hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
天然植物の再生利用による地球環境浄化に根差した太陽電池および燃料電池の創製

ヨウシュヤマゴボウ色素を用いた色素増感型太陽電池の作製および評価した。さらに、光励起電子の増産化のために金属微粒子を固定化し、高い光起電力と対光溶解性を合わせ持つZn-Ti複合酸化物を用いた分光増感型太陽電池用負極材料を作製した。また、Au微粒子と天然植物色素を用いた色素増感型太陽電池の構築および最適化を行う一方で、ZnTiO3を使用した色素増感型太陽電池の作製および最適化を行なった。シイタケ抽出液への浸漬から作製した修飾電極における抽出液前処理および電解液pHによる条件検討を行なった。さらに、取り扱うキノコを毒キノコまで拡張し、同様な条件で作製した修飾電極における抽出液の条件検討を行なった。色素増感型太陽電池(DSSC)では酸化物半導体として一般的に酸化チタン(TiO2)が用いられているが、酸化亜鉛(ZnO)を用いることにより、TiO2よりも大きな開放起電力およびバルク中での優れた電子拡散係数が期待される。酸化物半導体表面に固定する色素としてはRu系色素が一般的であるが、ルテニウム(Ru)がレアメタルであるため、高コストといった課題がある。そのため、本研究では、安価に作製する観点から、天然植物色素を用いた。特に、ブルーベリーやアメリカンチェリー等の果汁は紫系の色素を含み、可視光領域に吸収を持つため、TiO2と組合せることでDSSCを作製できることが知られている。本研究では、紫系天然植物のうち本来捨てるようなブドウ果皮やヨウシュヤマゴボウ果実などから色素を抽出し、この色素をDSSC用の色素として用いた。本研究では、DSSC作製法の最適化、ならびにブドウ果皮またはヨウシュヤマゴボウ果実からの抽出色素を用いたDSSCについて電流-電圧(I-V)特性測定に関して検討を行なった。また、燃料電池は、今やその簡便性やクリーン性から様々な分野で応用ならびに研究され関心を集めている。しかしながら、燃料電池の電極に用いられる触媒としては白金等の貴金属が用いられることによって高価なため、あまり普及しているとは言えない。そこで、本研究では、常温作動型の燃料電池正極作製とその低コスト化を目指して、燃料電池正極用の触媒として酸素還元酵素であるラッカーゼをキノコから抽出し、研究に着手した。本講演では、安価で身近に入手できるシイタケおよび更には毒キノコであるヒトヨタケを用いて酵素燃料電池正極の作製を行い、酸素還元特性に関する検討を行なった。ヨウシュヤマゴボウから抽出の色素を使用した色素増感型太陽電池(DSSC)では、巨峰から抽出の色素を使用のDSSCの約2.4倍の光エネルギー変換効率と短絡光電流密度を確認できた。これは、巨峰色素使用のDSSCではアントシアニン系色素の水酸基とTiO2表面の水酸基が水素結合を形成するが、ヨウシュヤマゴボウ色素使用のDSSCではベタレイン系色素のカルボン酸基とTiO2表面の水酸基がエステル結合を形成するので、色素からTiO2への電子移動が巨峰の場合よりも効率的に行われたものと考える。一方、AuTiO2膜およびTiO2膜で組んだDSSCの光エネルギー変換効率はそれぞれ、0.0529%および0.0167%であった。この変換効率の違いは短絡光電流密度の大小によるものである。Au微粒子をTiO2に添加することで、電荷移動抵抗が低下し、短絡光電流密度が増加したものと考えられる。また、Au微粒子のプラズモン吸収によって生じる光電場増強場によって、色素の励起が起こりやすくなったためであると考えられる。変換効率の向上は確認できたが、一般的なDSSCと比較すると大幅に性能が低い。また、様々なキノコ抽出液に浸漬後のカーボン電極では-0.7-1.0 V(vs. Ag/AgCl)付近で電解液中の溶存酸素の還元ならびに電極上のラッカーゼに由来する電流応答が観測された。特に、カワリハツ抽出液からの修飾電極は他のキノコ抽出液からのものよりも大きな電流応答であった。このことは、キノコ中のラッカーゼ以外の成分が酸素還元電流に影響することを示唆している。各修飾電極の交流インピーダンス測定では、Au粒子とカワリハツとの修飾電極におけるバックグラウンド電流および電荷移動抵抗がAu粒子のみの修飾電極に比べ小さくなった。これはAu粒子によって電極上のラッカーゼ修飾層が密になり、抵抗が軽減されたためであると推察する。色素増感型太陽電池のセル自体の最適化を積極的に実行したことによって、電池動作時における安定性のあるセルを組むことができた。現在は、電池作動時の電極への光照射下における交流インピーダンス測定を積極的に行なっているが、等価回路の解析などが今後の課題である。また、様々なキノコからの抽出液を用いた電極修飾を用いた電気化学測定によって、電解液中の溶存酸素の還元にとって優位に働くキノコを見出すことができた。現在は、電極表面上における酸素還元にとって有効な働きを示すラッカーゼの電極反応について、その詳細な調査が課題である。各温度における色素前駆溶液からの色素吸着操作によって得られた作用極を用いた色素増感型太陽電池の電流-電圧特性から求めたエネルギー変換効率は、室温、80°C、70°C、60°Cの順で減少した。光照射下の色素増感型太陽電池における電気化学交流インピーダンス測定では、酸化チタン/色素/電解液界面での抵抗値が室温、80°C、70°C、60°Cの順で増加していた。酸化チタン/色素/

