hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
イオン液体含浸吸着材を用いた高レベル廃液の核種分離プロセスの開発とその医療応用

平成29年度は加水分解性核種(Zr, Mo)用新規吸着材の開発及び評価、90Yの高純度供給システムの開発について研究を行った。高レベル放射性廃液(HLLW)の成分・組成を非放射性の成分により模擬した硝酸水溶液中からのZr及びMoの分離には、オキシム系抽出剤を多孔性シリカ担体粒子(SiO2-P)に含浸担持して抽出剤含浸吸着材を創製した。含浸吸着材の基本特性は、走査型電子顕微鏡・エネルギー分散型X線分光法及び示差熱・熱重量分析により、その表面構造や重量組成・熱分解特性を測定評価した。含浸吸着材を用いて模擬した硝酸水溶液中からZr及びMoを選択的に分離・回収することを確認した。試験の硝酸範囲においては、Zr及びMoに対し吸着性を示し、Moの吸着は10分以内に平衡に達した。Zr及びMoとその他FP元素を分離することができた。また、HLLW中の発熱性核種である90Srを含浸吸着材によって抽出クロマトグラフィ分離し、分離された90Srから生じる娘核種90Yの医療応用を前提とし、酸濃度における90Srからの90Y分離回収を行なうためにDtBuCH18C6、CMPO及びHDEHP+Dodec抽出剤含浸吸着材をそれぞれ作製し、Sr、Y混合酸溶液を用いてSrとYの相互分離性を検討した。含浸吸着材を用いることにより、Sr、Y混合酸溶液からYを完全に分離回収することが確認できた。高レベル放射性廃液(HLLW)の成分・組成を非放射性の成分により模擬した模擬HLLW条件下での抽出剤含有イオン液体吸着材を用いて加水分解性核種(Zr, Mo)用新規吸着材の開発及び評価、90Yの高純度供給システムの開発はほぼ終了しており、全体的な分離プロセスは調整段階である。これについては基礎技術をすでに持っているため、大きな障害はないと考えられる。本研究では、高レベル放射性廃液の高度分離技術開発と分離した核種の医療応用技術開発の両面にわたる総合的な検討から、高レベル放射性廃棄物の減容化・有害度低減及び有効利用を目指す。平成30年度は、MA(III)/Ln(III)相互分離用新規吸着材の開発及び評価、90Yの高純度供給システムの開発について研究を行った。HLLWの成分・組成を非放射性の成分により模擬した硝酸水溶液中からのMA(III)/Ln(III)の分離には、ジグリコールアミド型抽出剤を多孔性シリカ担体粒子(SiO2-P)に含浸担持して抽出剤含浸吸着材を創製した。含浸吸着材を用いて模擬した硝酸水溶液中からAm(III)を選択的に分離・回収することを確認した。また、HLLW中の発熱性核種である90Srを含浸吸着材によって抽出クロマトグラフィ分離し、分離された90Srから生じる娘核種90Yの医療応用を前提とし、酸濃度における90Srからの90Y分離回収を行なうためにDGAA-Si樹脂及びTODGA+Dodec/SiO2-P吸着材をそれぞれ作製し、Sr、Y混合酸溶液を用いてSrとYの相互分離性を検討した。それぞれを用いることにより、Sr、Y混合酸溶液からYを完全に分離回収することが確認できた。
アルツハイマー病誘因蛋白質のシナプス伝達変調作用の分子的・可視的・電気生理学的解析

初老期に発病し、進行性痴呆疾患であるアルツハイマー病大脳の特徴的変化は、老人斑アミロイドの沈着と神経原繊維変化の出現および広範囲な神経細胞の脱落が挙げられる。老人斑アミロイドは、正常な神経終末で発現しているAPP(amyloid precursor protein,アミロイド蛋白質前駆体)と命名された蛋白質が何らかの原因で切断されて、細胞外に伸びている部分の一部の蛋白(βアミロイド蛋白質)が神経終末内に取り込まれることによると考えられている。