hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
土壌内における揮発性有毒有機化合物と窒素の挙動解析

本研究の目的は,トリクロロエチレン,トルエンなどの揮発性有機化合物,農薬,窒素化合物などの土壌内における挙動を解析し,物質移動モデルを構築して,その運命予測を行うことにある.本研究では主として次の5つの項目に焦点をあてた:1)農薬の土壌への吸着・脱離と微生物分解,2)揮発性有機化合物(Volatite Organic Chemical,VOC)の土壌内移動特性,3) VOCの土壌内拡散と微生物分解,4)土壌内における窒素の挙動,5)土壌内における物質移動のモデル化.得られた結果を以下に要約する.1)農薬の土壌への吸着・脱離と微生物分解2種類の農薬(Asulam,Simazine)と2種類の土壌(マサ土,ローム土)を用いて吸着・脱離過程および微生物分解を明らかにするためにbatch実験を行った.その結果,次のようなことが明らかとなった.(1)マサ土における吸着は瞬間可逆平衡型(Henry型)に最もよく従うが,ローム土においてはFreundich型の吸着等温線に最も適合する.(2)脱離過程についてはローム土において大きなヒステリスが認められた.脱離における農薬の回収率はマサ土において90%以上,ローム土では1020%であった.(3)農薬の微生物分解は土壌溶液中でもわずかに起こるが,土壌を含む溶液中での分解量の方が大きい.土壌表面(あるいは内部)での微生物分解を調べることが今後の課題である.さらに移流分散の条件によるBatch実験との比較から,ローム土のように吸着が強い土については,Henry型(線形)吸着を仮定して遅延係数を求めることはできないことが明らかとなった.遅延係数は物質の移動性を表す指標である.また本研究ではVan Genuchtenによる非平衡吸着モデルにより農薬の土壌内挙動を説明した.VOCの土壌内移動特性を表す指標として遅延係数(R)に着目し,本研究で提案した土壌マイクロカラム法によりVOCのRを決定し,諸因子のRに与える影響について検討した.VOCとしてはトリクロロエチレン,テトラクロロエチレン,トルエン,土壌にはマサ土とYolo loamを用いた.得られた結果は次のとおりである.なお,ここでは土壌内に流れのある移流分散(動的)条件下での移動特性に着目した.(1)土壌内間隙流速やマイクロカラム形状がRに与える影響は小さい.(2)土壌水分の減少とともRは急激に増大する.これは,乾燥状態ではVOCが土壌へ直接吸着するためである.(3)温度の影響は土壌水分量が低い範囲で大きくなる.(4)土壌特性はRに大きな影響を与える.水分量の影響は土壌表面の面積の小さい土壌で特に大きい.(5)次の項で述べる拡散(静的)条件におけるRは,移流分散条件の場合に比べ数倍大きくなることが認められた.3)VOCの土壌内拡散と微生物分解2)では移流分散の動的条件下でVOCの遅延について検討したが,流れのない拡散条件で拡散チャンバー法によりVOCの吸着・遅延および微生物分解について調べた.得られた結果は以下のとおりである.(1)VOC(トリクロロエチレン,トルエン)の吸着は土壌水分量に大きく依存する.土粒子を覆う水分子層が4層以上ではHenry則に従うが,それ以上の水分子層では,従わず,指数関数的に吸着が増大する.(2)土壌特性はVOCの吸着に大きな影響を与える.乾燥状態ではVOC吸着は土粒子の比表面積に依存し,湿潤状態では土壌の有機物量に依存する.(3)VOCの微生物分解は共存する他の化学物質に強く依存する.トリクロロエチレンの好気性分解はトルエンが存在する場合にのみ起こる.同時にトリクロロエチレンの濃度が高いときには阻害効果があることが認められた.4)土壌内における窒素の挙動土壌カラム(マサ土)を用いて急速浸透処理法の条件下における硝化過程について検討した.その結果,30°Cでは35日で硝化が定常に達するのに対し,10°Cでは20日のTimelayがあること,10°Cでは窒素として1g/m^2・h以上の供給量ではアンモニアの蓄積が起こることなどが明らかになった.硝化速度係数は10°C,30°Cではそれぞれ1.0/hr,6.09.0/hrであった.5)土壌内における物質移動のモデル化VOCの土壌内移動を記述する3次元解析解モデル,2),3)で与えられたRと土壌水分量との相関を表す指数型モデル(1パラメータ),土壌内浸透流のフロントを簡便に予測する3パラメータモデル,移流分散方程式に基づく簡便で精度の良い1次元モデル(MCSモデル)をさらに簡便化してプログラミングを容易にしたSemi-analytical Modelなどを開発・構築した.これらのモデルにより土壌内の汚染物質と水の挙動を記述することができる.本研究の目的は,トリクロロエチレン,トルエンなどの揮発性有機化合物,農薬,窒素化合物などの土壌内における挙動を解析し,物質移動モデルを構築して,その運命予測を行うことにある.本研究では主として次の5つの項目に焦点をあてた:1)農薬の土壌への吸着・脱離と微生物分解,2)揮発性有機化合物(Volatite Organic Chemical,VOC)の土壌内移動特性,3) VOCの土壌内拡散と微生物分解,4)土壌内における窒素の挙動,5)土壌内における物質移動のモデル化.得られた結果を以下に要約する.

1)農薬の土壌への吸着・脱離と微生物分解2種類の農薬(Asulam,Simazine)と2種類の土壌(マサ土,ローム土)を用いて吸着・脱離過程および微生物分解を明らかにするためにbatch実験を行った.その結果,次のようなことが明らかとなった.(1)マサ土における吸着は瞬間可逆平衡型(Henry型)に最もよく従うが,ローム土においてはFreundich型の吸着等温線に最も適合する.(2)脱離過程についてはローム土において大きなヒステリスが認められた.脱離における農薬の回収率はマサ土において90%以上,ローム土では1020%であった.(3)農薬の微生物分解は土壌溶液中でもわずかに起こるが,土壌を含む溶液中での分解量の方が大きい.土壌表面(あるいは内部)での微生物分解を調べることが今後の課題である.さらに移流分散の条件によるBatch実験との比較から,ローム土のように吸着が強い土については,Henry型(線形)吸着を仮定して遅延係数を求めることはできないことが明らかとなった.遅延係数は物質の移動性を表す指標である.また本研究ではVan Genuchtenによる非平衡吸着モデルにより農薬の土壌内挙動を説明した.VOCの土壌内移動特性を表す指標として遅延係数(R)に着目し,本研究で提案した土壌マイクロカラム法によりVOCのRを決定し,諸因子のRに与える影響について検討した.VOCとしてはトリクロロエチレン,テトラクロロエチレン,トルエン,土壌にはマサ土とYolo loamを用いた.得られた結果は次のとおりである.なお,ここでは土壌内に流れのある移流分散(動的)条件下での移動特性に着目した.(1)土壌内間隙流速やマイクロカラム形状がRに与える影響は小さい.(2)土壌水分の減少とともRは急激に増大する.これは,乾燥状態ではVOCが土壌へ直接吸着するためである.(3)温度の影響は土壌水分量が低い範囲で大きくなる.(4)土壌特性はRに大きな影響を与える.水分量の影響は土壌表面の面積の小さい土壌で特に大きい.(5)次の項で述べる拡散(静的)条件におけるRは,移流分散条件の場合に比べ数倍大きくなることが認められた.3)VOCの土壌内拡散と微生物分解2)では移流分散の動的条件下でVOCの遅延について検討したが,流れのない拡散条件で拡散チャンバー法によりVOCの吸着・遅延および微生物分解について調べた.得られた結果は以下のとおりである.(1)VOC(トリクロロエチレン,トルエン)の吸着は土壌水分量に大きく依存する.土粒子を覆う水分子層が4層以上ではHenry則に従うが,それ以上の水分子層では,従わず,指数関数的に吸着が増大する.(2)土壌特性はVOCの吸着に大きな影響を与える.乾燥状態ではVOC吸着は土粒子の比表面積に依存し,湿潤状態では土壌の有機物量に依存する.(3)VOCの微生物分解は共存する他の化学物質に強く依存する.トリクロロエチレンの好気性分解はトルエンが存在する場合にのみ起こる.同時にトリクロロエチレンの濃度が高いときには阻害効果があることが認められた.4)土壌内における窒素の挙動土壌カラム(マサ土)を用いて急速浸透処理法の条件下における硝化過程について検討した.
含窒素π拡張型カーボンナノ材料を前駆体に利用した非貴金属カーボン触媒の創成

