえられぬ祈り』よりも相応しかったこと、モーシン・ハミッドの『気の進まぬ原理主義者』との関連性がより強いことがわかったからである。平成27年12月に平成28年3月の国際学会での発表が決まったため、前倒し請求をせずに旅費のみを請求し、参加費等を平成28年度に請求することとしたため。平成26年度に購入したパソコンおよびプリンタが比較的安価であった。この余剰額を研究図書の購入にあてる予定であるが、平成27年度に関西大学へ勤務先を異動するにしたがい、平成26年度末にその作業ができなかったため。繰り越し分を平成28年3月の国際学会の参加費として使用する。また、平成28年度分は、平成28年度の国際学会(7月に開催されるイギリス連邦文学研究における最大の学会ACLALSでの発表)参加費・旅費、ならびに成果発表のための研究図書購入に使用する。平成27年9月には、英国レスター大学でポストコロニアル文学会が開催される予定で、応募中である。この発表論文作成に必要な図書資料の購入の補填にあてる予定である。
高温太陽集熱による流動層ガス化水素製造システムの開発

本研究では大型太陽集光システムで得られる1000°Cの高温太陽集熱を利用し、炭素資源を反応器の連続供給しながら高温熱でガス化を行う「連続供給型の流動層ソーラーガス化水素製造システム」の開発を目的としている。平成30年度は流動媒体として粒子径200-300ミクロンの狭い粒子径分布を有する石英砂を流動媒体として用い、炭素資源として粒子径100-300ミクロンの粒径分布を有する石炭コークスを用いガス化反応器試験を実施した。すなわち、石炭コークスをスクリューフィーダーによりガス化反応器に連続的に供給する「炭素資源の連続供給系」と、石英窓を有する直接集光照射型の流動層反応器から成る「ガス化反応系」を連結した炭素資源の連続供給型ガス化システムを構築し、集光シミュレータによる集光照射でのガス化性能を評価した。その結果、石炭コークスの連続供給下でガス化反応器が進行し、集光照射によるガス化反応が進行することを明らかにした。この結果から水素製造システムが設計通り作動していることがわかった。ガス化試験は、1)40%出力による集光照射による予備加熱過程(450°C)、2)100%出力による集光照射による流動層形成過程(450950°C)、3)集光照射加熱による水蒸気ガス化過程(9501200°C)で行った。ガス流量は1.25Umf1.50Umf(Umf:最小流動化速度)が流動性が良好であり、流動層温度10001200°Cが得られた。流動層内の温度分布は極めて小さく、ガス流量1.25Umfにおいてエネルギー転換率および炭素転換率が最も高くなることを見出した。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では大型太陽集光システムで得られる1000°Cの高温太陽集熱を利用し、炭素資源を反応器の連続供給しながら高温熱でガス化を行う「連続供給型の流動層ソーラーガス以下水素製造システム」の開発を目的としている。平成28年度は反応器のコールドモデルにより流動媒体・石炭コークスの流動性能試験・反応器の圧力損出評価を行い、得られた知見を基に、石英窓型ガス化反応器の設計・製作を行った。また、炭素資源の連続供給系として、スクリューフィーダーの性能評価を行い、作製したガス化反応器との統合による反応システム化を検討した。コールドモデルによる性能試験・評価では、ドラフトチューブ設置の有無による流動媒体の流動降下速度・流動距離について、反応器外部から画像による粒子追跡評価と共に流動層の圧力損失に及ぼす影響について検討した。また、流動媒体に炭素資源として石炭コークスを使用した際の石炭コークスの降下速度・流動距離について評価した。連続供給系としてのスクリューフィーダーを反応器コールドモデルと統合し、反応器システムのモデル化を行い、連続供給系としての性能が十分期待できることを確認した。反応器のコールドモデルにより流動媒体・石炭コークスの流動性能試験・評価、石英窓型ガス化反応器の設計・製作、作製したガス化反応器と連続供給系の統合による反応システム化の検討などおおむね順調に進展している。平成29年度は、小型石英窓型ガス化反応器の運転条件の最適化と集光照射加熱によるガス化試験を行った。すなわち、反応器への投入集光エネルギーとガス化速度の関係、流動媒体の粒径と流動性の関係、ガス化前処理過程の加熱条件と流動層温度・ガス化効率の関係について調査した。これらの結果を基にガス化速度とバランスする炭素資源の供給速度を算出し、反応システム運転のための基礎データを得た。さらに反応器の分散板の熱耐久性と流動化ガス削減を目的として、新設計の多孔を有する平板型分散板を設計し、集光加熱条件下で性能評価を行った。その結果、流動化ガスの削減に成功し、新設計の分散板は熱耐久性にも優れていることから、大型反応器による流動層ガス化に有効であることを実験的に明らかにした。また、反応器のコールドモデルによる検討、すなわち流動媒体・石炭コークスの流動性能試験・反応器の圧力損出評価、に基づき製作したプロトタイプ反応器に、炭素資源の連続供給系を組み込み、反応器システムを試験した。ガス同伴により石炭コークスが流動層に連続供給できることを実験的に明らかにした。また、プロトタイプ反応器はバッチ式にて集光照射加熱によるガス化試験を行い、炭素資源連続供給下にて流動層ガス化が十分期待できることを明らかにした。反応器のコールドモデルによる検証に基づき、炭素資源の連続供給系を有するプロトタイプの流動層ガス化反応システムが稼働し、集光加熱条件下において800°C以上の流動層温度・合成ガス温度が得られている。ガス化反応についても、小型反応器で新採用した多孔平板型分散板がガス化条件のもとで有効に機能し、流動化/反応ガス流量を低減させつつ集光照射加熱の下で流動層ガス化反応を連続的に行える見通しが立っている。

平成30年度は流動媒体として粒子径200-300ミクロンの狭い粒子径分布を有する石英砂を流動媒体として用い、炭素資源として粒子径100-300ミクロンの粒径分布を有する石炭コークスを用いガス化反応器試験を実施した。すなわち、石炭コークスをスクリューフィーダーによりガス化反応器に連続的に供給する「炭素資源の連続供給系」と、石英窓を有する直接集光照射型の流動層反応器から成る「ガス化反応系」を連結した炭素資源の連続供給型ガス化システムを構築し、集光シミュレータによる集光照射でのガス化性能を評価した。その結果、石炭コークスの連続供給下でガス化反応器が進行し、集光照射によるガス化反応が進行することを明らかにした。この結果から水素製造システムが設計通り作動していることがわかった。ガス化試験は、1)40%出力による集光照射による予備加熱過程(450°C)、2)100%出力による集光照射による流動層形成過程(450950°C)、3)集光照射加熱による水蒸気ガス化過程(9501200°C)で行った。ガス流量は1.25Umf1.50Umf(Umf:最小流動化速度)が流動性が良好であり、流動層温度10001200°Cが得られた。流動層内の温度分布は極めて小さく、ガス流量1.25Umfにおいてエネルギー転換率および炭素転換率が最も高くなることを見出した。今後の研究の推進方策としては、作製したガス化反応器と連続供給系を統合し、反応システム化を進める予定である。その後に、炭素資源としてまず第一に石炭コークス粒子の連続供給によるガス化試験を行う予定である。炭素資源の連続供給系を有するプロトタイプの流動層ガス化反応システムの運転条件の最適化と他種の炭素資源についても連続供給系が機能するか、反応システムが機能しガス化を行えるかについて検討する予定である。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
Tsc1ノックアウトマウスを用いたhamartinの機能解析

