Silviase/jgov_v1.4_full_ann huggingface dataset:
### 1. はじめに

日本においては、2000年から2002年にかけて発生した大規模な黄砂現象を契機として、黄砂の環境や健康に与える影響について、社会的関心が高まっている $ ^{1),2)} $ 。特に健康影響に関する注目は高く $ ^{3),4)} $ 、大量に飛来する黄砂粒子に付着した微生物や化学物質などの影響が懸念されている。

このような黄砂現象の影響を正確に評価するためには、黄砂の採取にあたって可能な限り地上の影響を排除する必要がある。環境科学研究において、試料採取はもっとも基本かつ重要であり、最適化された方法論ならびに研究実施体制を構築しておかなければならない。また黄砂が環境や健康へ与える影響を評価するためには、黄砂粒子の量や粒度分布、元素組成などの粒子の特徴を把握し、黄砂発生源土壌から日本へいたる飛来経路において採取した黄砂と比較検討しなければならない。また、サハラダストを始めとした風送ダストや、一般的な生活環境における大気中のダストについても情報を収集しておく必要がある。

## 2 ．研究開発目的

黄砂による環境・健康影響を評価するためには、地上から舞い上がった土壌粒子の混入を防ぎ、黄砂粒子を確実に採取し、分析しなければならない。そこで、これまでの研究で製作した独自の黄砂捕集装置を最適化するとともに、日本上空での試料採取体制を構築した。その上で、2010年3月から継続的に日本上空において黄砂粒子を捕集し、粒度分布および元素組成分分析によりその粒子としての特徴を明らかにした。

また、環境・健康への影響を評価するためには、比較対象となる知見も必要となる。そこで、サハラダストなど世界各地で行われている風送ダスト研究に関して、本研究の特徴でもある微生物に関する研究を中心に情報収集を行うとともに、一般的な生活環境における空気中のダストについても情報収集を行った。さらに、日本上空での試料採取だけでなく、地上においても試料採取を行い、サブテーマ(1)から(3)の成果と合わせて、黄砂現象の環境・健康へのリスクについて考察した。

### 3. 研究開発方法

## （１）日本上空における黄砂の採取法の最適化

これまでの研究において作製した湿式ビーズを用いた独自の黄砂捕集装置について、装置からの黄砂回収法およびその回収率を評価した。黄砂発生源土壌の一つである黄土高原で採取した土壌粒子を分級し、10μm以下の粒子画分について、既知量を装置に添加した。滅菌水を用いて洗浄し、回収した土壌粒子数を後述の(2)で開発した画像解析プログラム（PaSDAS）を用いて計数し、回収率を求めた。さらに、ビーズの洗浄方法、滅菌方法を最適化した。

また、飛来した黄砂粒子の形状を明らかにするために、粘着シート $ ^{5)} $ を用いた乾式の黄砂捕集法を検討した。

## （２）黄砂粒子の粒度分布測定用画像解析プログラムの開発

走査型電子顕微鏡を用いた粒度分布測定のために、新たな画像解析プログラム（PaSDAS）
を開発した。プログラミングにあたっては、ANSI C言語を用いた。アルゴリズムは、1）走査型電子顕微鏡像の読み込み、2）画像の二値化、3)粒子の検出（ラベリング）、4）各粒子の面積測定、5）粒度分布測定、6）ファイリングである。なお、粒子径はHeywood径（粒子の投影面積と同じ面積を持つ円の直径）とした。開発したプログラムの精度評価にあたっては、市販の微小粒子（0.3−10μm）を用い、その走査型電子顕微鏡像をPaSDASで解析した。

## （３）日本へ飛来した黄砂粒子の粒度分布測定および成分分析

日本上空（鳥取県北部および兵庫県南部の沿岸部：高度1,000−2,000m）において、第一航空株式会社の協力のもと、黄砂を採取した。2010年3月から11月および2011年4月から5月の黄砂飛来時を中心に、合計23回の試料採取を行った。試料採取にあたっては、地上の山脈等からの影響を受けないようにルートを決定した。

黄砂粒子の粒度分布測定にあたっては、採取した黄砂粒子をポリカーボネートフィルター上に捕集し、走査型電子顕微鏡（JSM 5610L, JEOL）を用いて画像を取得し、前述の(2)で開発した画像解析プログラム（PaSDAS）を用い、粒度分布を測定した。各試料について2,000－8,000粒子の計測を行った。

黄砂粒子の元素組成測定にあたっては、SEM-EDX（Scanning electron microscope equipped energy-dispersive X-ray）による元素組成分析を行った。各試料について、粒径0.5−1μmおよび1−5μmの粒子画分について、各100粒子の測定を行った。測定対象とした元素は、ナトリウム(Na)、マグネシウム(Mg)、アルミニウム(Al)、ケイ素(Si)、リン(P)、硫黄(S)、カリウム(K)、カルシウム(Ca)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、鉛(Pb)の13元素であり、これらの元素の存在比を求めた。また、粘着シートにより採取した粒子についても同様の分析を行った。

## （４）黄砂の環境・健康への影響評価

黄砂現象の環境・健康への影響を評価するためには、黄砂現象のみならず、サハラ沙漠を発生源とするサハラダストやオーストラリア沙漠でのオーストラリアンダストを含む風送ダスト全般について現状を把握する必要がある。風送ダストに関する研究はサハラダストに関する研究を中心に行われてきており、粒子の気象への影響や化学成分など多くの知見が報告されている。そこで、黄砂の環境および健康への影響を考察するための比較対象として、微生物を中心に、風送ダストに関する文献調査を行うとともに、我々が生活している一般的な環境の空気中の微生物に関しても情報収集を行った。

さらに、ヒトが生活する環境における細菌現存量および細菌群集構造を明らかにするために、大阪大学屋上において黄砂飛来時および非黄砂時に大気を採取し、サブテーマ(1)で最適化した定量的PCR法による細菌現存量測定およびPCR-DGGE法による細菌群集構造解析を行った。