固体高分子形燃料電池(PEFC)の性能向上には、カソード極における酸素還元反応(ORR)の触媒活性が極めて重要である。そこで、鉄原料および含窒素前駆体をカーボン担体に吸着、焼成により調製されるFe/N/C触媒が高い酸素還元触媒能を持つことで注目されている。しかし、活性点は焼成時に構築されるため、構造を自在に制御することが困難である。本研究では、熱耐久性の高いπ拡張型含窒素化合物を配位子とした鉄錯体を触媒前駆体として利用することで、前駆体構造を保持した精密かつ均質な活性点構造を有するFe/N//C触媒を調製し、ORR活性の向上をめざす。
海面高度データを用いた対馬暖流流路の特定と形成要因の解明

日本海を代表する海流である対馬暖流の流路は変動が大きく、日本海に点在する渦との複雑な相互作用があるため流路の形成要因については未解明な点が多い。しかしながら、対馬暖流の流路は、若狭湾、富山湾などの内湾域の流動だけでなく、魚類の回遊や卵稚仔の生存率、日本海側の降雪など我々の生活にも影響を及ぼす重要な役割を持つ。本研究の概要は、人工衛星の海面高度データと海洋調査から得られる海洋内部の観測データからその流路体系を示し、流路形成に寄与する要因を明らかにする。
自己および他者の情動理解に関する発達的変化とその障害について

今年度は乳幼児期の自閉性障害及びダウン症児を対象として、そのコミュニケーション行動の発達プロセスを縦断的に調査した。その結果、自閉性障害児においては、他者との情動的共有性を持たずに指さし行動を行っていることが示され、こうした知見はUCLAグループのSigman et al.(2003)の指摘と一致するものであった。さらにダウン症乳幼児においては、模倣行動が極めて早く獲得されるという結果が示された。これらからダウン症乳幼児は他者に対する社会的志向性(Social Orienting)が高く、そのことが初期発達における他者理解の基盤となっていることが示唆された。従って、こうした障害児の発達プロセスにおいては、各々の障害に固有の特徴が認められ、臨床的視点からもそれぞれの特徴を活かした早期スクリーニング法の開発へと結びつける必要性が指摘された。こうした知見は、今年度の日本発達心理学会で発表予定である。加えて、上述した初期発達におけるコミュニケーション行動の発達の背景には、運動発達など他のコンピテンスと強い結びつきがあることが示唆された。ここから「発達的関連性(Developmental Linkage)」という人間の発達像を総合的に捉える視点からダウン症乳幼児の発達プロセスについて分析していった。この研究結果は「特殊教育学研究」誌に掲載予定である。また実験的手法を用いた自己情動の理解に関する定型発達モデル構築に関して、自己表情の認知課題を行った知見が「発達心理学研究」誌に掲載され、さらに自閉症の特異性について発達心理学会(平成17年3月末開催)にて京都大学・遠藤利彦教授、兵庫教育大学・井上雅彦助教授、九州大学・神尾陽子助教授と共に自主シンポジウムを開催し、研究の概要及び今後の課題について検討する予定である。本年度は,自己情動の理解についての定型発達モデルを検討するため,定型発達児58名(3-6歳)を対象にした自己表情認知課題を行い,その結果を発達心理学研究に投稿,採択された(現在印刷中)。その中では,自己表情の理解は他者表情の理解よりも遅れること,さらに他者表情認知とは異なり,「怒り」の表情が最も認知されやすいことが見出された。これは,これまでの表情認知研究においては明らかとはならなかった自他理解と情動理解の関連を実証したこと,表情の種類によっては発動者と認知者にとって意味が異なる可能性があることを明らかにしたこと,という点において有意義である。さらに,自他の相互作用という観点から「共同注意行動」という発達指標に着目し,発達初期のダウン症乳児に対して継続的に観察・アセスメントし,ダウン症乳幼児期における共同注意行動の発達プロセスを検討した。この結果は2004年3月に日本発達心理学会で発表予定である。さらに,姿勢や移動運動の獲得といった面からダウン症乳幼児に事例的介入し,姿勢・移動運動と共同注意行動の発達的関連性について明らかにした(2003年度日本リハビリテイション心理学会にて発表)。また,自己と他者という視点からの情動理解の発達モデルを構築するために,定型発達及び自閉症に対してこれまでに行われてきた膨大な研究を再検討し,現在の研究における問題点と今後の課題について展望した(九州大学心理学研究に発表)。その中では,これまでの研究においては自他理解と情動理解という2つの発達コンピテンスが,いわばパラレルな形で扱われてきたことを指摘し、こうした2つの発達コンピテンスを統合した発達モデルの提案が成された。
星形成領域の物理・化学的多様性とその惑星系円盤への伝播の解明

