hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
マイクロ波分光による水分解用光触媒の高速性能評価法と高効率水分解系の開発

今年度は以下の2つの研究テーマに取り組んだ。1.PbBiO2X (X = Cl, Br)を用いた可視光酸素生成と価電子帯形成におけるローンペア電子の役割新規可視光応答型光触媒として、PbおよびBiを構成元素として含む一連のオキシハライドを探索し、シレン構造を有するオキシハライドPbBiO2X (X = Cl, Br, I)が可視光吸収とともに水分解に適したバンド位置を有することを明らかにした。Pbを含まない類似化合物SrBiO2Cl、BaBiO2Clとの各種物性比較およびDFT計算の結果から、PbBiO2X化合物ではPb 6s軌道とO 2p軌道の混成によって価電子帯上端位置が引き上げられていることが示された。価電子帯上端付近の状態密度が主にO 2pで構成されるPbBiO2Cl、PbBiO2Brは、可視光照射下で安定に酸素を生成したが、I 5p軌道の価電子帯上端への寄与が支配的であるPbBiO2Iでは光吸収によって生成した正孔による自己酸化反応が進行した。2.マイクロ波分光による光触媒の高速性能評価と律速過程の解明時間分解マイクロ波伝導度(TRMC)法によって得られるキャリアの生成効率、移動度、寿命が光触媒活性と強く相関していることを明らかにした。高効率光触媒の一つであるBi4TaO8Clに着目し、ハロゲン欠陥がTRMC信号の減衰速度を増加させる一方で、焼結温度の増加が結晶性の向上とTRMC信号強度の増加につながっていることを見出した。さらに、TRMC信号の強度と寿命の積を指標とすることで、光触媒反応による酸素発生速度を予測できることを確立した。この知見を基に、未だプロセス条件が最適化されていないPbBiO2Clの評価を行い、従来想定されていた最適焼結温度より低い温度が最適であることを予見し、既報の効率を3倍向上させることに成功した。一年目の研究計画においては、代表的な光触媒の水分解活性と時間分解マイクロ波伝導度(TRMC)信号の相関関係を調査、解析することを第一目標としていた。実際に、高効率な光触媒として近年注目されているいくつかの酸ハロゲン化物(Bi4TaO8Cl、PbBiO2Clなど)について、合成温度を系統的に変化させてTRMC測定・解析を行ったところ、TRMCシグナルは光触媒活性を大きく左右する結晶性の変化やハロゲン欠陥の生成に敏感であり、したがって光触媒活性とも非常に良い相関があることが明らかとなった。また、この測定手法を応用した光触媒活性の高速最適化にも取り組んだ。さらに有効質量の第一原理計算も順調に進んでおり、こちらもTRMC信号と強い相関があることを既に見出している。一年目のもう一つの研究目標として、欠陥濃度、キャリア密度が光触媒活性に与える影響に関する検討も挙げていた。このテーマに関しては、光触媒研究の初期から注目され続けてきたチタン酸ストロンチウム(SrTiO3)にフォーカスして、ストロンチウム欠陥が活性とTRMCシグナルに与える影響を明らかにし、過剰なストロンチウム源が活性を劇的に向上させる要因を明らかにしている。これまでの研究では、高効率光触媒の一つである酸ハロゲン化物光触媒Bi4TaO8Cl、PbBiO2Clに着目し、ハロゲン欠陥がTRMC信号の減衰速度を増加させる一方で、焼結温度の増加が結晶性の向上とTRMC信号強度の増加につながっていることを見出した。さらに、TRMC信号の強度と寿命の積を指標とすることで、光触媒反応による酸素発生活性を予測できることを確立した。本年度は、このTRMC測定により得られる光伝導度と光触媒活性、さらにはキャリアの有効質量との相互関係性を明らかにする。キャリアの有効質量は移動度の逆数に比例する。また、光伝導度はキャリアの生成効率と移動度の和の積に変換できることから、キャリアの有効質量と光伝導度の間には密接な関係があることが予想できる。しかし、TRMC光伝導度と有効質量との関係は未だ明らかになっていない。光触媒反応においても、触媒表面への光励起キャリアの移動は光触媒性能を支配する重要な因子の一つであることから、キャリアの有効質量と光触媒活性の間にも強い相関があると考えられているが、この関係についても未だ不明な点が多い。そこで本年度の研究では、前年度にTRMC信号と光触媒活性の間に良い相関が得られたPbBiO2Clにフォーカスし、元素置換によるバンド構造の制御を行うことでキャリアの有効質量を連続的に制御した試料を用意し、それらの光触媒活性試験とTRMC測定を行う。これらの結果と第一原理計算によって算出した有効質量を定量的に比較することで、有効質量、光触媒活性、光伝導度の間の相関関係を明らかにする。価電子帯

上端付近の状態密度が主にO 2pで構成されるPbBiO2Cl、PbBiO2Brは、可視光照射下で安定に酸素を生成したが、I 5p軌道の価電子帯上端への寄与が支配的であるPbBiO2Iでは光吸収によって生成した正孔による自己酸化反応が進行した。2.マイクロ波分光による光触媒の高速性能評価と律速過程の解明時間分解マイクロ波伝導度(TRMC)法によって得られるキャリアの生成効率、移動度、寿命が光触媒活性と強く相関していることを明らかにした。高効率光触媒の一つであるBi4TaO8Clに着目し、ハロゲン欠陥がTRMC信号の減衰速度を増加させる一方で、焼結温度の増加が結晶性の向上とTRMC信号強度の増加につながっていることを見出した。さらに、TRMC信号の強度と寿命の積を指標とすることで、光触媒反応による酸素発生速度を予測できることを確立した。この知見を基に、未だプロセス条件が最適化されていないPbBiO2Clの評価を行い、従来想定されていた最適焼結温度より低い温度が最適であることを予見し、既報の効率を3倍向上させることに成功した。一年目の研究計画においては、代表的な光触媒の水分解活性と時間分解マイクロ波伝導度(TRMC)信号の相関関係を調査、解析することを第一目標としていた。実際に、高効率な光触媒として近年注目されているいくつかの酸ハロゲン化物(Bi4TaO8Cl、PbBiO2Clなど)について、合成温度を系統的に変化させてTRMC測定・解析を行ったところ、TRMCシグナルは光触媒活性を大きく左右する結晶性の変化やハロゲン欠陥の生成に敏感であり、したがって光触媒活性とも非常に良い相関があることが明らかとなった。また、この測定手法を応用した光触媒活性の高速最適化にも取り組んだ。さらに有効質量の第一原理計算も順調に進んでおり、こちらもTRMC信号と強い相関があることを既に見出している。一年目のもう一つの研究目標として、欠陥濃度、キャリア密度が光触媒活性に与える影響に関する検討も挙げていた。このテーマに関しては、光触媒研究の初期から注目され続けてきたチタン酸ストロンチウム(SrTiO3)にフォーカスして、ストロンチウム欠陥が活性とTRMCシグナルに与える影響を明らかにし、過剰なストロンチウム源が活性を劇的に向上させる要因を明らかにしている。これまでの研究では、高効率光触媒の一つである酸ハロゲン化物光触媒Bi4TaO8Cl、PbBiO2Clに着目し、ハロゲン欠陥がTRMC信号の減衰速度を増加させる一方で、焼結温度の増加が結晶性の向上とTRMC信号強度の増加につながっていることを見出した。さらに、TRMC信号の強度と寿命の積を指標とすることで、光触媒反応による酸素発生活性を予測できることを確立した。本年度は、このTRMC測定により得られる光伝導度と光触媒活性、さらにはキャリアの有効質量との相互関係性を明らかにする。キャリアの有効質量は移動度の逆数に比例する。また、光伝導度はキャリアの生成効率と移動度の和の積に変換できることから、キャリアの有効質量と光伝導度の間には密接な関係があることが予想できる。しかし、TRMC光伝導度と有効質量との関係は未だ明らかになっていない。光触媒反応においても、触媒表面への光励起キャリアの移動は光触媒性能を支配する重要な因子の一つであることから、キャリアの有効質量と光触媒活性の間にも強い相関があると考えられているが、この関係についても未だ不明な点が多い。
電磁ノイズ定量化技術を用いたメタマテリアルアンテナの低ノイズ・高効率化