申請者は、脳神経回路のモデルとして培養下で形成したシナプスを用いて、まず第一に、正常な蛋白質であるAPPの生理的機能、特に脳神経回路ネットワークの中継点(シナプス)において信号伝達を担う神経伝達物質の放出の調節をすることによってシナプス伝達の変調をしている可能性を明らかにしようと試みた。APPの神経終末内に伸びている部分の蛋白の抗体、およびその再合成ペプチドの神経終末内への導入によって神経伝達物質放出は抑制されたが、コントロールとして導入したアミノ酸配列を変えたペプチドおよび血清抗体、または抗体と再合成ペプチドの混合物の導入によっては影響されなかった。これらの実験結果から、1)APPは、培養下で形成したモデルシナプスでも発現していること、2)APPの前終末内に伸びている部分は、ほかの蛋白質と相互作用して神経伝達物質放出機構のある過程に直接関与し、開口放出効率を調節していることが示唆された。そこで、APPを過剰発現させたモデルシナプスで、シナプス伝達効率の変化をみる実験を行うためにアデノウイルスを用いて強制的にAPPを発現させることを試みたところ、ウイルス感染3日後から外因性のAPPが発現してくることが確かめられた。APP過剰発現での光学的観察による神経細胞の形態変化は認められず、電気生理学的機能解析が出来る実験条件を確立するに至った。
窒化アルミニウム系超高耐圧半導体素子作製のための基盤技術開発

本研究では、高温・放射線環境下において動作可能な超高耐圧エレクトロニクス構築にむけてUltra-Wide Bandgap材料である窒化アルミニウム(AlN)の新規結晶成長手法およびデバイスプロセスの要素技術開発を行う。申請者を含むグループにおいて開発したパルススパッタ堆積(PSD)法をベースに、深紫外線・高エネルギー粒子照射による擬フェルミレベル制御をもとにした補償型欠陥制御という新規概念を導入し、高純度AlN結晶成長・伝導性制御技術の確立を目指す。本成果をもとに高品質金属/AlNヘテロ界面物性評価、トランジスタ素子の開発を通して要素技術開発を行う。
嫌気的メタン酸化脱窒微生物を用いた温室効果ガス大気放散ゼロ脱窒プロセスの開発

研究課題では、嫌気性アンモニア酸化(アナモックス)反応と嫌気的メタン酸化脱窒(DAMO)反応を組み合わせた新規リアクターの開発を目的としてアナモックス細菌とDAMO微生物の共培養リアクターにおける窒素除去性能の評価を行った.実験の結果、共培養リアクターによりアンモニアと硝酸の同時除去が可能であることがわかったが、嫌気性メタン酸化脱窒微生物の亜硝酸生成反応が律速となっている可能性が示唆された。また、ガス成分の分析結果からN2Oが発生していることを確認した。本研究の目的は、嫌気性メタン酸化脱窒微生物と嫌気性アンモニア酸化微生物を組み合わせた新規脱窒プロセスの開発である。本年度は申請者が既に集積している嫌気性メタン酸化脱窒微生物と嫌気性アンモニア酸化微生物の培養系を組み合わせて共培養リアクターの作成をまずは試みた。実験に先立ちまずは両リアクターの実験条件の検討を行い、共培養リアクターの運転条件を決定した。それぞれの汚泥を混合し共培養リアクターの運転を開始した.その結果、共培養リアクターの硝酸性窒素とアンモニア性窒素の除去率は運転50日目までにそれぞれ約50%と20%であった.共培養リアクターのアンモニア性窒素の除去率が低かった原因として,リアクターの内での物質収支の計算結果から嫌気性アンモニア酸化微生物に対する亜硝酸の不足が考えられ,嫌気性メタン酸化脱窒微生物の亜硝酸生成反応が律速となっている可能性が示唆された.また、リアクター保持汚泥中の微生物群集解析の結果、共培養リアクターの汚泥からは嫌気性アンモニア酸化微生物が属しているとされるPlanctomycetes属の細菌が確認された.以上の結果より、嫌気性メタン酸化脱窒微生物と嫌気性アンモニア酸化微生物のそれぞれの汚泥を混合することで迅速に新規脱窒プロセスの立ち上げが出来ることが確認できた。次年度以降は共培養リアクターの最適な運転条件を調査し最適化を進める。