本サブテーマにおける結果とサブテーマ(1)から(3)で得られた結果を総合し、微生物のキャリアーとしての黄砂と微小粒子としての黄砂の両面から、黄砂現象の環境・健康への影響について考察を行った。
## 4 ．結果及び考察

## （１）日本上空における黄砂の採取法の最適化

従来から行われている黄砂の採取法としては、地上におけるサンプリングが一般的である。しかしながら、地上における試料採取では、地表面から舞い上がった粒子の影響を含めて分析することになり、黄砂の影響のみを評価することは困難である。また、黄砂粒子および黄砂粒子上の微生物について、定量的な解析を行うためには、十分量の黄砂を採取する必要がある。そこで本研究では、日本上空（鳥取県北部および兵庫県南部の沿岸部：高度1,000－2,000 m）において黄砂粒子を直接採取した。その際に、独自に開発した黄砂捕集装置を用いた。本捕集装置はポンプを使用することなく、100－120 L/minの流速で外気を装置内に送り込み、大気中に含まれる黄砂粒子を装置内に充填した濡れたビーズで採取するものである（湿式ビーズ法：（図(4)-1a）。この流速は他の装置に比べて約10倍高く、また粒子の回収率も70％以上であることから、短時間で大量の黄砂の採取を可能にした。また、洗浄、滅菌をすることによりコンタミネーションを防ぐことができることを確認した。

湿式ビーズ法は大量の黄砂試料を採取する必要がある微生物分析には非常に有用である一方で、水を使用するため、粒子表面に付着した化学成分の分析には不向きである。そこで、浮遊する粒子を乾燥した状態で採取するために、粘着シートを用いた捕集法の検討を行った（乾式粘着シート法：（図(4)-1b）。本研究で用いる粘着シートは当研究室で開発し $ ^{5} $ ）、機器等の表面に存在する微生物のサンプリング法として、国際宇宙ステーション内の微生物モニタリングにも応用されている。

a) 湿式ビーズ法

b) 乾式粘着シート法

図(4)-1. 日本上空において採取した黄砂粒子の電子顕微鏡画像

a） 湿式ビーズ法、b） 乾式粘着シート法により採取した。

以上の結果より、湿式ビーズ法による大量サンプリングと乾式粘着シート法による乾燥した粒子のサンプリングの両方を可能にし、黄砂現象にともない飛来する細菌および黄砂粒子そのもののより詳細な解析を可能とした。
## （２）黄砂粒子の粒度分布測定用画像解析プログラムの開発

黄砂粒子の健康影響を明らかにするためには、黄砂粒子の粒径に関する情報は必要不可欠である。本サブテーマでは、黄砂捕集装置の改良により、従来よりも大量の試料採取を可能としたものの、採取できる黄砂量では、粒度分布測定を行う際に従来用いられているレーザー回折式粒度分布測定装置を用いることができなかった。そこで、微量な試料においても粒度分布測定を可能とするため、走査型電子顕微鏡画像を用いた独自の画像解析プログラム（PaSDAS：Particle Size Distribution Analysis Software）を開発した。PaSDASにおいては、図(4)-2の方法で粒子ラベリングを行うことにより、歪な形状をした粒子の分析に対応した。

図(4)-2. 画像解析プログラム（PaSDAS : Particle Size Distribution Analysis Software）による粒子のラベリング過程

また、既知の粒子径の微小粒子（0.3－10μm）を用いて、その計数精度を確認した。その結果、実際の粒子径とPaSDASでの測定値の間に高い相関関係が認められ、本プログラムを用いることにより高精度な粒度分布測定が可能であることがわかった（図(4)-3）。また、600個以上の粒子を計測することにより、測定値の誤差が小さくなることから、黄砂粒子の粒度分布測定においては、1,000粒子以上を測定することとした。
図(4)-3. 画像回解析プログラム (PaSDAS : Particle Size Distribution Analysis Software) による粒子の計数精度 既知の粒子径のビーズを用い、計数精度を確認した。

従来のレーザー回折式粒度分布測定装置では、粒子の散乱光を利用した粒径測定であるため、土壌粒子のような不定形の粒子においてはばらつきが大きくなる。しかし、本プログラムにおいては、走査型電子顕微鏡画像を用いるため、計数している粒子の形状を確認できるという利点もあり、微量な試料の分析が可能である点も含め、黄砂粒子の粒度分布測定のみならず、さまざまな粒子の解析に応用可能である。

## （３）日本へ飛来した黄砂粒子の粒度分布測定および成分分析

日本上空（鳥取県北部および兵庫県南部の沿岸部：高度1,000−2,000m）において、2010年3月から11月および2011年4月から5月に合計23回の試料採取を行った。試料採取場所を図(4)-4に示した。試料採取にあたっては、高層天気図、環境省、気象庁、LIDARによる観測情報をもとに、第一航空株式会社の協力のもと、黄砂飛来時を中心に行った。

図(4)-4. 試料採取地点および試料採取に用いた小型航空機と独自に開発した黄砂捕集装置
日本上空における試料採取時の状況を表(4)-1に示した。合計23回の試料採取のうち、2010年3月から11月においては、兵庫県南部の沿岸部(高度:約1,000−2,000m)で行った(表(4)-1a)。また、2010年3月20日から5月22日の計7回の試料採取時には、黄砂飛来が観測された。一方、2010年6月24日から11月5日の計5回の試料採取時には、黄砂現象は観測されておらず、また気圧配置等の気象条件を考慮しても非黄砂時であり、バックグラウンドとして試料採取を行った。

