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世界文学に見られる離散をめぐる、エクリチュールのあり方の統合的研究

三人の研究者がそれぞれ違う言語圏に赴き「離散のエクリチュール」をめぐって研究者や思想家と意見の擦り合わせを行なった。Christine Ivanovic教授、Lydia Mischkulnigウィーン教授、Leopoldo Federmair教授を招き、国際シンポジウム"Creating the World Literature : Diaspora, Trans-ethnicity, and Language Struggle"を開催。英語による報告書をまとめた。「離散の歴史的な意味と言語的混淆特質」をめぐって多角的な視野から語り合い、「離散のエクリチュール」の更なる統合的検討をはかった。初年度は、代表者と分担者がそれぞれ、調査の対象としている国の研究機関へ行き、資料収集を行なった。代表者の越川は、8月から9月にかけてキューバのハバナとサンティアゴでアフロ信仰の調査を行ない、アフリカ人の離散にまつわる資料を収集した。とりわけ、ハバナでは、サンテリアの秘儀であるイファ占いの修行の形態を調査することによって、これまでの研究書には書かれていない知見を数多く得た。10月には、シカゴのピルセン地区のチカーノミュージアムで、チカーノの離散の資料を収集した。分担者の合田は、8月にパリのフランス国立図書館にて、ジャン・ポーランのマダガスカル滞在、哲学者ジャン・ヴァールとマルチニックの詩人・思想家エドゥアール・グリッサンの関係について調査し、ユダヤ系の離散に関する資料を収集した。分担者の土屋は、9月に3週間ウィーンに滞在し、越境作家たちと意見交換し、さらにウィーン大学図書館、国立図書館および文学館にて、ドイツ語圏文学の離散をめぐる資料を収集した。11月2日、6名のドイツ語圏越境作家を招待して国際シンポジウム「文学における間文化性」を行い、アイデンティティ、異邦性、他者性、規範言語と逸脱など、ドイツ語圏文学の離散をめぐる根源的な諸問題について知見を深めた。報告集「文学における間文化性ー地域的、国民的、大陸的アイデンティティの諸相」を刊行した。今後は、各言語で行なっている「離散」をめぐるエクリチュールのあり方の類似性、相違点などを洗い直し、研究者相互間の共通理解を深めることが重要である。そのためにも、全員が揃って発表を行なう必要があるので、12月に、三人が参加する国際シンポジウムをひらくことにする。各研究者が現地調査をおこない、現地の作家、研究者、思想家と意見の擦り合わせをして、知見を深めた。代表者、越川芳明は、8月に1カ月キューバのハバナに滞在し、アフロ信仰サンテリアの司祭ババラウォの修行「クチジョ(生贄を殺すナイフの意)」の実践と調査、「イファ」占いと「エボ」と呼ばれる厄払いの方法の調査をおこなった。口頭による成果としては、「アフロ的文脈で読む『老人と海』」と題して、日本ヘミングウェイ協会シンポジウム「訪玖研究者によるヘミングウェイ」(2014年12月、関西学院大学)で発表した。分担者、合田正人の口頭メディアの成果としては、「ハンス・ヨナスの生命哲学と心身問題」と題して、京都ユダヤ思想学会第七回大会(2014年6月、関西大学)で研究発表、「「「肉」と「器官なき身体」」と題して、メルロ=ポンティサークル第20回大会(2014年9月、大阪大学人間科学学部)で講演、「縁から縁ージャック・デリダとジル・ドゥルーズ」と題して、「ジャック・デリダ没後10年記念シンポジウム」(2014年11月私立大学戦略的基盤形成支援事業、早稲田大学文化構想学部)で講演をおこなった。また活字メディアでの成果としては、「レヴィナスとラカンースピノザの徴しもとに」(『思想』岩波書店、2014年、4288-308頁)、『思想史の名脇役たち』(河出書房新社、2014年6月、288頁)を刊行した。各研究者が現地調査をおこない現地の研究者、思想家と意見交換をしたり、講演をおこなったりして知見を深めた。それとともに、国内では、各自の「離散(ディアスポラ)」をめぐる発表や論文を交換しあい、それぞれの個別発表の比較検討を通じて、初年度、二年度に共有した離散の概念を再検討した。代表者、越川芳明は、2015年8月14日9月12日までハバナに滞在し、サンテリアのババラウォの「イファ」占いと厄払い「エボ」の方法の調査をおこない、さらにハバナ大学文学部図書館でサンテリアについての資料収集をおこない、キューバの黒人文化における「離散」研究の成果をまとめた。論文「幻のキューバサンティアゴのブルへリア(八)」『四重奏』や、著書『あっけらかんの国キューバ革命と宗教のあいだを旅して』(猿江商会)などを刊行することによって、キューバの離散の黒人たちの思想に関して、イファ占いという技術の調査にによって知見を深めることができた。分担者、合田正人は、2015年8月9月6日まで、パリのフランス国立図書館およびカンヌの現代の記憶と出版会館文書館で文献調査をおこなった。日本ベルクソンプロジェクト「Memory and History」での招聘講演(法政大学)や、「ミシェル・アンリにおけるスピノザの蝕」『フラグメンテ』(法政大学出版局)などによってフランスのユダヤ系思想家たちのディアスポラ研究についての知見を深め、論文や講演でそれを世に問うた。分担者、土屋勝彦は、口頭発表として2015年5月にオーストリア文学協会で講演を行い、越境作家たちとも面談し意見交換した。さらに世界文学・ドイツ語圏文学・越境文学に関するいくつものシンポジウムを運営・司会することによって、ドイツ語圏現代文学におけるインターカルチュラリティの側面から、「離散」の文学研究に関する知見を深め、論文にまとめることができた。

三人の研究者がそれぞれ違う言語圏に赴き「離散のエクリチュール」をめぐって研究者や思想家と意見の擦り合わせを行なった。Christine Ivanovic教授、Lydia Mischkulnigウィーン教授、Leopoldo Federmair教授を招き、国際シンポジウム"Creating the World Literature : Diaspora, Trans-ethnicity, and Language Struggle"を開催。英語による報告書をまとめた。「離散の歴史的な意味と言語的混淆特質」をめぐって多角的な視野から語り合い、「離散のエクリチュール」の更なる統合的検討をはかった。平成26年度の目標は、平成25年度の文献調査で得られた知見をもとに、各研究者が現地調査(作家・思想家とのインタビュー、フィールド調査)をおこなうというものであった。具体的には(1)現地調査1作家・思想家とのインタビュー。実際に活発に執筆出版活動をしている作家や思想家らと面談し、疎外と同化の狭間で揺れ動く複数文化のアイデンティティ形成をめぐって、聞き取り調査をする。2フィールド調査。現地の研究者との討議や作家との聞き取り調査のあとに、実際に現地に赴き、作品の背景となっている地区(ベルリンのクロイツベルク、ハバナのマリアナオなど)での離散の民の営み(故郷から持ち込んだ生活様式、信仰様式など)を研究者自身が調査確認する。(2)分析。1作家とのインタビュー関して、テープおこしをおこない、文字資料として記録に残す。肉声・映像もビデオカメラやボイスレコーダーを使って、デジタルデータとして保存する。資料分析にあたり、文字資料だけでなく、映像資料も同時に用い、入念に分析する。2フィールド調査から得られた情報に関して、学術的な知見を踏まえ、研究者独自の視点から分析する。(3)報告会。12月に発表会をおこなう。「離散の歴史的な意味と言語的混淆特質をめぐって」。ゲスト講師として外部から講師を招聘して、知見を得る。以上の目標に対して、すべての項目で、順調に研究を進めることができた。とりわけ、私たちが重要視していた(3)の研究者間の研究の統合、擦り合わせであるが、12月に、三名の外国人研究者を招聘して、英語による、離散と世界文学をめぐる国際シンポジウム「Creating the World Literature : Diaspora, Trans-ethnicity, Language Struggle」をひらいて、知見をひろめ、かつ深くお互いに意見交換することができたのが大きな成果といえる。アメリカ文学最終年度の目標は、「研究の統合」である。(1)最終的な検討1研究者の個別発表および比較検討を通じて、初年度、二年度に暫定的に共有した離散(ディアスポラ)の概念を再度検討する。
"血管炎"におけるanionic sitesの電顕的観察