またスポンジを用いた新方式のリアクターについても本年度の結果を踏まえて実験を行う予定である。本研究では、既に集積している嫌気性メタン酸化脱窒微生物と嫌気性アンモニア酸化微生物の培養系を組み合わせてることで迅速に新規リアクターの構築を試みた。実験の結果、当初の計画の通り迅速に目的の共培養リアクターの構築に成功した。従って、研究は当初予定通り概ね順調に進展していると考えられる。嫌気性メタン酸化脱窒微生物と嫌気性アンモニア酸化微生物の培養系を組み合わせて共培養リアクターの運転を継続した。また、共培養リアクターの汚泥と植種元の汚泥について微生物解析を実施した。その結果、アナモックスリアクターではPlanctomycetes門のKuenenia属微生物がアナモックス微生物では主要なものであった。その一方で、共培養リアクターでは,アナモックスリアクターと異なり,KueneniaだけではなくCa.BrocadiaやCa. Jetteniaも検出され培養条件の違いによって微生物群集が変化していることが確認できた。また昨年度の実験の結果より、共培養リアクターでは、嫌気性メタン酸化脱窒微生物の亜硝酸生成反応が律速となっている可能性が示唆されたため、培養条件の検討を実施した。その結果、還元剤の影響が嫌気的メタン酸化脱窒反応に対してより大きく影響していることを確認できた。今年度はスポンジを用いた密閉型のリアクターについても実験を開始した。実験にはスポンジ担体をランダムに充填したDHSリアクターを用い、昨年度の結果より律速となっている嫌気性メタン酸化脱窒微生物の反応を迅速に行うため、まずは嫌気性メタン酸化脱窒微生物の培養を開始した。その結果、培養3ヵ月で硝酸,亜硝酸を同時に添加した条件で前年度の共培養リアクターとほぼ同様の硝酸除去速度を達成できており,DHSリアクターを用いたリアクターの処理効率の高さが確認できた.その一方で、DHSリアクター内のガス成分の分析結果からN2Oが発生していることを確認した。従って、今後はN2Oの発生量を調査しながらアナモックス微生物の導入を行う必要がある。研究実施計画に従って着実に研究を行う。また、嫌気性メタン酸化脱窒微生物の増殖が遅いためリアクター方式のみならず、バッチ培養方式も用いて最適な培養条件ん検討を試みる予定とする。環境工学当初の予定より微生物解析の頻度が少なくその試薬や解析費と解析を行う補助員費が少なくなった。次年度は研究支援者をお願いし微生物解析を実施するためその費用として用いる予定である。
魚類の病原微生物構成成分の認識レセプターに関する体系的研究

近年、哺乳類Toll-like receptor(TLR)が病原微生物構成成分を特異的に認識し、初期の免疫応答を調節していることが明らかになった。魚類においてもexpressed sequence tag(EST)解析および染色体DNAデータベースから、哺乳類Toll-like receptorに相同性を持つ遺伝子の存在が明らかとなっている。また、TLRシグナルの細胞内伝達に関わる分子の遺伝子もいくつか同定されている。魚類においてもTLRによる免疫調節機構が存在すると考えられるが未だ不明な点が多い。さらに、細菌の染色体DNA上に存在する非メチル化CpG DNAを模した非メチル化CpG oligodeoxynucleotide(ODN)が、魚類の非特異免疫を強力に誘導することから、魚類のワクチンアジュバントとしてその利用が検討されている。そこで本研究では非メチル化CpG ODNを認識すると考えられているヒラメTLR9およびその細胞内情報伝達分子であるmyeloid differentiation factor 88(MyD88)に関する研究を行った。まず、ヒラメよりTLR9およびMyD88遺伝子をそれぞれクローン化した。ヒラメTLR9にはLeucine richドメイン(LRD)およびToll/IL-1 receptor(TIR)ドメインが、MyD88にはTIRドメインおよびDeathドメインが保存されており、ヒラメにおいてもTLR9による微生物構成成分認識機構が存在していることが示唆された。