一方、2010年11月には、本研究期間内において最大規模の黄砂現象が観測された（図(4)-5）ことから、高層天気図、気象庁の黄砂観測状況、LIDAR、METAR等の情報を総合し、従来の試料採取地点である兵庫県南部よりも大気中の黄砂濃度が高いと判断された鳥取県北部の沿岸部においても試料採取を行った（表(4)-1b）。さらに、黄砂飛来前の11月11日から、黄砂が飛来した12日、徐々に黄砂が拡散した13日、降雨により完全に黄砂が終息した16日まで、連続的に試料採取を行った。

また、2011年4月10日および大規模な黄砂現象が観測された5月2日に鳥取県北部の沿岸部において試料採取を行った（表(4)-1c）。

a) 2010年3月～11月

采取地点	采取日	黄砂	采取高度 (m)	采取量 (L)
兵庫県	20 Mar.	+	1,800	10,500
南部	21 Mar.	+	1,500	6,600
22 Mar.	+	1,800	8,000
26 Mar.	+	1,500	10,000
28 Apr.	+	1,500	11,000
29 Apr.	+	1,500	9,000
22 May	+	1,500	11,500
24 Jun.	—	1,500	8,000
23 Jul.	—	1,500	10,000
19 Aug.	—	1,800	10,000
28 Sep.	—	1,800	7,500
05 Nov.	—	1,800	11,000

b) 2010年11月

采取地点	采取日	黄砂	采取高度(m)	采取量(L)
兵庫県	11 Nov.	—	1,500	11,000
南部	12 Nov.	++	900	2,100
13 Nov.	+	750	3,500
16 Nov.	—	900	9,000
鳥取県	12 Nov.	++	900	15,000
北部	13 Nov.	+	750	12,000
16 Nov.	—	900	10,000

c) 2011年4月～5月

採取地点	採取日	黄砂	採取高度 (m)	採取量 (L)
鳥取県	10 April	+	900	13,000
北部	02 May	++	900	12,000

表(4)-1. 日本上空における試料採取状況

黄砂の飛来はSYNOP、LIDAR、METARおよび試料採取高度における機長の観測を総合して判断した。
図(4)-5. 2010年11月12日に日本へ飛来した黄砂の衛星画像（11:20 (JST))

(http://rapidfire.sci.gsfc.nasa.gov/gallery/?20103161112/SeaofJapan.A2010316.0220.2km.jpg)

前述(2)において開発したSEM画像を用いた画像解析プログラムを用いて、2010年3月から2011年5月に日本上空で採取した黄砂粒子の粒度分布を図(4)-6a）に示した。黄砂飛来時においても1μm以下の粒子が全体の60−80%を占め、非常に粒径の小さい粒子が飛来していることがわかった（図(4)-6a）。また試料採取日によらず、ほぼ同様の粒度分布を示した。一方で、大規模な黄砂現象が確認された2010年11月に日本上空（鳥取県北部の沿岸部、高度1,000−2,000m）で採取した黄砂粒子では、1μm以下の粒子が最も多く存在する点は変わらないものの、2μm以上の粒子数が増加していた（図(4)-6b）。また、2010年11月と同様に大規模な黄砂現象が確認された2011年5月2日においても、2−5μmの比較的粒径の大きな粒子数が増加していたことから、大規模な黄砂観測時には粒径の大きい粒子が飛来している可能性が示された。

b) 2010年11月（鳥取県北部）

図(4)-6. 日本上空で採取した黄砂粒子の粒度分布

黄砂粒子の電子顕微鏡画像を用い、独自に開発した画像解析プログラムにより、各粒子のヘイウッド径を算出した。各試料について、3,000粒子以上を測定した。
また、採取した黄砂粒子の元素組成分を行った結果、ケイ素（Si）およびアルミニウム（Al）を主成分とする粒子が多く存在することがわかった（図(4)-7）。非黄砂時期である2010年8月19日には、ケイ素（Si）やアルミニウム（Al）を主成分とする粒子の割合が少なく、亜鉛や銅などの割合が高い粒子が多かった図(4)-7a）。一方で大規模な黄砂現象が観測された2010年11月12日には、ケイ素（Si）やアルミニウム（Al）を主成分とする土壤由来と考えられる粒子の割合が明らかに高くなった（図(4)-7b）。さらに粒子数が増加した1-5 μmの画分の粒子についても、ケイ素（Si）やアルミニウム（Al）を主成分とする土壤由来と考えられる粒子の割合が高くなった（図(4)-7c）。

a) 2010年8月19日(粒子径:0.5~1 $ \mu $ m)

b) 2010年11月12日(粒子径: $ 0.5 \sim 1 \mu m $ )

c) 2010年11月12日(粒子径：1～5μm)

図(4)-7. 日本上空で採取した黄砂粒子の元素組成

黄砂粒子元素組成をSEM-EDXを用いて測定した。

a）2010年8月19日（粒径0.5-1 $ \mu $ m）、b）2010年11月12日（粒径0.5-1 $ \mu $ m）

c) 2010年11月12日（粒径1-5μm）

各粒子画分について、それぞれ100粒子について測定した。
湿式ビーズ法による試料採取では、10,000 L以上の採取を可能にし、信頼できるデータの蓄積が可能である反面、水を使用するため、黄砂粒子に付着した成分の溶解や粒子の細分化が起きている可能性がある。そこで、粘着シートを用いて直接粒子を採取し、走査型電子顕微鏡を用いて観察した（図(4)-8）。その結果、日本に飛来する黄砂中には細かな粒子以外に、粒子同士が結合した粒径の大きな凝集体が存在することがわかった（図(4)-8a）。さらに、粘着シート法で採取した試料について元素組成分を行った結果、湿式ビーズ法で採取した試料に比べ、ケイ素(Si)を多く含む粒子の割合が低く、アルミニウム(Al)あるいはカルシウム（Ca）が主成分である粒子が存在した（図(4)-9a,b）。特にカルシウム(Ca)は、湿式ビーズ法による試料ではほとんど認められなかったことから、黄砂粒子の表面に可溶性のカルシウムが付着していたものと考えられる。また、鳥取県北部の上空で採取した粒径1−5μmの画分の粒子のみに、ナトリウム(Na)、亜鉛(Zn)、鉛(Pb)を主成分とする粒子が認められた。

a) 乾式粘着シート法

b) 湿式ビーズ法

図(4)-8. 乾式粘着シート法および湿式ビーズ法により日本上空で採取した黄砂粒子の電子顕微鏡画像

a) 乾式粘着シート法、b) 湿式ビーズ法

a) 粒子径: $ 0.5 \sim 1 \mu m $ (2010年11月12日)

b) 粒子径: 1~5 μm (2010年11月12日)