近年、電子・電気機器の高速化・低電力化に伴い、電磁ノイズが生じない回路設計技術がますます重要になってきている。しかし、電磁ノイズ対策は熟練の技術者の経験を必要とするため、それらの多くは対症療法的な手法となっている。そこで本研究では、電気回路内に発生する電磁ノイズ現象を電磁気学現象の基本方程式であるマクスウェル方程式を用いて定量化し、電磁ノイズ現象の発生メカニズムを解明することで、電磁ノイズを根本的に削減する手法の開発を目指す。その手法を次世代回路素子として着目されているメタマテリアルアンテナの回路設計へと応用することで、それらの低ノイズ・高効率化の実現を目指す。
新たなエネルギー授業の試行からの科学技術リテラシーの創造に関する研究

科学と技術の関係を捉え、融合させるプログラムを持つことは、科学や技術をより理解し、学習の深化を促し、さらには現代社会が抱える様々の問題の本質を捉える上での視点を形成するという仮説の基に、「科学と技術」という新科目を設置し、その中で科学研究費補助金(奨励研究)の指定を受け、新たなエネルギー授業の実践から科学技術リテラシーの提言を行うことを目的として研究を進めた。実際に運用されている、草津市及び室戸岬の風力発電所を取材し、これまでの理科や技術・家庭科の授業にはなかったコンセプトを設定する。風力発電機のシンボルとしてのブレード製作から風洞実験に生徒を導くのではなく、発電機製作から構造と原理の理解を進め、自ら製作した装置によって実測し、さらには力学的数式を導き出そうというものである。授業実践では、題材として20Wの発電能力を持つ半完成品の風力発電機を選び、グループごとに製作を進め、風洞実験の装置を考え、組み立てた。ブレードの工夫といった風車のイメージが先行する風力発電機ではあるが、その発電量は受風面積に比例し、風速の3乗に比例するという力学的な数式が成り立つ。この数式の理解から、風力発電のこれからの社会的な取り組みに対して、風車の建設技術だけではなく立地条件や環境調査の重要性や地理的限界などの考察に繋げることができた。製作からの原理理解、自ら製作した装置での実測からの理論立てといったカリキュラムを位置づけることは、高度な科学技術リテラシーの一つの形として規定できつつある。今後は風力発電機を用いた授業の改良や他のエネルギーについても教材化を研究し、リテラシー検討を進めることが必要である。
多値イオン・固体表面反応における放出電子の研究

1個の多値イオン(原子から多数の電子をはぎ取ったもの)が固体表面と反応(衝突)すると、その価数以上、数百個もの電子を放出することが知られている。その電子のスピン(自転の方向と考えてよい)が、一定程度にそろっている場合がある。それをスピン偏極という。その様子を調べるためのスピン偏極計をすでに製作していたが、それを更に校正するためのスピン偏極電子線源を設計、製作した。多価イオンと固体表面との相互作用において放出される電子の性質を調べるため,本年度は電子のスピン偏極度を調べるためのモット型検出器(既存)の較正をするために、独立の偏極電子線源を開発した.これは,ガリウムヒ素単結晶に近赤外の円偏光レーザーを照射し他ときに放出される光電子がスピン偏極をしていることを利用する物である.超高真空テェンバーの立ち上げ,ガリウムヒ素単結晶の清浄化装置,光電子の偏向器,金薄膜による偏極電子の検出系などを組上げて装置の完成を見た.実験はこれからの課題として残されたが,おおむね予定の行程にそって進行している.近赤外のレーザーとしては,パソコン用のCDRW装置の半導体レーザーがたまたま本装置に好ましい波長節囲で発振するので手軽に利用することができた.これは直線偏光であるので,1/4波長板で円偏光に変換する.ガリウム砒素結晶はいわゆる負の電子親和性を持たせるためにセシウム酸化物で薄く覆う必要がある.そのために真空チャンバーにはセシウム蒸発源および酸素導入系をとりつけた.また結晶表面が汚されると電子の放出率が下がってしまうので,結晶の清浄化を加熱法により随時行えるようにしたばかりでなくマイナス8乗パスカル台の超高真空が得られるようにした.スピン偏極度は,モット検出器とは独立に絶対値が決定できる金薄膜による吸収電流の測定からキャリブレーションする.今後はこの装置により偏極度の既知の電子線を発生し,モット検出器の性能評価に用いる予定である.本年度に予定した目標はモット検出器の較正のために,偏極電子線源を完成させる事であった.超高真空チャンバーを完成し,ターゲットであるGaAs結晶の表面清浄化法に習熟した.GaAsの清浄表面を保つためにはマイナス8乗パスカル程度の真空度が必要であるが,現状では8乗にやっと入った程度で更なる向上が必要と思われる.光電子放出のための870nmの半導体レーザーを用意し,波長板により円偏光に変換することができて、偏光度の測定を行い,円偏光であることを確認した.GaAs表面を活性化し負の電子親和度を得るため,セシウムを照射する.そのための蒸発源も整備された.以上により偏極電子の発生は射程内に入ってきたと言える.またフィラメントによる熱電子線を用いて電子レンズおよび偏向器の調整もすませている.来年度は最終年度であるから,この偏極電子線源を使ってモット検出器の調整と較正を行い,磁性体表面へ多価イオンを照射した時の放出2次電子のスピン解析へと進む予定である.本研究の目標は多価イオンを固体物質に照射したときに発生する2次電子をとらえ,そのエネルギー,収量などを定量的に決定し,照射する多価イオンの価数,元素番号,照射エネルギ憎,照射ターゲットとの関連を明らかにすることであった.今期終了に当たっては,残念ながら初期の目的を十分果たすことはできなかったが,放出電子のもう一つの特性であるスピン偏極度に注目した研究に歩を進めることとなったこのスピン偏極の観測は今までほとんど手がつけられていなかったが,これが解明されると多価イオンと固体表面との相互作用における新しい側面に迫ることができるだろう.たとえば磁性体表面ではスピンが整列しているがそこからの2次電子も整列したまま飛び出してくるのだろうか?,あるいは多価イオンのスピン多重度を決める手だてがえられないだろうか?,などの疑問に答えられればきわめて興味深い.そこで本年度(最終年度)の目標を昨年に引き続き偏極電子線源の完成およびそれ牽用いてのモット検出器の校正に設定した.多価イオン照射による放出電子のスピン解析を最終目標としていたが,残念ながらそこまでは至らなかった.しかしながら偏極電子線源の開発についてはすべてが整い,最終的に20-30%の偏極度をもつ電子線を10μA以上の強度で発生させる事に成功した.そのために,超高真空の達成10のマイナス8乗パスカル以上の真空,半導体レーザーと波長板による円偏光の発生,セシウム蒸気によるGaAs基板の活性化,電子光学系(偏向器,レンズ等),および偏光度の決定のための吸収電流法検出器の整備等の作業を完了した.あとはこの装置を既設のモット検出器とドッキングして,モット検出器の性能をチェックする事と,多価イオン照射された固体(特に磁性体)からの放出電子のスピン偏極度の測定へとつなげていきたい.
循環器系病変における歯周病原性細菌が及ぼす機構についての解析