電解液界面での抵抗値の減少が色素増感型太陽電池のエネルギー変換効率の増加に関与していると推察される。電池性能の評価の一貫として、作用極表面に吸着した色素の分光学的情報を比較することが必要である。色素が吸着した作用極の拡散反射スペクトル測定では、電極表面上に吸着した色素の吸光度は80°C、70°C、室温、60°Cの順で増加してした。しかし、上述のエネルギー変換効率および酸化チタン/色素/電解液界面での抵抗との相関は取れなかった。そのため、現在、新たな測定方法を模索中である。色素を含む酒石酸緩衝溶液(pH 2.9)、色素を含むリン酸緩衝溶液(pH 6.7)、または色素を含むアンモニア緩衝溶液(pH 9.4)を色素前駆液として使用して作成した色素増感型太陽電池の電流-電圧特性から、これらの色素増感型太陽電池のエネルギー変換効率はそれぞれ0.0255 %、0.0010 %、および0.0027 %であった。ヨウシュヤマゴボウ色素は、その中に存在するベタレイン系色素においてカルボン酸基が存在する。酸化チタン表面上において、カルボン酸基と酸化チタン表面の水酸基はエステル結合を形成すると言われている。これらの官能基にはpH感応性があるため、エネルギー変換効率の違いはpHの変化に基づく色素の何らかの構造変化が関与するものと考えられる。ヨウシュヤマゴボウ色素を用いた色素増感型太陽電池の作製および評価した。さらに、光励起電子の増産化のために金属微粒子を固定化し、高い光起電力と対光溶解性を合わせ持つZn-Ti複合酸化物を用いた分光増感型太陽電池用負極材料を作製した。また、Au微粒子と天然植物色素を用いた色素増感型太陽電池の構築および最適化を行う一方で、ZnTiO3を使用した色素増感型太陽電池の作製および最適化を行なった。シイタケ抽出液への浸漬から作製した修飾電極における抽出液前処理および電解液pHによる条件検討を行なった。さらに、取り扱うキノコを毒キノコまで拡張し、同様な条件で作製した修飾電極における抽出液の条件検討を行なった。平成26年度については、本研究において使用する天然植物色素および天然酵素の同定を試みた。具体的には、様々な色合いの植物から抽出した天然植物色素すなわち様々な波長での吸収を示す天然植物色素、具体的にはヨウシュヤマゴボウ色素やブドウ色素などについて、紫外-可視吸収スペクトル等の基礎データを得た。それぞれの天然植物色素について、暫定的な色素増感型太陽電池の組み上げは出来たが、光起電力の発現には至らなかったため、長波長領域の光を吸収し暗中および光照射時における酸化還元電位がZnO上での色素増感反応にリーズナブルな色素を見い出すことは出来なかった。また、天然酵素については、食用キノコおよび毒キノコなどの様々なキノコから抽出した天然のラッカーゼについて、酸素還元電位等の基礎データを得た。このようにして、電解液中の酸素還元効率の高い酵素を見い出した。色素増感型太陽電池では、光エネルギー変換効率においてヨウシュヤマゴボウ色素使用のものが巨峰色素使用のものよりも優位であった。ヨウシュヤマゴボウおよび巨峰における色素成分を特定するため、赤外分光法やラマン分光法を用いた構造解析を行なう。一方、ヨウシュヤマゴボウとAu微粒子を使用した色素増感型太陽電池では、その光エネルギー変換効率は、一般的な色素増感型太陽電池のものよりも著しく低い。
取締役の機能を代替するキャリア指標に基づく「取締役会と企業業績の関係性」解明

本研究は,(1)日本の高額報酬者を対象とした基本報酬額とキャリアの関係性,(2)役員の就任根拠をキャリアで代替する妥当性,(3)経営者の特性,取締役会長の特性,企業業績の間の関係性の三検証において成果を得た。なかでも重要な(1)は,実際の基本報酬額データを使用した役員の基本報酬額と当該役員の企業人としてのキャリアとの関係性の検証であり,次の結果を得た。1基本報酬額は当該役員の役員経歴年数と正の相関関係にある。2役員経歴年数の長さは役員就任以前の各種のキャリアの期間の長さと負の相関関係にある。3その一方で,役員と所属企業の間に所有関係があれば,役員はより長い期間役員を継続することが可能となる。平成25年度の研究計画は、(1)取締役の就任根拠となる各種キャリアのプライシング構造を解明すること、(2)企業価値創造に対する取締役の各種キャリアのインパクトを計測することであった。(1)については、関連する2本の論文執筆および1回の研究会を開催し、どのようなキャリアを有する取締役がどれほどの報酬水準にあるのか、概ね計画の通りに実証研究を実施できた。これらの研究成果のなかの1本の論文は、これまであまり解明されていなかった日本企業役員の基本報酬(固定報酬)について、実際の役員報酬データを使用してそれを合理的に解明しようと試みたものである。残る1本の論文は、取締役のキャリアに基づく定量的分類と定性的分類の整合性を検証したものである。前者については、分析対象が限定されているものの実際のデータを使用した稀な研究成果であり、報酬額をキャリアとの関係で分析する視点を提供しているものである。後者については、キャリアを用いた定量分析と、これまでに行われてきた定性分析との整合性が概ね確かめられている。(2)については、計測作業に必要なデータ整備を概ね完了させた。本来であれば計測まで終える計画であったが、「現在までの達成度」にて記載の原因でやや研究は遅れているため、研究成果として公表するには至っていない。しかし、「今後の研究の推進方策等」にて記載の方策により解決可能な状況にあり、研究成果の公表は平成26年度以降となる予定である。平成26年度には、平成25年度において実施が遅れていた(2)企業価値創造に対する取締役の各種キャリアのインパクト計測、および研究計画立案時から平成26年度に研究実施予定であった(3)企業価値を最大化する最適な取締役会の組織化に関する理論形成を実施した。(2)については、平成25年度に整備したデータに基づいて計測を完了した。その結果と平成25年度に実施した研究成果に基づいて、(3)にかかわる理論形成を一度は完了し、まとめた論考を権威ある国際ジャーナルに投稿するに至った。しかし、その論文は平成26年度末にリジェクトとなり、いまだに主となる成果が公表に至っていない。一方で、研究過程で経営者の特性に応じて取締役会構成に特徴が観察されたことから、この研究過程で副次的に観察された取締役会の特徴について1本の論文にまとめて公表するに至った。この成果は、経営者の特性に呼応した取締役が選任されることで、企業業績の平準化がもたらされていることを示唆する。その他に一般向けのセミナー講演1回によって本研究にかかわる知識の普及に努めた。今後は、平成27年度開始時点で公表に至っていない主となる研究成果を公表すべく、追加の検証作業と論考の練り直しを行い、国際ジャーナルに投稿する予定である。本研究は企業業績を最大化する取締役会の組織化を取締役のキャリアによって解明する試みであり、キャリアを重視した取締役選任を前提とすれば確立されなければならないアプローチであるといえる。確立のためには、権威ある国際ジャーナルにアクセプトされることが必要であり、そのための追加検証を続ける必要性がある。経営財務論研究着手当初の平成25年度の研究計画(2)では、対象サンプルを日経225(金融機関を除く)に絞っていたが、決算期の統一、監査役設置会社と委員会設置会社の区別、といった分析条件を統一すると対象サンプル数がかなり減少し、対象サンプルの拡大を行う必要性に直面した。そこで、対象サンプルを東証一部上場企業へと拡大したため、新たなデータの整備に時間を要することとなり、当初計画よりはやや遅れている状況となっている。研究着手当初は平成26年度の研究計画として(3)企業価値を最大化する最適な取締役会の組織化に関する理論形成を予定していたが、これは平成25年度に予定していた研究計画(1)と(2)による実証的根拠に基づいた理論形成であり、平成25年度に予定していた研究計画(2)の進展なしには実施できない。

そこで、既に概ね完了しているデータ整備を完成させ、(2)の計測作業を進めることを優先し、(2)完了後、(3)に着手するよう研究計画を変更する。平成26年度は、たまたまではあるが、所属機関において担当予定であった大学院講義が開講取り止めとなったため、エフォートを高めることが可能であり、研究にあてる時間を増加させることで当初計画した研究をすべて遂行したいと考えている。研究計画申請時の金額よりも減額での交付決定となったため、交付決定時には物品費等を抑えた使用計画をたてたが、研究遂行上の必要性から平成25年度には実際には物品のみを購入し、その残額が未使用額の27,500円となった。平成26年度には、研究費を主に人件費・謝金として使用する予定であるが、これは主に論文の英文校正のための費用であり、論文の文字数によって増減する性質のものであるため、次年度使用額はこの費用に充てる計画である。
咬合拳上ならびに抜歯後の咬合回復に起因する慢性ストレスが高次脳機能に与える影響