図(4)-9. 乾式粘着シート法により日本上空で採取した黄砂粒子の元素組成 黄砂粒子元素組成をSEM-EDXを用いて測定した。a) 粒径0.5−1μm、b) 粒径1−5μm各粒子画分について、それぞれ100粒子について測定した。
さらに、湿式ビーズ法で採取した粒子と粘着シート法で採取した粒子の元素組成について、多次元尺度法を用いた比較解析を行った（図(4)-10）。2010年11月12日に鳥取県北部の沿岸部（高度：1,000−2,000 m）で採取した黄砂粒子では、粒径0.5−1 μmと1−5 μmの両方の粒子画分において、元素組成が大きく異なっていることがわかった（図(4)-10a,b）。さらに、湿式ビーズ法のプロットが密集しているのに対して、粘着シート法におけるプロットは広がっており、粒子ごとの元素組成が大きく異なっていることがわかった。また、その傾向は兵庫県南部の沿岸部（高度：1,000−2,000 m）において採取した黄砂粒子においても認められた（図(4)-10c,d）。

多次元尺度法は細菌群集構造の比較解析にも応用されており $ ^{6} $ 、今後最適化を進めることで、黄砂などの多様な構成要素を併せ持つ試料の有用な統計解析手法となると考えられる。

a) 鳥取県北部(0.5~1 $ \mu $ m)

b) 鳥取県北部(1~5 μm)

c) 兵庫県南部 (0.5~1 $ \mu $ m)

d) 兵庫県南部（1～5 μm）

乾式粘着シート法 ■ 湿式ビーズ法

図(4)-10. 多次元尺度法による黄砂捕集法の違いによる黄砂粒子の元素組成解析

黄砂粒子は、2010年11月12日に日本上空（鳥取県北部および兵庫県南部の海上、高度1,000−2,000 m）で採取した。

a) b) 鳥取県北部、c) d) 兵庫県南部、a), c) 粒径0.5−1μm、b), d) 粒径1−5μm

赤色：乾式粘着シート法、青色：湿式ビーズ法
以上の結果より、黄砂には、粒径の小さい粒子に加えて、粒径の小さい粒子の凝集体が混在しており、大規模な黄砂観測時には、粒径の大きい粒子数が増加する可能性のあることがわかった。また水分の存在下において、黄砂粒子が分散する可能性があることが明らかになった。このことは、黄砂粒子がヒト等の粘膜上において、より微細な粒子に分散する可能性があることを示しており、黄砂粒子の生体影響を明らかにする上で重要な知見となった。さらに、黄砂観測時の日本上空には、ケイ素(Si)あるいはアルミニウム(Al)の含有率の高い土壌由来と考えられる粒子が多く存在しているとともに、その粒子表面には多様な元素が付着していることがわかった。また湿式ビーズ法と粘着シート法での比較により、黄砂飛来時には水溶性のカルシウム(Ca)を含む粒子が多く存在することが明らかになり、これらの水溶性成分により粒子同士が付着している可能性があることがわかった。

## （４）黄砂の環境・健康への影響評価

黄砂の環境・健康への影響を評価するためには、黄砂に関して詳細なデータを蓄積するとともに、サハラダスト等を含めた風送ダストに関する研究の現状を把握しておく必要がある。そこで、過去5年間の報告を中心に情報収集を行った。その結果、風送ダストに関する論文数は1000件以上あり、その内訳としてはサハラダストが最も多かった。次に黄砂（Asian dust, Yellow sand, Kosa）が多く、約400件あった。しかしながら、微生物に関する報告は約20件と報告数が非常に少なく、社会的関心が高いにも関わらず未知な部分が多いことがわかった。さらに試料採取方法等も様々であり、単純に比較できない。また微生物の検出については培養法が中心であり、検出された微生物数も少なく、風送ダストの環境や健康への影響を評価するために必要な定量的データはほとんどなかった。したがって、小型航空機を用いて上空で試料を採取するとともに解析に十分量の試料を確保し、定量的な解析を行った本研究は、黄砂とともに飛来する微生物に関する重要な基盤的知見となるとともに、地球規模での風送ダスト現象の影響を明らかにする上でも重要である。

さらに、ヒトが生活する様々な大気環境中におけるダストおよび細菌数に関するデータを収集した結果、家畜舎など非常にダスト粒子濃度の高い環境や、逆にクリーンルームなど非常に粒子濃度が低い環境など両極端な環境下での報告が多く、ヒトが生活する一般的な環境におけるダスト濃度や細菌数に関する報告がほとんどないことがわかった。そこで、ヒトが生活する環境における大気中の細菌現存量について測定を行った結果、細菌現存量は環境によって大きく異なるものの、 $ 10^{2}-10^{4}\ cell/m^{3} $ であることがわかった。サブテーマ(1)の結果と比較すると、黄砂とともに飛来する細菌現存量は、通常の大気中と同程度以下であると考えられる。しかしながら、黄砂の影響を評価するための生活環境における大気中の細菌に関する知見は不足しており、今後更なる研究が必要であると考えられる。
本研究全体の目的は、黄砂を「微生物のキャリアー」と「微小粒子」として捉え、黄砂現象の環境・健康への影響を評価するための基盤的知見を蓄積することにあった。そのために、試料採取方法から検討し、地上の影響を極力排除し、黄砂そのものについて解析を行った。