結節性硬化症(TS)原因遺伝子であるTsc1の産物(hamartin)の生体内における機能を明らかにすることを目的として、Tsc1ノックアウトマウスを作製し、もう一つのTS原因遺伝子であるTsc2のノックアウトマウスと表現型を比較検討した。Tsc1ヘテロ変異体マウスにおいては、生後1年3ヶ月から1年6ヶ月を経た時点で腎腫瘍の発生が認められた。また、同時に肝血管腫の発生が高率に認められ、さらに一部の個体では子宮筋肉腫や尾部の血管腫も観察された。Tsc1ヘテロ変異体マウスに生じた腫瘍においては野生型Tsc1アレルの欠失が検出されたことから、それらの腫瘍発生はTsc1遺伝子の2ヒットを起因とするものと考えられた。Tsc1ホモ変異体は胎生10.5日頃に死亡すること、神経管の融合不全を頻発することがわかった。これらの表現型はTsc2ノックアウトマウスの場合に類似するものであり、生体内におけるTsc1産物とTsc2産物の機能の関連を反映しているものと考えられた。しかしながら腎腫瘍が発生する時期は明らかにTsc1ヘテロ変異体マウスの場合の方が遅いこともわかり、両遺伝子変異による腫瘍発生の機序には違いがあるものと推察された。また、hamartinの機能解析の実験系に用いるため、Tsc1ノックアウトマウスの腎腫瘍より培養細胞株を樹立した。樹立したCACL1細胞株は上皮様の形態を示し、Tsc1の2ヒットが検出された。抗マウスhamartin抗体を用いたウェスタンブロットにより、hamartinのバンドが検出されないことも確認された。Ekerラット由来のTsc2欠損腎腫瘍細胞株においては、Erc遺伝子が高発現していることが知られているが、CACL1細胞においてもErcの高発現が認められた。CACL1細胞群はヌードマウスにおける造腫瘍能を示さなかった。今後、本研究で樹立したTsc1ノックアウトマウスと腎腫瘍細胞株を用い、hamartinの機能を明らかにしていきたいと考えている。2つの異なる結節硬化症原因遺伝子であるTsc1とTsc2の産物の機能、並びに両遺伝子変異による腫瘍発生の分子機構を明らかにするため、我々はTsc1ノックアウトマウスを作製し、これまで我々が作製しているTsc2ノックアウトマウスとの表現型の比較検討を行った。ジーンターゲッティング法により、Tsc1のエクソン6から8を欠失する変異を持つノックアウトマウスの系統を樹立した。F1ヘテロ変異体マウス同士の交配を進めた結果、Tsc1ホモ変異体は胎生10.5日頃に死亡すること、神経管の融合不全を頻発することを明らかにした。一方、Tsc1ヘテロ変異体マウスの長期観察を行ったところ、生後1年までの個体においては肉眼的な腎腫瘍は観察されなかったものの、生後1年3ヶ月から1年6ヶ月を経た個体14例のうち9例において肉眼的な腎腫瘍の発生が認められた。残る5例においても組織学的検索により腎腫瘍の発生が認められた。また、上記14例の個体のうち10例においては肝血管腫の発生が認められ、さらに一部に子宮筋肉腫や尾部の血管腫も観察された。これらの胎生致死、腫瘍発生の表現型はTsc2ヘテロ変異体マウスの場合に類似するものであった。Tsc1ヘテロ

変異体マウスに生じた腫瘍においては野生型Tsc1アレルの欠失が検出されたことから、それらの腫瘍発生はTsc1遺伝子の2ヒットを起因とするものと考えられた。以上の解析より明らかとなったノックアウトマウスの表現型の類似性から、生体内におけるTsc1産物とTsc2産物の機能の関連性が示唆された。しかしながら腎腫瘍が発生する時期は明らかにTsc1ヘテロ変異体マウスの場合の方が遅いこともわかった。これらの相違点が両遺伝子産物の機能の違いを反映している可能性もある。今後Tsc1及びTsc2ノックアウトマウスを併用し、生体内におけるTsc1とTsc2産物の機能を明らかにすると共に、両遺伝子変異が関与する腎がんの発生機構を解明していく予定である。昨年度本研究において、結節性硬化症原因遺伝子の一つであるTsc1遺伝子ホモログのノックアウトマウスを作製し、ヘテロ変異体において腎腫瘍や肝血管腫が発生すること、ホモ変異体は胎生致死であることを明らかにした。本年度は、Tsc1遺伝子産物(hamartin)の機能解析を行うためのin vitroの実験系として、Tsc1ノックアウトマウスの腎腫瘍より培養細胞株を樹立した。シスト状の腫瘍から樹立したいくつかのCACL1細胞株は上皮様の形態を示し、ZO-1抗体染色により細胞接着部位が一様に染色された。また、CACL1細胞株群においては近位尿細管のマーカーとして知られるaquaporin-1遺伝子の発現が検出されたが、集合管のマーカーであるaquaporin-2遺伝子の発現は検出されなかった。CACL1細胞株群はどれも野生型Tsc1アレルの欠失を示し、Tsc1遺伝子の2ヒットが生じていることが明らかとなった。さらに、マウスhamartinに対する抗体を作製し、ウェスタンブロットを行ったところ、確かにhamartinのバンドが検出されないことを確認した。これまでに作製されているEkerラット由来のTsc2欠損腎腫瘍細胞株においては、Erc/mesothelin遺伝子が高発現していることが知られているが、CACL1細胞群においてもErc/mesothelinの高発現が認められた。CACL1細胞群にはヌードマウスにおける造腫瘍能は認められなかった。現在、テトラサイクリン誘導性のhamartin発現CACL1細胞株の樹立を目指している。今後三本研究で樹立したTsc1ノックアウトマウスと腎腫瘍細胞株を用い、hamartinの機能を明らかにしていきたいと考えている。
水ストレスに対する作物根系の発育形態的反応とその生理的基礎