歯周病原性細菌遺伝子の循環器系疾患部位からの検出目的:近年、歯周病の循環器系疾患への関与が注目されている。本研究の目的は、循環器系疾患罹患部の病変組織から、歯周病原性細菌の遺伝子が検出されるか調べることであった。材料および方法:結果:84.4%(27/32)の循環器系疾患部位よりPCR法で歯周病原性細菌が検出された。疾患別では、大動脈瘤が82.6%(19/23)、動脈硬化が88.9%(8/9)であった。また、循環器系疾患部位から検出された各歯周病原性細菌の割合は、P.gingivalis:75.0%(24/32)、T.denticola:62.5%(20/32)、P.intermedia:34.4%(11/32)、C.rectus:12.5%(4/32)であった。考察:今回調べた動脈瘤、動脈硬化部位より高い割合で歯周病原性細菌遺伝子が検出された。特にP.gingivalisはPCR法によって75.0%も血管病変サンプルより検出された。細菌性酵素であるP.gingivalisのgingipainなどは赤血球の凝集を促し血栓の形成を促進する可能性が知られ、これらを含めた菌体成分は、アテローム性動脈硬化症の病因や大動脈瘤の形成過程に関わると考察された。結論:歯周病原性細菌が大動脈系疾患(大動脈瘤、動脈硬化)の病変部から高度に検出され、循環器系疾患への歯周病変由来の細菌が強く関与することが示唆された。
新しい腫瘍抗原同定に基づく免疫療法の開発

がん免疫療法は期待されているが、まだ標準治療になっていない。本研究では、免疫療法の科学的な改良を目指して、ヒトがん抗原の同定、がん免疫応答、特に免疫抑制の機序解明、がん組織を構成するがん細胞群として、抗がん剤抵抗性で再発の原因となるがん幹細胞と転移の原因となる上皮間葉転換がん細胞の免疫特性の解明を行った。本研究で見つかったがん抗原や免疫制御法を用いた新しいがんの診断法や治療法の開発が期待される。腫瘍抗原の同定では、GeneChipを用いた網羅的遺伝子解析により、新規ヒト腫瘍抗原候補を多数同定した。そのうちの一つは肺癌、悪性黒色腫、膵癌などで高頻度に発現がみられ、患者血清中に特異IgG抗体が検出できる腫瘍抗原であることが判明した。前年度SEREX法で単離した癌精巣抗原の発現解析を行い、膵癌だけでなく子宮体癌・肺癌等にも高率に発現し、血清中に特異IgG抗体が認められることを確認した。前年後に新規HLA-A24結合ペプチド予測プログラムとHLA-A24遺伝子導入マウスを用いて同定したT細胞エピトープを用いて、in vitroヒトT細胞誘導法により、ヒトでもT細胞エピトープになることを確認し、本法がヒトT細胞エピトープ同定に有用であることを明らかにした。RNAiを用いて、前年度同定した腫瘍抗原が、増殖・生存・浸潤などの癌の悪性形質に関与することを明らかにし、腫瘍抗原消失が起こりにくい免疫療法に有用な標的である可能性、また分子標的治療の標的にもなる可能性を示した。がん細胞の免疫回避機構として、メラノーマでBRAF突然変異により活性化されているMAPK経路は、免疫抑制性可溶性分子の産生にも関与することを明らかにした。これは癌細胞の遺伝子異常が癌の増殖浸潤だけでなく、免疫抑制に直接関与することを示す重要な知見であり、今後、分子標的治療薬を用いた免疫回避の克服・免疫療法の改良につながると考えられる。さらに、担癌生体における免疫抑制性の制御性T細胞(T-reg)の抗原特異的誘導機構を解明するために、T-regが存在しないT細胞受容体(TCR)遺伝子導入マウスに、MHCクラスII結合ペプチドを各種方法で投与することにより、T-regが抗原特異的に誘導されるモデルを作製した。今後、T-reg制御法の開発に有用と考えられる。各種網羅的遺伝子解析法を用いて悪性黒色腫抗原を同定してきたが、本年度は、精巣組織からRDA法で同定した癌精巣抗原KU-CT4抗原の抗体を作成して、蛋白レベルでの発現解析を行い、免疫染色法にてKU-CT4は悪性黒色腫組織で発現することを確認した。さらに、コンピューターアルゴリズムで選定したHLA-A24結合ペプチドを合成し、HLA-A24遺伝子導入マウスへの免疫およびヒト末梢血からのin vitroT細胞誘導法を用いて、日本人に高頻度に発現するHLA-A24結合性のT細胞エピトープを同定し、悪性黒色腫細胞株を傷害するT細胞の誘導に成功した。KU-CT4は、正常組織では精巣に高発現するが、他の組織での発現は非常に低く、悪性黒色腫だけでなく、様々な癌種で発現と血清特異的IgG抗体が認められ、広い癌種に対する腫瘍抗原となる。癌細胞の免疫回避機構の解明においては、前年度示した悪性黒色腫だけでなく、肺癌でもras活性化変異などに起因するMAPKシグナル亢進による免疫抑制性サイトカインの産生が起こり、シグナル阻害剤による免疫抑制活性の減少が可能であることを明らかにした。また、悪性黒色腫では、レンチウイルスshRNA、オリゴsiRNAを用いて、STAT3やBRAFに加え、APCやβ-catenin遺伝子異常によるWntシグナル亢進が、癌細胞の増殖生存には影響を与えないが、免疫抑制性IL10の産生を促進させることを見いだした。産生されたIL10は樹状細胞の成熟化の阻害に可能している。したがって、様々な癌種において、様々な癌遺伝子・シグナル異常が癌の悪性形質の一つである免疫回避機構に直接関与することが示された。本年度は、悪性黒色腫による免疫抑制機構を中心に解析した。ヒト悪性黒色腫は、可溶性抑制分子として、TGFβ,ILIO, IL6, VEGF、膜型抑制分子として、PD-L1と新規に見いだした分子17、細胞内分子として、ID0などを発現することを明らかにした。そのうち、IL10は、昨年度Wnt/Β-cateninシグナルの異常亢進による高産生を見いだしたが、本年度は、その機序として、TCF/Β-cateninによるIL10プロモーターへの直接的な作用を明らかにし、さらに活性型変異Β-cateninを遺伝子導入したヒト悪性黒色腫細胞株は、IL10産生を介して、制御性樹状細胞様細胞の誘導に加えて、悪性黒色腫反応性T細胞のIFN 7産生や細胞傷害活性を抑制することを明らかにした。