黄砂の影響について、微生物の面から健康へのリスクを考えた場合、黄砂とともに飛来する細菌の現存量は大規模な黄砂飛来時でも1 m³あたり約10⁴ cellsであり、我々の生活する一般的な大気中と比較しても同程度以下であること、加えて細菌種についても土壌や河川など幅広い環境中に存在する一般的な細菌種が大部分であり、深刻な感染症等の起因菌は検出されていないことから、細菌による感染症の発生等のリスクは低いと考えられた。その一方で、黄砂は数百万から数千万年にわたって飛来しており、地球学的な時間スケールでは膨大な量の細菌が地球上を移動していると考えられる。またその属種についても多種多様であることから、飛来地での定着や遺伝子伝播を通じて、地球上の微生物生態系に影響を与えてきた可能性があり、一般的な環境における細菌群集が高い多様性を維持している機構を考える上でも大きな成果である。

一方で粒子としての黄砂は、炎症を惹起するとともに、生体内に侵入し、細胞障害を起こす可能性が示され、さらに細かい粒子ほど起炎性が強くなることが明らかになった。黄砂粒子がヒトの粘膜上でさらに微細な粒子に分散する可能性も示されたことから、粒子としての黄砂は生体に影響を与える可能性があると考えられた。

本研究により、黄砂の環境・健康への影響を評価するための基盤的知見を得た。今後、黄砂の健康・環境への影響を評価するためには、我々の生活圏における大気中の微生物に関する知見の蓄積が必要であり、本研究で用いた分子微生物学的方法論はそのための有用なツールとなると考えられる。また、黄砂の健康影響を評価するにあたっては、微生物、黄砂粒子など単独の影響に加え、化学物質、ディーゼルや花粉など他の浮遊粒子との複合影響も併せて考えていく必要がある。

## 5 ．本研究により得られた成果

## （1） 科学的意義

黄砂等の風送ダストによる健康被害は、日本や中国・韓国・台湾といった東アジアにおいて、社会的関心を集めている。さらに、近年の急激な大気汚染・温暖化に伴い、予期せぬ成分や微生物が付着した黄砂が飛来することによる我々の健康に対するリスクの上昇が懸念されている。

本研究により得られた黄砂現象とともに移動する細菌の量、属種に関する定量的なデータは、黄砂現象の健康影響を評価する上で不可欠な基盤的知見となるだけでなく、これまで考えられていた以上に多様な微生物が地球上を移動していることを明らかにしたことから、地球規模での微生物およびその遺伝子の移動、また微生物生態系における多様性維持の機構を考える上でも重要な知見である。

また、粒子としての黄砂の生体影響という観点から、トキシコキネティクスなどを有効活用し、黄砂の物性（成分）とその体内動態、さらには免疫毒性の評価を行った。今後、本研究で得られた成果と、疫学的調査結果を併せて解析することで、黄砂をはじめとする微粒子に起因した疾患の発症・悪化のメカニズム解明などに大きく貢献するものと期待される。
## （２）環境政策への貢献

本研究では、黄砂とともに飛来する細菌の現存量および多様性、ならびに黄砂粒子の生体影響に関する基盤的知見を得た。これらの成果を学術的に公表するとともに、種々のメディアを通じて一般社会に紹介し、成果の広報・普及に努めることにより、科学的根拠のない情報によって生じる黄砂現象に対する過度の社会不安を取り除き、科学的データに立脚した環境リスクのマネジメントやリスク・コミュニケーション等の政策に貢献できる。

## 6 ．国際共同研究等の状況

中国農業大学・李品芳教授（中国）に研究協力を依頼し、北京市・中国農業大学屋上において黄砂捕集を行っている。また、2010年4月には李教授が大阪大学を訪問、2010年6月には研究代表者である那須が中国農業大学を訪問し、黄砂現象や黄砂発生の要因の一つでもある黄砂発生源地域における農業や土地利用、さらに水利に関するディスカッションを行うなど、密接な協力関係を築いている。

## 7 ．研究成果の発表状況

## （1） 誌上発表

<論文（査読あり）>

1) N. Yamaguchi, A. Sakotani, T. Ichijo, T. Kenzaka, K. Tani, T. Baba and M. Nasu: Biol. Pharm. Bull., 35, 1187-1190 (2012)

“Break down of Asian dust particle on wet surface and their possibilities of cause of respiratory health effects”

2) N. Yamaguchi, T. Ichijo, A. Sakotani, T. Baba and M. Nasu: Sci. Rep. (in press) "Global dispersion of bacterial cells on Asian dust"

## くその他誌上発表（依頼原稿）>

1）山口進康、那須正夫：ファルマシア, 46, 659-663 (2010)

「地球を巡る微生物－健康な生活を保証する－」

2）那須正夫：化学療法の領域, 26, 2372-2375 (2010).