最近の研究で、低質量Class 0原始星近傍の化学組成に多様性があることがわかってきた。本研究では、その1つの典型であるWarm Carbon-Chain Chemistry(WCCC)天体に着目し、その起源と、Class I段階への進化について観測的に調べた。主な結果は以下のとおりである。まず、WCCC天体IRAS15398-3359の近傍に炭素鎖分子に恵まれる若い星なしコアLupus-1Aを発見した。もう一つのWCCC天体L1527にも同様の星なしコアTMC-1が存在することを考えると、この結果はWCCCが星形成時の速やかな収縮に起因していることを支持する。第2に、WCCC天体L1527について、炭素鎖分子の分布をPdBI干渉計によって高空間分解能観測で調べた。その結果、炭素鎖分子の分布は原始星近傍に集中しており、CH_4の蒸発によってWCCCが引き起こされていることが確かめられた。さらに、原始星へ落ち込むガスの中にも炭素鎖分子が存在することがわかった。このことは、炭素鎖分子が原始惑星系円盤にもたらされる可能性を意味する。また、実際に進化の進んだClass I天体で、WCCCの進化形と考えられる天体を探したところ、実際にその候補をL1527の近傍に見出すことができた。本研究により、WCCC天体が原始惑星系円盤に向けてどのように進化するかという問題に対して、重要な知見を得ることができた。本研究の具体的計画は、i)星形成領域における化学的多様性の確認とその起源の解明、および、ii)原始星円盤から原始惑星系円盤への化学的多様性の伝播の検証、の2つに分けられる。i)ではまず、より多くの代表的星形成領域で炭素鎖分子輝線などを用いて化学組成を比較し、多様性の確認を行う。一方で、WCCC天体であるL1527とおおかみ座のIRAS15398-3359において、その周囲の環境の共通点を探り、他の領域との比較から多様性の起源に迫る。ii)ではまず、これまでに発見したWCCC天体に対して、干渉計を用いて数100AUスケールの高分解能観測を行い、原始星のどこまで近傍に炭素鎖分子が存在するのかを明らかにする。次に、より進化の進んだClassI、IIの原始星の化学組成を高感度サーベイ観測により調べる。これらにより、WCCC現象が原始星進化に伴ってどのように伝播されるかを明らかにする。本年度は、i)についてIRAS15398-3359の周囲を炭素鎖分子でサーベイ観測したところ、L1527の近傍にある炭素鎖分子が豊富な星なしコアTMC-1と同様のコアを発見した。WCCCがおこる原因として、星なしコア時代が短かったことが考えられたが、2つのWCCC天体のすぐ近くで、化学的に若い非常に類似したコアが発見されたことはこの考えを支持する。双方の雲全体の進化過程に共通点が見出されたといえる。この新たなコアは、その炭素鎖分子のスペクトル線の強さから、今後南天のTMC-1とも言うべき存在として、注目されるだろう。また、ii)については、L1527においてPdBI干渉計を用いて高分解能観測を行った。その結果、原始星から500-1000 AUはなれた、温度が25K程度の領域で炭素鎖分子のスペクトル線強度が非常に強くなっている現象を発見した。これは、CH4が星間塵から蒸発して新たに炭素鎖分子が生成されるというWCCCのメカニズムと一致し、詳細分布からWCCC現象を明らかにできたといえる。本研究では、国内外のミリ波、サブミリ波望遠鏡を用いた観測により、太陽質量程度の原始星の形成領域の化学組成の特徴を明らかにし、それらが、原始星進化と惑星系形成において、どのように進化していくかを明らかにすることを目的としている。本年度は、(1)研究代表者自身が発見したWarm Carbon Chain Chemistry(WCCC)を示す原始星における炭素鎖分子の分布、(2)WCCCを示す原始星の周辺環境の探査、および、(3)より進化の進んだ原始星周りでの化学組成の研究を行った。

まず、(1)については、PdBIミリ波干渉計のデータを解析して、原始星エンベロープの内側の温度が25Kを超える領域で、炭素鎖分子の存在量が急激に増加していることを突き止めた。WCCCではCH_4の蒸発で炭素鎖分子が作られると予想されるが、上記の25KはまさにCH_4の蒸発温度であり、その考えを支持している。また、炭素鎖分子の存在量は原始星近傍の500AU程度で少なくなるものの、中心領域までもたらされていることが明らかになった。一方、(2)については、おおかみ座のIRAS15398-3359の周囲に炭素鎖分子が異常に豊富な星なしコア(Lupus 1A)を発見した。この天体では、長い炭素鎖分子やその負イオン(C_6H,C_6H^-,C_8H,C_8H^-,HC_9Nなど)のスペクトル線が、若い星なしコアの代表であるTMC-1を凌ぐ強度で観測された。WCCC天体の近傍にこのような化学的に若い星なしコアが存在することは、WCCCが母体コアの速い収縮によって実現するという研究代表者の考えを支持している。さらに、(3)についても、野辺山45m望遠鏡やIRAM30m望遠鏡などを用いて、進化の進んだ原始星の化学組成を調べた。エンベロープとディスク成分の化学組成の切り分けがキーとなったが、高励起スペクトル線の観測が切り分けに有効であることがわかってきた。これは将来のALMAによる高分解能観測につながるシーズであり、本研究における重要な成果の一つと言える。
時空構造の効果を採り入れた現実的な統一模型の構築

本研究の目的は『標準模型を越える物理の可能性として、時空構造の効果を採り入れた現実的な統一模型の構築を探求する。』ことである。現代の素粒子物理学において標準模型はほぼ確実にその正しさが実験的に検証されている。現在稼働中のLarge Hadron Collider (LHC)において標準模型で唯一未発見であったHiggs粒子が発見され、その先には超対称性という新しい物理の発見の可能性を秘めている,しかし、標準模型や超対称標準理論だけでは理解できないいくつかの問題も存在する。本研究では、「世代数の起源」と「超対称性の破れの起源」の2つに着目した現実的な統一模型の構築を目指すものであった。1つ目の世代の起源であるが、超弦理論を見据えた高次元時空でのゲージ理論から出発した場合の世代数の導出機構を提案した。これは余剰次元空間中に存在する磁束の影響と余剰次元空間そのものの構造が世代数の起源になる可能性を指摘したものである。完全に3世代と言い切ることはできていないが、3の倍数世代であることが余剰次元空間の構造によって決定される。さらに、3世代模型を導出する場合にはわずか1つか2つとより限られた模型しか存在しないことも分かった。また、物質場のフレーバー混合についてもより改善される可能性があることが分かった。2つ目の超対称性の破れの起源であるが、高次元時空中で超対称E6大統一理論から議論を始めた場合に、4次元時空での議論では得られなかった超対称位子に関する質量の関係式を見つけることができた。この関係式が実験事実と見比べたときに矛盾していなければ高次元時空での高いエネルギースケールでの超対称性の破れの可能性が示唆できるのではないかと考える。』ことである。現在稼働中のLarge Hadron Collider(LHC)において標準模型で唯一未発見であったHiggs粒子の探査が行われており、その先には超対称性という新しい物理の発見の可能性を秘めている。しかし、標準模型や超対称標準理論だけでは理解できないいくつかの問題も存在する。本研究では、「超対称性の破れの起源」に着目した現実的な統一模型の構築を目指す。特に、4次元時空に余剰な空間構造を加えた余剰次元模型や超弦理論のような高いエネルギースケールでの理論から導かれる有効理論の解析を行うことで、超対称性の破れの起源が時空構造の違いに由来する可能性を研究する。今回、超対称性の破れに関して、どの段階(エネルギースケール)で破れが引き起こされるかについて、余剰次元模型の観点で研究した。この下で超対称性の破れを特徴付ける重要なパラメータであるソフトに超対称性を破る項とμ項の生成・導出の機構について探った。実際には、MSSMを基礎として、余分なU(1)ゲージ対称性が存在する場合についてそれぞれ異なる模型で議論した。細谷機構に基づいて、量子レベルでの有効ポテンシャルの極小値を調べることにより、余剰次元成分のゲージ場の真空期待値は決定される。このようなゲージ場と結合する場は、有効ポテンシャルに影響を与えると同時にこのゲージ場の真空期待値に比例する質量を獲得する特徴を利用し、ソフトに超対称性を破る項とμ項の導出を行った。本研究は、従来の超対称性の破れを扱った理論では実現しないような超対称性の破れの機構やμ項の生成機構を提案したという点が重要であり、意義があると思われる。』ことである。