本研究は臼歯抜歯モデル,咬合回復モデル,咬合挙上モデルに無処置の対照群を合わせた4群を作成し,パッシブアボイダンステストを用いた行動学的評価,実験開始時・終了時の血中corticosterone濃度の計測による酸化ストレス評価,そして,海馬脳スライス切片のNissl染色による病理学的評価を行い,咬合不調和に起因する酸化ストレスが,空間認知能に及ぼす影響ならびに中枢神経系に与える影響について明らかにすることを目的としている。初年度である本年は実験環境の構築と迷路実験に費やされた。20匹のWistar系雄性ラットを用い,上顎臼歯抜歯手術を施行する臼歯抜歯群,上顎臼歯抜歯後に実験用義歯を装着する義歯装着群,歯用コンポジットレジンにより咬合挙上を行った咬合挙上群,対照群の4群(各5匹)に無作為に振り分けた。臼歯抜歯群及び義歯装着群ラットの計10匹に対しては,7週齢時に深麻酔下にて全ての上顎臼歯抜歯を施術し,そのうち5匹は臼歯抜歯群とし,残りの5匹は臼歯抜歯後に咬合支持の回復のために実験用義歯を装着した義歯装着群とした。咬合挙上群5匹には11週齢時に上顎6臼歯に対して歯科用コンポジットレジンを用いて0.5mmの咬合挙上を行った。残りの5匹は無処置の対照群とした。実験開始の7週齢時と迷路実験終了時にラットのストレス値を計測することを目的として,4群のラットの尾から実験終了時まで採血を行った。得られた血液は遠心分離して血漿を採取し,直ちにー80°Cにて保存した。抜歯11週後に各群にパッシブアボイダンステストを用いて学習を行わせた。電気刺激から24時間後にテストゲージの暗室に動物を入れ自発的に暗室に入るまでの時間を計測する。さらに24時間ごとに1週間の迷路実験を行い終了とした。その後,深麻酔下にてラット脳組織切片を作成した。
ディスク記録装置の高速化のための流体振動低減とマイクロ機構の適用に関する基礎研究

データ処理の高速化のために磁気ディスク装置(HDD)ではディスク回転数を増加させる傾向にあるが、回転数の増加によって流体によるヘッド位置決め機構への加振力が増加し、位置決め精度の低下につながっている。そのため流体による加振メカニズムの解明と加振力の低減および加振されにくいヘッド位置決め機構の形状等について検討した。1.流体による加振メカニズムについて流体による加振メカニズムとして、カルマン渦による励振と乱流による励振とが考えられ、いずれかを調べるためヘッドアーム後方の流速をレーザー流速計で測定し、周波数特性を調べた。その結果、流速の周波数特性は特定の卓越周波数を持たず、励振力はカルマン渦ではなく乱流による。2.乱流による励振力低減について乱流における流れの速度や方向のバラツキが加振力になっていると考え、バラツキの散布図と機構の振幅の相関を検討した。両者には相関が見られ、低振動化のためには流れのバラツキ低減対策が必要である。3,乱流励振力低減方法について過去の研究からスポイラー(整流板)の設置が有効とされている理由を検討し、スポイラーによる流れのせきとめ作用が流速や向きのバラツキ低減につながっていることがわかった。またスポイラー設置位置や角度の最適化を検討した結果、スポイラーはヘッドアーム上流側に半径方向むけて設置するのが効果的である。4.アーム形状の最適化についてヘッド位置決め機構におけるアーム長および厚さについて検討した。アームが短い方が剛性では有利であるが、アームが短いとディスク回転で生ずる円周方向の流れの向きが変化し、加振力となることがわかった。したがってアーム長さには最適値があることがわかった。磁気ディスク装置(HDD)においては、ディスクの高速回転化に伴って回転流れが増加しヘッドの加振力となっている。これはヘッドの位置決め誤差を増加させるため加振力の低減が必要とされている。そのためHDD内部のヘッド近傍における流れ現象を把握し、ヘッドの加振力を小さくするための流路形状設計のデータを得ることを目的として以下の実験を行った。1.ディスク回転によって生ずる流れベクトルの測定実験(実験内容、実験条件)(1)ディスク回転によって発生するHDD内部の回転流れについて、流速ベクトルをレーザードップラ流速計を用いて測定した。(2)測定位置は、高さ方向(Z)においては2枚の回転ディスク間隔の中央、ディスク面と平行な方向(X-Y平面)においてはヘッドアーム近傍の上流部および下流部、バイパス流路への入り口近傍、バイパス流路からの出口近傍(ロードアンロード機構の近傍)などとした。(3)実験パラメータを、ディスク回転速度(7200rpm、10000rpm)、ヘッドの位置(ディスク内周側、外周側、またはアンロード状態)、スポイラ(整流板)の有/無とした。2.流れベクトル測定の結果について(1)ディスク間中央即ちヘッドアーム位置では、流速は回転数の約1.7乗に比例(2乗より小さい)。(2)ディスク間にアームがあると外周では流速が遅くなり、内周では速くなる。半径方向の流れで見れば、せき止めにより外周から内周への流れが発生している。また周方向の流れ分布でみると、アーム近傍では流れが遅くなる反面、その上流または下流では速くなっている。(3)整流板を挿入すると内周では流れが速くなり、外周では遅くなり、半径方向の流速が同じになるような作用をしている。3.今後の予定今回測定した流れ場のデータをもとに、ディスク回転による流れが、ヘッドアームを加振するメカニズムを検討する。

1.流体による加振メカニズムについて流体による加振メカニズムとして、カルマン渦による励振と乱流による励振とが考えられ、いずれかを調べるためヘッドアーム後方の流速をレーザー流速計で測定し、周波数特性を調べた。その結果、流速の周波数特性は特定の卓越周波数を持たず、励振力はカルマン渦ではなく乱流による。2.乱流による励振力低減について乱流における流れの速度や方向のバラツキが加振力になっていると考え、バラツキの散布図と機構の振幅の相関を検討した。両者には相関が見られ、低振動化のためには流れのバラツキ低減対策が必要である。3.乱流励振力低減方法について過去の研究からスポイラー(整流板)の設置が有効とされている理由を検討し、スポイラーによる流れのせきとめ作用が流速や向きのバラツキ低減につながっていることがわかった。またスポイラー設置位置や角度の最適化を検討した結果、スポイラーはヘッドアーム上流側に半径方向むけて設置するのが効果的である。4.アーム形状の最適化についてヘッド位置決め機構におけるアーム長および厚さについて検討した。アームが短い方が剛性では有利であるが、アームが短いとディスク回転で生ずる円周方向の流れの向きが変化し、加振力となることがわかった。したがってアーム長さには最適値があることがわかった。
メゾスコピックドメイン間相互作用により安定化するギブズ膜の分子レベル構造解析