また、ヒラメTLR9遺伝子をヒラメ胚由来(HINAE)細胞に導入したところ、非メチル化CpG ODN刺激に応答し、ヒラメTNF遺伝子のプロモーターを活性化することを明らかにした。魚類病原細菌であるEdwardsiella tardaを人為的にヒラメ稚魚に感染させると、感染の進行に伴い、各遺伝子のmRNA量が、鰓、腎臓、脾臓および抹消血で増加することを明らかにした。また、ヒラメTLR9およびMyD88遺伝子が同一細胞内で発現し、これらの陽性細胞がE.tarda感染魚の腎臓内に形成された病巣部に集合することや、鰓上皮表面へと浸潤することを明らかにした。本研究より、ヒラメTLR9およびMyD88を発現した細胞は、細菌感染防除に深く関与しているものと考えられた。
遠隔協調探索タスクにおける人とロボットの協働メカニズム

本研究の目的は,離れた場所にいる人とインタラクションしながら,人の要求する物体を発見する(遠隔物体探索タスク)ことのできるロボットの実現である.スムーズなインタラクションには,探索対象物体および周囲環境に関する知識が必要である.前年度開発したオントロジ管理システムを利用し,ユーザの指示に不足している情報を補完して物体を探索するシステムを実ロボットで評価した.この機能を備えたロボットでWorld Robot Summit 2018において開催された競技会Partner Robot Challenge (Real Space)に参加し,3位の成績を収めた.候補物体が複数あり,オントロジを利用しても情報不足を補完できないときには,ユーザへの問い合わせが必要となる.候補物体のもつ属性値の抽出結果を基に,もっとも確実に識別ができる属性クラスを決定し,質問を生成するアルゴリズムを構築し,実機実験でその有効性を確認した.また,遠隔物体探索の一手法として,ロボットを直接遠隔操作する手法も研究している.遠隔操作では通信の遅れやロボット自身の動作速度の問題で,操作感が損なわれる可能性がある.これを解決するために,人の操作意図を,その動きと対象環境の認識結果から早期推定する手法を開発した.さらに,前年度までに開発を進めている,移動ロボットによる未知環境の探索や払い動作を利用した物体把持の機能の改良を行った.以下の項目を達成した:・ロボット用オントロジ管理システムの実験的評価・人の指示のあいまいさ解消のための質問生成アルゴリズムの開発・人の遠隔操作意図の早期推定手法の開発・未知領域探査,物体把持機能の改良まず,オントロジ管理システム(事前知識の表現に用いる)と対話生成システム(ユーザ指示と環境認識結果を比較して,足りない情報を得るための質問を生成する)について,通常の家庭環境程度の複雑さに対して動作するように改良する.定量的な評価は主にシミュレーション環境で行うとともに,実ロボットを用いた実験も行う.さらに,ロボット自らの物体探索とユーザへの問い合わせの効果とコストのトレードオフを考慮しながら,最適な行動を生成する手法を研究する.遠隔協調探索では,ロボット自身の環境認識能力がユーザ評価に影響を与える.地図生成(SLAM)と物体発見・認識を同時に行う(セマンティックSLAM)ことにより性能と効率を向上させるとともに,必要な情報を得るための視点プラニングを行う手法も研究する.さらに,物体探索やモデル精緻化のためのインタラクションにおいて,音声情報と画像情報をロボットやユーザが必要に応じて選択的に利用し,状況に応じて柔軟なインタラクションを行うための手法について研究し,シミュレーション環境および実環境での実験を行って評価する.遠隔物体探索タスクにおいてユーザとロボットがインタラクションするには,探索対象物体および周囲環境に関する知識が必要である.一般的な知識を表現するための枠組みとしてオントロジを用い,オントロジ記述システムKnowRobを拡張し,ROS環境で動作するシステムを構築した.