本研究では、作物根系の水ストレスに対する反応を、根系を構成する各根が発揮する可塑性に注目して検討し、根系の発育・機能の、耐早性における意義を明らかにしようとした。具体的には、以下の3点を明らかにすることを目的とした。まず、イネについて、異なる土壌水分条件に対して、根系が発揮する発育・機能における可塑性を評価した。本研究では、乾燥後の降雨を想定した、水ストレス-再潅水、ならびに、とくにイネの天水田を想定した、湛水-乾燥-再潅水条件での根系反応についても併せて検討した。次ぎに、トウモロコシ,ササゲ,イネについて、加齢に伴って進行する根系の老化過程に及ぼす水ストレスの影響を精査した。3番目には、塊、根を形成するサツマイモを対象として,肥大した塊根の水ストレス下における水供給機能を定量的に評価しようとした。その結果,根系の発育とかたちは、土壌水分条件によって大きく変わること、この根系に特徴的な大きな可塑性によって、水ストレス条件下での植物個体全体の生育が保障されること、そして、この根系の可塑性は、それを構成する根の間の水ストレスに対する反応性に差異によってもたらされることを明らかにした。また,水ストレス条件下で塊根が水供給源として重要な役割を果たす可能性が示唆された。これらのことによって、これら作物の耐旱性のメカニズムの中で果たす根系の役割が今後ますます明確となり、これまで顕著な進展が見られない耐旱性品種の育成、さらに水ストレスが問題となる地域での栽培技術体系を確立するための基礎的な知見が得られることが期待される。本研究は、作物根系の水ストレスに対する反応を、根系を構成する各根が発揮する可塑性に注目して解析し、根系の発育・機能の、耐旱性における意義を明らかにしようとするものである。本年度はとくに、異なる土壌水分条件下における、1)根系が発揮する発育における可塑性の評価、2)導管の発達程度と、下皮・内皮構成細胞壁における構成物質の反応、3)サツマイモ根系の発育反応と、塊根部位の水供給機能の評価を中心に研究を進めた。まず1)に関しては、耐旱性の異なるイネ品種や、イネ科作物を種々の変動水分条件下で生育させ、それにともなう根系構造の動態を精査し、また導管の発達程度などから水の吸収、輸送能力を評価した。その結果、主として側根発育によって発揮される根系構造の発育的可塑性およびそれに伴う機能的可塑性が、種々の土壌水分条件下における作物の生育に決定的に重要な役割を果たしていることを明らかにした。つづいて2)では、軽度の土壌乾燥ストレス条件下では、内皮を構成する細胞の壁肥厚が認められ、リグニン/スベリン比の増加といった組成の変化を伴っていることを見いだした。3)の研究では、土壌水分の変動がサツマイモの根系発達に及ぼす影響について調べ、根系発達は,サンプリング時の直前の土壌水分条件に依存して増加または減少した.一般に土壌乾燥は抑制的に、過湿条件は促進的な効果を示した。またそれに続く適湿条件で生育させるとそれらの効果は減少した。このように変動する土壌条件に対し大きな可塑性を示した。また塊根は、日中、蒸散に伴う導管内の負圧により収縮し、含水量の20%、個体全体の蒸散量の約10%に相当する水が塊根から失われていると推算された。この水が、葉の水ポテンシャル維持に貢献している可能性があることを指摘した。本研究では、作物根系の水ストレスに対する反応を、根系を構成する各根が発揮する可塑性に注目して検討し、根系の発育・機能の、耐旱性における意義を明らかにしようとした。本年度は、とくにイネについて、異なる土壌水分条件に対して、根系が発揮する発育・機能における可塑性を評価した。

世界各地の水ストレスが問題になっている地域の作物栽培を考えると、生育期間を通じてストレスが徐々に進行していく条件に加え、生育途中で土壌水分条件が変化する場合の検討も重要になる。本研究では、乾燥後の降雨を想定した、水ストレス-再潅水、ならびに、とくにイネの天水田を想定した、湛水-乾燥-再潅水条件での根系反応についても併せて検討した。次ぎに、トウモロコシ,ササゲ,イネについて、加齢に伴って進行する根系の老化過程に及ぼす水ストレスの影響を精査した。これら研究では、根系発育過程を非破壊的に追跡しうる傾斜円筒法を用い、各構成根の発育過程を克明に記録した。また、イネにおいては、吸収した養水分を地上部へ輸送する潜在能力を評価するために、採取した根系について、各根系要素中の木部導管の発達程度を定量化した。さらに、これらの形態面から評価した吸水・通導能力と、実際の吸水量との関係を定量的に求め、根系の発育形態における可塑性の集水機能における意義を検討しようとした。その結果、側根発達や節根発生の促進によって示された根系構造における表現型の可塑性には遺伝変異が存在し、またその可塑性は、水ストレス条件下、あるいは土壌水分変動下における作物の生育に重要な役割を果たしており、またその作物の耐旱性に密接に関係することを明らかにした。発育形態面で発揮された可塑性は、吸水・通導機能に強く反映した。また、水ストレスは、トウモロコシ,ササゲ,イネ根系において、老化が早く進行する根の占める割合を増加させることを明らかにした。
ユーザの意図に反する「悪意のある」振舞いパターン検出のフレームワークに関する研究