また、新規に見いだした膜分子17Lは、悪性黒色腫細胞株でIFNt刺激による誘導性発現あるいは恒常的発現が認められ、TLR刺激による樹状細胞からのタイプI-IFN産生を抑制し、悪性黒色腫の免疫回避に関与する可能性を示した。マウス悪性黒色腫B16をマウスに移植するとMDSC(myeloid derived suppressorcells)を誘導するが、ヒト悪性黒色腫をヌードマウスに移植しても、マウスMDSCが誘導されることを見いだし、このxenogeicモデルにより、ヒト悪性黒色腫のMDSC誘導活性が検出でき、今後、その誘導機序の解明に有用であることを見いだした。GemcitabineによりMDSC誘導の抑制が可能であり、今後、臨床応用できる可能性がある。昨年までに報告した、悪性黒色腫で高頻度に見られる活性型変異BRAFによるMAPKシグナル式進を阻害することにより複数の免疫抑制機構を同時阻害できる現象を、個体レベルで検証するためのMAPK式進マウス悪性黒色腫モデルを準備した。今後、このマウスモデルを用いてMAPKシグナル阻害剤やRNAiを用いた免疫解除法の可能性を検証する予定である。本年度は、悪性黒色腫の免疫抑制誘導と抵抗性の機序の検討を中心に研究を進めた。特に、悪性黒色腫の亜集団として、高転移性悪性黒色腫の基本機序となる上皮間葉転換(EMT)の、抗腫瘍免疫応答における意義を検討した。EMT誘導因子であるTGF-・等は、マウスとヒト悪性黒色腫細胞株にsnail等の転写因子を発現させEMTを起こすことを確認した。EMTと抗腫瘍免疫の関係を検討するために、Snail cDNAを安定導入したヒトとマウス悪性黒色腫細胞株を樹立したところ、E-cadherin低下や浸潤能増加などのEMT様の変化をきたしたが、同時にTGF-・, IL10, TSP1などの免疫抑制性分泌因子の産生が亢進することが判明した。さらにin vitroで、樹状細胞のT細胞活性化能低下や、上記サイトカインや制御性樹状細胞の誘導を介して、免疫抑制性のFoxP3陽性CD4陽性の制御性T細胞を誘導することが判明した。Snail cDNA導入マウス悪性黒色腫株を用いたin vivo悪性黒色腫モデルの検討では、皮下移植したSnail導入悪性黒色腫では、FoxP3陽性CD4陽性の浸潤は認められても、抗腫瘍T細胞の浸潤は低下し高転移能を示した。しかし、腫瘍内にSnail特異的siRNAや抗TSP1中和抗体を投与すると、抗腫瘍T細胞が惹起され腫瘍に浸潤し腫瘍が退縮することが判明した。すなわち、悪性黒色腫ではSnail誘導EMTにおいては、従来示されていたE-cadhein低下による悪性黒色腫細胞と表皮細胞相互作用の低下と浸潤能の亢進だけでなく、免疫抑制作用の亢進により、さらに転移を促進していることが示唆された。したがってSnailやTSP1等が標的とした治療は、転移抑制だけでなく、免疫抑制解除につながり、その併用により免疫療法の効果増強につながる可能性が示唆された。本年度は、ヒトがん幹細胞(がん始原細胞)の免疫学的意義を検討した。ヒトグリオーマ患者血清を用いて、cDNAクローニング法で単離同定した脳腫瘍抗原は、グリオーマ組織からスフェアー形成法で樹立した細胞分画での発現が認められた。この細胞分画は免疫不全マウスへの移植により、患者脳腫瘍組織と同様な神経細胞とグリア細胞とより未熟な細胞の不均一な細胞群からなる腫瘍組織を形成し、グリオーマ幹細胞であると考えられた。このグリオーマ幹細胞は、脳腫瘍抗原
高感度地震計を用いた交通量測定システムの開発