本システムは情報入出力のためのインタフェースを持ち,ROSのトピックとして足りない情報の問い合わせ等を行うことができる.物体位置が指定されていないなど,ユーザのあいまいな指示から実行可能な動作系列を生成できることを確認した.探索環境が未知の場合はロボット自ら物体発見を行う必要がある.そこで,未知領域の探査,部屋形状の取得,物体候補の発見と検証を効率的に行うための統一的視点計画アルゴリズムを開発した.このアルゴリズムはフロンティア法に基づく探査位置候補,Coverage Plannerによる部屋形状計測位置候補,物体認識モデルを利用した検証位置候補を含む集合を生成し,巡回セールスマン問題を解くことにより,繰り返し的に次の視点を選択する.シミュレーション環境での検証により個々の視点計画を逐次的に行う手法に比べ効率的に物体探索が行えることを示した.探索対象物体が他の物体に隠されているときには,ありそうな場所を推定したり隠している物体を移動させるなどの処理が必要になる.そのために必要となる物体配置推定およびハンド動作計画手法を開発した.物体のモデルを利用して部分隠蔽されている場合には物体の種類を確率的に推定し,また完全隠蔽している場合の物体存在可能領域を推定し,物体の掴み上げ動作と隠蔽物体除去のための払い動作を適切に選択する.また,遠隔協調探索タスクのための実験用ロボットを構築し,基本機能の確認を行った.以下の項目を達成した:・ROS上で動作するロボット用オントロジシステムの構築と検証・未知環境での物体探索のための統一的視点計画アルゴリズムの構築と検証・物体間の隠蔽を考慮した物体配置推定とハンド動作計画手法の開発と検証・遠隔協調探索タスクのための実験用ロボットの構築と基本機能検証本研究の目的は,離れた場所にいる人とインタラクションしながら,人の要求する物体を発見する(遠隔物体探索タスク)ことのできるロボットの実現である.スムーズなインタラクションには,探索対象物体および周囲環境に関する知識が必要である.前年度開発したオントロジ管理システムを利用し,ユーザの指示に不足している情報を補完して物体を探索するシステムを実ロボットで評価した.この機能を備えたロボットでWorld Robot Summit 2018において開催された競技会Partner Robot Challenge (Real Space)に参加し,3位の成績を収めた.候補物体が複数あり,オントロジを利用しても情報不足を補完できないときには,ユーザへの問い合わせが必要となる.候補物体のもつ属性値の抽出結果を基に,もっとも確実に識別ができる属性クラスを決定し,質問を生成するアルゴリズムを構築し,実機実験でその有効性を確認した.また,遠隔物体探索の一手法として,ロボットを直接遠隔操作する手法も研究している.

遠隔操作では通信の遅れやロボット自身の動作速度の問題で,操作感が損なわれる可能性がある.これを解決するために,人の操作意図を,その動きと対象環境の認識結果から早期推定する手法を開発した.さらに,前年度までに開発を進めている,移動ロボットによる未知環境の探索や払い動作を利用した物体把持の機能の改良を行った.以下の項目を達成した:・ロボット用オントロジ管理システムの実験的評価・人の指示のあいまいさ解消のための質問生成アルゴリズムの開発・人の遠隔操作意図の早期推定手法の開発・未知領域探査,物体把持機能の改良以下の項目について研究を行う:まず,音声と画像を通してインタラクションするインタフェースを開発する.画像はロボットのカメラから取得する場合と,ロボットの動きと独立して視線制御可能なカメラを用いる場合の2つを考える.それらのインタフェースを利用して遠隔地のロボットをリモコン制御する実験を通して,使用感の評価と改良を行う.実験では複数の部屋からなる屋内の領域を設定し,人がその領域をあらかじめ知っている場合と知らない場合の2つの設定で,2種の画像インタフェースを比較する.