本研究ではユーザの意図に反する「悪意のある行為」を行うプログラムから、悪意のある振舞いパターンを検出するプログラムのフレームワークを研究した。具体的には「悪意のある行為」の1つであるコンピュータ・ウイルスをその振舞いのパターンにより未知ウイルスも含めてプログラムがウイルスの振舞いをするか否かの判定を行う方式に基づき、本フレームワークを構築した。また、悪意のある行為を行うプログラムは実行形式でのみ提供されるため、実行形式ファイルから特定のデータの移動を追跡することにより、振る舞い検出のデータを収集する方法を開発した。平成15年度は未知ウイルス検出プログラムを解析し、モデルおよび各記述の詳細をオブジェクト指向ならびにメタモデルの観点で整理した。まず、オブジェクト指向開発における統一モデリング言語であるUML(Unified Model ing Language)を用いて、振舞いの仕様・検出プログラムのモデルを図式化してプログラムの構造を分析した。検出プログラムは、(1)動作環境の抽象モデル、(2)ウイルスの振舞いパターンの定義、(3)パターンに基づく検出の定着の3つの部分から構成され、一階述語論理(Extended ML)で記述された仕様に対し、プログラム(Standard ML)が定義されている。これらの仕様部分と(3)が(2)の振舞いを検出することを満たすことの証明が振舞いパターン検出フレームワークにおけるフローズン・スポットとなる。(2)の定義が振舞いを変更する場合のホット・スポット、定義されたプログラムが動作環境を変更する場合のホット・スポットとなる。平成16年度は、プログラムに対する仕様を関連するモジュールとして定義し、プログラムの保守性の向上のためにアスペクト指向の導入を検討したが、クラスで定義することに比べて大きなメリットは見つけることができなかった。平成17年度は、メール添付型のウイルスの検出のためのデータ移動アドレス追跡の方法と、本方法を用いたウイルスの振る舞いパターン検出方法の定義ならび、に検出実験を行った。悪意のある振る舞いをもつプログラムには、自己の解析を困灘にする工夫が行われており、このような振る舞いを検出する仕組みを開発した。今後は本フレームワークの妥当性を検証する予定である。本年度は「ある未知のプログラムの振舞い情報を収集し、このプログラムが、検査者が検査したいと考える振舞いを持つか否かを判定する方法」の1つの実現(インスタンス)である未知ウイルス検出プログラムを解析し、モデルおよび各記述の詳細をオブジェクト指向ならびにメタモデルの観点で検討した。まず、オブジェクト指向開発における統一モデリング言語であるUML(Unified Modeling Language)を用いて、振舞いの仕様・検出プログラムのモデルを図式化してプログラムの構造を分析した。検出プログラムは、(1)動作環境の抽象モデル、(2)ウイルスの振舞いパターンの定義、(3)パターンに基づく検出の定義の3つの部分から構成され、一階述語論理(Extended ML)で記述された仕様に対し、プログラム(Standard ML)が定義されている。検出プログラムの記述をJavaに移行しているが、振る舞いのパターンとその振る舞いを検出するプログラムを作成する過程を証明という形式で定義し、そのプロセスを再利用する方式をJavaに導入することは厳密な証明の定義が困難であることから適切とはいえないと考えられる。

一方、オブジェクトおよび継承・関連といったオブジェクト間の関係だけでは表現しきれないモデルに対して、オブジェクト間にまたがる「横断的関心事(crosscutting concern)」を陽に扱うアスペクト指向の概念がメタモデルを実現する上で有効であり、オブジェクトの振る舞いを捕らえるためのメタな記述をJavaの上に提供できることから、次年度以降アスペクトによるフローズン・スポットの記述を検討することとした。本年度は、未知ウイルス検出プログラムのモデルをアスペクト指向の概念によりモデル化した。アスペクト指向は、オブジェクトおよび継承・関連といったオブジェクト間の関係だけでは表現しきれないモデルに対して、オブジェクト間にまたがる「横断的関心事(crosscutting concern)」を陽に扱う概念である。検出プログラムは、(1)動作環境の抽象モデル、(2)ウイルスの振舞いパターンの定義、(3)パターンに基づく検出の定義の3つの部分から構成されている。検出対象のプログラムは実行形式のみで、ソースコードは存在しない。検出対象プログラムを逆アセンブルし、構造解析部ならびにシミュレータ部により解析する。ここでは、APISPYを検査対象プログラムに組み込み、特定APIのフックの状況に関してプログラムを動的に解析する。その結果とデータセグメントに定義されたデータの移動の追跡結果を(1)の動作環境の抽象モデルへ変換する。これまでの研究では動作環境の抽象モデルで記述されたプログラムの振る舞いの系列をデータとして扱っていたが、本研究ではプログラムに変換し、ウイルスの振る舞いパターンの検出をプログラムに対して別モジュールのアスペクトとして定義する。ある種の振る舞いをするプログラムに対して、特定の振る舞いがあるか否かを検査することは、そのプログラムに対する横断的関心事であると考えられるからである。アスペクトで定義されたモジュールを(1)のプログラムとコンパイルして動作させることにより、パターンを検出する。アスペクトの記述において検出の仕組みと具体的なパターンを抽象アスペクトによって分離することで(2)と(3)の独立性を確保する。アスペクトで記述されたウイルスの振る舞いパターンの検出の正当性はアスペクトを単体でテストすることにより確認することを検討している。本年度は、メール添付型のウイルスの検出のためのデータ移動アドレス追跡の方法と、本方法を用いたウイルスの振る舞いパターン検出方法の定義ならびに検出実験を行った。ウイルスのような悪意のある振る舞いをもつプログラムには、自己の解析を困難にする工夫が行われており、このような振る舞いを検出する仕組みを検討した。
葉緑体による新しい気孔制御メカニズム

植物の葉の表面にある気孔は二酸化炭素の取り込み経路であり、その開閉は光合成に大きな影響を与える。そこで、光合成活性に合わせて気孔の開閉を最適化するメカニズムの存在が予想される。しかし、その実体は分かっていない。これまでの研究から、葉緑体タンパク質CASが、気孔開閉を制御する可能性が示されている。本研究では、葉緑体シグナルを介して気孔の開閉を制御するメカニズムを分子レベルで明らかにすることを目指す。
DNA複製開始蛋白質DnaAの機能ドメインと高次構造の決定

遺伝情報の複製という、生物にとって最も根本的な役割を担うDNAの複製反応は、細胞増殖の調節点としても重要な役割を果たしている。細胞周期において、ひとたびDNAの複製が開始されれば、細胞周期は最後まで進行する。従って、DNA複製開始の制御機構を解明することは、細胞増殖の制御機構を解明するために必要である。DNA複製の制御機構を理解するために最も重要なことは、複製開始蛋白質の構造と機能の全体像を理解することである。木研究計画の目的は、現在最も解析が進んでいる複製開始蛋白質、大腸菌のDnaAの構造と機能の全体像を理解するために、その高次構造を明らかにするとともに、部位特的変異導入法による機能ドメインの決定を行うことであった。これまでいずれの生物種においても、機能ドメインの全体像を明らかにした例はなく、木研究は独創的かつ先駆的な試みであった。4年間の研究により、膜結合ドメイン、重合ドメイン、非特異的なDNA結合ドメインの決定に初めて戌功した.。また高次構造決定のために重要な、高濃度高純度DnaAの精製法を確立した。その結果、DnaAの膜リン脂質による再活性化の分子機構の解明、膜リン脂質によるDnaAのDNA結合阻害機構の解明、DnaA同士の重合機構の解明、DnaAの塩基配列非特異的なDNA結合機構の解明、などの成果が生まれた。1、試験管内でDnaAを活性化する因子として、酸性リン脂質が知られている.我々はDnaA蛋白質の372番目のリジンが、膜リン脂質と相互作用することを見出した.さらにを遺伝学的解析から、このアミノ酸に変異をもつDnaAが、細胞内で機能することを見出した。2、我々は既に、複製された直後の再複製開始抑制にDnaAのATPaseが関与していることを報告している。本年度、我々はこのATPaseの促進因子を発見し、遺伝学的にそれがDNAポリメラーゼのβサブユニットであることを見いだした。3、我々はこれまでDnaAの種々の活性に預かる機能ドメインの決定を行ってきた。その結果、DnaA同士の相互作用に預かる機能ドメイン以外はすべてその決定に成功した。一方、DnaAのN末端部位の機能も未解明であった。我々はDnaA蛋白質のN末端の疎水性のアミノ酸残基が多くの原核生物でよく保存されていること、及びそのアミノ酸群が、ロイシンジッパー様構造(蛋白賞の重合に関与)をとることを発見し、N末端がDnaA蛋白質同士の相互作用に関与していると考え、その証明に成功した。4、真核生物の染色体DNA複製開始の最初の段階であり、且つ律速段階であるORCとCdc6pの相互作用ですら、これまでその試験管内再構成系は確立されておらず、複製開始制御機構の解明を困難にしてきた。本年度我々は、そのORCとCdc6pの相互作用の試験管内再構成に世界で初めて成功した。そしてその再構成系を使い、その相互作用がDNA依存であることなどを明らかにした。5、ORCのATPaseが、ORCのCdc6pとの結合を負に制御していること、即ち再複製開始を抑制していることを見出した。一方、Cdc6pのATPaseに関しては、ORCがoriginに特異的に結合するのを促進するという機能を果たしていることを発見した。1 DnaAのX線結晶構造解析DnaA蛋白質の機能を統合的に理解するために、DnaAのX線結晶構造解析を試みている。結晶化のためには、高い濃度の精製標品が必要である。これまでの精製法では、高い濃度の精製標品を得ることは出来なかったが、これまでのゲル濾過カラムの代わりに、イオン交換カラムを用いることによりそれが可能になることを見出した。2 DnaAの膜結合部位の決定我々は既に、DnaAの活性制御に重要な膜結合性の最初の必須アミノ酸として、Lys372を報告している。本年度は、さらに別の必須アミノ酸Arg328を同定した。