交通量や走行速度,車種を簡便に測定するために,高感度の地震計を利用した計測システムの開発を試みた.道路脇2ヶ所に地震計を設置し,車両が通過する際に生じる地盤振動を計測した.また,ビデオ撮影によって車両の通過の有無や車種を記録した.いくつかの予備調査の結果,車両が時速20km程度以上で通過する場合には,地盤の上下動の応答変位波形に特徴的な波形が生じることがわかり,これにより車両が検知できること,またこの波を515m程度離した2点において計測することにより車両の通行速度を計測することが可能であることがわかった.また,速度が増加するにつれ応答波形のパルス幅が短くなり,両者の値には高い相関があることから,一点で得られた尾応答波形のみからでも,走行速度が推定できることがわかった.車両が時速10km程度以下の低速の場合には,地盤の応答変位波形に特徴的な波形は見られないが,車線に高さ1cm程度のゴム製の段差を設置し,応答速度を計測した場合,車両が段差上を通過する際に顕著な速度応答が生じることがわかり,これによって車両の通過が検知できることがわかった.また,片側1車線の一般道路において,モデル道路と同様の計測を行い,車種の違いによる地盤振動の変化を検討した.小型車量通過による地盤振動と異なり,大型車両通過による地盤振動は複数のパルスから構成されており,地盤振動の形状の違いによって車種の判別が可能であることがわかった.この手法は,片側2車線道路の計測には不向きであることなどの欠点は残すものの,測定機器の運搬・設置が容易であるため,十分実用的な手法であることがわかった.交通量や走行速度,車種を簡便に測定するために,高感度の地震計を利用した計測システムの開発を試みた.道路脇2ヶ所に地震計を設置し,車両が通過する際に生じる地盤振動を計測した.また,ビデオ撮影によって車両の通過の有無や車種を記録した.いくつかの予備調査の結果,車両が時速20km程度以上で通過する場合には,地盤の上下動の応答変位波形に特徴的な波形が生じることがわかり,これにより車両が検知できること,またこの波を515m程度離した2点において計測することにより車両の通行速度を計測することが可能であることがわかった.また,速度が増加するにつれ応答波形のパルス幅が短くなり,両者の値には高い相関があることから,一点で得られた尾応答波形のみからでも,走行速度が推定できることがわかった.車両が時速10km程度以下の低速の場合には,地盤の応答変位波形に特徴的な波形は見られないが,車線に高さ1cm程度のゴム製の段差を設置し,応答速度を計測した場合,車両が段差上を通過する際に顕著な速度応答が生じることがわかり,これによって車両の通過が検知できることがわかった.また,片側1車線の一般道路において,モデル道路と同様の計測を行い,車種の違いによる地盤振動の変化を検討した.小型車量通過による地盤振動と異なり,大型車両通過による地盤振動は複数のパルスから構成されており,地盤振動の形状の違いによって車種の判別が可能であることがわかった.この手法は,片側2車線道路の計測には不向きであることなどの欠点は残すものの,測定機器の運搬・設置が容易であるため,十分実用的な手法であることがわかった.交通量や走行速度,車種を簡便に測定するために,高感度の地震計を利用した計測システムの開発を試みた.道路脇2ヶ所に地震計を設置し,車両が通過する際に生じる地盤振動を計測した.また,ビデオ撮影によって車両の通過の有無や車種を記録した.いくつかの予備調査の結果,地震計と車両との間隔はできるだけ近いことが望ましく,車線から1m以内に地震計を設置する必要があることがわかった.車両が時速20km程度以上で通過する場合には,地盤の上下動の応答変位波形に特徴的な波形が生じることがわかり,これにより車両が検知できること,またこの波を15m程度離した2点において計測することにより車両の通行速度を計測することが可能であることがわかった.車両が時速10km程度以下の低速の場合には,地盤の応答変位波形に特徴的な波形は見られないが,車線に高さ1cm程度のゴム製の段差を設置し,応答速度を計測した場合,車両が段差上を通過する際に顕著な速度応答が生じることがわかり,これによって車両の通過が検知できることがわかった.また,大型車と小型車では,生じる波形が異なることから,これによって車種の識別もできることがわかった.現在のところこの方法は,片側一車線の道路のみに適用できること,車両が連続走行する場合に車両の識別が困難となることなどの適用限界があるが,今後手法を改良して適用範囲を広げることを考えている.また,車両の識別や走行速度の算出は現在のところ,波形の目視によって行っているが,来年度は振動記録から車種,走行速度,車載重量を自動認識するアルゴリズムを作成することを考えている.前年度に引き続き,高感度地震計を用いて交通量や走行速度,車種を簡便に測定する方法に関してさらに研究を進めた.モデル道路の2ヶ所に地震計を設置し,車両が通過する際に生じる地盤振動の上下動成分を計測した.地震計の間隔について検討を行ったところ,間隔が大きすぎると地震計間の速度の変化に対応できなかったり両地点での波形形状に違いが生じること,間隔が小さすぎると波形の位相のずれを検知しにくいことから5m程度が適当であることがわかった.

2点で計測された地盤振動の位相差と測点間距離から走行速度を算定し,これが車両計測メーターが示す速度値とほぼ同等であることを確認し,以降これを走行速度の基準値(基準走行速度)とした.1点で計測された地盤振動は,速度が遅いと周期が長く,速度が速いと周期が短くなる傾向があった.この傾向を定量化するために,地盤振動の周期と基準走行速度の関係をプロットした.地盤振動はパルス的なものであるので,スペクトル解析ではその卓越周期を明確に求めることが困難であることから,時間軸上でパルス幅(特性周期)を求めた.特性周期の求め方は,振幅の最大値のA%におけるパルス幅をこの値とし,Aの値を色々に変えて検討を行ったところ,70が最適であることがわかった.特性周期と基準走行速度はほぼ直線関係にあり,相関係数は0.95でなった.このことから1点での地盤振動を計測しただけでも,走行速度を推定することが可能であることがわかった.次に,片側1車線の一般道路において,モデル道路と同様の計測を行い,車種の違いによる地盤振動の変化を検討した.小型車量通過による地盤振動と異なり,大型車両通過による地盤振動は複数のパルスから構成されており,地盤振動の形状の違いによって車種の判別が可能であることがわかった.
資本市場の不完全性と金融政策の波及経路:貸出チャンネル・預金チャンネルの相対的重要性とデリバティブの影響

最近の実証研究が貸出チャンネルの存在を支持しているとはいえ、それが預金のチャンネルよりも重要なものかどうかについては、議論の別れるところとなっている。これは、識別性・因果性の問題をクリアする分析の積み重ねが不足しているためである。この点に着目、具体的には、Romer and Romer(1990)が引き締め期に着目して分析したのと同様、金融仲介機能が明らかに低下した時期、日本の戦開期、に注目した。この結果、戦間期日本では、貸出チャンネルの不具合は金融仲介機能の低下の形で1927年をピークとして現れたことが、統計データおよび記述的統計で推察できた。一方、実体経済は、1930-31年をボトムとして変化した。この結果は、どちらかといえば、貸出チャンネルは有意であったものの、実体経済を支配していたのは、別な要因であったと考えられる。一方、引き締め期に着目するRomer and Romer(1990)の方法では、インフレーション等の政策目標から金融政策へのフィードバックがある場合、結局のところ、識別性の問題が回避できなくなる。本研究では、日本の金融政策のインフレーションターゲティングに関する検証を行った。その結果によれば、戦後日本の金融政策は、インフレーションターゲティングで記述できる可能性が示唆され、この結果、金融政策反応関数を用いることで引き締め期の貸出チャンネル・預金チャンネルへの影響の分析における識別性の問題をより回避できる可能性も示唆された。1994年12月のBIS(Bank for International Settlements)レポートでは、デリバティブ市場の成長に伴うマクロおよび金融政策上の問題点を報告し、その重要性を強調している。しかしながら、これ以外にも例えば、以下のような影響が考えられる。(1)リスクヘッジ目的の有価証券保有、(2)バーゼル規制などの自己資本比率規制、(3)銀行を通じたデリバティブ取引、(4)企業のリスクの性質を事後的に変換する手段の提供。デリバティブの普及は、情報の非対称性を考慮した金融政策の波及経路に何らかの影響を与えることが考えられるが、実証は今後の課題である。金融政策の政策波及経路の問題について、過去の研究を、簡単に整理すると、貸出の金融政策効果の把握については、King(1986)Journal of Money,Credit and Banking、Konishi,Ramsey,and Granger(1993)で、貸出、預金、GNPを含むVARモデルを推計し、貸出チャンネルよりも預金チャンネルで説明される部分の大きいことを示している。こうしたVAR手法については、貸出の変化が、金融政策や貸し手のバランスシートといった供給サイドの影響なのか、景気といった需要サイドの要因なのか明らかでないといった問題、すなわち因果性あるいは識別性の問題、を指摘できる。Romer and Romer(1990)では、識別性・因果性の問題を回避するために、特定の金融引き締め時期に着目し、貸出と預金でどちらが引き締めに対して早く反応するかを測定した結果から、預金チャンネルの方が重要との結論を下している。一方、Kasyap,Stein,and Wilcox(1993)、Ueda(1993)、岩田(1994)、岩本(1994)、Horiuchi and Shimizu(1996)等では、資金需要の変化は全ての資金調達手段に影響を与えるが貸出供給の変化はその他の調達手段の供給サイドに直接影響を与えないことに着目し、銀行貸出とCP発行高の比率を貸出供給を表す変数として用いることで、金融引き締め期の貸出が在庫投資、設備投資に与える影響を測定、貸出チャンネルの重要性を強調する結論を得ている。