また,ロボット視点を利用する場合に,人のジェスチャや動きの意図を認識しロボットと一体化した操作感が得られるインタフェースについても検討する.次に,音声情報のみを用いたモデル精緻化とそれに基づく協調物体探索の手法を研究する.ロボットが自らの認識した状況を言語化して人に伝えるとともに,ユーザの指示を遂行するために,人から適切な情報を引き出し,曖昧な情報を明確化するための質問を生成する手法について研究する.ロボットと人の協調探索では,ロボットが自ら収集できる情報と人から獲得できる情報の2種類があり,どちらか一方のみから得られる情報は,適切な行動あるいは人とのインタラクションを計画して獲得する.そのための計画手法を開発する.さらに,両方から得られるにおいては,情報獲得の効率や人の使用感を考慮して最適な選択を行う手法を研究する.まず,オントロジ管理システム(事前知識の表現に用いる)と対話生成システム(ユーザ指示と環境認識結果を比較して,足りない情報を得るための質問を生成する)について,通常の家庭環境程度の複雑さに対して動作するように改良する.定量的な評価は主にシミュレーション環境で行うとともに,実ロボットを用いた実験も行う.さらに,ロボット自らの物体探索とユーザへの問い合わせの効果とコストのトレードオフを考慮しながら,最適な行動を生成する手法を研究する.遠隔協調探索では,ロボット自身の環境認識能力がユーザ評価に影響を与える.地図生成(SLAM)と物体発見・認識を同時に行う(セマンティックSLAM)ことにより性能と効率を向上させるとともに,必要な情報を得るための視点プラニングを行う手法も研究する.
持続可能な財政運営を企図した自治体財務管理制度と公会計情報の役割の研究

少子高齢化に伴う社会保障サービスの拡大、庁舎・公民館や橋梁・上水道といった公共施設などの老朽化に伴う更新工事、自然災害(地震、台風など)からの復旧工事など公共サービスへの需要が増加する中、組織としての地方自治体の平常時における「財務管理体制」の強化が、必須となっている。そこで、長期に安定した自治体財政運営を目指して、有事体制とリンクした自治体財務管理制度がいかに構築され地方公会計情報がどのように利用されているのか、財政危機の際に地方公会計情報が有事体制へのスムーズな移行にいかに機能するのかについて、日本と英国の自治体を比較対象とし、アンケート調査や実態調査により研究を行う。
脂肪細胞、前立腺癌細胞と前立腺間質細胞の相互作用による癌進展の解析

再燃癌進展の原因の一つとしては,再燃癌細胞自身によるオートクリン作用や周囲の間質細胞,脂肪細胞から産生される増殖因子によるパラクリン作用による機構の存在が考えられている。そこで,本年度は昨年度に引き続き,脂肪細胞,前立腺癌細胞,前立腺間質細胞の相互作用と前立腺癌の進展への関与についての研究をおこなった。すでにヒト脂肪細胞培養上清は前立腺癌細胞,前立腺間質細胞を増殖させること,幾つかのサイトカインがヒト脂肪細胞培養上清中に多く含まれることを明らかとしている。本年度ではヒト脂肪細胞培養上清中に特に多く含まれていたサイトカインであるIL-8及びMCP-1について研究した。前立腺癌細胞の増殖については何も加えていないヒト脂肪細胞培養上清と比較して,IL-8もしくはMCP-1の中和抗体を加えたヒト脂肪細胞培養上清では前立腺癌細胞の増殖が抑制された。また,ヒト脂肪細胞培養上清で刺激した前立腺癌細胞より細胞タンパクを調整し,ウエスタンブロットを用いて細胞内のシグナル伝達を検討した結果,MAPKのリン酸化が亢進していた。更に,IL-8もしくはMCP-1の中和抗体を入れることでMAPKのリン酸化亢進は抑制された。このことから,ヒト脂肪細胞培養上清による前立腺癌細胞増殖の一因としてヒト脂肪細胞から分泌されているIL-8及びMCP-1が重要であると推察された。