近年の分光学的手法の発展に伴い,気/液界面膜の分子レベル構造解析は精力的に展開されてきたが,生体膜やエマルション等の複雑な分子組織体の基本骨格をなす液/液界面膜の構造解析は,その適用の困難さから大幅に立ち遅れている.本研究では液/液界面膜構造解析の進展を図り,将来的な生体膜等の構造と機能の相関解明を界面物理化学的側面から展開することを目指している.3年間の研究において,油溶性フルオロカーボン(FC)アルコールとハイドロカーボン(HC)アルコールの単独系およびそれら混合系,FCアルコールと陽イオン界面活性剤(DTAB)混合系のヘキサン/水界面ギブズ膜に関して,界面張力測定およびシンクロトロンX線反射率測定による膜状態とその構造解析を行った.1界面張力測定(マクロ研究)界面張力を温度,圧力,溶液濃度,混合物組成の関数として測定し熱力学理論解析を行った.その結果,(1)FCアルコール単独系の吸着膜は膨張膜(あるいは気体膜)-凝縮膜間相転移を示す,(2)FCアルコールはHCアルコールとは凝縮膜において非混合であるが,DTABとは親水基間の強いイオン-双極子間相互作用により混合することを見出した.さらに,FCアルコール-DTAB系では凝縮膜での分子密度が凝縮単分子膜で予想されるよりも約2倍程度大きく,自発的な多重膜形成も示唆された.2 X線反射率測定(ミクロ研究)アメリカ・ブルックヘブン国立研究所内放射光施設(NSLS)にて,鏡面条件下でのX線反射率測定を溶液濃度,溶液組成一定下で温度の関数として行なった.その結果,(1)FCアルコール-HCアルコール系の凝縮膜ではアルコール分子が2次元固体様のパッキングにある,(2)相転移点近傍では数μm程度の凝縮膜ドメインが共存する不均一な状態である,(3)FCアルコール-DTAB系では,両成分の混合により凝縮膜からの反射強度が低下する,(4)この系では凝縮単分子膜の約2倍程度の厚みに対応した多重膜が存在する,等の結論を得た.近年の分光学的手法の発展に伴い,気/液界面膜の分子レベル構造解析は精力的に展開されてきたが,生体膜やエマルション等の複雑な分子組織体の基本骨格をなす液/液界面膜の構造解析は,その適用の困難さから大幅に立ち遅れている.本研究では液/液界面膜構造解析の進展を図り,将来的な生体膜等の構造と機能の相関解明を界面物理化学的側面から展開することを目指している.3年間の研究において,油溶性フルオロカーボン(FC)アルコールとハイドロカーボン(HC)アルコールの単独系およびそれら混合系,FCアルコールと陽イオン界面活性剤(DTAB)混合系のヘキサン/水界面ギブズ膜に関して,界面張力測定およびシンクロトロンX線反射率測定による膜状態とその構造解析を行った.1界面張力測定(マクロ研究)界面張力を温度,圧力,溶液濃度,混合物組成の関数として測定し熱力学理論解析を行った.その結果,(1)FCアルコール単独系の吸着膜は膨張膜(あるいは気体膜)-凝縮膜間相転移を示す,(2)FCアルコールはHCアルコールとは凝縮膜において非混合であるが,DTABとは親水基間の強いイオン-双極子間相互作用により混合することを見出した.さらに,FCアルコール-DTAB系では凝縮膜での分子密度が凝縮単分子膜で予想されるよりも約2倍程度大きく,自発的な多重膜形成も示唆された.2 X線反射率測定(ミクロ研究)アメリカ・ブルックヘブン国立研究所内放射光施設(NSLS)にて,鏡面条件下でのX線反射率測定を溶液濃度,溶液組成一定下で温度の関数として行なった.その結果,(1)FCアルコール-HCアルコール系の凝縮膜ではアルコール分子が2次元固体様のパッキングにある,(2)相転移点近傍では数μm程度の凝縮膜ドメインが共存する不均一な状態である,(3)FCアルコール-DTAB系では,両成分の混合により凝縮膜からの反射強度が低下する,(4)この系では凝縮単分子膜の約2倍程度の厚みに対応した多重膜が存在する,等の結論を得た.近年の分光学的手法の発展に伴い、気/液界面膜の分子レベル構造解析が精力的に展開されている。しかしながら、生体膜やエマルション等の複雑な分子組織体の基本骨格をなす液/液界面膜の構造解析に関しては、その適用の困難さから大幅に立ち遅れていた。本研究では、液/液界面膜構造解析の進展を図り、将来的な生体膜等の構造・機能相関に関する界面物理化学的側面からのアプローチへと展開することを目的としている。今年度は、油溶性ハイドロカーボン(HC)アルコールであるイコサノールとフルオロカーボン(FC)アルコールであるフルオロデカノール混合系のヘキサン/水界面ギブズ膜を研究対象として選び、界面張力測定によるマクロ観点からのギブズ膜状態の決定、およびシンクロトロンX線反射率測定によるミクロ観点からのギブズ膜構造解析を行った。(1)界面張力測定(マクロ研究)混合系の界面張力を温度、溶液濃度、混合物の組成の関数として測定し、熱力学理論解析を行った。この混合系では膨張膜-凝縮膜間相転移に加え、FC凝縮膜-HC凝縮膜間の相転移が新たに観測された。さらに、両アルコールは膨張膜では混合可能であるが、凝縮膜では非混合であることも明らかとなった。(2)X線反射率測定(ミクロ研究)アメリカ・ブルックヘブン国立研究所内放射光施設(NSLS)のビームラインX19Cにて、鏡面条件下でのX線反射率測定を、溶液濃度一定化で温度の関数として行なった。