シューラーらによって開発されたポリエチレン・イミン法を皮膚組織へ適用し、電顕レベルで、陰性有電部位(アニオニック・サイト)の描出力に優れていること確認した。また、ウランを使ってブロック染色を施すことで、切片は無染色でも反応物が観察でき、皮膚組織のように血管、神経を含め複雑な構造をもつ組織で、アニオニック・サイトの分布を鮮明に知ることができることを発見した。血管炎の代表的皮膚疾患であるアナクイラクトイド紫斑の電顕標本の作成、観察の結果、血管内皮細胞の破壊によると考えられる細胞残渣が血管壁に認められる一方、血管壁の基底膜は多層化し、アニオニック・サイトが基底膜に沿って検出された。しかし、最内層の基底膜は欠損する部分があり、アニオニック・サイトも欠落する部分があった。しかしこの部でも少量の基底膜様物質の生成が部分的にあり、アニオニック・サイトが少数認められた。これらの所見は内皮細胞の破壊と再生を反映していると推測された。一方、血管炎を通常はおこさない炎症性疾患の代表として、尋常性乾癬をコントロールのひとつに取り上げ検討したところ、血管壁にアニオニック・サイトが瀰慢性に太く帯状に検出された。なお基底膜の新生部位と観察する目的で、自家培養表皮の表皮移植の検討を行ったところ、基底膜の新たに形成される部位でもアニオニック・サイトが少数認められた。なお、腫瘍の病変部では、基底膜そのものに種々の異常があった。良性上皮性腫瘍の腫瘍巣と真皮の境界部の基底膜は正常皮膚とほぼ類似の成績を得たが基底膜細胞上皮腫では反応物のサイズが小さく、有棘細胞癌では、基底膜が欠損ないしは断続的に存在し、アニオニック・サイトは基底膜の存在する部位に数、大きさとも小さく。アニオニック・サイトの形成不全があった。最初に、基底膜部にあるanionic sitesをポリエチレン・イミンを使って検出できるとするシューラーの報告に従って、皮膚組織においても、この方法が有効であるかどうかを検討した。その結果、生検皮膚組織を使用して、陰イオンの局在が確認された。正常皮膚組織は手術時の検体の一部を当てた。陰イオンの検出された部位は表皮角化細胞では基底細胞、有棘細胞の細胞表面であり、とくに微絨毛に一致して多数の陽性顕粒が証明された。表皮と真皮の境界部での基底膜は膜の両側に10nmの間隔で陽牲顕粒が検出された。この配列は賢でみられる所見と類似していた。真皮膠原線維では線維の横絞に一致して陽性顕粒があった。と同時に隣接する線維がこの陰イオンの部を介入して連絡している所見があり、陰イオンの本能とされるグリコサミノグリカンが線維間の連絡をしている可能性が示唆された。血管では多層化した基底膜が観察され、その膜には陽性顕粒が多数みられた。血管内皮細胞は血管腔を構成するが、その外側を基底膜がとり囲みその部はい-様に陰性に荷電している全体像が浮かんできた。一方のリンパ管は血管とは異なり、陽性顕粒が間質に少量検出される所見で、血管とリンパ管との区列にこの陰イオンの部位の有無が役立つと考えられた。正常皮膚組織に分布する肥満細胞、マクロファージ、リンパ球線維芽細胞にはこ陽性顕粒はほとんど検出できなかった。なお神経組織では基底膜に一致して陽性顕粒が検出された。

当初の目的である血管炎については、現在データーを蓄積している段階であるが、基底膜の多層化があり、陽性物質は基底膜、間質にも増加していて、そのなかにリンパ球、多核白血球が分布している。免疫物質の沈着部ではこのanionic sitesの減少、増加の両説があり、さらに検討を加えていく予定である。昨年度はポリエチレン・イミン法を使用し,基底膜部のアニオニック・サイトを検出する基礎的な検討を加えた.その結果,正常皮膚において,表皮・真皮の境界部の基底膜,血管の基底膜,神経の基底板に陽性反応物が観察され,シューラーの方法は安定した技術であることが確認された.そこで,今年は,血管炎をきたす可能性のあるアナフィラクトイド紫班,全身性紅班性狼瘡などの疾患の電顕標本の作成と観察,また正常のコントロールとして作成している腫瘍の病変部およびその隣接正常皮膚の観察をおこなった.とくに腫瘍と正常との差を中心に観察したところ,上皮性腫瘍の腫瘍と真皮の境界部の基底膜では脂漏性角化症などの良性腫瘍では正常皮膚とほぼ類似の成績を得たが,基底細胞上皮腫では反応物のサイズ,頻度が正常とは異なることが判明した.また悪性腫瘍である有棘細胞癌では,基底膜が欠損ないしは減弱するが,アニオニック・サイトは基底膜の存在する部位でわずかに検出されたが,数,大きさとも小さく,腫瘍性病変ではアニオニック・サイトに大きな変化がおこることが確認された.しかし,腫瘍部の間質側にある血管の基底膜は正常と類似の反応物の分布が見られた.ただし,リンパ球をはじめとする炎症性の細胞浸潤のある部位では間質に微慢性に反応物が検出される部位があった.一方,血管炎を通常はおこさない尋常性乾癬をコントロールのひとつに取り上げ検討したところ,この部位でもリンパ球,マクロファージの多い部位では血管の基底膜が判然とせず,さらにアニオニック・サイトが微慢性に検出された.最終年度はこれらの血管炎以外の疾患にける変化を参考にして,アナフィラクトイド紫班,全身性紅班性狼瘡などの疾患の血管での変化を観察し,まとめをしたい.前年度までの研究で、シューラーらによって開発されたポリエチレン・イミン法を皮膚組織へ適用し、電顕レベルでの陰性荷電部位(アニオニック・サイト)の抽出力に優れていることを確認した。また、ウランを使ってブロック染色を施すことで、切片は無染色でも反応物は観察でき、しかも、より鮮明に組織内での分布を知ることができることを発見した。最終年度である今回は、血管炎の代表的皮膚疾患であるアナフィラクトイド紫斑の電顕標本の作成、観察の結果、血管内皮細胞の破壊によると考えられる細胞残渣が血管壁に認められた。一方、血管壁の基底膜は多層化し、アニオニック・サイトが基底膜に沿って検出された。しかし、最内層の基底膜は欠損する部分があり、アニオニック・サイトも欠落する部分があった。しかし、この部でも部分的に少量の基底膜様物質の生成があり、アニオニック・サイトが少数認められた。これらの所見は内皮細胞の破壊と再生を反映していると推測された。一方、血管炎を通常はおこさない炎症性疾患の代表として、尋常性幹癬をコントロールのひとつに取り上げ検討したところ3つ血管壁にアニオニック・サイトが瀰浸性に太く帯状に検出された。なお基底膜の新生部位を観察する目的で、自家培養表皮の表皮移植の検討を行ったところ、基底膜の新たに形成される部位でもアニオニック・サイトが少数認められた。以上、血管炎の代表であるアナフィラクトイド紫斑では血管障害のある部での基底膜の多層化が観察されたが、それは血管内皮細胞の障害と再生の反映であり、アニオニック・サイトも基底膜とともに形成されていた。
癌形質の発現機構