さらに我々はこれまで未解明であった膜リン脂質によるDnaAからのADP遊離促進機構として、膜リン脂質が、上記の二つのアミノ酸と結合し、その付近の高次構造を変化させ、ADPとの結合に重要な、Arg334がADPと結合できなくするというモデルを提唱した。3 DnaAのN末端領域の機能解析我々はこれまでDnaAの種々の活性に預かる機能ドメインの決定を行ってきた。その結果、DnaA同士の相互作用に預かる機能ドメイン以外はすべてその決定に成功した。一方、DnaAのN末端部位の機能も未解明であった。我々はDnaA蛋白質のN末端の疎水性のアミノ酸残基が多くの原核生物でよく保存されていること、及びそのアミノ酸群が、ロイシンジッパー様構造(蛋白質の重合に関与)をとることを発見し、N末端がDnaA蛋白質同士の相互作用に関与していると考え、その証明を目的として研究を行った。その結果、N末端のアミノ酸でDnaAの機能に必須なアミノ酸の同定に成功し、そのアミノ酸に変異を持つDnaAが、DnaA同士の相互作用を出来ないことを見出し、上記の仮説の証明に成功した。遺伝情報を正確に子孫へ伝えるためには、染色体DNA複製開始反応を厳密に制御する必要がある。したがってその制御の中心となる、染色体DNA複製開始因子の活性制御機構、即ち複製開始時に複製開始因子を活性化する機構、及び複製開始後、それを不活性化して過剰な複製開始を抑制する機構の解明は、大変重要な研究課題である。DnaAは遺伝生化学的に最も解析の進んだ複製開始因子であり、大腸菌を含む原核生物に広く保存されて存在している。DnaAはATP、及びADPと高い親和性を持っており、ATP結合型が活性型で、ADP結合型が不活性型である。DnaAは内在性のATPase活性(ATPをADPへ変換)を持っており、複製開始後、このATPaseが活性化されてDnaAがADP型へ不活性化されるにことによって過剰な複製開始が抑制されていることを我々は最近明らかにした。一方、次の複製を開始させるためにDnaAをADP型からATP型へ再活性化する機構に関しては、試験管内で膜の酸性リン脂質がDnaAと相互作用してADPのDnaAからの遊離を促進することによって再活性化が行われていると考えられているが、その分子機構は全く分かっていなかった。本年度我々は、酸性リン脂質との相互作用に必須なアミノ酸残基の同定を行うことによりこの分子機構の解明を目指した。そして、酸性リン脂質の酸性部分が、DnaAの328番目のアルギニン、及び372番目のリジンの二つの塩基性アミノ酸残基と相互作用して、ADPとの結合に必須な334番目のアルギニン周辺の高次構造を変化させることにより、DnaAからのADP遊離を促進していることを明らかにした(Makise ef al., J.Biol.Chem.2001;Makise et al., Biochem.J.2002)。大腸丙菌の複製開始因子DnaAは酸性リン脂質と相互作用し、この相互作用によって、細胞内DNA複製が制御されていると考えられている。昨年度までに我々はこの酸性リン脂質との結合に関与する二つの塩基性アミノ酸残基(328番目のアルギニンと372番目のリジン)を同定した。今年度我々はこれらのアミノ酸両方に変異を持つ変異DnaA蛋白質(DnaA435)を構築しその生化学的解析を行った。
自作太陽分光器の近赤外対応とそのスペクトロヘリオグラムによる太陽大気の研究

2011年度より行ってきた自作分光器による太陽観測では、Hα線やCaK線によるスペクトロヘリオグラムの取得が可能となった。さらに観測波長を増やして太陽大気の構造を立体的にとらえる目的で、今回はヘリウム線1083.0nmでの観測に取り組んだ。ヘリウムは太陽上空にある100万度のコロナが発するX線により励起されることからコロナの状況をよく反映し、コロナホールやX線輝点といったコロナ特有の現象が観測できる。これらを捉えるために、自作分光器の回折格子を近赤外用に交換し、京都大学飛騨天文台所有のInGaAs赤外カメラを借用して観測を行ったところ、科学的解析に十分応用可能なデータを得ることができ、コロナホールやX線輝点も捉えることができた。しかし、この赤外カメラは非常に高価であり大学の研究室やアマチュアが手に入れることは困難である。そこで、可視光観測で用いているより安価な冷却CCDカメラでの観測を試みた。このカメラでは波長1000nm付近での量子効率は1%程度しかなく感度ムラも著しいが、ダーク、フラット処理を行い、さらに撮像枚数を多くして加算平均することでS/Nを上げた結果、鮮明とは言えないがHeI 1083.0nmのヘリオグラムの取得に成功した。しかし、コロナホール、X線輝点はノイズに埋もれて確認することはできなかった。本分光器ではこの近赤外域における迷光比率がかなり高く、S/Nを悪化させる原因となっていることから、プレフィルターの挿入、分光器内部の迷光防止加工等が必要と考えている。現在、日本国内で定常的にHe I 1083.0nmの観測を行っているのは国立天文台太陽観測所のみであり、このような小型分光器による観測が低コストで行えることは、教育機関等における太陽観測の充実という点で期待できる。また、今後赤外カメラの価格が下がれば、さらに高精度な観測も可能となる。
ヘリコバクタピロリ感染ネズミにおけるカビ毒素、食塩及び亜硝酸窒素による胃発癌実験