得られた反射率曲線の解析の結果、(1)ギブズ膜相転移温度では界面被覆率(凝縮膜ドメインが界面を覆う割合)が急激に変化し、相転移温度近傍の吸着膜状態は、メゾスコピックオーダーの凝縮膜ドメインが存在する不均一状態であること、(2)電子密度および膜厚の値より、フルオロデカノール凝縮膜は2次元固体状態に、イコサノール凝縮膜は凝固点直上の液体状態に近い構造を有していることを明らかにした。近年の分光学的手法の発展に伴い、気/液界面膜の分子レベル構造解析は精力的に展開されてきたが、生体膜やエマルション等の複雑な分子組織体の基本骨格をなす液/液界面膜の構造解析は、その適用の困難さから大幅に立ち遅れている。本研究では、液/液界面膜構造解析の進展を図り、将来的な生体膜等の構造と機能の相関解明を界面物理化学的側面からアプローチし展開することを目指している。今年度は、油溶性フルオロカーボン(FC)アルコールであるペルフルオロノナノール(ω-F)とその疎水基末端を水素化したフルオロノナノール(ω-H)の単独系および混合系のヘキサン/水界面ギブズ膜に関して、界面張力測定によるマクロ観点からの膜状態の決定とシンクロトロンX線反射率測定によるミクロ観点からの膜構造解析を行った。1界面張力測定(マクロ研究)界面張力を温度、圧力、溶液濃度、混合物の組成の関数として測定し、熱力学理論解析を行った。ω-H分子は末端(ω位)双極子の存在により、ω-F分子に比べ、双極子-水および双極子間相互作用に有利な傾いた配向状態(約15°の傾き)にあることが示された。さらに、混合吸着膜中では分子密度の小さな気体膜、膨張膜では両分子は理想的に混和するが、密なパッキング状態にある凝縮膜では隣接するω位双極子間斥力を緩和するため、結果として混合が促進されることが明らかになった。2 X線反射率測定(ミクロ研究)アメリカ・ブルックヘブン国立研究所内放射光施設(NSLS)にて、鏡面条件下でのX線反射率測定を、溶液濃度一定下で温度の関数として行なった。得られた反射率曲線の解析の結果、相転移点付近で凝縮膜ドメインの界面被覆率は不連続的に変化し、更に凝縮膜ではω-H系はω-F系に比べてやや小さな膜厚を与えるものの、電子密度には大差がなかった。このことは、マクロ研究から導き出された結論を支持するものである。近年の分光学的手法の発展に伴い,気/液界面膜の分子レベル構造解析は精力的に展開されてきたが,生体膜やエマルション等の複雑な分子組織体の基本骨格をなす液/液界面膜の構造解析は,その適用の困難さから大幅に立ち遅れている本研究では液/液界面膜構造解析の進展を図り,将来的な生体膜等の構造と機能の相関解明を界面物理化学的側面から展開することを目指している.今年度は,油溶性フルオロカーボン(FC)アルコールであるペルフルオロデカノール(TFC100H)とハイドロカーボン(HC)アルコールであるイコサノール(C200H)混合系およびTFC100Hとハイドロカーボンを疎水基に持つ陽イオン界面活性剤(DTAB)混合系のヘキサン/水界面ギブズ膜に関して,界面張力測定およびシンクロトロンX線反射率測定による膜状態とその構造解析を行った.1界面張力測定(マクロ研究)界面張力を25°C,大気圧下において溶液全濃度と混合物組成の関数として測定し熱力学理論解析を行った.
腸内細菌叢マイクロバイオームの解析を用いたアレルギーと肥満の新しい予防法の開発

アレルギー疾患、特に難治性の気管支喘息と肥満の合併が、共通した食生活の問題から生じることが指摘されている。25年度にリクルートできた年齢3-5歳の児で3年間に喘息が消失した人の子4人と、存続した子5人、花粉症が存続した4人について、採取した糞便より、腸内菌種解析とメタゲノム解析を行った。その結果、3群間には、炭水化物摂取の差と、Enterobacteriaceaeなどの発現パターンの差が認められた。特に、喘息消失群と存続群ではBidfidobacteriuの発現パターンと体重増加の関係が認められることから、小児の喘息の消失には、炭水化物などの摂取を控えた体重増加の抑制が有効であると推測された。ごく最近、アレルギー疾患、特に難治性の気管支喘息と肥満の合併が、共通した食生活の問題から生じることが知られるようになった。本研究では、食生活に起因するアレルギーと肥満における病態として考えられているヒト腸内細菌叢と免疫系を調べることによって、アレルギーと肥満における共通の腸内細菌叢マイクロバイオームマーカーを同定する。喘息患者と花粉症患者、健常群をそれぞれ、小児10人の計30人(年齢3-5歳、平均体重16.0kg;年齢、体重に群間の差はない)をリクルートした。その30人に関しては、総IgE抗体、特異的IgE抗体や好酸球などのアレルギーに関する検査を実施し、また乳酸菌含有食品、大豆、食物繊維の摂取頻度などを含めたDHQ(自記式食事歴法質問票)について詳細に聞き取った。採取する糞便より、全細菌DNAを抽出し、16S rRNA遺伝子クローンライブラリー法を用いて腸内細菌叢の菌種解析を行った。また同時にメタゲノム解析を行った。その結果、enterobacteriaceae, enterococcaceae, staphylococcaceaeなどの主要菌種の数には3群間には差がなかったが、その発現パターンの差は、アレルギー群(喘息と花粉症)と健常群には有意な差が認められた。この差は、小児の体重を補正すると消失することから、食事パターンの違いによるものと考えられた。このことは、DHQの解析によっても3群間に食品摂取頻度の差と、蛋白摂取と体重の正の関係が認められたことから裏付けられた。小児のアレルギー発症には蛋白摂取による腸内細菌叢の変動と関係があることが考えられたが、さらなる菌種解析と追跡研究によって、この因果関係と病理学的機序を明らかにする必要があると考えられた。昨年度にリクルートできた喘息患者と花粉症患者のうち、本年では喘息が消失した3人の子供と、消失しなかった5人の子供(年齢4-5歳、平均体重18.5kg、消失群と存続群の間には年齢、体重の有意な差はない)を比較し、あるいは前年度の結果と比較した。調査項目は、総IgE抗体、特異的IgE抗体や好酸球などのアレルギーに関する検査を実施し、また乳酸菌含有食品、大豆、食物繊維の摂取頻度などを含めたDHQ(自記式食事歴法質問票)について詳細に聞き取った。その結果、enterobacteriaceae, enterococcaceae, staphylococcaceaeなどの主要菌種の数には群間には1年間の追跡において差がなかったが、その発現パターンの差については、消失群と存続群に差が認められた。その2群間に体重増加の差がないにもかかわらず、炭水化物摂取の差が認められたことから、小児の喘息の消失には、炭水化物摂取による腸内細菌叢の変動と関係があることが考えられたが、さらなる菌種解析と追跡研究によって、この因果関係と病理学的機序を明らかにする必要があると考えられた。平成25年度にリクルートできた喘息患者10人と花粉症患者10人のうち、追跡できた26年度の8人に加え、さらに5人を追跡した。本年までに追跡できた13人のうち、喘息が消失した人の子供4人と、存続した子供5人、花粉症が存続した4人(観察開始時の年齢3-5歳、消失群と存続群の間には25年度、27年度に年齢、体重の有意な差はない)の3群を比較し、あるいは25年度の結果と比較した。乳酸菌含有食品、大豆、食物繊維の摂取頻度などを含めたDHQ(自記式食事歴法質問票)について詳細に聞き取った。その結果、Enterobacteriaceae, Enterococcaceae, Staphylococcaceae, Bidfidobacterium, Blautia, Collinsellaなどの主要菌種の数には群間には1年間の追跡において差がなかったが、その発現パターンの差については、消失群と存続群に差が認められた。