また,興味深いことに,我々が以前より報告してきたアンギオテンシンII受容体ブロッカーが脂肪細胞培養上清刺激による前立腺細胞増殖を抑制することがわかり,これについても今後更に検討を続けていく。前立腺癌の発生や進展には、男性ホルモンの作用が大きく関係しているため、ホルモン療法が有効な治療法と考えられている。しかし、治療開始から数年後にはホルモン非依存性癌(再燃癌)となり、再燃癌に対する有効な治療法はいまだに開発されていない。再燃癌進展の原因の一っとしては、再燃癌細胞自身によるオートクリン作用や周囲の間質細胞、脂肪細胞から産生される増殖因子によるパラクリン作用による機構の存在が考えられる。(1)ヒト脂肪前駆細胞を脂肪細胞へと分化した後、培養上清を回収した。回収した培養上清を前立腺癌細胞株(LNCaP、DU145)および前立腺間質細胞株PrSCに対して加えて、各細胞の増殖について検討した。その結果、すべての細胞において、細胞増殖の増加が認められた。特に間質細胞において増殖の増加が顕著であった。(2)脂肪細胞培養上清を用いて、サイトカインメンブレンアレイをおこない、脂肪細胞からの分泌サイトカインについて検索した。その結果から、幾つかのサイトカインが脂肪細胞から分泌されていることをあきらかとした。現在、これらのサイトカインと前立腺細胞の関係について検討している。
支配因子分離型ＮＭＲ解析法の新展開と応用実践

NMRパラメータ(化学シフト(δ)値および結合定数(J値))をその支配因子に分割して解析する方法をさらに発展させ、応用した。R4MおよびR3M- (R = Me and Ph; M = C, Si, Ge, Sn, and Pb)の1Jobsd(M, C)において、R3Pb- (R = Me and Ph)では、R4Pbと比較してその絶対値が大変大きい。この原因を相対論効果を中心に解明した。また1Jobsd(M, C)の機構を分子軌道法を用いてその支配因子に分割して解析した。この成果は受理された論文誌のレフリーに高く評価された。もう少しの検証は必要であるが、当初の目的を達成できる段階にある。核磁気共鳴法(NMR)法は、物質科学の研究において極めて重要な手段である。有機化合物を扱う実験室では、NMR測定は日常頻繁に行われ、化学シフトおよび結合定数を中心に解析され、化合物の同定や構造解析、反応追跡等に役立てている。NMRデータは、極めて重要な情報を多く含んでいるが、物質の機能評価や開発に用いられることは少ない。NMR化学シフトや結合定数が本質的に磁気的現象によるため、実験化学者にはその詳細な解釈が複雑かつ難解だからである。また高周期元素のNMRは、相対論効果のため解釈がさらに難解となる。本研究の目的は、難解な磁気的現象の詳細な解析は避け、物質の機能評価や開発に役立つ、より簡便で直感的にも理解し易いNMR解析法、具体的にはNMRデータの起源を各分子軌道に求めた方法の適応範囲を広げることである。平成27年度は、「分子軌道法に基づくNMR化学シフト(δ値)の解析法の発展(適応範囲拡大)と視覚化」に取り組んだ。δ値に大きく寄与している軌道、あるいは軌道間遷移の機構を解析し、実験値と比較した。さらに、相対論効果は原子番号Zの4乗に比例するので、原子番号が大きいほどきちんと相対論効果を加味して、計算値を算出する方法をADF 2014プログラム(Slater-typeの原子軌道)を用いて吟味した。またより理解し易いような視覚化の方法の開発に取り組んだが、容易なプログラムはまだまだ試作中である。文献値に加え、特異な構造を有する有機典型化合物の系でもNMR実測値を得るために化合物の合成に取り組んだ。例えば、アリール基による配向効果の機構を確立するためには、検討する目的化合物が、アリール基に対して全て平面構造や直交構造である必要がある。このような系の報告例は、申請者らがセレン化合物で行った(2006年)以外にはない。平成27年度は、テルル化合物を中心に合成に取り組んだ。平成27年度は、当初予定通り、「分子軌道法に基づくNMR化学シフト(δ値)の解析法の発展(適応範囲拡大)と視覚化」に取り組んだ。