目的胃がん発生のメカニズムを解明するため、スナネズミのヘリコバクタピロリ感染モデルを作成し、この動物にヘリコバクタトキシン、カビ毒素ステリグマトシスチンおよび亜硝酸塩を投与し、血清学的、病理学的細菌学的分析を行う。方法5週分のスナネズミ315匹を7群即ち、無処理群、Hピロリ単群、Hピロリとステリグマトシスチン100ppb、Hピロリとステリグマトシスチン1ppm群・Hピロリと亜硝酸塩200ppm、Hピロリと亜硝酸塩2000ppm群およびHピロリ縣濁液上清群に分割した。投与方法ステリグマトシスチンおよび亜硝酸塩、Hピロリ液上清は餌に混ぜて投与、水は自由摂取とした。それぞれの薬物は1週間毎に調整した。2年6ヶ月間経口投与後、一部途中で死亡したものを除き全例を解剖した。胃組織は半分を細胞学的検査に他を病理組織学的検査のため10%ホルマリン固定した。解剖時血液を採取し、Hピロリ抗体、ガストリンペプシノーゲンの測定に用いた。IgG抗体価はELISAで測定した。病理組織学的検査HE染色、PAS染色、アリューシャンブルー染色を行ない一部電子顕微鏡的検査を行った。血清ガストリンはRIA法にて測定された。結果Hピロリ抗体陽性率はHピロリ単独群44匹中28匹(63.6%)、HピロリとST100ppb群36匹中30(83.3%)、HピロリとST1000ppb群36匹中26匹(72.2%)であった。またHピロリと亜硝酸塩2000ppm群では35匹中25匹(71.4%)、2000ppm群33匹中19匹(57.6%)であった。胃がん発生はHピロリ単独群で18匹(409%)ST(100)群で26匹(72.2%)、ST(1000)群で23匹63.9%で、ST投与群は対照群およびHピロリ単独群に比し有意に多発していた。また肝がん発生は、亜硝酸塩(200ppm)群は10匹28.6%で亜硝酸(2000ppm)群では31匹90.9%で著しい増加を示した。Hピロリ投与群では血清ガストリンは有意に上昇した。結論Hピロリは単独で胃がんを発生しST投与で胃発がんを増強する。亜硝酸塩はHピロリ感染ネズミにおいて肝がんを多発することが明らかとなった。ヘリコバクタピロリ感染ネズミにおけるカビ毒素、食塩及び亜硝酸窒素による胃発癌実験については、計画書に準じて進んでいる。現段階で実験に必要な機械、部品材料、試薬など既に購入済みで、ヘリコバクタピロリ感染砂ネズミモデルを創り出す事に成功している。

このヘリコバクタピロリ感染砂ネズミ400匹に色々な濃度のsterigmatocystin,亜硝酸塩、食塩及び対照薬剤を投与し、現時点で3か月が経過した。ヘリコバクタピロリの培養、血清ヘリコバクタピロリ抗体の測定、病理組織学的検査、胃組織中ヘリコバクタピロリを組織免疫学的に検出、ヘリコバクタピロリを分子遺伝学的に同定、餌中sterigmatocystin,亜硝酸塩と食塩の測定方法及び技術は既に確立した。胃癌発生に関する癌遺伝子及び抗癌遺伝子の同定、シークエンス解読などの技術及び方法の確立も行っている。計画書に従って、来年度の研究の準備も行った。sterigmatocystin,亜硝酸塩、食塩処理及び対照群ネズミを引き続き観察し、ヘリコバクタピロリ感染ネズミにおける胃の病理学的な変化などを注意深く検討する。ヘリコバクタピロリ感染ネズミにおけるカビ毒素、食塩及び亜硝酸性窒素による胃発癌実験は、計画書に準じて進んでいる。ヘリコバクタピロリ感染砂ネズミ400匹に数種の濃度のsterigmatocystin,亜硝酸塩、及び対照薬剤を投与し、現時点で1年が経過した。ヘリコバクタピロリの培養、血清ヘリコバクタピロリ抗体の測定、通常の病理組織検査、胃組織中ヘリコバクタピロリを組織免疫学的に検出、ヘリコバクタピロリを遺伝的に同定、餌中sterigmatocystin,亜硝酸塩と食塩の測定方法及び技術を確立してきた。また、ヘリコバクタピロリ菌及びその毒素の培養細胞における細胞毒性、細胞増殖及び分化への影響についても検討している。計画書に従って、来年度の研究の準備も行っている。Sterigmatocystin,亜硝酸塩、食塩処理及び対照群のネズミを引き続き観察し、ヘリコバクタピロリ感染ネズミにおける胃の病理的な変化などを注意深く検討する。ヘリコバクタピロリ(以下、H.ピロリ)感染モデル動物を作成し、砂ネズミにH.ピロリを感染させ、同時にカビ毒素、亜硝酸塩投与及びH.ピロリ菌懸濁液上清を投与し胃発がんの有無について明らかにすることを目的として実験を行った。方法:5週令の砂ネズミ245匹を7群に分け未処理の対照群、H.ピロリ単独群、H.ピロリ+ステリグマトシスチン1ppmH.ピロリ+ステリグマトシスチン100ppbH.ピロリ+亜硝酸塩200ppmH.ピロリ懸濁液上清の各群に分割した。投与方法:水は自由摂取とし、ステリグマトシスチンは餌に混ぜて投与、亜硝酸塩及びH.ピロリ上清も同様に投与の都度餌に混入して投与した。結果として、現時点で2年が経過している。予想通りH・ヘリコ単投与群では胃がんは出現せず、H.ピロリ+ステリグマトシスチン群ですでに胃がんが多発しており、H.ピロリ+亜硝酸塩の高濃度群では肝がんの発生が見られている。3月より正式に屠殺を始める予定である。以上の画期的な結果が得られつつある。今後、病理組織学的、細胞生物学的確認実験を進める準備を行っている。
有用な仮説の自動探索・検証の高速化に関する研究