当初予定していた研究内容である「超対称性の破れの起源」について、超弦理論など高いエネルギースケールを念頭にした有効理論としての余剰次元模型の立場から新たな超対称性の破れの描像を提案した点で、おおむね順調に研究が進展しているといえる。本研究課題の今後の推進方策として、世代構造の起源と時空の幾何という観点での現実的な統一模型の探求を行う計画である。世代構造はゲージ対称性などの内部対称性によって記述されているのか、時空の構造そのものが関係しているのかを明らかにしたいと考えている。
下部マントル最下部に存在する地震波低速度層の起源の解明

地震学的手法によって存在が示唆されている下部マントル最下部での地震波の低速度層に注目して、その起源を明らかにすることを目的とした。鉄化合物を合成して、高温高圧その場測定を行い、それぞれの物性を決定した。その結果、固体の物性変化のみでは説明することが困難であり、低速度層の起源として、液体の存在が必要であることが導かれた。さらに、ケイ酸塩メルトより、鉄のメルトの方が観測結果をうまく説明できることがわかった。本研究では、マントル物質やコア物質の物性について、高温高圧条件でのその場測定をすることが目的である。下部マントル最下部での地震波の低速度層の成因を考えるに際しては、液体鉄とケイ酸塩鉱物の反応を無視できない。なぜならば、低速度層はコア・マントル境界に存在するからである。そこで本年度は、高温高圧実験によって下部マントルの条件を実現し、X線、ラマンおよび赤外分光測定を使って液体のマントル物質およびコア物質の構造・密度などを測定ために不可欠な、マルチ分光装置の開発を行った。この装置により、液体の分光測定が、赤外から紫外波長の領域まで可能になり、標準物質の測定結果から、当初の目的の性能が発揮されていることが確認された。また、X線を使用した高圧実験も同時に遂行し、いくつかの重要な鉄化合物の物性測定を行った。特に、酸化鉄において、下部マントル最下部に相当する圧力条件で磁気相転移を確認した。また、硫化鉄においては、新鉱物を発見した。さらに、珪化鉄の研究においては、高圧相において大きな弾性は速度の減少を確認し、地震波低速度層の起源物質の有力な候補となりうることが判明した。また、マントル最下部の電気伝導度の見積もりを、実験データを用いて行った結果、非常に電気伝導度が高い層が存在することがわかり、この結果は、地球磁場の変動を説明しうることが明らかになった。来年度は、マルチ分光装置を用いた、複数の物性の同時測定を高圧高温条件下で行い、これまで、測定困難であった、液体の物性測定を開始する予定である。本研究では,地震学的観測から報告されている下部マントル最下部での地震波の低速度層に注目した研究を遂行している。その目的ため,マントル物質やコア物質の物性について,高温高圧条件でのその場測定をすることを目標としている。この問題を解明するためには,液体鉄とケイ酸塩鉱物の反応を無視できない。なぜならば,低速度層はコア・マントル境界に存在するからである。そこで本年度は,流体鉄とケイ酸塩マントル物質の反応物と考えられている珪化鉄について研究を行った。その結果,珪化鉄は,マントル最下部に相当する温度圧力では、B2型結晶構造をとることが明らかになった。そして,その結晶構造では,珪化鉄の電子状態は,低スピン状態であることが見積もられた。この鉱物から推定される地震波速度は,ケイ酸塩マントル物質より十分に小さく,マントル最下部の低速度層を説明することが可能であると考えられる。次に,炭化鉄についても,同様の研究を行った。炭化鉄は高圧条件でも構造相転移を起こさないことが確認された。一方,磁気相転移が起こることが判明し,下部マントルに相当する約50ギガパスカルで高スピン状態から,低スピン状態へ相転移することが判明した。この磁気相転移は,他の物性についても大きな影響を与えると予想されるので,来年度は,磁気相転移に伴う物性の変化を明らかにしたいと考えている。本研究課題の目的は、地震学的観測から報告されている下部マントル最下部での地震波の低速度層の起源を解明することである。その目的ため、マントル物質およびコア物質の物性特性について、高温高圧条件でのその場測定を行うことを試みた。最終年度では、純鉄と流体鉄とケイ酸塩マントル物質の反応物の一つと考えられている炭化鉄について研究を行った。その結果、純鉄は、地球下部マントルに相当する圧力条件では、磁気相転移を起こし、反強磁性体から常磁性体へ変化が起こることを確認した。つまり、コア・マントル境界に相当する圧力条件では、常磁性体の純鉄が安定であり、常磁性体の物性を用いて、地震波速度の見積もりを行うことが必要であることが判明した。また、炭化鉄の研究においても、強磁性体から常磁性体への磁気相転移が起こることを確認し、常磁性体の弾性波速度の見積もりを行った。これまでの研究結果から考察すると、下部マントル最下部での地震波の低速度層は、固体の物性変化のみでは説明することが困難である。これらのことから、低速度層の起源として、液体の存在が必要であることが導かれた。低速度に対する寄与としては、ケイ酸塩メルトより、鉄のメルトの方が大きく、少ない量で、低速度領域を形成することが可能である。一方、下部マントルに相当する温度では、温度が低すぎるため純鉄のメルトは固化してしまい、安定ではない。したがって、ある程度の軽元素が溶け込んだ

鉄メルトであることが必要であることが導かれた。ケイ酸塩メルトの可能性については、ある程度の量のケイ酸塩メルトが存在すれば、低速度を説明できる。しかし、この場合、多量のメルトは浸透流により、上方へ移動していってしまい、安定に存在することは難しい。可能性としては、固体よりも密度が大きいケイ酸塩メルトの存在が必要であることが判明した。
呼吸鎖末端酸化酵素シトクロム bd の基質複合体構造解析