癌化と密接に関連した細胞内シグナル伝達経路を探るために新たにラット線維芽細胞の変異株を樹立しこれを解析すると共に、これまでにこのシグナル経路の因子として同定したc-raf-1の下流因子を探った。最近SH2,SH3ドメインを持つgrb2がEGF受容体の下流シグナル伝達因子として提唱されたが、変異株の解析の結果、SH2,SH3ドメインを持つcrkII遺伝子に変異があり、正常なcrkII遺伝子によって相補されてEGFおよびPDGF受容体からのシグナルの伝達が回復することが分かった。その結果、最近提唱されたgrb2ではなくcrkIIがEGFおよびPDGF受容体からのシグナルトランスミッターであることが判明した。c-raf-1の下流因子に関しては、MAPキナーゼキナーゼ-MAPキナーゼの系が有力視されているが、c-raf-1のアンチセンスRNAを発現させてc-raf-1蛋白の発現を抑えた細胞で検討した結果、c-raf-1キナーゼはMAPキナーゼキナーゼの主要な調節因子ではないこと、さらに、MAPキナーゼキナーゼ-MAPキナーゼ系自体が癌化とは直接関連がないことが分かった。一方、癌の悪性化と密接に関連した染色体異常の発生機構を解明するために、動物細胞の細胞周期のG2期進行を抑制する新しい制御因子の単離同定を進めた。その結果、weelキナーゼを必要としない新しい細胞分裂抑制因子と見られるヒト遺伝子のクローニングに成功した。この蛋白の発現が癌細胞では極めて低下していること、ある癌細胞でこの遺伝子に突然変異があることが分かった。ラット線維芽細胞変異株を用いたこれまでの研究から、細胞内に増殖因子EGFとPDGFによる刺激を伝達する共通の経路があり、この経路がほとんどの発癌遺伝子による癌化シグナルを伝達する経路であることを明らかにした。更に昨年度、この経路の下流でc-raf-1キナーゼがシグナル伝達因子として介在していることを明らかにした。最近、c-raf-1の下流の伝達因子としてMAPキナーゼキナーゼ-MAPキナーゼの経路が示唆されている。そこで、この経路が癌化シグナルの伝達に係わっているか否かを明らかにするために、c-raf-1のアンチセンスRNAを発現しRaf-1キナーゼ蛋白の産生を低下させた細胞株(RCR)を作り検討したところ、癌化が抑制されたRCR株でも種々の発癌刺激に対して野生株と比較して反応が低下しているもののMAPキナーゼの活性化が起こること、更に、癌化を起こさない血清による増殖刺激でも同様に活性化が起こることから、MAPキナーゼの経路は、c-raf-1からの刺激を受けるにも係わらず、癌化のシグナルの伝達経路ではないと考えられた。現在、c-raf-1の下流因子を探索中であるが、MAPキナーゼキナーゼに類似したキナーゼの遺伝子を単離した。このキナーゼが癌化のシグナルの伝達に関与しているか否かを検討中である。一方、BALB/c3T3には、化学発癌剤に対して高感受性を示す親株と低感受性を示すヴァリアントが存在する。cDNA発現クローニング法を用いて高感受性を決定している遺伝子を単離したところ、蛋白合成に必須なEF1-αであることが判明した。細胞が増殖を停止し静止期に入ってもEF1-aの発現が停止せず増殖にコンピテントな状態にあることが高感受性の原因であることが解かった。これは、多段階発癌のメカニズムを理解するうえで極めて重要な知見と思われる。
イオン交換樹脂を用いたイオン性有機汚染物質の吸着性の評価