本年度の研究では、各研究の数量的比較をするための問題点の洗い出しを行った。その結果、金融政策の波及経路の実証研究においては、識別性・因果性の問題が常に重要であることが示唆された。こうした観点から、それらの点に関する事前的分析を踏まえたうえで、それらの点をも織り込んだ形でミクロベースの分析を行うことの妥当性を検討することもより必要と考えられ、こうした観点も踏まえて今後の研究をすすめていくこととした。貸出チャンネル・預金チャンネルの分析に際し、具体的には、Romer and Romer(1990)が引き締め期に着目して分析したケースと同様、金融仲介機能が明らかに低下した時期、日本の戦間期、に注目した。この結果、戦間期日本では、貸出チャンネルの不具合は金融仲介機能の低下の形で1927年をピークとして現れたことが、統計データおよび記述的統計で推察できた。一方、実体経済は、1930-31年をボトムとして変化した。この結果は、どちらかといえば、貸出チャンネルは有意であったものの、実体経済を支配していたのは、別な要因であったと考えられる。一方、引き締め期に着目するRomer and Romer(1990)の方法では、インフレーション等の政策目標から金融政策へのフィードバックがある場合、結局のところ、識別性の問題が回避できなくなる。本研究では、日本の金融政策のインフレーションターゲティングに関する検証を行った。その結果によれば、戦後日本の金融政策は、インフレーションターゲティングで記述できる可能性が示唆され、この結果、金融政策反応関数を用いることで引き締め期の貸出チャンネル・預金チャンネルへの影響の分析における識別性の問題をより回避できる可能性も示唆された。
マウスの相同組換え酵素とその遺伝子に関する研究

本研究の目的はマウス・ヒトなど哺乳動物における遺伝子機能を解析する上で,今後必要とされる遺伝子タ-ゲティングなどの方法をより容易なものにするため、マウスなどの動物細胞での高頻度組換え系を確立することである。このため既に真核細胞で相同組換えに関与することが明らかにされているS.cervisiaeのRAD51,RAD52遺伝子とホモロジ-をもつマウス遺伝子を単離し、マウス細胞で強制発現させる系を作成する。我々はS.cerevisiaeのRAD51,RAD52遺伝子のコ-ディング領域をDNAプロ-ブとして用い、サザンブロット解析を行い、その結果、RAD51については弱いバンドを1ー2本認めた。しかしRAD52についてはコ-ディング領域のN末端側を用いてもC末端側を用いてもプロ-ブがマウスDNAと強くハイブリダイズし、特定のバンドは見られなかった。RAD51をプロ-ブにしてマウス(129/Sv)ゲノミックライブラリ-より前述のバンドのクロ-ニングを試みたが、バックグラウンドが高く、ポジティブ・クロ-ンは得られなかった。今後、washの条件を検討すると共に、S.pombeから得られたRAD51に相同なDNAをプロ-ブとして用い、マウスゲノミック・ライブラリ-をスクリ-ニングする予定である。
多サイクル絞りスピニングにおけるしわ発生要因に関する研究

NCスピニングマシンを用いた円筒状シェルの多サイクル絞りスピニングにおいて,【.encircled1.】ローラー形状(ローラー丸み半径),【.encircled2.】マンドレル形状(マンドレル直径、マンドレルコーナー丸み半径),【.encircled3.】ローラー送り速度,【.encircled4.】多サイクル加工におけるピッチ,【.encircled5.】バス経路(インボリュート曲線起点,基円半径),【.encircled6.】素材形状(直径,板厚)などの加工条件を種々に変化させる実験を行い,加工条件が加工中にしわ発生に及ぼす影響を詳細に調べた。マンドレル回転数は一定とし,加工条件のうちローラー丸み半径を除く幾何学的形状に関するものは相似比が1および0.8の2種類を選び,しわ発生に及ぼす幾何学的形状因子の影響をも調べた。ローラー送り速度を大きくする,あるいは初期パスの立ち上がり角を小さくするとしわを発生し易くなり,初期バスの立ち上がり角にしわ発生の上限角が存在するが,ローラー丸み半径を小さくした方が上限角は小さくなるのでしわは発生しにくくなる。次に,相似比を変化させて小さくした場合には,しわを発生する上限角は大きくなり,同じ加工条件ではしわを発生し易くなる。しかし,破断を発生する下限角も同時に大きくなるので成形可能な領域が高立ち上がり角側に移動することが明らかになった。一方,加工中の加工力の連続測定を行い,しわ発生直前に加工力が大きく変動することも確認できた。しかし,今回の実験ではその振動周期と加工条件の関係は特定できず,ひずみ変動などのより詳細な観察が必要である。
筋損傷後の筋活動とミオシン重鎖mRNAの発現および筋線維タイプ移行に関する研究