「環境の変化と微生物生態系（総論）」

## （2） 口頭発表（学会等）

1) 那須正夫：第4回大気バイオエアロゾルシンポジウム（2010）

「黄砂飛来にともなう微生物およびその遺伝子の移動に関する環境微生物学的研究」

2) 一條知昭、姫澤由佳、馬場貴志、那須正夫:日本薬学会第130年会（2010）「黄砂粒子の粒度分布測定を目指した画像解析プログラムの開発」

3) 一條知昭、馬場貴志、姬澤由佳、山口進康、那須正夫:第26回日本微生物生態学会（2010）
「黄砂現象とともに移動する細菌の現存量」

4) T. Baba, T. Ichijo, M. Saraya, K. Enoki, Y. Himezawa, N. Yamaguchi and M. Nasu: 111th American Society for Microbiology General Meeting, Orlando, USA, 2011 "Long distance movement of bacteria by Asian dust"

5) 一條知昭、馬場貴志，姫澤由佳、山口進康，那須正夫：第27回日本微生物生態学会（2011）「黄砂現象による細菌の長距離移動」

6) 一條知昭、馬場貴志、姫澤由佳、更家信、榎木香奈実、山口進康、那須正夫：第6回大気バイオエアロゾルシンポジウム（2011）

「黄砂とともに飛来する細菌の現存量と多様性」

7) 馬場貴志、一條知昭、山口進康、那須正夫：第85回日本細菌学会総会（2012）

「黄砂現象にともなう細菌の長距離移動」

## （3） 出願特許

特に記載すべき事項はない

## （４）シンポジウム、セミナーの開催（主催のもの）

1）第4回大気バイオエアロゾルシンポジウム（金沢大学との共催）（2010年3月14日、名古屋市ポートビル、参加者約40名）

2）黄砂現象の環境・健康影響　—微生物および化学物質の長距離移動—（総合地球環境学研究所、金沢大学との共催）（2011年4月15日、総合地球環境学研究所　セミナー室1・2、参加者約30名）

3）Health and Environment: environmental problem and infection diseases （2012年3月19日、大阪大学 特别講義室、参加者約30名）

## （５）マスコミ等への公表・報道等

特に記載すべき事項はない

## （6） その他

招待講演

M. Nasu: 2012 International Bioaerosol Symposium (Seoul, Korea, 2012)

“Global dispersion of bacterial cells with Asian dust”

### 8 \. 引用文献

1) 環境省，黃砂

http://www.env.go.jp/earth/dss/pamph/pdf/full.pdf

2) C.C. Chan et al.: Environ. Res., 106, 393-400, 2008

“Increasing cardiopulmonary emergency visits by long-range transported Asian dust storms in Taiwan”
3) 環境省、黃砂問題檢討委員會, 2005

「黃砂問題檢討委員會報告書（平成17年9月）」

4) 日本学術会議農学委員会風送大気物質問題分科会, 2010

「2010年2月25日 報告 黄砂・越境大気汚染物質の地球規模循環の解明とその影響対策」

5) N. Yamaguchi et al.: J. Microbiol. Methods, 53, 405-410, 2003

6) T. Iwamoto et al. : FEMS Microbiol. Ecol., 32, 129-141, 2000.

“Monitoring impact of in situ biostimulation treatment on groundwater bacterial community by DGGE”
# Research on Impacts of Asian Dust on Our Health and Environment

Principal Investigator: Masao NASU

Institution: Graduate School of Pharmaceutical Sciences,

Osaka University

1-6 Yamada-oka, Suita, Osaka 565-0871, JAPAN

Tel: +81-6-6879-8172 / Fax: +81-6-6879-8174

E-mail: nasu@phs.osaka-u.ac.jp

Cooperated by: School of Pharmacy, Osaka Ohtani University

[Abstract]

Key Words: Asian dust, Bacteria, Abundance, Community structure, Inflammatory diseases

“Asian dust” is a transportation of a large amount of soil particles originated from arid regions in China and Mongolia. In Japan, more than one million tons of dust particles are estimated to fall on the ground per year. One of the major public concerns on Asian dust is its impact on our health and environment: “Can they carry any pathogenic microbes?”, “Do they cause inflammatory diseases?” however, enough scientific evidence has not yet been obtained. The purpose of this research is to obtain essential data to estimate the impact of Asian dust on our health and environment, by both microbial ecological and environmental toxicological approaches.

By direct bio-imaging visualization, we demonstrated that bacteria attach to Asian dust particles and they have potential to migrate globally during dust events. We then measured the change in bacterial abundance throughout the dust event, and determined bacterial community structure and their physiological activities, using culture-independent methods. The number of bacterial cells on Asian dust particles was estimated at $ 10^{4} $ cells/m $ ^{3} $ . Phylogenetically diverse bacteria were identified on the dust particles collected in Japan as well as the soil collected in dust source regions (Taklamakan and Gobi deserts and the Loess plateau) and Asian dust particles collected in Beijing, China.

In addition, we examined the inflammatory effects and the biodistribution of Asian dust particles. We incubated mouse macrophage cells with Asian dust particles or soil of the Loess Plateau and examined the mechanisms of Asian dust particle-induced IL-6 and TNF- $ \alpha $ production. Our results indicated that small Asian dust particles might possess a more potent inflammatory effect than large particles. In addition, analysis by transmission electron microscopy showed that Asian dust particle can be transported to mouse lung by transnasal administration. Our results
also suggest that small Asian dust particles (less than $ 1 \mu m $ ) transported to Japan form aggregates with water-soluble salts and these aggregates probably break down into small particles on nasal mucous membranes, which may cause adverse respiratory health effects.

In conclusion, we may suggest that the bacteria carried with Asian dust probably rarely affect our health, based on their abundance and phylogenetic composition, while these transported phylogenetically diverse bacteria could affect established ecosystems as a potential driving force of bacterial diversity maintenance or enhancement. In addition, Asian dust particles can cause inflammatory diseases as small particles.