化学物質の環境及び生物影響評価を行うには化学物質の環境中・生体中における分配・吸着挙動を理解する必要がある。本研究ではイオン交換樹脂をイオン性有機汚染物質の分配・吸着挙動解明のためのモデル素材とみなし、バッチ及びカラム実験により多数のイオン性物質についてその吸着係数を測定した。得られたイオン交換樹脂への吸着係数は環境中・生体中における吸着係数と高い相関を示す場合もあり、後者の予測に用いる可能性が示唆された。本研究の目的は様々なイオン性有機汚染物質のイオン交換樹脂への吸着係数を測定し、土壌、底質有機物、粘土鉱物、タンパク質などの環境・生体成分への吸着係数と比較することにより、後者の予測法の確立及び吸着メカニズムの更なる理解を目指すことである。研究初年度であるH27年度は対象イオン交換樹脂の絞込みを目的として実験を行った。対象樹脂として、骨格構造やイオン交換基の種類の異なる4種類の陰イオン交換樹脂と2種類の陽イオン交換樹脂を選択した。吸着係数の測定はバッチ吸着実験により行った。バイアルにイオン交換樹脂、バッファー、イオン性物質一種を混合し、一定時間後に水中のイオン性物質濃度を測定し、その濃度から吸着係数を求めた。初期モデル物質として、ナフタレンの置換体である陰イオン性有機化学物質2種と陽イオン性有機化学物質2種を用いた。樹種の吸着性を評価するため、それぞれの物質・樹脂の組み合わせについて吸着平衡到達時間、吸着等温線、競合無機イオンによる吸着の抑制を検証した。その結果、以下のことが明らかとなった。1.実験条件をそろえた場合、吸着係数は芳香族系の樹脂において脂肪族系の樹脂よりも高かった。予想に反し、官能基の種類、組み合わせが吸着係数に与える影響は小さかった。2.吸着平衡到達時間においてもイオン交換樹脂の骨格構造の影響が強く、官能基の種類の影響は小さかった。3.吸着等温線はいずれの場合もフロイントリッヒ式によくフィットした。4.競合無機イオン濃度の影響は樹脂の官能基の種類に依存していた。以上から、少なくとも使用した初期モデル物質に関しては樹脂のイオン交換基よりも骨格構造の影響が吸着に強い影響を与えていることがわかった。競合イオンによる吸着抑制に関してのみイオン交換基の影響が強く見られた。フェノール系、3級及び4級アミンについては適当なモデル物質を見つけることができなかったため、予定していたすべての種類の物質について実験することはできなかった。しかしながら、本年度得られたデータは上述のように樹脂の構造と吸着の関係について非常に明瞭な傾向を示しており、研究初年度の目的である樹脂の絞込みを行うには十分な知見が得られている。従って、研究は概ね計画通り進捗していると評価する。第二年度(最終年度)は前年度の結果を元にイオン交換樹脂を脂肪族系の樹脂に絞り、対象とするイオン性物質の数を拡大して実験を行った。陰イオン交換樹脂2種類について、18種類の様々な構造を持つ陰イオン性有機化合物の吸着等温線を測定し、それぞれから吸着係数を算出した。得られた吸着係数を文献中の吸着・分配係数と比較したところ、筋タンパク/水分配係数と強いlog-log相関があることがわかった。特に弱塩基性陰イオン交換樹脂において強い相関が見られた(最大でR2 = 0.95)。有機イオンに関する吸着係数のデータとしてこれほど高い相関を示した例は研究代表者の知る限りない。一方、同じタンパク質でも血清アルブミン/水分配係数との相関はそれほど強くはなく(R2 < 0.55)、アルブミン結合の特異性が影響していると考えられる。イオン交換樹脂による吸着のデータをさらに拡充するため、海外研究機関と協力し共同でイオン交換カラムを用いたHPLC保持係数k'の測定を行った(k'は吸着係数と比例する)。強酸性陽イオン交換カラムでは61種類の陽イオン性物質、弱酸性陽イオン交換カラムでは24種類の陽イオン性物質、弱塩基性陰イオン交換カラムでは66種類の陰イオン性物質のデータを蓄積した。それぞれのデータセットを土壌有機炭素/水、粘土鉱物/水、血清アルブミン/水、筋タンパク質/水分配係数と比較したところ、ほとんどすべての場合でオクタノール/水分配係数(一般的な指標値)を用いるよりも高い相関が得られた。本研究ではイオン性有機化合物のイオン交換樹脂への吸着係数について、一定条件で測定された大きなデータセットを構築した。イオン交換樹脂への吸着係数は環境中・生体中における分配・吸着係数と高い相関を示す場合も見られ、後者の予測に用いる可能性が示された。H29年度は研究実施計画に記載の通り、対象とする樹脂を1,2種に絞込み、多種多様なイオン性物質数十種類を用いて物質間の吸着係数の比較を行う。そして得られたデータを文献中の有機物/水分配係数、粘土鉱物/水分配係数、タンパク質/水分配係数と比較する。環境化学実験消耗品の発注が年度内に間に合わず、当初見込み額と執行額がわずかに異なることとなった。当該消耗品は29年度に発注、納品されるため残った測定は今年度計画と合わせて実施する。
酸化触媒能を有する自己集合型大環状多核ルテニウム錯体の合成

非ヘム金属酵素であるメタンモノオキシゲナーゼ(MMO)は、温和な条件でアルカン類を酸素化しアルコールとすることが知られており、MMOをモデルとする遷移金属錯体触媒は次世代のすぐれた低エネルギー消費型酸素化触媒として期待されている。一方、金属錯体の自己集合を利用して容易に大環状あるいはかご型超分子多核錯体を形成させ、その空孔内に各種有機分子がゲストとして取り込まれることが知られている。そこでホストとなる大環状多核錯体に、我々がこれまで研究してきた、MMOの機能モデルでありアルカン酸素化の触媒能を有する単核ルテニウム錯体を組み込むことにより、酵素と同じく基質取り込み能力を持ち効率的にアルカン類の酸素化を行う、自己集合型大環状多核錯体によるモノオキシゲナーゼモデルを実現することが本研究の目的である。昨年度に引き続き、大環状多核錯体の合成を行った。従来は架橋配位子がシス位に配位した錯体を組み込んだ大環状多核錯体が研究されてきた。この場合、反応サイトは環に対して垂直方向にあり、一方取り込まれた基質は反応点から遠い場所に位置するため、高い反応性は期待できない。より効率的な触媒とするため、トランス位に架橋配位子を有する触媒錯体部位を組み込んだ大環状多核錯体を新たに設計した。まず、触媒錯体部位となりうるトランス配位型の単核ルテニウム錯体の探索を行った結果、トランス位にトリフェニルホスフィンが配位しだターピリジンルテニウム錯体が触媒能を有することを見出した。そこでこれと類似の構造を有する錯体を触媒錯体部位とする、Ru2Pt2大環状四核錯体の合成を次の二通りの方法で行った。まず前駆体である架橋配位子を有するルテニウム錯体と白金錯体を2対1で反応させることで、Ru-Pt-Ru三核錯体を合成し、ついでこれと白金錯体との反応によりRt2Pt2大環状錯体の合成に成功した。また、ルテニウム錯体と白金錯体を自己集合により一挙にRu2Pt2大環状錯体とすることを検討したところ、Ru2Pt2大環状錯体がえられることを確認した。非ヘム金属酵素であるメタンモノオキシゲナーゼ(MMO)は、温和な条件でアルヵンを酸素化しアルコールとすることが知られており、MMOをモデルとする遷移金属錯体触媒が次世代のすぐれた低エネルギー消費型酸素化触媒として期待されている。一方、金属錯体の自己集合により、容易に大環状あるいはかご型超分子錯体を形成させ、その空孔内に各種有機分子をゲストとして取り込むことができる。そこでこのホスト多核錯体に、我々がこれまでMMOの機能モデルとして研究してきた、アルカン類などの基質を酸化する触媒作用を有する単核ルテニウム錯体を組み込むことにより、酵素と同じく基質取り込み能力を持ち効率的にアルカン類のヒドロキシル化を行う、自己集合型大環状多核錯体モノオキシゲナーゼモデルを実現しようというのが本研究の目的である。これまでの研究で、あらかじめ4,4'-ビピリジンを配位させたビス(ビピリジン)ルテニウム錯体と(エチレンジアミン)パラジウム錯体を自己集合させることにより、酸化触媒能を持たない大環状Ru2-Pd2ヘテロ四核錯体が生成することが確認されている。そこで初年度は、これまでの研究で比較的高い触媒活性を示したトリス(1-ピラゾリル)メタン(tpm)を含むルテニウム錯体を同じ手法で自己集合させ、大環状Ru2-Pd2ヘテロ四核錯体に導入することを試みた。まずクロロビス(4,4'-ビピリジン)(tpm)ルテニウム錯体を合成し、これと[Pd(en)(N03)2]錯体を水/エタノール中で自己集合させたところ、そのNMRスペクトルからオリゴマーを含む複数の成分の生成が見られた。そこで次に1-アダマンタンカルボン酸存在下に自己集合させたところ、目的物と思われるピークのみが観測された。1-アダマンタンヵルボン酸がヘテロ四核錯体の空孔に内包されたため、大環状錯体のみが得られたものと考えられる。同様にして、白金錯体を用いて大環状Ru2-Pt2ヘテロ四核錯体の合成も行った。今後これらの錯体の性質、各種の有機基質との会合定数、触媒的酸化反応の検討を行う予定である。