本研究の目的は呼吸鎖電子伝達系の主要な膜蛋白質群である膜蛋白質複合体シトクロムbd (Cytbd)と基質との新規な複合体構造を高分解能で決定し、低酸素条件下という特異的な環境で働くCytbdの電子伝達機構の詳細を原子レベルで解明することである。本研究では基質との高品質共結晶の作製と得られた高品質結晶の損傷を抑えた回折強度測定に向けた解決策を実施し、最高回折分解能4.8A分解能の回折強度データを収集することが出来た。その回折強度データを収集し、分子置換による初期位相の決定ならに構造構築、精密化を行ったが、基質部分の電子密度部分など新規な構造知見を得るには至らなかった。本研究は、呼吸鎖電子伝達系の主要な膜蛋白質群の中で唯一結晶構造が明らかにされていない膜蛋白質複合体シトクロムbd(Cytbd)の新規な構造を決定し、低酸素条件下という特異的な環境で働くCytbdの電子伝達機構を原子レベルで解明することを目的とする。すでに、Cytbd複合体の結晶を得ており、6オングストローム分解能の回折強度データを収集しているが、詳細な反応メカニズムの解明には、基質結合部位のより高分解能での構造決定が必須である。そこで、本研究では、基質との高品質共結晶の作製と得られた高品質結晶の損傷を抑えた回折強度測定に向けた解決策を実施し、Cytbd基質複合体の立体構造を3オングストローム分解能以上の高分解能で解明することを目的としている。本年度、我々は基質複合体の高分解能結晶を作製するために、まず現結晶のさらなる高分解能化として、8種類の界面活性剤を選抜し結晶化スクリーニングの末、2種類の界面活性剤で回折測定に用いるサイズの結晶最適化に成功した。またCytbd複合体のさらなる均一化を目的とした基質複合体結晶の作製を実施したところ、現結晶と異なる結晶化条件で結晶を得た。これら得られた結晶はSPring-8の生体超分子専用ビームラインBL44XUにおいて回折測定を実施し、最高回折分解能6オングストロームと現結晶と同程度の反射であった。今後は、基質複合体結晶の高分解能化に向けて、さらなる結晶最適化を進める。シトクロムbd (Cytbd)基質複合体の高分解能化に向けて、本年度は以下の3項目を実施した。まずは、(1)界面活性剤のスクリーニングを実施した。膜タンパク質の結晶化成功の鍵を握っているのが界面活性剤の選択である。今回、界面活性剤の選抜はイオン交換カラムでの脱離をさけるため、非イオン性界面活性剤を中心に8種類選抜し、基質を加えた結晶化サンプルを用いスクリーニングを行った。そのうち2種類の界面活性剤で回折測定サイズの結晶を得ることに成功した。次に(2)結晶中の分子パッキング向上を目指した脂質キュービックフェーズ(LCP)法を実施した。その結果、微結晶を得ている。これら結晶化の改善策と平行して、(3)新たに耐熱性のCytbd複合体結晶作製による分解能向上を目指し耐熱性シアノバクテリアの発現系構築を行った。発現系構築には成功したが、現時点で生産量が低いことから、今後発現検討中する必要がある。以上の結果より、本年度の実施事項はおおむね順調に進んでいる。本研究は、呼吸鎖電子伝達系の主要な膜蛋白質群である膜蛋白質複合体シトクロムbd(Cytbd)と基質との新規な複合体構造を高分解能で決定し、低酸素条件下という特異的な環境で働くCytbdの電子伝達機構の詳細を原子レベルで解明することを目的とする。申請者は、すでにCytbd複合体の結晶を得ており、6オングストローム分解能の回折強度データを収集しているが、詳細な反応メカニズムの解明には、基質結合部位のより高分解能での構造決定が必須である。しかしながら昨年度、申請者は精力的にCytbd複合体結晶の分解能の向上に努めていた矢先、Cytbd単体の結晶構造決定が欧州のグループよりなされた(3.05オングストローム分解能)。そこで、本研究では基質との複合体結晶のさらなる高分解能構造決定(3オングストローム分解能以上)を目指し、基質との高品質共結晶の作製ならびに得られた高品質結晶の損傷を抑えた回折強度測定に向けた解決策を実施した。本年度も引き続きCytbd複合体のさらなる均一化を目的とした基質複合体の高分解能結晶の作製に着手した。本年度はまず昨年度に界面活性剤のスクリーニングによって得られた選抜条件を用い、Cytbd複合体結晶を量産した。得られた結晶は回折データ測定時の扱いによる損傷を回避する必要がある。そこで、その解決策として、4つの手法;(1)抗凍結剤の最適化、(2)結晶凍結時の脱水効果、(3)高圧凍結法、(4)回折データ測定時の新規な脱水法を実施した。その結果、結晶凍結時の脱水効果で基質複合体結晶の最高回折分解能は6オングストロームから4.8オングストローム分解能へと向上した。現在、さらなる分解能の向上に向けて最適化を進めている。シトクロムbd (Cytbd)基質複合体の高分解能化に向けて、本年度は以下の4項目を実施した。

まずは、(1)抗凍結剤の最適化を実施した。抗凍結剤の検討が不十分だと、抗凍結処理の段階で結晶を劣化させることがある。そこで、得られた結晶の抗凍結剤のスクリーニングを行い、段階的に抗凍結剤濃度を上げることで結晶損傷の軽減を試みた。その結果、結晶のモザイク性がやや向上したが大きな分解能の改善には至らなかった。次に(2)結晶凍結時の脱水効果を検討した。結晶凍結時のポリエチレングリコール(PEG)による脱水操作に取り組み、浸漬するPEG濃度、結晶浸漬時間などの数多くの条件検討を繰り返し行った。その結果、最高到達分解能が6オングストロームから4.8オングストローム分解能に向上し、結晶のモザイク性も向上した。続いて得られた結晶の凍結法として(3)高圧凍結法を実施した。高圧凍結法は蛋白質結晶を高圧条件下(150 MPa以上)で凍結させることにより、抗凍結剤なしでも結晶にダメージを与えずに凍結する方法である。しかしながら、本結晶は凍結時にクラックが入るなどダメージが大きく、条件検討を行ったらが分解能が向上することはなかった。さらに(4)回折データ測定時の新規な脱水法を取り入れた。この方法は結晶を水溶性高分子の水溶液でコーティングした状態で、回折装置にマウントした後、湿度を調整したガスを吹き付ける新規な脱水法(Humid Air and Glue-coating method )である。この手法でも本結晶の分解能向上には至らなかった。しかしこの脱水法から、本結晶は90%以上と高湿度でないと安定でないことがわかった。以上の結果より、本年度の実施事項はおおむね順調に進んでいる。本研究は、呼吸鎖電子伝達系の主要な膜蛋白質群である膜蛋白質複合体シトクロムbd(Cytbd)と基質との新規な複合体構造を高分解能で決定し、低酸素条件下という特異的な環境で働くCytbdの電子伝達機構の詳細を原子レベルで解明することを目的とする。申請者は、すでにCytbd複合体の結晶を得ており、6オングストローム分解能の回折強度データを収集しているが、詳細な反応メカニズムの解明には、基質結合部位のより高分解能での構造決定が必須である。しかしながら申請者が精力的にシトクロムbd複合体結晶の分解能の向上に努めていた矢先、シトクロムbd単体の結晶構造決定が欧州のグループよりなされた(3.05オングストローム分解能)。そこで、本研究では基質との複合体結晶のさらなる高分解能構造決定(3オングストローム分解能以上)を目指し、基質との高品質共結晶の作製ならびに得られた高品質結晶の損傷を抑えた回折強度測定に向けた解決策を実施した。本年度も昨年度に引き続きCytbd複合体のさらなる均一化を目的とした基質複合体の高分解能結晶の作製に着手した。本年度はこれまで数種類の界面活性剤のスクリーニングによって得られた選抜条件を用い、Cytbd複合体結晶を量産した。得られた結晶を用いて、再結晶化に取り組み、より純度の高い結晶を作製した。そこで得られた結晶は回折データ測定時の扱いによる損傷を回避するために、抗凍結剤の最適化ならびに結晶凍結時の脱水法の検討を重ねた。その結果、結晶凍結時の脱水効果で基質複合体結晶の最高回折分解能は6オングストロームから4.8オングストロームへ向上した。その回折強度データを収集し、分子置換による初期位相の決定ならにに構造構築、精密化を行った。しかしながら基質部分の電子密度部分など新規な構造知見をを得るには至らなかった。
罹病高齢者の生活習慣病修飾因子と生命予後情報を用いた運動処方最適化指針基盤の確立