Our findings provide fundamental information to consider the risk of Asian dust events to our health and environment.
T5CLN17	AB696497	Corynebacterium tuberculosis
T5CLN18	AB696498	Bacillus wakoensis
T5CLN19	AB696499	Ornithinococcus hortensis
T5CLN20	AB696500	Bacillus niabensis
T5CLN21	AB696501	Salisaea longa
T5CLN22	AB696502	Enhydrobacter aerosaccus
T5CLN23	AB696503	Cellulomonas aerilata
T5CLN24	AB696504	Enhydrobacter aerosaccus
T5CLN25	AB696505	Lysobacter gummosus
T5CLN26	AB696506	Enhydrobacter aerosaccus
T5CLN27	AB696507	Enhydrobacter aerosaccus
T5CLN28	AB696508	Caldilineae
T5CLN29	AB696509	Bacillus akibai
T5CLN30	AB696510	Propionibacterium acnes
T5CLN31	AB696511	Caldilineae
T5CLN32	AB696512	Bacillus shabletonii
T5CLN33	AB696513	Planctomyces maris
T5CLN34	AB696514	Salisaea longa
T5CLN35	AB696515	Bacillus shabletonii
T5CLN36	AB696516	Thermaerobacter nagasakiensis
T5CLN37	AB696517	Adhaeribacter terreus
T5CLN38	AB696518	Dermia gummosa
T5CLN39	AB696519	Bacillus aquilaris
T5CLN40	AB696520	Bacillus shabletonii
T5CLN41	AB696521	Herbaspirillum autotrophicum
T5CLN42	AB696522	Nocardioides albus
T5CLN43	AB696523	Geobacter argillaceus
T5CLN44	AB696524	Truepera radiovictrix
T5CLN45	AB696525	Bacillus aquilaris
T5CLN46	AB696526	Rhodothermus marinus
T5CLN47	AB696527	Truepera radiovictrix
T5CLN48	AB696528	Anaerolinea thermophila
T5CLN49	AB696529	Rubrobacter radiotolerans
T5CLN50	AB696530	Prosthecomicrobium mishustinii
T10CLN1	AB696531	Halobacillus faecis
T10CLN2	AB696532	Oxalicibacterium flavum
T10CLN3	AB696533	Rhodopirella baltica
T10CLN4	AB696534	Bacillus taenensis
T10CLN5	AB696535	Ferrimicrobium acidiphilum
T10CLN6	AB696536	Halobacillus faecis
T10CLN7	AB696537	Oxalicibacterium flavum
T10CLN8	AB696538	Bacillus bataviensis
T10CLN9	AB696539	Bacillus bataviensis
T10CLN10	AB696540	Oxalicibacterium flavum
T10CLN11	AB696541	Bacillus taenensis
T10CLN12	AB696542	Bacillus taenensis
T10CLN13	AB696543	Caldilineae
T10CLN14	AB696544	Oxalicibacterium flavum
T10CLN16	AB696545	Bacillus taenensis
T10CLN17	AB696546	Gracilimonas tropica
T10CLN18	AB696547	Caldilineae
T10CLN19	AB696548	Acidobacterium capsulatum
T10CLN20	AB696549	Bacillus taenensis
T10CLN21	AB696550	Streptococcus salivarius
T10CLN22	AB696551	Propionibacterium acnes
T10CLN23	AB696552	Dermia gummosa
T10CLN24	AB696553	Truepera radiovictrix
T10CLN25	AB696554	Salisaea longa
T10CLN26	AB696555	Adhaeribacter aquaticus
T10CLN27	AB696556	Caldilineae
T10CLN28	AB696557	Bacillus firmus
T10CLN29	AB696558	Rhodopirella baltica
T10CLN30	AB696559	Caldilineae
T10CLN31	AB696560	Halobacillus faecis
T10CLN32	AB696561	Geobacter pickeringii
T10CLN33	AB696562	Nitriliruptor alkaliphilus
T10CLN34	AB696563	Thermaerobacter litoralis
T10CLN35	AB696564	Caldilineae
T10CLN36	AB696565	Adhaeribacter aquaticus
T10CLN37	AB696566	Oxalicibacterium flavum
T10CLN38	AB696567	Adhaeribacter terreus
T10CLN39	AB696568	Adhaeribacter terreus
PEKCLN130	unassigned	Anaeromyxobacter dehalogenans	Proteobacteria : Deltaproteobacteria
PEKCLN131	unassigned	Pontibacter korlensis	Bacteroidetes : Sphingobacteria
PEKCLN132	unassigned	Cellulomonas aerilata	Actinobacteria : Actinobacteria
PEKCLN133	unassigned	Actinomycetospora chiangmaiensis	Actinobacteria : Actinobacteria
PEKCLN134	unassigned	Terriglobus roseus	Acidobacteria : Acidobacteria_Gp4
PEKCLN135	unassigned	Helicobacter mustelae	TM7 : TM7_genera_incertae_sedis
PEKCLN136	unassigned	Gemmata obscuriglobus	Planctomycetes : Planctomycetacia
PEKCLN137	unassigned	Hymenobacter roseosalivarius	Bacteroidetes : Sphingobacteria
PEKCLN138	unassigned	Planococcus antarcticus	Firmicutes : Bacilli
PEKCLN139	unassigned	Chloroflexus aurantiacus	Chloroflexi : Thermomicrobia
PEKCLN140	unassigned	Sporosarcina koreensis	Firmicutes : Bacilli
PEKCLN141	unassigned	Hymenobacter soli	Bacteroidetes : Sphingobacteria
PEKCLN142	unassigned	Hymenobacter roseosalivarius	Bacteroidetes : Sphingobacteria
PEKCLN143	unassigned	Chloroflexus aurantiacus	Chloroflexi : Thermomicrobia
PEKCLN144	unassigned	Pirellula staleyi	Firmicutes : Bacilli
黄砂粒子による炎症性サイトカインの誘導