より効率的な触媒とするため、トランス位に架橋配位子を有する触媒錯体部位を組み込んだ大環状多核錯体を新たに設計した。まず、触媒錯体部位となりうるトランス配位型の単核ルテニウム錯体の探索を行った結果、トランス位にトリフェニルホスフィンが配位しだターピリジンルテニウム錯体が触媒能を有することを見出した。そこでこれと類似の構造を有する錯体を触媒錯体部位とする、Ru2Pt2大環状四核錯体の合成を次の二通りの方法で行った。まず前駆体である架橋配位子を有するルテニウム錯体と白金錯体を2対1で反応させることで、Ru-Pt-Ru三核錯体を合成し、ついでこれと白金錯体との反応によりRt2Pt2大環状錯体の合成に成功した。また、ルテニウム錯体と白金錯体を自己集合により一挙にRu2Pt2大環状錯体とすることを検討したところ、Ru2Pt2大環状錯体がえられることを確認した。非ヘム金属酵素であるメタンモノオキシゲナーゼ(MMO)は、温和な条件でアルカン類を酸素化しアルコールとすることが知られており、MMOをモデルとする遷移金属錯体触媒は次世代のすぐれた低エネルギー消費型酸素化触媒として期待されている。一方、金属錯体の自己集合を利用して容易に大環状あるいはかご型超分子多核錯体を形成させ、その空孔内に各種有機分子がゲストとして取り込まれることが知られている。そこでホストとなる大環状多核錯体に、我々がこれまで研究してきた、MMOの機能モデルでありアルカン酸素化の触媒能を有する単核ルテニウム錯体を組み込むことにより、酵素と同じく基質取り込み能力を持ち効率的にアルカン類の酸素化を行う、自己集合型大環状多核錯体によるモノオキシゲナーゼモデルを実現することが本研究の目的である。昨年度に引き続き、大環状多核錯体の合成を行った。従来は架橋配位子がシス位に配位した錯体を組み込んだ大環状多核錯体が研究されてきた。この場合、反応サイトは環に対して垂直方向にあり、一方取り込まれた基質は反応点から遠い場所に位置するため、高い反応性は期待できない。まず、触媒錯体部位となりうるトランス配位型の単核ルテニウム錯体の探索を行った結果、トランス位にトリフェニルホスフィンが配位したターピリジンルテニウム錯体が触媒能を有することを見出した。まず前駆体である架橋配位子を有するルテニウム錯体と白金錯体を2対1で反応させることで、Ru-Pt-Ru三核錯体を合成し、ついでこれと白金錯体との反応によりRu2Pt2大環状錯体の合成に成功した。
磁気泳動による常磁性イオン分離の研究

物質はそれぞれ固有の磁化率を持ち勾配磁場中で磁気力を受けるため、勾配磁場中では物質が移動する(磁気泳動)。銅イオンは常磁性であり銀イオンは判磁性であるために銅イオンと銀イオンとは逆方向に磁気力が働く。そこで、超伝導磁石の作る勾配強磁場(400T^2m^<-1>)を用いて磁気泳動による常磁性イオン分離の可能性を検討した。(a)0.5Mの硫酸銅と0.5Mの硝酸銀を含む水溶液を内径約1cm長さ約10cmのガラス管に入れの勾配磁場中に2時間置き、勾配磁場による銅イオン濃度の偏りを吸光法により検討したが、偏りは見られなかった。このことは、溶液中の熱拡散が磁気泳動より大きいためと思われる。(b)混合水溶液を勾配強磁場中、水を展開溶媒としペ-パークロマト法により展開し、勾配磁場の影響を検討した。磁場勾配の方向と転回方向が、同方向と逆方向について検討したがいずれも磁場の影響は見られなかった。この結果は、水のクロマト紙への吸着による展開速度に比べ、磁気泳動速度が著しく遅いためと考えられた。(c)水を染み込ませたクロマト紙上に1Mの硫酸銅溶液を2μlスポットし勾配磁場中に1.5時間放置すると銅イオンは約10mm高磁場側に移動するのに対し、銀イオンは同様な条件下ではほとんど移動しない。そこで、0.5Mの両イオンを含む混合水溶液2μlをクロマト紙上にスポット後勾配強磁場中に2時間放置自由拡散させ両イオンの分離を試みた。その結果、銅イオン/銀イオンの濃度比が勾配強磁場により約30%減少することが分かった。すなわち、勾配磁場中では銅イオンは高磁場に移動する。この時溶媒や銀イオンとの衝突により銅イオンに引きずられて銀イオンも移動するものの一部は移動しないで残り、その結果濃度比に勾配磁場の影響が出たものであることが分かった。
糖尿病を合併している心臓のβ情報伝達系に対する静脈麻酔薬の影響