その3群間に体重増加の差がないにもかかわらず、消失群と存続群ではBidfidobacteriuと体重増加の関係の違いが認められることから、小児の喘息の消失には、炭水化物などの摂取を控えた体重増加の抑制と腸内細菌叢の変動と関係があることが考えられたが、さらなる例数を増やした菌種解析と追跡研究によって、この因果関係と病理学的機序を明らかにする必要があると考えられた。アレルギー疾患、特に難治性の気管支喘息と肥満の合併が、共通した食生活の問題から生じることが指摘されている。25年度にリクルートできた年齢3-5歳の児で3年間に喘息が消失した人の子4人と、存続した子5人、花粉症が存続した4人について、採取した糞便より、腸内菌種解析とメタゲノム解析を行った。その結果、3群間には、炭水化物摂取の差と、Enterobacteriaceaeなどの発現パターンの差が認められた。特に、喘息消失群と存続群ではBidfidobacteriuの発現パターンと体重増加の関係が認められることから、小児の喘息の消失には、炭水化物などの摂取を控えた体重増加の抑制が有効であると推測された。本研究は、コホート研究を主としており、気管支喘息症と肥満の関係で重要な腸内細菌をマイクロバイオーム解析とメタゲノム解析を追跡調査でき、因果関係を明らかにできた。当初の目的である小児アレルギー予防法の提示のための食事摂取と体重との関係についての科学的証拠をおおむね順調に得ることができている。予防医学、公衆衛生学動物実験やさらなる菌種解析と追跡研究によって、因果関係と病理学的機序を明らかにし、詳細な食事摂取と肥満との関係についての科学的証拠をさらに提示することによって小児アレルギー発症に対する新しい予防法を確立する。本研究は、疫学研究を主としており、小児における気管支喘息症と肥満の関係で重要な腸内細菌をマイクロバイオーム解析とメタゲノム解析を行い、DHQなどの食生活調査を組み合わせることによって当初の目的である小児アレルギー予防法の提示のための食事摂取と体重との関係についての科学的証拠をおおむね順調に得ることができている。小児用BDHQ(食事調査)の終了が予定期間(平成26年度中)を過ぎたため、その支払いに次年度使用額が生じた。動物実験やさらなる菌種解析と追跡研究によって、因果関係と病理学的機序を明らかにし、詳細な食事摂取と肥満との関係についての科学的証拠をさらに提示することによって小児アレルギー発症に対する新しい予防法を確立する。小児用BDHQ(食事調査)を予定通り遂行する。メタゲノム解析による菌種同定が当初、予定されていた菌種数より少なかったため、測定費用が少なくなり、来年度、持ち越しとなった。モデル動物を用いたメタゲノム解析を実施することに用い、人との結果の比較をする。
マラリア感染における記憶ＣＤ８＋Ｔ細胞の再活性化抑制メカニズムの解明

OVAマラリア原虫を感染させたマウスにおけるナイーブOT-I細胞(OVA特異的CD8+T細胞)(一次応答)と記憶OT-I細胞(二次応答)の増加をFTY720存在下で比較し、二次応答は全身的に起きていること示唆した。また免疫組織染色により、OVAリステリア菌感染とは異なり、OVAマラリア原虫感染では脾臓の白脾髄にマクロファージやOT-I細胞は集積しにくいことを示し、抗原提示の場所が細胞の応答に影響を及ぼしている可能性を示唆した。さらにOVAパルス抗原提示細胞によるOT-I細胞の増加は感染種で差がないこと明らかにし、二次応答抑制の原因は感染環境というよりむしろ抗原提示側にある可能性を示した。[目的]ヒトマラリア感染において免疫記憶が成立しにくいことが報告されている。本研究では、免疫記憶が成立しにくい理由の一つとして記憶細胞の二次応答(再活性化)が抑制されている可能性を検討し、そのメカニズムを明らかにする。[具体的内容]B6マウスにナイーブOVA特異的CD8+T (OT-I)細胞と記憶OT-I細胞を1:1の比率で養子移入し、人工抗原OVA組換えマラリア原虫あるいはOVAリステリアを感染させる。感染から数日後、移入したナイーブOT-I細胞と記憶OT-I細胞の増加をそれぞれ一次応答と二次応答として解析する。OVAマラリア感染中は記憶OT-I細胞の二次応答(増加)は脾臓、リンパ節、骨髄、脳、肝臓、血中など様々な臓器組織において一次応答より弱かった。一方、対照として用いたOVAリステリア感染では記憶OT-I細胞はナイーブOT-I細胞より増加した。またOVAマラリア感染マウスにFTY720(リンパ球の移動を阻害する薬剤)を投与しても上記の組織において記憶OT-I細胞の二次応答は回復しなかった。これらの結果からマラリア感染中、記憶細胞の二次応答は全身的に抑制されている事が示唆された。さらに、OVAマラリア感染中、二次応答している記憶OT-I細胞上には抑制性レセプターであるPD-1およびLAG3が高発現していた。この結果から、抑制性レセプターから負のシグナルが入る事が記憶細胞の二次応答が弱い原因の一つである可能性が示唆された。[意義、重要性]マラリア感染中、記憶T細胞の二次応答が弱いという事は、感染やワクチン接種により獲得した免疫記憶が無意味になるかもしれないことを示唆している。この二次応答が弱い原因を突き止めれば、その原因を回避する方法を提案する事で、マラリアワクチンの効果を十分に発揮させるために必要な技術開発に貢献し、さらにはマラリア制圧への糸口になると考えられる。[研究の目的]マラリア感染における二次応答の減弱機構を明らかにする。[具体的内容]ナイーブOT-I細胞(一時応答)と記憶OT-I細胞(二次応答)を同一マウスに受身移入しOVAマラリアあるいはOVAリステリアを感染させると、マラリア感染マウスでは様々な臓器(脾臓、肝臓リンパ節、骨髄、脳、血中)において二次応答が一時応答より小さかった。逆にOVAリステリア感染では二次応答の方が大きかった。さらにFTY720 (リンパ球の移動を阻害する薬剤)を投与したマウスにおいても、OVAマラリア感染に対して一時応答より二次応答の方が小さいという傾向は変化しなかった。これらの結果よりマラリア感染では全身的に二次応答が減弱している事がわかった。(2)感染率が上昇した時点でマウスの脾臓の切片標本を作製し、蛍光顕微鏡でOT-I細胞の局在を観察した。その結果、マラリア感染ではOT-I細胞は主に赤脾髄と辺縁帯において増加していたのに対し、リステリアでは白脾髄であった。またマクロファージもリステリアでは白脾髄に主に存在していたがマラリアでは赤脾髄と辺縁帯であった。(3)二次応答減弱の原因が抗原提示細胞なのか感染環境なのか調べた。ナイーブOT-I細胞と記憶OT-I細胞を同一マウスに受身移入し骨髄由来樹状細胞を用いてOVAペプチドを免疫し、野生型マラリアあるいは野生型リステリアを感染させた。その結果、非感染マウスに比べてどちらの感染でも記憶OT-I細胞の二次増加は亢進した。この結果から、感染環境が二次応答減弱の原因ではない可能性が示唆された。[結果、まとめ]マラリアに特徴的な二次応答抑制は感染によるサイトカン等の環境変化が原因というよりむしろ赤脾髄における抗原提示およびOT-I細胞の増加が原因である可能性が考えられた。『研究の目的』ヒトマラリア感染において免疫記憶が成立持続しにくいことが報告されている。