# - 黄砂現象の環境・健康リスクに関する環境科学的研究 -

黄砂現象の環境・生態系・健康へのリスクを評価するための基盤的・普遍的知識ベースを構築

## 細菌のキャリア一としての黄砂

バイオイメージングによる黄砂粒子上の細菌の可視化

黄砂粒子は細菌のキャリアーとなり、

黄砂とともに飛来する細菌は増殖活性を有する

16S rRNA遺伝子を指標とした黄砂中の細菌群集構造

## 微小粒子としての黄砂

黄砂とともに飛来する細菌は、

これまでの報告以上に多種多様である

## 黄砂粒子は炎症を惹起する

肺組織のTEM観察像

嗅部上皮細胞の病理所見

嗅細胞の壊死・変性

黄砂粒子は生体内に侵入し、細胞障害を起こす可能性がある

・黄砂とともに飛来する細菌は、定着や遺伝子伝播により、

生態系に影響を及ぼす可能性がある

・微小粒子としての黄砂は、生体に影響を与える可能性がある

科学的データに立脚した環境リスクマネジメントやリスクコミュニケーション等の政策に貢献

国際的に公表 → 地球規模の問題解決のための政策立案，国際協力体制の確立

一般社会へ紹介 → 科学的根拠のない情報にもとづく過度の社会的不安を取り除く
平成28年熊本地震への

文部科学省の対応について
第

節

## 被害の概況

## 1 被害の状況

平成28年4月14日21時26分，熊本県熊本地方を震源とするマグニチュード6.5の地震が発生し，熊本県益城町で震度7を記録しました。その後，4月16日1時25分，同地方でマグニチュード7.3の地震が発生し，熊本県益城町，同県西原村で震度7を記録しました $ ^{*1} $ 。その後も非常に多くの地震が発生しているだけでなく，地震活動範囲が熊本県から大分県にかけての広域に及んでいます。これらの地震により，死者49人，負傷者1,600人以上，建物の被害は14万4,000棟以上となる等，甚大な被害がもたらされました $ ^{*2} $ 。

学校関係では，学生3人が死亡したほか，熊本県を中心に294人が重軽傷を負いました。また，学校施設（小・中・高等学校・大学・幼稚園・専修学校等）943校，社会教育・体育，文化施設等396施設が被害を受け，国指定文化財等の被害も161件に上りました。

図表 3-1-1 文部科学省関係の被害情報（平成28年6月14日9時00分時点）

（1）人的被害（児童生徒等）

※文部科学省に報告のあったもの

都道府県名	国立学校(人)	公立学校(人)	私立学校(人)	社会教育・体育,文化施設等(人)	文化財等(人)	独立行政法人等(人)	計(人)
死亡	不明	負傷	死亡	不明	負傷	死亡	不明	負傷	死亡	不明	負傷	死亡	不明	負傷	死亡	不明	負傷	死亡	不明	負傷
佐賀県	1	1
熊本県	98	80	3	1	76	5	3	1	259
大分県	3	3
計	98	80	3	1	80	5	3	1	263
3県	大98	小38中39高3	大3	大1	高12大57短大1専各10	文化5

## （2） 人的被害（教職員等）

都道府県名	国立学校(人)	公立学校(人)	私立学校(人)	社会教育・体育,文化施設等(人)	文化財等(人)	独立行政法人等(人)	計(人)
死亡	不明	負傷	死亡	不明	負傷	死亡	不明	負傷	死亡	不明	負傷	死亡	不明	負傷	死亡	不明	負傷	死亡	不明	負傷
熊本県	1	11	6	14	1	31
計	1	11	6	14	1	31
1県	大1	大11	小2中3高1	こども園1大6専各7

※死亡 熊本県：香川県の職員1名
都道府県名	国立学校(校)	公立学校(校)	私立学校(校)	社会教育・体育,文化施設等(施設)	文化財等(件)	独立行政法人等(施設)	計
福岡県	3	88	49	38	16	194
佐賀県	1	21	5	13	8	48
長崎県	2	29	2	3	5	41
熊本県	4	444	158	292	111	1	1,010
大分県	4	79	27	47	18	175
宮崎県	1	26	3	3	33
計	15	687	241	396	161	1	1,501
6県	大11
高専4	幼23
小324
中168
高102
中等1
特別35
大1
専各1
その他32	幼70
中15
高38
大18
短大6
専各67
こども園27	社教141
青少年10
社体197
文化37
教研2
その他9	重文(建)39
登録(建)68
重文(美)4
特史1
史跡30
名勝12
天然2
伝建3
その他2	独法1

※主な被害状況：ブレースの破断，天井・ガラス・配管等の破損，外壁等のひび割れ，熊本城における石垣崩落等

※凡例：

幼…幼稚園，こども園…幼保連携型認定こども園，小…小学校，中…中学校，高…高等学校，中等…中等教育学校，特別…特別支援学校，大…大学（附属学校等も含む），短大…短期大学，高専…高等専門学校，専各…専修学校·各種学校，社教…社会教育施設，青少年…青少年教育施設，社体…社会体育施設，文化…文化施設，教研…教育研修施設，重文（建）…重要文化財（建造物），登録（建）…登録有形文化財（建造物），重文（美）…重要文化財（美術工芸品），特史…特別史跡，天然…天然記念物，伝建…重要伝統的建造物群保存地区，独法：独立行政法人

## 2 学校教育等への影響

4月21日，熊本県及び熊本市は，熊本市内の県立学校，避難所になっている県立学校，被害が甚大な地域の県立学校，及び熊本市立学校について，5月9日まで休校を継続することを発表しました。各教育委員会及び各私立学校が，避難者の状況や校舎等の建物の安全等を踏まえて検討を行った結果，熊本県内の全学校824校・園について，5月16日をもって全て再開しました。

## 第2節 震災の発生を受けての文部科学省の対応

## 1 文部科学省における震災への対応

文部科学省では4月14日の地震発生後，直ちに文部科学省災害情報連絡室（室長：文教施設企画部施設企画課長）を設置し，熊本県，大分県及び宮崎県の教育委員会に対し，児童生徒等の安全確保及び文教施設の被害状況の把握と二次災害の防止を要請しました。続いて文部科学省非常災害対策本部（本部長：事務次官）を設置し，4月14日から16日にわたっ