本年度(平成18年度)の成果本年度は,まず正常rat心筋を用い心筋陽性変力作用刺激薬であるisoproterenolによるcyclic AMPの増加を捉えることを試みた。10^<-9>M10^<-6>Mで用量依存性のcAMPの産生が得られ、臨床使用濃度である10^<-7>Mを用い、麻酔導入時に中心的に用いられている静脈麻酔薬であるチアミラールを暴露したところ用量依存性にcAMPの産生量が低下するという知見が得られた。次に、β刺激伝達系のβ受容体の下位にあたるadenylyl cyclaseの刺激薬であるフォルスコリンを用いて同様にチアミラールを暴露したととろ一部用量依存性にcAMPの産生量が低下するという知見が得られた。これらのことから、チアミラールのβ刺激伝達系に対する抑制効果は少なくとも一部はβ受容体レベルであり、一部はadenylyl cyclase以下である可能性が示唆された。今後の展開としてはfura-2負荷により細胞長を蛍光的に測定する方法を確立し、isoproterenolおよびフォルスコリンなどを用いて、それらによる心筋収縮力増強に対するチアミラールの抑制効果が単離心筋細胞においてどの程度認められるかを確認していく予定である。streptozotocin腹腔内投与により糖尿病ラットを作成に関しては、体重減少を伴い血糖値が500mg/dLの糖尿病性ラットの作成に成功している。このラットからすでに確立していた方法を用い、前年度に引く続き新鮮心筋細胞の単離を行ったいるが、正常ラットと違い十分量の心筋細胞の獲得が困難な状態が続いている。したがって、現在は腹腔内に投与するstreptozotocinの量を減量することにより、血糖値は300mg/dLでの糖尿病性ラットを作成することにより、心筋単離時に心筋自体にコラゲナーゼやプロテアーゼで必要以上にダメージを生じさせないようにすることを試みているところである。初年度(平成17年度)の成果本年度はまず、streptozotocin腹腔内投与により糖尿病ラットの作成を試みた。体重減少を伴う心臓摘出時には、血糖値300mg/dLの糖尿病ラットの作成に成功した。このラットからすでに確立していた方法を用い、新鮮心筋細胞の単離を行ったのだが、正常ラットと違い十分量の心筋細胞の獲得が困難であった。コラゲナーゼの投与法に工夫を加え、正常ラットの心筋細胞獲得量の3分の2程度が得られるようになった。つぎに得られたラットの新鮮単離心筋細胞から、細胞内伝達物質であるcyclicAMP抽出することに成功した。現在心筋刺激薬であるisoproterenolによるcyclicAMPの増加を捉えることを試みている。また、その抽出方法を改良することにより手順を簡便とし、かつより多くのcyclicAMPの抽出が可能となるよう改良している。詳細(cyclicAMPの抽出方法の確立)単離した心筋細胞を37°Cでインキュベーションした後、cyclicAMPの代謝による分解を防ぐため液体窒素で生体反応を停止させた。生体反応を停止させた単離心筋細胞を解凍と冷凍を繰り返した後、ホモジェナイズし、細胞内のcyclicAMPを抽出した。当初、測定限界以内にcyclicAMPを抽出することが困難であったためサンプルのアセチル化を行っていた。その後、ホモジェナイズの方法・抽出液の選択(trichloroacetic acidとエーテルからエタノールのみに変更)など抽出方法に改良を重ね簡便で効率よく、cyclicAMPを抽出することが可能となった。そのためサンプルのアセチル化の必要性もなくなり、測定値のばらつきが押さえられ信頼性が向上した。抽出したcyclicAMPはEnzyme Immunoassayにより測定し、再現性のある値を得られるようになった。
鉄代謝異常に起因する末梢気道上皮幹細胞群の機能低下とCOPDの末梢気道病変の関連

慢性閉塞性肺疾患(COPD)は不可逆的な気流閉塞を主たる病態とし、末梢気道はCOPDの病理学的主座であり、破壊とリモデリングを呈することが近年明らかにされてきた。本研究では、鉄代謝異常がミトコンドリア機能の破綻から組織傷害の要因となりえることに注目し、「喫煙や気道感染など生体侵襲時に鉄代謝異常をきたす個体では、気道上皮の機能不全により、末梢気道の破壊とリモデリングを発症する」という仮説を検証し、COPDの新規治療標的候補の同定とバイオマーカーの確立することを目的とする。
多重極相互作用を取り込んだ近接場光励起のための第一原理分子動力学法の構築

近接場光と分子の相互作用には双極子近似を超えた方法論の開発が必要になる。本研究では無限次までの多重極相互作用を取り込んだ手法の開発を行っている。昨年度までには、多重極ハミルトニアンと最小結合ハミルトニアンの比較検討を行い、どちらも良い一致を示す事、およびスカラーポテンシャルのみを考えれば良いことがわかった。また分子動力学計算に必要なgradientの実装とテスト計算を行った。本年度は、対象となる分子系の構造や電子物性および四重極励起などの双極子禁制励起状態における反応経路の検討、そして近接場光による分子励起の実験が行われている分子に対して実際に近接場光励起計算を試みた。前者に関して、SERS実験が行われた金属吸着分子をモデル化した金属クラスターに吸着した分子の構造や電子状態を解析した結果は論文としてまとめた。後者の、実際の近接場光を用いた励起状態計算に関しては、数十原子を含むフタロシアニン系の分子では膨大な計算時間がかかることがわかった。本計算で用いている実時間実空間DFTの計算精度は実空間グリッドのメッシュ幅と実時間発展に必要な時間幅の二つが重要になるが、有機分子などの系で計算するために十分な計算精度を確保できるパラメータを確定した。また、実際の近接場光を用いた分子励起の実験において、どのような電場が生成しているかについても検討を進めた結果、これまで用いてきた点双極子一つが作る電場よりも、二つの点双極子の間に生成されるギャップ電場がより適切であることが分かってきた。今後は、このようなモデル電場において、ベンゼンなどの少し小さな分子における近接場光励起の分子動力学を調べて行く予定である。具体的な分子系においても近接場光励起の計算を進めることができた。計算対象になる電場についてもその構造が分かってきた。ただし、実際の実験で用いられているような分子を対象とした計算に必要な計算精度を担保するためのパラメータもわかってきたので、今後は実電場における電子・分子動力学から近接場光特有の光化学の開拓に臨む。今後は、ギャップ電場における分子の励起状態計算を進めていく。一方で、現在のアルゴリズムでは計算コストが非常にかかることもわかってきたので、計算コストを落とすための時間発展演算子の見直しや、ガウス基底や平面波基底を用いた電子状態計算を利用する方法についても検討を進めていく。物質近傍に局在する近接場光は、局所的な電子励起や四極子応答などの双極子禁制励起を可能とし、新たな光化学反応の場としての応用が期待されているが、近接場光と分子の相互作用は通常の量子化学計算で用いられる双極子近似では記述できないため、理論・計算の立場から理解を深めるためには新たな方法論の開発が必要になる。本研究では、第一原理のハミルトニアンに立ち返って近接場光と分子の相互作用を考慮し、双極子近似を超えた近接場光励起が引き起こす分子の動力学を解明するための第一原理分子動力学法の開発を行い、近接場光に励起された分子の電子および原子ダイナミクスの観点から、双極子禁制励起や局所励起の引き起こす分子動力学の解明することを目指している。本年度はハミルトニアンの検証と分子動力学計算の検証を行った。電子ダイナミクスプログラムに、多重極ハミルトニアンと最小結合ハミルトニアンを実装して近接場光励起の理論的な記述法についての検証を行った。多重極ハミルトニアンの場合には磁場の効果を無視し、最小結合ハミルトニアンではベクトルポテンシャルを無視した際の両ハミルトニアンを持ちいて電子ダイナミクス計算を比較した結果は良く一致した。また最小結合ハミルトニアンを用いて、近接場光励起のモデル計算においてベクトルポテンシャルの寄与が無視でき、スカラーポテンシャルのみで記述可能なことを明らかにした。また、分子動力学に関しては、Ehrenfest法を用いて双極子近似の範囲において、強いレーザー光照射のもとでの二原子分子の解離過程を調べた。今後は、これらの知見をもとに、近接場光励起の分子動力学の計算を進めていく予定である。当初予定していた、双極子近似を超えた近接場光と分子の相互作用項をと分子動力学計算に必要なgradientの計算を、第一原理電子動力学プログラムに実装できた。また、ハミルトニアンとしては多重極ハミルトニアンと最小結合ハミルトニアンの両方を利用出来るようになり、近接場光と分子の相互作用は、ベクトルポテンシャルの効果を無視できることを明確にしめすことができた。また、多重極ハミルトニアンと最小結合ハミルトニアンの両方を利用できることから、状況に応じて使い分けるなどの数値計算手法の幅を広げることも出来た。