国民的疾患である心筋梗塞発症後において適切な運動が、長期予後を改善することが期待されている。しかし、real-worldでの実情は明らかでなく、大阪急性冠症候群研究会に登録された急性心筋梗塞生存退院例5170例において運動習慣・能力との5年予後との関連の調査を行い運動の意義について検討した。退院後の定期的運動習慣は22.3%のみに認められ、5年間の累積死亡率は3.47%と非定期的運動群7.94%に比し有意に少ないが、梗塞サイズなどの多変量解析により有意差は消失した。しかし高運動強度、運動習慣の獲得と予後改善効果は有意に関連しており、心筋梗塞後の運動習慣獲得の意義が示された。平成25年度は、1心筋梗塞前後の運動状況、生活因子の情報の収集、2新規データ、血清サンプルの登録、3既存凍結血清サンプルの計測、4既存症例での運動の健康予後、生命予後の及ぼす影響の独立性について統計的検討の4つの作業を行った。本研究開始前に、急性冠症候群研究会には11517例の心筋梗塞症例が登録されていたが、平成25年度中に登録症例数を12025例まで計508例の症例を追加することができた。これらの症例のデータは、入院時から退院までの身体病態所見、治療内容に加えて、退院後3か月、1年目に実施する予後調査ならびにアンケート調査結果から構成されており、本研究費を用いそのデータの検証、データ入力作業を実施した。特に身体所見データや検査データの不一致項目に関しては、入力ミス、調査ミス、本人の思い違いなどの存在の可能性があり、心臓専門医による再調査を実施しつつデータの正確性を期すこととした。今後時間を経てさらにデータが集積される予定であり、継続してデータベースの構築充実を推進する予定である。平成25年度中に調査可能な身体運動強度(Mets)と心筋梗塞発症前後の運動習慣は2000例程度を予定していたが、2000例以上の調査結果が集積され、これまでに1800例程度の症例のデータの入力が完了している。これまでの概略では、定期的な運動習慣がない症例は、定期的運動習慣を有する症例の4倍に達しており、心筋梗塞後に定期的な運動が勧められているにも関わらず実施率は極めて低率であることが特徴的である。特に女性、心不全症状を入院時に合併した例、多枝病変例で低値であり、今後の症例の増加と解析が期待される。また退院後の運動習慣の有無は、心不全所見などの患者背景を加味しても独立した生命予後規定因子であることが示されており、今後さらに症例数を増して検討を実施する予定である。平成26年度は、1心筋梗塞前後運動状況、生活因子の情報の収集2血清サンプルの測定と登録3既存症例での運動の健康予後、生命予後の及ぼす影響の独立性について統計的検討の3つの作業を行った。本研究開始前に、急性冠症候群研究会には11517例の心筋梗塞症例が登録されていたが、平成25年度中に登録症例数を12025例まで登録されている。今年度においては、経験あるコーディネーターの雇用が困難であったことから、新規の症例の登録作業は、本経費を用いて実施せず、運動に関する調査データの検証、データ入力作業を実施した。特に身体所見データ検査とデータの不一致項目に関しては、入力ミス、調査ミス、本人の思い違いなどの存在の可能性があり、心臓専門医による再調査を実施しつつデータの正確性を期した。運動能力などに関するデータは25年度中に1800例程度の症例のデータの入力が完了していた。今年度においては、調査可能な身体運動強度(Mets)と心筋梗塞発症前後の運動習慣データは2000例程度の調査結果確定、入力を予定していたが、2000例以上の調査結果が集積され、平成26年度末までに症例のデータは約3900例弱に達した。調査に対する想定以上の協力が得られていると評価できる。これまでの概括的な解析では、定期的な運動習慣にない症例は、定期的運動習慣を有する症例の4倍に達しており、この傾向は、昨年度末の解析と同じ傾向であった。一般に心筋梗塞後に定期的な運動が勧められているにも関わらず実施率は極めて低率であることがより明白となった。特に女性、心不全症状を入院時に合併した例、多枝病変例で低い傾向にあった。また退院後の運動習慣の有無は、心不全所見などの患者背景を加味しても独立した生命予後規定因子であることがより確実に示され、今後さらに症例数を5000例程度に増して最終的な検討を実施する予定である。平成27年度は、1心筋梗塞前後運動状況、生活因子の情報の収集と入力作業、2運動の健康予後、生命予後の及ぼす影響の統計的検討、3研究成果の総括ならびに学会での成果の公表を実施した。昨年度までに約3900例のデータの入力を終了していたが、本年度の解析までに心筋梗塞発症後5年予後を追跡しえた症例5170例データの入力・検証を終えた。退院後の定期的運動習慣は1180例(22.3%)にあり、5年間の累積死亡率は3.47%と非定期的運動群(3990例)7.94%に比し少ないが(log-rank p<0.001)、多変量解析の結果adjusted HR 0.66(95%CI 0.38-1.07, p=0.088)と有意差はなかった。