ビジネスデータの分析手法は,データの大規模化・多様化に伴い,従来の分析者が手動で分析を行うOLAPベースの手法から,システム側が自動で分析し分析者に有用な分析結果を推薦する探索的データ解析手法に移行している.しかし,探索的データ分析では,多様なOLAPクエリあるいは多様な部分データを総当たりして有用性の高い分析結果を探索するため,膨大な時間を要する問題がある.本年度は,以下の2点に関して取り組みを行った.・データキューブを用いて大域例外探索と局所例外探索の中間結果を共有化することで,効率的に双方の探索を同時実行するフレームワークを完成した.本フレームワークはSparkSQLを用いて実装されており,高いスケーラビリティおよび近似探索の高い精度を達成した.具体的には,データキューブを用いて統計情報を記録するとともに,データキューブと入力データの結合操作に対してhash joinを用いて高速に統計情報を差分更新する機構を実装した.・経営科学系研究部会連合協議会が主催するデータ分析コンペティションで提供されたヘアサロンの売り上げデータおよびファッションECサイトの売り上げデータに対して,提案フレームワークを適用し有効性を検証した.その結果,地域性の観点および時間的観点それぞれにおいて例外的なふるまいをする分析データを自動的に探索できたことを確認した.ビッグデータによる分析が注目されているが,ビジネス業界で最も普及しているOLAP分析においては,データの多様化に伴い検証するべき仮説の件数が膨大になるため,有益な仮説を発見することは人手では困難かつ膨大な時間を要するという問題が生じている.本問題に対して,膨大な仮説集合を網羅的かつ自動的に探索・検証し,その処理を飛躍的に高速化するという課題に挑戦する.本課題を解決することで,人手による仮説の立案が不要になり,多様かつ大規模なデータに対して網羅的かつ高速に有益な仮説の探索・検証が可能になるため,データサイエンティストを要せずビッグデータ解析が可能となる.この結果,ビッグデータの活用が普及していない企業にビッグデータ分析を普及させることが可能となり,産業の発展に貢献することができる.今年度の具体的な成果は次のとおりである.1)有益な仮説探索を高速化するため,ヘフディングの確率不等式を活用し,サンプリングデータを用いて全体データに対する分析結果が取り得る範囲を推定し,この推定値を用いることで標準的な傾向から乖離する部分データを高速に特定する手法を確立した.本成果は技術の高さが評価され国際ワークショップに採択された.2)有益な仮説を探索するため,LOFを用いて例外的なOLAP分析結果を探索する方法を提案し,更にOLAP分析結果をグリッド分割することで,高速に例外的なOLAP分析結果を探索する手法を確立した.3)経営科学系研究部会連合協議会が主催するデータ解析コンペティションに参画し,実際にファッションECサイトのデータに適用して有益な仮説が自動的に抽出できたことを検証した.本成果をDB部会にて発表し,分析結果の良さが認められ最優秀賞を受賞した.有益な仮説を探索する手法として,1)標準的な傾向から乖離する部分データを高速に特定する課題に関しては,確率不等式を活用した高速化手法を確立した.2)LOFを用いて例外的なOLAP分析結果を高速に特定する課題に関しては,グリッドを活用した高速化手法を確立した.3)経営科学系研究部会連合協議会が主催するデータ解析コンペティションに参画し,実際にファッションECサイトのデータに適用して有益な仮説が自動的に抽出できたことを検証した.以上の結果から,当初の計画に従っておおむね順調に進展していると判断する.ビジネスデータの分析手法は,データの大規模化・多様化に伴い,従来の分析者が手動で分析を行うOLAPベースの手法から,システム側が自動で分析し分析者に有用な分析結果を推薦する探索的データ解析手法に移行している.しかし,探索的データ分析では,多様なOLAPクエリあるいは多様な部分データを総当たりして有用性の高い分析結果を探索するため,膨大な時間を要する問題がある.本年度は,高速で高度な探索的データ分析を実現するため以下の2つの課題に取り組んだ.・膨大なクエリを探索する処理を高速化する複数クエリ共有化の技術と,有用性の高い結果を効率的に探索するtop-k検索の技術とを融合した探索的データ分析フレームワークをSpark上に開発した.本フレームワークでは,データをストリーム処理して複数クエリを同時に処理するとともに,中心極限定理に基づいて有用性の低いデータキューブを推定して枝刈りすることを実現する.評価実験により,大域例外データを探索する場合, 2倍の高速化が可能であることを確認した.・平均からの乖離の大きさにより定義される有用性判定方法を一般化し,局所的なデータの傾向からの乖離に基づく探索的データ分析手法を考案し,その高速アルゴリズムを開発した.提案手法では,信頼区間推定技術に基づいて各部分データの例外度の上限・下限を推定し,例外度上位n件に入り得ない部分データを探索処理の途中で足切りすることにより,不要なデータ読み込み量を削減することで効率的に局所例外部分データを特定する.評価実験の結果,提案手法は,既存の局所例外部分データ探索手法の探索時間を最大84%削減することに成功し,更にデータサイズに対するスケーラビリティを有していることを確認した.研究実績の概要に記載した2点に関しては,昨年度初めの計画通り遂行できている.また,局所的なデータの傾向からの乖離に基づく探索的データ分析手法に関しては,データベース学会誌に採択され,探索的データ分析フレームワークに関しては査読付き国内会議であるxSIGに採択されている.

更に,信学会が主催するフォーラムであるDEIMにおいて2件発表し,共に学生プレゼンテーション賞を受賞した.ビジネスデータの分析手法は,データの大規模化・多様化に伴い,従来の分析者が手動で分析を行うOLAPベースの手法から,システム側が自動で分析し分析者に有用な分析結果を推薦する探索的データ解析手法に移行している.しかし,探索的データ分析では,多様なOLAPクエリあるいは多様な部分データを総当たりして有用性の高い分析結果を探索するため,膨大な時間を要する問題がある.本年度は,以下の2点に関して取り組みを行った.・データキューブを用いて大域例外探索と局所例外探索の中間結果を共有化することで,効率的に双方の探索を同時実行するフレームワークを完成した.本フレームワークはSparkSQLを用いて実装されており,高いスケーラビリティおよび近似探索の高い精度を達成した.具体的には,データキューブを用いて統計情報を記録するとともに,データキューブと入力データの結合操作に対してhash joinを用いて高速に統計情報を差分更新する機構を実装した.・経営科学系研究部会連合協議会が主催するデータ分析コンペティションで提供されたヘアサロンの売り上げデータおよびファッションECサイトの売り上げデータに対して,提案フレームワークを適用し有効性を検証した.その結果,地域性の観点および時間的観点それぞれにおいて例外的なふるまいをする分析データを自動的に探索できたことを確認した.(1)例外的なOLAP分析結果を生み出す部分データを高速に特定する技術と,確率不等式を活用した高速化手法を融合することで,OLAP分析結果を特定する技術の大幅な高速化を行う.(2)有益な仮説の探索範囲を拡大するため,これまで利用者が規定していたOLAPクエリそのものバリエーションを探索する技術の研究を行う.(3)昨年度に引き続き,経営科学系研究部会連合協議会が主催するデータ解析コンペティションあるいは電子情報通信学会が企画するI-Scoverチャレンジ等に参画して,本研究成果の成功ユースケースを作り上げ社会にアピールする.局所的なデータの傾向からの乖離に基づく探索的データ分析手法を含めて,多様な分析手法を探索的データ分析フレームワーク上に実装して,多様な実データを対象として性能評価を行う.その結果として,探索的データ分析フレームワークをgitで公開するとともに,難関国際会議での採択を目指す.大量データ分析用サーバを購入する予定であったが,大学の予算で購入したサーバを利用することができたため,計画との乖離が生じた.研究計画の遂行には影響はなかった.国際会議の出張参加が来年度に伸びたため.使用計画:国際会議出張2名(60万円)小規模実験用PC ×2(40万円),国内学会発表1人×2回(10万円),国際学会発表2人×1回(60万円)
ＤＮＡナノエンジニアリングによる分子ロボティクスの創成