これまでに、我々はマラリア感染で免疫記憶が成立しにくいのは、記憶細胞の分化、維持というよりはむしろ二次応答に問題が有る可能性を示唆してきた。本プロジェクトではなぜ二次応答が減弱するのか、その機構を明らかにする。『具体的な方法と結果』ナイーブOT-I細胞(一時応答)と記憶OT-I細胞(二次応答)を同一マウスに受身移入しOVAマラリアあるいはOVAリステリアを感染させる。様々な臓器(脾臓、肝臓リンパ節、骨髄、脳、血中)で調べたが、マラリア感染の二次応答は一時応答より小さかった。逆にOVAリステリア感染では二次応答の方が大きかった。さらにFTY720 (リンパ球の移動を阻害する薬剤)をマウスに投与したマウスにナイーブOT-I細胞と記憶OT-I細胞を受身移入しOVAマラリアあるいはOVAリステリアを感染させた。その結果OVAマラリア感染に対して一時応答より二次応答の方が小さいという傾向は変化しなかった。これらの結果より二次応答が減弱している事が裏付けられた。(2)二次応答減弱の原因が抗原提示細胞なのか感染環境なのか明らかにした。ナイーブOT-I細胞と記憶OT-I細胞を同一マウスに受身移入し骨髄由来樹状細胞を用いてOVAペプチドを免疫した。その時野生型マラリアあるいは野生型リステリアを感染させた。その結果、非感染マウスに比べてどちらの感染でも記憶OT-I細胞の二次増加は亢進した。この結果よりマラリアに特徴的な二次応答抑制は感染によるサイトカンなどの環境というよりむしろ抗原提示細胞に原因がある可能性が示唆された。『意義、重要性』マラリア感染で免疫記憶が抑制されている原因を突き止め、その原因を取り除く方策を明らかにすれば、現在研究中のワクチン開発に貢献できる。交付申請書に記載した内容の一部を論文として発表できたため。交付申請書に記載した内容どおりに進展しているため。昨年より記憶細胞の二次応答や遊走に関する論文がいくつか報告されたため、これに伴い若干研究計画に変更を加える予定である。記憶細胞の二次応答抑制メカニズムとして以下を検討する。(1)感染の種類により抗原提示細胞の種類が違う可能性、さらにマラリア感染ではその抗原提示細胞の機能が減弱あるいは細胞死を起している可能性を調べる。(2)マラリア感染マウスとリステリア感染マウスの脾臓やリンパ節におけるナイーブ細胞と記憶細胞の局在を免疫組織染色を用いて調べる。この解析結果により、マラリア感染により記憶細胞の局在性変化した事が原因で二次応答が減弱したのかが明らかとなる。実施計画書に記載した通りに進める予定である。いかに詳細を示す。(1)記憶細胞を活性化しにくいような抗原提示細胞に、マラリア原虫感染赤血球は優先的に貪食され、その抗原が提示される可能性を検討する。(1) B6マウスにOVAマラリアとOVAリステリアをそれぞれ感染させる。(2)感染率が上昇後脾臓を摘出し、蛍光標識-抗OVAペプチド/MHC抗体、抗CD11c抗体(樹状細胞マーカー)及び抗CD11b抗体(マクロファージマーカー)で染色し、フローサイトメトリーで、各種病原体の抗原を提示する細胞を特定し、マラリア感染とリステリア感染で違いが有るのか調べる。(2)マラリア原虫抗原の抗原提示様式はクロスプレゼンテーションである。クロスプレゼンテーションで提示された抗原では記憶細胞の活性化を誘導しにくいのか検討する。
情報ネットワークを利用した総合学習のための広域映像配信システムの共同開発と評価

本研究の目的は、情報ネットワークを利用して、広域にわたる学校間での総合学習に関して、優れたモデルを提示することである。具体的には、生態学の専門研究者のもとに、総合学習の一環として、生物と自然環境との生態系をくわしく調べ、生態系の維持から環境教育まで広く発展させることができる。国内での農村部と都市部の違い、小学校中学校、高校、成人など発達による違い、国内外の文化による違い、新たなメディア利用など多くの側面から研究を進めた。特に、川、沼などの水系自然との共生については、東京学芸大学・環境教育実践施設及び独立行政法人土木研究所・自然共生センターなどの協力を得、水中の魚の様子を撮影し、魚の棲む環境などに関するディジタル・コンテンツを開発した。さらに、このコンテンツを大阪府下及び岐阜県下の小学校・中学校で利用してもらい、評価を行った。また、姫路市立水族館との協力で、魚のエラ呼吸などに関する専門的資料から、呼吸方法から動物の進化論にいたる教育パッケージを開発し、中学生、高校生、大学生などを対象に実験を行った。これらの結果より、飼育、料理、釣りなど魚に関した経験を多数持ち、工学、心理学、社会学など多様な専門領域を背景とする大学生らのグループの方が、より幅広く議論を行い、学習を発展させられることが明らかになった。また、一部、「超鏡システム」、携帯電話、ペンタブレット、P2Pによるファイル交換など、新たな技術を用い、多様な総合学習の活動を技術的にサポートするシステムも開発した。これらのシステムの有用性は、上記実践により明らかになった。今年度はまず、教育工学と生態学の倫理的検討を行った。具体的には、情報通信技術(ICT)のネットワーク化による学習環境に広がりに対して、樹木型ヒエラルヒー、ネスト型ヒエラルヒーなどの生態学的アプローチが必要なことを明らかにした。また、ブロンフェンブレンナーによる「人間発達の生態学モデル」を、子どもを中心にした学習環境の広がりとして理論展開を行った。次に、上記生態学的モデルの応用例として、Web上で算数科教育法を行う教材を開発した。これは近年の教科教育内容の扱いの弾力化、子どもの学習歴と習得レベルの多様化、子どもの学習権の保障、保護者への説明責任等により、学校教員に求められる資質が大きく変化してきている背景によるものである。協働作業、情報通信機器の活用、プレゼンテーションという能力の育成を図るものである。また、理論の実践としてプロジェクト「みらべる」を立ち上げた。プロジェクト「みらべる」は、「広域の学校で共有・利用できる、総合学習のためのデジタル学習教材を提供すること」を目的とし、教材作成に関心を有する学生を中心に複数の機関の連携によって成り立っているものである。プロジェクト「みらべる」は、(1)デジタル学習教材作成プロジェクト(2)デジタル学習教材作成ワークショッププロジェクト(3)教材提供支援システム開発プロジェクトの各小プロジェクトに分かれ、活動を行った。発足当初から各機関の連携の姿を、実践を通して探った。最終的に、活動の中心となった学生が各々の機関から何を学び、どのような活動を行ったかについて記述し、各機関の連携のあり方を検討した。今年度は本研究の2年度であり、本格的な研究を推進した。その研究実績は次の通りである。本研究の目的は、広域映像配信システムを共同開発し、情報ネットワークを利用した総合的学習に関して、優れたモデルを提示することにある。そこで、岐阜県の「自然共生研究センター」の生態学の専門家の協力と指導のもとに、総合的学習のモデルとして、生物と自然環境(河川)との生態系を実地調査し、生態系の維持から環境教育まで発展させる研究を実施した。この研究は、国内での農村部と都市部の両方での比較研究を目指しているが、今年度は農村部の川島小(岐阜)で実践した。また、こうした生態学のアプローチでは、自然環境ばかりでなく、国際間での文化差を含む総合的学習のモデルを示すことができる。今年度は、アフガニスタンと日本を、遠隔対話環境の一つである「ハイパーミラー」で接続し、環境を題材とした実践を行った。