運動強度別に4群に分けると運動強度の最も低い群で(median 4.5Mets, n=1911)で累積死亡率が10.9%と他の群Q2(5.5Mets, n=681)の4.7%、Q3(6.5Mets, n=1261)の3.1%, Q4(7.5 Mets, n=1365)の2.7%より有意に高かった(Logrank p<0.001)。心筋梗塞発症前後の運動習慣の変化を検討すると、退院後に運動を中止した群で予後が最も悪い傾向(9.9%)にあった。発症前に運動習慣がなく発症後に運動を開始した群では3.1%と低率であった。退院後の運動習慣消失と関わる因子は、NYHA2以上HR0.36(95%CI 0.23-0.55, p=0.00)、運動を新たに開始する因子は、男性2.94 β遮断薬1.33スタチン1.59であった。運動習慣がある場合の心臓死36人中10人は0.85%と非心臓死1.86%より低値であったが、運動習慣がない場合は心臓死2.16%、非心臓死2.76%と心臓死の割合が高値であった。本研究成果は米国心臓学会(平成28年3月)にて公表した。国民的疾患である心筋梗塞発症後において適切な運動が、長期予後を改善することが期待されている。しかし、real-worldでの実情は明らかでなく、大阪急性冠症候群研究会に登録された急性心筋梗塞生存退院例5170例において運動習慣・能力との5年予後との関連の調査を行い運動の意義について検討した。退院後の定期的運動習慣は22.3%のみに認められ、5年間の累積死亡率は3.47%と非定期的運動群7.94%に比し有意に少ないが、梗塞サイズなどの多変量解析により有意差は消失した。しかし高運動強度、運動習慣の獲得と予後改善効果は有意に関連しており、心筋梗塞後の運動習慣獲得の意義が示された。これまでのところ平成26年度は、計画通りに運動機能に関する調査、データの整合性チェック、匿名化、データ入力・データベース整理が実施できている。優秀なコーディネータの確保は、人件費の高騰などの昨今の事情から本研究費の範囲での雇用は困難であったため、新規症例の登録は断念した。しかし運動能力に関する調査について十分な協力が得られており、約2000例の入力を今年度中に完成することができた点で、十分に当初の目的を達成したと評価できる。さらに生存退院例のなかから、自律的に運動能力アンケート調査に協力可能であるのは全例の50%程度と想定していたが、これまで合計約3900例のデータが集積されており、研究2年目としては、順調な進展であると評価できる。現在の入力データの解析では患者背景(年齢、性別、BMI,高血圧、糖尿病、高脂血症、喫煙歴、退院時主要処方薬であるアンジオテン系薬、β遮断薬、Ca拮抗薬、スタチン、利尿薬、抗血小板薬、硝酸薬、再灌流療法有無、退院後3か月のNYHA分類、独居、SDS値、METS)で補正しても、退院後の運動習慣の有無は独立した生命予後の規定因子であり、この結果をこのような多数の症例数で証明できたことは、そのインパクトが非常に大きいことを意味する。当初の予定通り運動習慣の予後に及ぼす影響の独立性が確保されたことより、今後は症例数の増加に集中するだけでなく、個別の要因に関する調査、層別解析の実施に向けて、より詳細なデータの集積と解析に着手できることになった。例えば、発症前の定期的運動習慣と予後との関連、運動習慣の獲得ならびに喪失に関わる身体的所見、病態などが検討可能となるよう最終年度に向けて準備中である。循環器内科学および健康科学予後情報の収集と入力と集積したデータの解析、さらに業績の公表を行う。最終的には5000例以上のデータベースの構築を目指す。
鉱質コルチコイド受容体活性化に伴うエピジェネティクス異常の解明

本研究では、肥満や塩分過剰摂取などの環境因子と関連した食塩感受性高血圧や腎障害の発症原因の探求を目標とし、食塩感受性高血圧モデル動物の腎尿細管におけるNa排泄機構異常の解析を行った。腎臓におけるNa再吸収の調整因子としては交感神経系、RAA系、インスリンなどが知られるが、そのエフェクターとして、肥満高血圧ラットにおいてはヘンレ係蹄太い上行脚のNa+-K+-2Cl-共輸送体(NKCC2)の亢進が関与している事が示唆された。申請者は過剰食塩摂取がどのように、このNKCC2の異常を招き、肥満における高血圧発症に関わるかを解析し、関連遺伝子のエピジェネティクス異常の関与につき検討している。近年、塩分の取り過ぎや過食といった生活習慣の変化に伴い、アルドステロン-鉱質コルチコイド受容体(MR)系の過剰な活性化が生じ、高血圧や心血管病、慢性腎臓病など予後を規定する疾患の発症に関わることが注目されている。特に近年増加しているメタボリックシンドロームや肥満では、レニン-アンジオテンシン-アルドステロン(RAA)系が亢進し、食塩感受性高血圧や腎障害を合併しやすいことが知られているが、詳細な発症機序は未解明である。血圧の食塩感受性を決定するものにアルドステロンーMR系を初めとする腎臓のNa排泄機構異常があると考えられ、申請者らも既報で低分子量G蛋白Rac1がアルドステロン非依存性にMRを活性化し腎障害を引き起こすこと(Shibata S. et al., Nat Med, 2008)、食塩感受性動物では食塩刺激によるRac1の活性化が生じ、MR活性化を惹起して、食塩感受性高血圧や食塩依存性腎障害の発症を決定づける事を示してきた(Shibata S. et al., J Clin Invest. 2011)。本研究では、肥満や塩分過剰摂取などの環境因子と関連した食塩感受性高血圧や腎障害の発症原因の探求を目標とし、食塩感受性高血圧モデル動物を用いた、腎尿細管におけるNa排泄機構の解析を行っている。腎臓からのNa再吸収の調整因子としては交感神経系、RAA系、インスリンなどが知られ、そのエフェクターとして、近位尿細管のNa+/H+交換輸送体(NHE-3)及びNa+-HCO3共輸送体(NBCe1)系、ヘンレ係蹄太い上行脚のNa+-K+-2Cl-共輸送体(NKCC2),遠位尿細管のWNK4- Na+-Cl-共輸送体(NCC)系、遠位尿細管集合管のRac1-MR系及び上皮性ナトリウムチャネル(ENaC)があり、Na再吸収が制御されている。申請者はこれらをターゲットとし、食塩刺激がどの調整因子と連関し、どの部位のNa再吸収機構異常を招いているかを解析している。さらにその異常が、環境因子によるエピジェネティクス修飾と関連しているかを今後解析予定である。特に近年増加している、メタボリックシンドロームや肥満では、レニン-アンジオテンシン-アルドステロン(RAA)系が亢進し、食塩感受性高血圧や腎障害を合併しやすいことが知られているが、詳細な発症機序は未解明である。腎臓内科学食塩感受性動物モデルの確立に時間を要したため。食塩感受性

高血圧症や腎障害を示す、適切な食塩負荷週齢、負荷期間、食塩の負荷量、用いるラットやマウスの種の予備検討が予想以上に時間や労力を要した。1)食塩負荷により影響を受ける、遠位尿細管のRac1-MR系を初めとしたNa再吸収機構とその調節因子を同定し、これらの責任遺伝子や下流および関連遺伝子が食塩負荷によりどのようなエピジェネティクス異常を介して食塩感受性高血圧や腎症の発現に関わっているかを、DNAメチル化修飾薬やヒストン修飾薬などによる動物モデル投与で治療が可能かを検証する。2)DNAメチル化プロファイルは組織間や組織構成細胞毎に全く異なるため、病態動物モデルの解析の際に、糸球体や尿細管などの部位毎、あるいは近位尿細管もしくは遠位尿細管分画等に分けて細胞を分取し、食塩負荷などの環境要因で生じるDNAメチル化異常を解析することが必要であり、セルソーターによる分離を検討している。
ポリアミノ酸合成酵素を用いた新規生分解性高分子合成法の開発