本研究では,DNAナノエンジニアリングのアプローチにより,部品となる分子ひとつひとつを設計し,それをシステムとして組み立てて,さまざまな環境の変化に対し自律的に応答することのできる分子機械システム,すなわち「分子ロボット」を構築する方法の基盤を確立することを目的として,(1)分子デバイスを格納するためのコンパートメントの作製技術(2)コンパートメントを介して分子入出力を行うインターフェースの実装技術(3)分子ロボット内部の反応を制御する技術および分子ロボット間の分子通信技術(4)分子通信による相互作用を通じて分子ロボット群が協調するためのルール設計技術,を開発する.本研究では,DNAナノエンジニアリングのアプローチにより,部品となる分子ひとつひとつを設計し,それをシステムとして組み立てて,さまざまな環境の変化に対し自律的に応答することのできる分子機械システム,すなわち「分子ロボット」を構築する方法の基盤を確立することを目的として,(1)分子デバイスを格納するためのコンパートメントの作製技術(2)コンパートメントを介して分子入出力を行うインターフェースの実装技術(3)分子ロボット内部の反応を制御する技術および分子ロボット間の分子通信技術(4)分子通信による相互作用を通じて分子ロボット群が協調するためのルール設計技術,を開発する.コンパートメント作製のため,コロイド理論等をもちいて基板面上へのDNAモチーフの自己集積プロセスのシミュレーションモデルを構築し,コンパートメント作製プロセスの最適化について見通しを得ることができた(村田).また,耐熱性を光制御できるDNAナノ構造体を用いたコンパートメント作製を目的とし、人工光クロスリンク分子シアノビニルカルバゾール(^<CNV>K)を用いた可逆的光架橋反応を基礎としたDNAタイル作製に着手した(藤本).さらに,DNA分子やRNA分子を制御通信分子としたインターフェース実装を想定し,DNA情報ならびにRNA情報を位置選択的に補足し90%以上の効率で塩基情報を変換する手法の開発も行った(藤本).DNAコンパートメント作製のテンプレートになる,マイクロサイズの均一径アルギン酸ゲルビーズの大量作製手法を開発した(瀧ノ上).インターフェース実装を目的として,DNAオリガミに基づくチャネル構造のうち,主たる駆動部分となるハッチ構造(どんでん返しチャネル)の制動を検討するため,一軸を中心に可動するDNAオリガミ構造体を作成し,その機能評価を行った(葛谷).葛谷,村田提供のDNAオリガミ・タイルとリン脂質表面のリン酸基に対する2価カチオンの架橋的吸着に着目して,チャネルとなるDNAナノ構造を脂質二分子膜表面に吸着させる手法の検討を行った(野村).また,リポソームにチャネル膜タンパク質(バクテリオロドプシン)を導入し,その光応答プロトンポンプ活性を用いたリポソームの変形能を見出した(野村).分子ロボット制御の基礎理論として,DNA計算に基づいた2者間相互作用モデルをPetri Netでモデル化し,反応プロセスの閉ループ系を可視化しシミュレーションにより検証した(関山).今年度も引き続き分子ロボット作製のための基盤技術研究を行った.(1)コンパートメント作製:村田らはDNAナノ構造をテンプレート基板上で作成するために,DNAと基板の静電的相互作用についてモデル化を進め,DLVO理論を応用して現象的な説明を行った.また,藤本らは,耐熱性を光制御できるDNAナノ構造体を用いたコンパートメント作製を目的とし,外部刺激応答性を有する人工DNAの開発ならびにそれらの性能評価を行った.秒単位で光架橋可能なシアノビニルカルバゾール誘導体を合成し研究代表者(村田)に提供した.さらにDNA分子やRNA分子を制御通信分子としたインターフェース実装を想定し,DNA情報ならびにRNA情報を外部刺激(光,磁場)によってミスマッチDNAと目的のDNAをS/N比100倍以上の高感度で正確に見分けながら操作可能な手法論の作製に成功した.また,瀧ノ上は,DNAマイクロカプセルを作成するためのテンプレートとなるアルギン酸ゲルビーズの作製方法の開発に成功した.この方法は,高重力下でマイクロキャピラリー中の溶液を吐出することで実現でき,ゲルビーズ表面に汚れ等が残らず,DNA自己組織化に適している.この方法を利用して,実際にDNAマイクロカプセルの自己組織化が行われていることも蛍光顕微鏡下で観察ができ,現在は,構造の詳細を調べている状況である.(2)インターフェース構築:葛谷らは分子ロボットで使用するインターフェースの構築を目的に,一軸を中心に可動するナノメカニカルDNAオリガミ構造体(DNAオリガミペンチ)を作成し,その機能評価を行った.その結果,大きなものでは分子量15万の抗体,小さなものでは,原子量数十の金属イオンまでの幅広いターゲット分子との相互作用で,選択的にDNAペンチ構造変化を引き起こすことに成功し,原子間力顕微鏡を使って個々の分子を観察する新しい生体分子検出法を開発した.野村らは,リボソーム表面における人工DNA構造体による機能化を目的とし,葛谷のデザインしたDNAオリガミ構造を用いて,DNA分子と脂質分子との相互作用の調査を行った.リボソームに人工物を付加した構造を,無細胞タンパク質発現系とカップリングさせる可能性について予備調査を行った.(3)分子ロボットの相互作用:関山らはDNA計算による分子ロボットの個体間相互作用のモデルを確率ペトリネットで設計し,シミュレーションで検証した.環境に応じて選択的状態遷移が強化される,学習的性質を可能とするDNA計算モデルを考案した.シミュレーションの結果を実際の反応で検証するための実験設備を整えた.コンパートメント作製:アルギン酸ゲルビーズをコアとしてY-motif DNAのゲル薄膜からなるコンパートメント作製技術を確立し、一定鎖長以上のDNA単鎖を保持できることを確認した(村田)。