伸張性収縮を繰り返す激しい運動は、神経・筋の構造や機能特性に影響を及ぼし、筋損傷、神経筋接合部崩壊、脱神経を引き起こす。しかし、脱神経は筋の機能低下を引き起こす一方、支配神経の変換を可能とし、筋線維タイプ移行を引き起こす可能性が考えられる。過去の研究において筋損傷から再生期のトレーニングによって筋活動に適応した筋線維タイプに移行したことから、運動に適応した神経の選択には筋活動が大きく関与し、筋から神経へ選択に関する情報を発している可能性が考えられる。そこで、下り走トレーニング後の一旦活動量が下がり再び自発的に活動性が高まる時期の筋活動様式に適応した筋線維タイプ移行に関して検討を行った。実験方法は生後10週齢のFischer344系ラットを用いた。下り走トレーニングによって筋損傷をさせた後トレーニングを行った筋と神経接合部の形態変化を観察した。一方、筋線維タイプの分類には組織科学染色による分類とRT-PCR法を用いてミオシン重鎖mRNAのタイプの確認を行った。下り走後、通常飼育を行った群の神経筋接合部は、構造や形質膜が乱れが観察されたが筋損傷の影響が少なかった。筋線維タイプへの影響も認められなかった。平成14年度に行った薬物実験と比較した場合、神経筋接合部の変化は、下り走による筋損傷は、一部分しか起こっていなかった。下り走後、トレーニングを行った筋では、筋線維タイプの移行が認められた。神経筋接合部の変化は下り走+通常飼育群との差は認められなかったRT-PCR法を用いたミオシン重鎖mRNAのタイプ別発現に関しては個体差が大きく、特定出来なかった。しかし、組織化学染色によるタイプ決定時期よりは、ミオシン重鎖mRNAのタイプ別発現が若干早かった。伸張性収縮を繰り返す激しい運動は、神経・筋の構造や機能特性に影響を及ぼし、筋損傷、NMJ崩壊、脱神経を引き起こす。脱神経は、筋の機能低下を引き起こす一方、支配神経の変換を可能とし、筋線維タイプ移行を引き起こす可能性が考えられる。筋損傷から再生期においてトレーニング(筋活動)に適した筋線維タイプに移行したことから、運動に適応した神経の選択には筋活動が大きく関与し、筋から神経へ情報を発している可能性が考えられる。そこで、BPVC注入後の一旦活動量が下がり再び自発的に活動性が高まる時期の筋活動様式に適応した筋線維タイプへの移行に関して検討を行った。平成14年度は薬物投与によって筋を損傷させた後、トレーニングを行った筋と神経筋接合部の形態変化を観察し、組織化学的染色による筋線維タイプ分類を行う。実験動物は、生後10週齢のfischer344系雄ラットを45匹用いる。筋を損傷させるため塩酸ブピバカイン(BPVC)を用いる。被験筋は、足底筋(PLA)、長指伸筋(EDL)とした。2週間のトレーニングを行った後、BPVCを用いて筋損傷を起こし(TB群)、さらにBPVC注入し持久走トレーニングを2週間行わせた(TBT群)。一方、トレーニング+BPVCコントロール群ももうけた(TBC群)。トレーニング終了後、コリンエステラーゼ染色と銀染色を行い神経筋接合部の観察を行った。BPVC注入3日後には、一時的な脱神経が観察され、BPVC注入2週間後には、神経筋接合が観察された。組織染色結果から、筋線維タイプは、TBCコントロール群では筋線維タイプの移行は認められなかったが、TBT群では、TYPEIIaの増加が認められた。組織化学的に検討した場合、脱神経後、トレーニングに合った筋線維タイプに移行する可能性が大きいことが示唆された。この結果は、来年度のmRNAタイプ移行の指標となった。
Epiregulinによるヒト表皮ケラチノサイトの増殖・分化調節機構の研究

目的:epiregulinは1995年新たに発見されたEGFファミリーに属する細胞成長因子であり、各種上皮性cell lineにおいて生理活性が明らかとなっているが表皮角化細胞に与える影響は明らかとなっていない。そこでepiregulinの表皮角化細胞に与える影響について検討した。材料と方法:正常ヒト皮膚より角化細胞を分離し、無血清培養法にて培養し、epiregulinを各種濃度で添加、4日後に細胞数を血球計算板を用いて計測した。またコンフルエントになった時点でepiregulinを各種濃度で添加、24時間培養後BrdUを2時間取り込ませ、取り込まれたBrdUを測定することでDNA合成能を検討した。また、EGFを各種濃度で添加しepiregulin mRNAの発現をNorthern Blot,RT-PCRにて検討した。さらにepiregulinに対する抗体を作製し、正常皮膚におけるepiregulinの発現を免疫組織化学的に検討した。結果:epiregulin 0.01-10ng/mlの濃度添加における増殖促進能は1ng/mlをピークとして約3倍の増殖促進効果を示した。BrdUの取り込みは10ng/mlをピークとして最大2倍のDNA合成促進を示した。epiregulin mRNAの発現は正常状態ではRT-PCR法を用いて40サイクルでdetectdできる程度の極微量しか発現していなかった。Northern Blot法を用いたmRNAの発現誘導についてはEGF 10ng/mlの刺激で1-6時間後に発現増強を示した。正常ヒト皮膚におけるepiregulinの発現はABC法ではdetectできなかった。考察:epiregulinは他のEGFファミリーと同様にヒト表皮角化細胞に対して増殖促進的に作用することが明らかとなった。mRNAの発現は正常状態ではほとんど発現しておらずEGF等の刺激により発現が誘導されると思われた。正常ヒト皮膚でepiregulinがdetectされない理由としてはmRNAが正常状態ではほとんど発現されていないことによると考えられた。
津波による構造物の破壊メカニズム解明のための固体流体連成解析手法の構築

本研究では、研究目的を遂行するため、大きく以下の5項目に分類して津波による構造物の破壊メカニズム解明のための固体流体解析手法の構築を行っている。1)固体メソスケール解析システム構築、2)流体メソスケール解析システム構築、3)連成メソスケール解析システム構築、4)超並列解析システムの構築、5)全体システムの適用と評価・改良。平成30年度においては、1)固体メソスケール解析システム構築(担当:車谷および大学院生(茨城大学))、2)流体メソスケール解析システムの構築(担当:樫山および大学院生(中央大学))を上半期において実施し、下半期において、それらを統合した3)連成メソスケール解析システム(担当:樫山、車谷および大学院生(中央大学、茨城大学))の構築を行った。具体的には、1)については等方性損傷モデルを用いた3次元有限要素法に基づく手法を構築した。2)については沖合から陸上部までの広範囲の解析が可能でかつ構造物に作用する流体力を高精度に解析が可能な、2次元・3次元ハイブリッド津波解析手法の構築を行った。1)および2)の手法の妥当性について、既往の研究との比較のもとに実施した。そして、3)については1)と2)を統合することでシームレスな固体流体連成解析のシステムの構築を行った。以上より、令和元年度に実施予定の4)超並列解析システムの構築、5)全体システムの適用と評価・改良を行う準備が完了した。分担者との十分な連携のもとに研究が進んでおり、昨年度計画を立てた計画案どおりに研究が進んでいる。計画案における解析手法については、有限要素法または有限被覆法を使用するとしていたが、両者を比較・検討した結果、有限要素法を採用した。今年度は、昨年度に構築した1)固体メソスケール解析システム、2)流体メソスケール解析システムおよびそれらを統合した3)固体流体連成メソスケール解析システムの評価・改良を行う。具体的には、1)については等方性損傷モデルを用いた有限要素法に基づく手法を構築したが、この手法をひび割れ進展解析への適用性について実験結果等との比較のもとに実施する。また2)についてはVOF法を用いた有限要素法に基づく手法を構築したが、今年度はPhase Fieldモデルについても適用を行い、両者の特徴について実験結果等との比較のもとに考察する。また、3)については大規模計算を実施可能とするために並列計算手法の導入を行う予定である。その上で、実規模実験データとの比較により、手法の評価改良を行う予定である。2月に実施予定の現地調査が悪天候のため実施が叶わなかった。今年度に実施する予定である。
微生物産生脂肪族ポリエステル及びその分解酵素の結晶・表面積構造解析