高分子材料の利用の増加に伴い、廃棄された高分子材料による環境汚染が問題となっている。この問題の解決策の一つとして自然界の循環サイクルに組み込まれる生分解性高分子材料の利用、開発がある。しかし、現在、使用または研究されている生分解性プラスチックの多くは脂肪族ポリエステルから生り、機械的強度などの物性面で汎用性高分子に劣ることが、その利用の拡大を妨げている。一方、シルクなどのアミノ酸を構成単位としたポリペプチドからなる繊維は機械的強度に優れた生分解性材料であるが、大量生産が困難であり、高価格になる。そこで、任意のアミノ酸を基本構造とするポリアミノ酸の合成法を確立できれば、高性能な生分解性高分子材料の開発が可能になる。本研究はで微生物が産生するポリアミノ酸合成酵素を行いた新たなポリアミノ酸合成法の確立を目指す。そのために申請者は交付期間内において新規ポリアミノ酸合成酵素の探索を行う。昨年度までに環境からポリアミノ酸を合成する様々な微生物の単離を試みるために、スクリーニング方法を確立した。様々な環境中から微生物を分離し、富栄養寒天培地上で生育させた。生育した菌体のコロニーを観察し、粘性の高そうな菌体を選別した。この菌体を液体培地中で培養した。数日間培養後、遠心分離により培養上清を得た。この培養上清を純水中で透析し、低分子化合物を除去した。得られた高分子化合物の分子量を高速液体クロマトグラフィーにより測定し、微生物による生成物が高分子化合物であることを確認した。さらにこの高分子化合物をエタノール沈殿により粗精製した。得られた高分子化合物がポリアミノ酸であるかを確認するため、6N塩酸を加え、加水分解しポストカラム法によるアミノ酸分析を行った。約150サンプルについて分析を行い、新規ポリアミノ酸含むと思われる高分子を生産する微生物を単離した。この微生物の遺伝学的性質について調べた結果、本微生物はBacillus属の微生物であることが明らかとなった。そのために申請者は交付期間内において新規ポリアミノ酸合成酵素の探索及び進化工学的手法によるポリアミノ酸合成酵素の機能改変を行う。本年度は環境からポリアミノ酸を合成する様々な微生物の単離を試みるために、スクリーニング方法の確立を行った。まず、様々な環境中から微生物を分離し、富栄養寒天培地上で生育させた。この方法によりポリアミノ酸を生産する微生物のスクリーニングが可能となった。次年度は本年度において確立したスクリーニング方法により目的の微生物の探索を行う。昨年度は環境からポリアミノ酸を合成する様々な微生物の単離を試みるために、スクリーニング方法を確立した。本年度はこのスクリーニングを試みた。

得られた高分子化合物がポリアミノ酸であるかを確認するため、6N塩酸を加え、加水分解しポストカラム法によるアミノ酸分析を行った。約150サンプルについて分析を行い、新規ポリアミノ酸としてアスパラギン酸を含むと思われる高分子を生産する微生物を単離した。今後は本微生物の性質について明らかにする。高分子材料の利用の増加に伴い、廃棄された高分子材料による環境汚染が問題となっている。この問題の解決策の一つとして自然界の循環サイクルに組み込まれる生分解性高分子材料の利用、開発がある。しかし、現在、使用または研究されている生分解性プラスチックの多くは脂肪族ポリエステルから生り、機械的強度などの物性面で汎用性高分子に劣ることが、その利用の拡大を妨げている。一方、シルクなどのアミノ酸を構成単位としたポリペプチドからなる繊維は機械的強度に優れた生分解性材料であるが、大量生産が困難であり、高価格になる。そこで、任意のアミノ酸を基本構造とするポリアミノ酸の合成法を確立できれば、高性能な生分解性高分子材料の開発が可能になる。本研究はで微生物が産生するポリアミノ酸合成酵素を行いた新たなポリアミノ酸合成法の確立を目指す。そのために申請者は交付期間内において新規ポリアミノ酸合成酵素の探索を行う。昨年度までに環境からポリアミノ酸を合成する様々な微生物の単離を試みるために、スクリーニング方法を確立した。様々な環境中から微生物を分離し、富栄養寒天培地上で生育させた。生育した菌体のコロニーを観察し、粘性の高そうな菌体を選別した。この菌体を液体培地中で培養した。数日間培養後、遠心分離により培養上清を得た。この培養上清を純水中で透析し、低分子化合物を除去した。得られた高分子化合物の分子量を高速液体クロマトグラフィーにより測定し、微生物による生成物が高分子化合物であることを確認した。さらにこの高分子化合物をエタノール沈殿により粗精製した。約150サンプルについて分析を行い、新規ポリアミノ酸含むと思われる高分子を生産する微生物を単離した。この微生物の遺伝学的性質について調べた結果、本微生物はBacillus属の微生物であることが明らかとなった。
建材からのラドン散逸率の湿度依存性に関する研究

本研究は、コンクリートからのラドン散逸率が湿度環境によって変化する様子を捉えるものである。作成日と組成の同じコンクリート片(15cm径×5cm厚)3個について、まず、質量が一定値に落ち着くまで105°Cで乾燥させた。その後、ラドン散逸面を限定するため、側面をプラスチックフィルムで巻いて隙間を接着剤で埋めた。ラドン散逸率測定は、検討の結果、コンクリート片を容器にいれて一定時間蓄積したラドンを電離箱に捕集し測定する方式とした。3つのデシケータにそれぞれコンクリート片を入れ、除湿空気、加湿空気、これらの混合空気をそれぞれ約1リットル/分で流した。湿度をコントロールしやすいように曝露系全体を恒温器に入れ、30°Cに制御した。各デシケータの温湿度はセンサによって連続測定している。湿度は、絶対湿度で3、10、25g/m^3の3種類に設定した。これらは乾燥状態(対照)、冬場、夏場の湿度に対応する。曝露開始から1ヵ月後のコンクリート片の含水率はそれぞれ0.1、0.6、1.1%であった。含水率は乾燥重量との重量差を乾燥重量で除した値とした。一方でラドン散逸率はそれぞれ0.26、0.28、0.54Bq/(m^2・h)であった。曝露実験はまだ途中段階であるが、湿度環境の差異によるコンクリート片からのラドン散逸率の変化を観測できた。この傾向は、低換気率室内における空気中ラドン濃度の季節変化の測定結果とほぼ一致している。夏場は冬場の2倍程度の濃度になる。著者らは、この要因は壁からのラドン散逸率の季節変動であり、それにはコンクリート中の水分が関与していると予想している。本研究の現段階の測定結果はこれを支持している。今後、この曝露実験を継続し、長期間曝露の効果を確認していきたい。