さらに、これらの総合的学習では教師と学習者、及び学習者同士のコミュニケーションが必要であり、支援するツールを開発した。具体的に、主要な研究実績を列挙して示せば、次のようになる。(1)広域映像配信システムの重要性(2)専門家と実践者によるデジタル教材の開発と評価(3)河川を題材とした総合的学習における実践と評価(川島小)(4)総合的学習におけるコミュニケーションツールの開発(5)環境を題材とした遠隔教育実践-アフガニスタンと日本をハイパーミラーで結んで-以上の今年度の研究実績は、来年度当初に中間報告書として発刊予定である。本研究では、情報ネットワークを利角した広域映像配信システ云を開発して、総合学単習を中心とする学習環境を構成し教育の成果をあげることをめざしている。すなわち、地域における学習から始まり、国内の地域間での学習、さらに外国との間での学習というように、まさに「地域から世界へ」という方向で、きわめて広い射程と展望がある。このような学習環境の広がりに対して、本研究の基本的枠組は、とくに最近重視されつつある生態学(ecology)の思想や理論モデルに基づいている。近年、生態学は、我々人間がかかわる自然、文化、社会をトータルに、また広く全地球規模で取り扱えるように進んでおり、情報ネットワークのカバー領域も地球規模に拡大しつつあり、ここに適合性があるからである。近年、まさに世界的な規模で情報化、国際化、環境問題等が進行し、こうした現代世界の急速な変化やそこで生じる問題解決への対応を図ることが、わが国ばかりでなく諸外国においても教育の重要な課題として取り組まれている。そのなかで教科学習と並列して行われる「総合的な学習の時間」が正式に設置され、いわゆる総合学習が本格的に実践されている。こうした学習環境は、激動の時代の中で「生きる」ということをめざす、今回のわが国の教育改革の中心に位置づけられている。学習や発達のための環境は、理論的にも、自然、文化、社会(歴史)など広く取り扱う方向に発展し、それらを学習者に理解させる研究が盛んになってきている。このことはとくに、総合学習的な学習環境において、現代の教育における大きな課題である「情報化」対応ばかりでなく、「国際化(異なる文化の理解)」、「環境問題(自然、生態学)」など広く統一して取り扱い研究することができるということを意味する。その際、情報ネットワークの利用は、ここで述べた課題の全般にかかわる研究に貢献すると考えられる。本研究の目的は、情報ネットワークを利用して、広域にわたる学校間での総合学習に関して、優れたモデルを提示することである。具体的には、生態学の専門研究者のもとに、総合学習の一環として、生物と自然環境との生態系をくわしく調べ、生態系の維持から環境教育まで広く発展させることができる。国内での農村部と都市部の違い、小学校中学校、高校、成人など発達による違い、国内外の文化による違い、新たなメディア利用など多くの側面から研究を進めた。
真核細胞ピルビン酸脱水素酵素の生合成・構造形成・活性発現の遺伝子制御

生細胞ミトコンドリア(Mt)の主要呼吸燃料であるピルビン酸の酸化的脱炭酸分解反応を触媒するピルビン酸脱水素酵素複合体を構成する3種類の成分酵素は、核DNAにコ-ドされた全駆体としてサイトゾ-ルで生合成された後、Mtに輸送され、プロセッシングをうけ、活性発現しているものと推定されている。本研究は、複合体の第一成分でTTPを補酵素とし、α_2β_2サブユニット(鎖)構造をもつピルビン酸脱水素酵素(PDH)を中心に全容解明を意図した。(1)クロ-ニング・塩基配列決定を行ったヒトPDHα、β鎖cDNAを、発現ベクタ-pTZ18Rに組み込み、in vitro転写反応系を用いてα、β両mRNAを調製し、HeLa細胞両mRNAとα、β両cDNAをプロ-ブとして大きさを比較したがよく一致していた。また、合成mRNAの転写物はHeLa細胞mRNAがin vitro合成系中で産生するα、β前駆体と類似の大きさのポリペプチドを生成することも判明した。(2)ヒトPDHα鎖遺伝子-α鎖cDNAをプロ-ブとし、ヒト白血球ゲノムライブラリ-から全長17kbに及ぶ2個のクロ-ンを得、全塩基配列を決定した。本遺伝子は11のエクソンからなり、イントロン/エクソン境界は全てGT/AG則に従っていた。我々の包皮線維芽細胞由来cDNAは他のライブラリ-からクロ-ンされたcDNAと比べ93bpが欠失していたが、この93bpは本遺伝子のエクソン6として存在していることが明らかとなった。転写開始点は翻訳開始点より124bp上流のチミンと推定した。(3)ヒトPDHβ鎖遺伝子-18kbの1個のクロ-ンを単離し、その全塩基配列を決定した。本遺伝子は10のエクソンからなり、転写開始点は翻訳開始点より132bp上流のアデニンと推定し、その他のプロモ-タ-領域の構造をも明らかにした。今後得られた結果を基に各遺伝子の発現機構を明らかにしたい。生細胞ミトコンドリア(Mt)の主要呼吸燃料であるピルビン酸の酸化的脱炭酸分解反応を解媒するピルビン酸脱水素酵素複合体を構成する3種類の成分酵素は、核DNAにコードされた前駆体としてサイトゾールで生合成された後、Mtに輸送され、プロセッシングを受け、活性発現しているものと推定されているが、その全容は不明である。本研究は、本複合体の第一成分で、TPPを補酵素とし、α_2β_2サブユニット(鎖)構造をもつピルビン酸脱水素酵素(PDH)を中心に、全容解明を意図した。最近、クローニング、塩基配列決定に成功したヒトPDHのα、β鎖cDNAを用い、まず各種発現ベクターとの組換え体の調製を試みた。すなわち、invitro発現ベクターであるpTZ18Rに組込み、invitro転写反応系を用いてα、βmRNAを調整し、HeLa細胞mRNAと、α、βcDNAをプローブとし、大きさを比較したが、よく一致していた。また、両mRNAの転写物は、HeLa細胞両mRNAが家兎網状赤血球溶血液を用いる無細胞タンパク質合成系中で産生するα、β前駆体と類似の大きさのポリペプチドを生合成することも判明した。