後者の、実際の近接場光を用いた励起状態計算に関しては、数十原子を含むフタロシアニン系の分子では膨大な計算時間がかかることがわかった。本計算で用いている実時間実空間DFTの計算精度は実空間グリッドのメッシュ幅と実時間発展に必要な時間幅の二つが重要になるが、有機分子などの系で計算するために十分な計算精度を確保できるパラメータを確定した。また、実際の近接場光を用いた分子励起の実験において、どのような電場が生成しているかについても検討を進めた結果、これまで用いてきた点双極子一つが作る電場よりも、二つの点双極子の間に生成されるギャップ電場がより適切であることが分かってきた。今後は、このようなモデル電場において、ベンゼンなどの少し小さな分子における近接場光励起の分子動力学を調べて行く予定である。具体的な分子系においても近接場光励起の計算を進めることができた。計算対象になる電場についてもその構造が分かってきた。ただし、実際の実験で用いられているような分子を対象とした計算に必要な計算精度を担保するためのパラメータもわかってきたので、今後は実電場における電子・分子動力学から近接場光特有の光化学の開拓に臨む。本年度までに、近接場光励起の分子動力学計算に必要なルーチンは揃ったことになる。今後は、分子動力学計算の進めるとともに、より効率の良いプログラムへと改良を進めて多原子分子での計算を実証できるようにしていく。また、物質近傍に生成する近接場光を計算する計算電磁気学的な手法との組み合わせによって、実際の実験状況により近い分子動力学計算を出来るように進めて行く予定である。今後は、ギャップ電場における分子の励起状態計算を進めていく。一方で、現在のアルゴリズムでは計算コストが非常にかかることもわかってきたので、計算コストを落とすための時間発展演算子の見直しや、ガウス基底や平面波基底を用いた電子状態計算を利用する方法についても検討を進めていく。計算機が予定額よりも少し安く購入することが出来た分、次年度に10万円程度持ち越せることになった。これは計算データを保護するためのNASの購入に充てることを予定している。地震の影響によって予定していた学会に行かなかったため次年度使用額が生じた。これは論文発表のオープンアクセス化の費用などに充てることを予定している。
弦理論と時空の幾何学

(1)非自明なstringの背景場としての2次元ブラックホールについて、その場の理論的定式化であるSL(2,R)/U(1)gauged WZW modelと、c=1 stringとの関係について研究し、特に両者のBRSTコホモロジーが一致する事をFock空間上の同型変換を具体的に構成する事によって示した。この結果は、明らかに別の背景場を持った理論がある意味で同等である事を示しており、弦理論のbackground-independentな定式化との関係において今後重要な意味を持ってくると考えられる。(2)c=1 stringのdiscretestatesは、理論のtopologicalな性質と関係があると期待されていたが、実際にそれらがある種のtopological sigma modelのphysicalstatesとして理解できることを、後者を前者のFock space上に於いてbosonizationとして実現することによって示した。特に、energy-momentum tensor及びBRSTchargeがこのbosonizationによって直接にtopological modelのそれに移すことができる。(3)任意のN=0bosonicstringをN=1 fermionic stringの特別な場合として捉える可能性が最近提案されたが、operator levelでの対応関係について、similarity transformationを構成することによりsimpleな証明を与えた。我々の方法は他のグループによりさらにN=1 stringのN=2 stringへの埋め込みへ拡張された。このhierarchyによってより対称性の高い理論からのbroken phaseとして現実的モデルを捉えることができる可能性がある。特にN=2 stringは、ある意味でtopologicalな理論であることから前記(2)とも関連して今後の発展が注目される。
精子発生を制御する精巣内傍分泌因子の単クローン抗体による探索とその機能の解析

我々は、精巣の発達段階に特異的に分泌される物質に対する抗体を得るために、精祖細胞の分裂開始時期と減数分裂開始時期に当たる未成熟ラット精巣の成分を免疫して数種類の単クローン抗体を作製し、その中の単クローン抗体MC301が認識する抗原について重点的に研究を進めてきたので、以下にその結果の概要を示す。(1)抗体MC301をプロテインGセファロースに架橋して抗体アフィニティーカラムを作製し、これを用いて成熟ラット精巣の細胞外成分よりMC301抗原を分離した。分離した成分中には、分子量91,000、65,000、50,000、48,000ダルトンのペプチドが含まれ、この中の91,000ダルトンのペプチドのみがMC301に対するエピトープを有していた。(2)生後9日齢の未成熟ラット精巣の精細管を、蛋白質加水分解酵素等の酵素処理によって細胞を分散し、ミリポアフィルター上で培養し、これをパラフィンに包埋して光顕で観察すると、培養の経過とともに精細管様の構造が再構築されてくる。(3)培地にアフィニティー精製したMC301抗原を添加すると、基底膜の形成、セルトリ細胞の形態的分化が促進され、MC301抗原は精細管様の構造の再構築に促進的に働くことが示唆された。(4)ABC法により、培養中の細胞のうち、特に筋様細胞に強いMC301陽性反応が観察され、MC301抗原は筋様細胞より産生、分泌され、精細管の構築、維持等に関与していると考えられた。
大腸菌への機能集約によるバイオ燃料電池に最適な微生物触媒の開発