本研究では、微生物及び化学合成により得られた生分解性脂肪族ポリエステルの結晶・表面構造を、透過型電子顕微鏡、原子間力顕微鏡、X線回折、コンピュータによるエネルギー計算により解析すると共に、単結晶および薄膜結晶の酵素分解機構を分子・原子レベルで解明した。さらに、ポリヒドロキシブチレート(PHB)分解酵素の結晶化および結晶構造解析にも着手した。ポリ([R]-3-ヒドロキシブチレート)(P3HB))及びその共重合体、ポリ([R]-3-ヒドロキシバレレート)(P3HV))、ポリ乳酸ぐポリ(β-プロピオラクトン)(PPL)、ポリ(4-ヒドロキシブチレート)、ポリ(δ-バレロラクトン)(PVL)、ポリ(εニカプロラクトン)(PCL)、ポリエチレンサクシネート(PES)の単結晶あるいは薄膜結晶の生成に成功した。透過型電子顕微鏡による電子回折、ポリエチレン修飾の解析結果をもとに、単結晶中の分子鎖の配向性、分子鎖の折れ曲がり構造を決定した。さらに、原子間力顕微鏡のex situとin situ測定により、結晶成長に関する新たな知見を得ることに成功した。PPLとPVLに関しては、単結晶マットを作製し、X線回折、電子回折およびエネルギー計算により、三次元結晶構造解析を完了した。P(3HB)及びその共重合体、PPL、PCL、PES単結晶については、PHB分解酵素あるいはリパーゼを用いた酵素分解試験を行った。その結果、単結晶の分解は、結晶の側面から優先的に進行し、結晶表面の分子鎖の折れ曲がり部分は分解されないことがわかった。すなわち、分解速度は結晶側面量によりコントロールできると考えられる。さらに、明視野・暗視野回折コントラスト法と酵素分解様式から、単結晶は微結晶の集合体であるという新しい考えを提唱した。基質吸着部位を元来持たないシングルドメイン構造を有するカビ由来のPHB分解酵素に関して、通常の蒸気拡散法により結晶化に成功した。PHB分解酵素の結晶化の成功例はこれまで報告されておらず、本酵素が世界で初めての成功例である。大型放射光施設SPring-8 BL45PXにて回折実験を行ったところ、分解能1.6Aまでの反射が確認された。これまで我々が行ってきた研究により、微生物産生脂肪族ポリエステルであるポリヒドロキシブタン酸(P(3HB))及びその共重合体の単結晶は、PHB加水分解酵素により結晶の側面から分解されることが明らかになっている。さらに、免疫電子顕微鏡法を用いて単結晶表面への酵素の吸着機構に関する研究を行ったところ、酵素の単結晶表面への吸着には、明確な位置的特異性は認められず、ほぼ均一に吸着することが明らかとなった。現在、様々な生分解性脂肪族ポリエステルの単結晶を生成し、その結晶・表面構造を解析すると共に、酵素による分解機構について検討を行っている。ポリ乳酸については、既に単結晶生成に成功すると共に、酵素分解を行った。さらに詳細な酵素分解機構の検討と他の脂肪族ポリエステル(例えば、ポリ(4-ヒドロキシブタン酸)、ポリ(ブチレンサクシネート)、ポリ(ブチレンアジペート)など)の単結晶生成を遂行している。一方、P(3HB)分解酵素であるPseudomonasstutzeri YM1006由来の高分子分解酵素のアミノ酸配列の解析により、本酵素は触媒ドメイン、リンカードメイン、2つの基質結合ドメインという4つのドメインから成るモジュール構造を持っていることがわかった。

これらのドメイン間はフレキシブルなループで接続されていると考えられ、酵素分子全体は一定のコンフォーメーションをとっていないと思われる。そこで、触媒ドメインだけを切り出してくることにより結晶化が可能になると考え、これまでに全長酵素をプロテアーゼで切断して触媒ドメイン断片を精製する方法を検討してきた。その結果、本酵素はパパインにより345番目のアミノ酸残基(グリシン)のカルボキシル末端側で切断されることが判った。現在、結晶化実験に必要な蛋白質量約100mgを確保するために、触媒ドメイン断片酵素の大量精製を行い、結晶化条件の検討を行っている。微生物産生脂肪族ポリエステルの代表であるポリ[(R)-3-ヒドロキシブタン酸](P(3HB))と化学合成ポリエステルの一つであるポリプロピオラクトン(PPL)の単結晶を生成し、その結晶構造および表面構造の解析を行うとともに、微生物により分泌された酵素を用いて、結晶の酵素分解挙動を検討した。P(3HB)の単結晶をPETフィルム上に滴下し、風乾後、PETフィルムを延伸することにより単結晶を物理的に崩壊させると、単結晶の長軸に対し垂直に亀裂が生じた。また、亀裂の間には、単結晶の長軸に沿ってフィブリル状結晶が観察された。一方、単結晶を112度で熱処理を施すと、結晶表面に分子鎖が結晶中から排除されてできたと思われる盛り上がりが、結晶の長軸に対して垂直に観察された。このことより、単結晶中には、分子鎖の折れ曲がり方向に対し垂直に分子鎖充填の弱い領域が存在することが分かった。PHB加水分解酵素により物理的及び熱的処理を施した単結晶の酵素分解を行ったところ、分解の初期段階で上述の領域が顕著に分解された。このことより我々は、酵素の吸着が結晶中の分子鎖の運動性を向上させる何らかの要因を果たし、その結果として運動性の高まった分子鎖が結晶中から露出し、結晶は側面及び分子鎖充填の弱い領域から酵素により分解されると結論付けた。一方、PPLの結晶構造を単結晶と配向結晶化フィルムを用いて検討したところ、PPLの結晶系は斜方晶系、格子定数はa=0.700nm、b=0.490nm、c(fiber axis)=0.493nmであることがわかった。また、コンピュータを用いたエネルギー計算より、もっとも安定な三次元構造を算出した。本年度は、化学合成系生分解性脂肪族ポリエステル、ポリエチレンサクシネート(PES)、ポリ(β-プロピオラクトン)(PPL)及びポリ(δ-バレロラクトン)(PVL)の単結晶を等温結晶化法により生成し、その高次構造と酵素分解性について、透過型電子顕微鏡、原子間力顕微鏡、X線回折、コンピュータによるモデル計算を用いて詳細に解析した。酵素分解実験には、Alcaligenes faecalis T1とPseudomonasstutzeri YM1006由来の2種類のPHB分解酵素をそれぞれ精製して用いた。単結晶への酵素の吸着は、Immuno-gold Labelling法を用いて行った。分解前後の単結晶の分子量は、GPC用いたポリスチレン換算により算出した。