近年、バイオ燃料電池の性能が高まりつつある。本研究では、その鍵を握る微生物触媒の開発に取り組んだ。これまでに、種々の微生物触媒が検討され、各々の微生物で発電に適した機能が見いだされてきた。ここでは、それらの機能を集約した細胞を構築し、電池用スーパー微生物触媒の開発について検討した。単純なモデル生物であり、遺伝子組換え操作も容易な大腸菌を対象に、染色体改変技術を用い、そこに有益な機能を集約させた。結果として、大腸菌への機能集約や大腸菌に適した電極材料の選定により、グルコースやキシロースを燃料とする大腸菌燃料電池において、出力およびクーロン効率が改善された。本研究では、バイオ燃料電池のさらなる性能向上のため微生物触媒の開発に取り組んでいる。これまでに、種々の微生物で発電に適した機能が見いだされており、ここではそれらの機能を集約した細胞を構築し、電池用スーパー微生物触媒の開発を目指している。具体的には、大腸菌を研究対象とし、「大腸菌への機能集約と代謝制御物質の活用」「電極上でのバイオフィルムの形成」「大腸菌に適した電極材料の選定」などに関する検討を3年計画で進めている。平成26年度は、1.大腸菌に適した電池構成成分、2.代謝阻害剤や窒素源の添加が出力に与える影響、3.大腸菌の電極上でのバイオフィルム形成について検討した。また、触媒となる大腸菌の育種(組換え操作)についても開始した。結果として、負極槽に添加するメディエーター量を酵母で検討した最適条件より減らすことで出力の向上が見られた。また、負極槽への窒素源や膜内外へのジニトロフェノールの添加でも出力向上が見られ、大腸菌用の負極溶液の組成については大旨決定できた。バイオフィルムに関しても検討を進め、バイオフィルム形成に適した条件を明らかにしてきた。炭素棒、炭素繊維、炭素フェルトなど種々の炭素電極を用い、それらにバイオフィルムを形成させ、出力測定を行った。しかし、現状ではできたバイオフィルムだけを触媒として用いても顕著な出力は得られていない。これに関しては継続して検討が必要である。その一方で、大腸菌の育種について検討しており、遺伝子導入部位となる候補を明らかにし、グルコースの取り込みかかわる遺伝子、NADHから電子伝達系への電子の移動に関わる遺伝子に着目して、それらの過剰発現系の構築を進めている。平成27年度はさらに多くの遺伝子について検討する予定である。平成26年度より、バイオ燃料電池の性能向上に向け微生物触媒の開発を進めている。大腸菌を用い電池に適した機能を一つの細胞に集約し、電池用のスーパー微生物触媒の開発を目指している。平成26年度には、「大腸菌に適した電池構成成分」「代謝阻害剤や窒素源の添加が出力に与える影響」「大腸菌の電極上でのバイオフィルム形成」について検討した。大腸菌用の電池負極溶液の組成は大旨決定された。さらに、電極となる炭素材料上でのバイオフィルム形成条件を検討したが、電極上に付着したバイオフィルムだけでは顕著な出力は得られず、さらなる改善が必要であった。平成27年度は、このような結果を踏まえて計画通り各種遺伝子の破壊と過剰発現から、出力向上につながる遺伝子改変情報を収集した。遺伝子改変株を用いてグルコースからの発電を行った結果、その多くは野生株の出力やクーロン効率とほぼ同等であった。それらの改変の中には、1遺伝子の改変では出力やクーロン効率に変化はないが、代謝の流れを考慮すると遺伝子改変によりそれらの向上につながると考えられる場合もあった。それらについては、今後遺伝子導入箇所として利用する。また、いくつかは出力やクーロン効率の向上が見られた遺伝子改変もあった。それらの機能からTCAサイクルの活性化が出力向上に繋がることが分かった。計画にはなかったが、木質系のバイオマスから得られるキシロースを燃料にした発電評価についても進めた。今後は、継続して出力向上につながる情報を収集するとともに、有用情報を組み合わせた株の構築について検討を進める。細胞から電極への電子の流れについては、導電性と磁性を有する酸化鉄の利用を検討する。負電極の炭素繊維を微生物と結合させた酸化鉄に埋め込み、細胞から電極への電子の流れを構築する系を考えその予備検討を進めており、平成28年度も継続する。昨年度、次の1から3を今後の推進策として設定し研究を進めた。1解糖系やTCAサイクル(中央代謝)に関わる遺伝子の改変によるグルコース代謝速度の向上、2中央代謝から分岐する経路の抑制、3細胞膜上の電子伝達系から電極への電子伝達能力の向上からの大腸菌の育種。1に関連する遺伝子については、種々の検討からTCAサイクルの活性化に関わる遺伝子が出力向上に重要であることがわかった。2に関わる遺伝子については、多くの場合、出力やクーロン効率に変化が見られず、1遺伝子の改変だけでは影響がなかった。今後、それら遺伝子は染色体への過剰発現遺伝子の導入箇所として利用する。3に関しては、Shewanella属で報告されている細胞表層電子伝達体遺伝子の導入について準備を進めており、今年度も継続課題となる。出力やクーロン効率の向上に繋がる遺伝子改変については、染色体上での改変の重ね合わせまでは進めていないが、1から3については概ね計画通りに進んでいる。前年度からの課題である電極上のバイオフィルムを利用した発電に関しては、大幅な出力改善が難しいことから、新たな検討を始めた。導電性で磁性のある酸化鉄を利用し、酸化鉄に大腸菌を結合させ、電極の炭素繊維を酸化鉄中に埋め込みことで、細胞から電極への電子の流れを考えた。

本年度は、その準備として大腸菌と酸化鉄の結合条件について検討した。今年度は出力評価まで行う。また、予定にはなかったが、燃料にグルコースではなく木質系バイオマスから得られるキシロースを用い、その出力評価も進めた。キシロースの積極的な利用にはXylAとXylBの高発現が重要であることがわかった。以上、これらを総合して、計画はほぼ順調に進んでいると判断した。バイオマスの有効活用は循環型クリーンエネルギーを創出する上で欠かせないテーマである。本研究では、バイオマス由来の有機物が持つ化学エネルギーを電気エネルギーに変換するバイオ燃料電池に焦点を当てた。微生物を利用して電気エネルギーを回収する微生物燃料電池(MFC)は、まだその出力レベルは低いが、直接利用可能な電気が得られ蒸留工程などを必要としない点では大きな魅力がある。また、有機物を二酸化炭素と水まで酸化してそのエネルギーを回収できれば、有機物からのエネルギー回収率は代謝中間産物のバイオエタノール生産より高くなる。出力は電池を構成する電極や溶媒などの各要素の改善により総合的に向上し、微生物触媒はそれらの中でも重要な要素である。本研究では、グルコースを燃料とし大腸菌を触媒としてその改善を進めた。具体的には、出力に影響する遺伝子変異を明らかにし、プラスに働く変異を組み合わせ、触媒能力として最も高い微生物の開発を進めた。解糖系から他の経路に分岐する反応や、TCAサイクルによる分解反応に対し逆に働く反応に関わる遺伝子を、染色体上の遺伝子挿入部位として選択した。また、TCAサイクルの律速酵素や電子伝達に関わる遺伝子を導入し、それらを過剰発現する株を構築し出力を評価した。さらに、測定前後のグルコース量を測定し、燃費に相当するクーロン効率を算出した。その結果、遺伝子の欠損により出力やクーロン効率の向上が見られる株や、過剰発現により向上が見られる変異株を得た。さらに、それら変異を染色体上で組み合わせた株を構築しその影響を調べた。フマル酸還元酵素複合体の一つであるfrdAの位置にNDHIIの遺伝子ndhを導入すると出力が向上し,これをベースに染色体上の変異をさらに組み合わせた。これまでに、大幅な出力の向上までは見られていないが,出力とクーロン効率の両方が向上する株が得られている。近年、バイオ燃料電池の性能が高まりつつある。本研究では、その鍵を握る微生物触媒の開発に取り組んだ。これまでに、種々の微生物触媒が検討され、各々の微生物で発電に適した機能が見いだされてきた。ここでは、それらの機能を集約した細胞を構築し、電池用スーパー微生物触媒の開発について検討した。単純なモデル生物であり、遺伝子組換え操作も容易な大腸菌を対象に、染色体改変技術を用い、そこに有益な機能を集約させた。結果として、大腸菌への機能集約や大腸菌に適した電極材料の選定により、グルコースやキシロースを燃料とする大腸菌燃料電池において、出力およびクーロン効率が改善された。