さらに、相対論効果を加味して、計算値を算出する方法をADF 2015プログラム(Slater-typeの原子軌道)を用いて吟味した。125Te核や他の重元素核でも実測のNMR化学シフトちと良い一致を示すまでになった。さらにより理解し易いように、視覚化の方法の開発に取り組んだが、容易なプログラムはまだまだ試作中である。平成27年度は、テルル化合物を中心に合成を行い、幾つかは合成できたが、溶解性が悪かったり、収率が非常に低かったため、濃度や溶媒を統一して、信頼性の高い実測値を揃えて、精度の高いNMR解析法を行うには、もう少し時間を要する。平成28年度は、「分子軌道法に基づくNMR化学シフト(δ値)および結合定数(J値)の解析法の発展(適応範囲拡大)と視覚化」に取り組んだ。δ値およびJ値に大きく寄与している軌道、あるいは軌道間遷移の機構を解析し、実測値と比較した。さらに相対論効果は原子番号の4乗に比例するので、相対論効果をきちんと加味して、計算値を算出する方法をADF2016プログラム(Slater-typeの原子軌道)を用いて吟味した。またより理解し易いような視覚化の方法の開発に取り組んだ。文献値に加え実測値を得るために、特異な構造を有する有機典型元素化合物の合成に取り組んだ。例えばアリール基による配向効果の機構を確立するためには、検討する目的化合物が、アリール基に対して全て平面構造や直交構造である必要がある。しかしこのような系の報告は、2006年に申請者らがセレン化合物で行った以外にはない。

そこでテルル化合物の系について合成を行った。またフッ素およびリンの関与する超原子価化合物の合成も行った。平成28年度は、「分子軌道法に基づくNMR化学シフト(δ値)(昨年度の積み残し)と結合定数(J値)(当初予定通り)の解析法の発展(適応範囲拡大)と視覚化」に取り組んだ。δ値およびJ値に大きく寄与している軌道、あるいは軌道間遷移の機構を解析し、実測値と比較した。さらに相対論効果を加味して、計算値を算出する方法をADF2016プログラム(Slater-typeの原子軌道)を用いて吟味した。125Te核や他の重元素核でも実測のNMR化学シフト値や結合定数と良い一致を示すようになった。さらにより理解し易いように、視覚化の方法の開発に取り組んだが、操作性が容易なプログラムはまだまだ試作中である。文献値に加え、特異な構造を有する有機典型元素化合物の系でもNMRの実測値を得るために化合物の合成に取り組んだ。平成28年度は、テルル化合物に加え、フッ素およびリン化合物を中心に合成を行い、概ね合成できた。しかし溶解性が悪かったり、収率が非常に低かったため、濃度や溶媒を統一して、信頼性の高い実測値を揃えて、精度の高いNMR解析法を行うには、もう少し時間を要する化合物群もある。核磁気共鳴法(NMR)法は、物質科学の研究において極めて重要な手段である。有機化合物を扱う実験室では、NMR測定は日常頻繁に行われ、化学シフトおよび結合定数を中心に解析され、化合物の同定や構造解析、反応追跡等に役立てている。NMRデータは、極めて重要な情報を多く含んでいるが、物質の機能評価や開発に用いられることは少ない。NMR化学シフト(δ値)や結合定数(J値)が本質的に磁気的現象によるため、実験化学者にはその詳細な解釈が複雑かつ難解だからである。また高周期元素のNMRは、相対論効果のため解釈がさらに難解となる。本研究の目的は、難解な磁気的現象の詳細な解析は避け、物質の機能評価や開発に役立つ、より簡便で直感的にも理解し易いNMR解析法、具体的にはNMRデータの起源を各分子軌道に求めた方法の適応範囲を広げることである。平成29年度は、「分子軌道法に基づくJ値の解析法の発展(適応範囲拡大)と視覚化」に取り組んだ。δ値と同様に、J値も有機元素化合物の構造決定や結合や相互作用の様式を解析する上できわめて重要な知見をもたらす。J値は反磁性項、常磁性項、spin-dipolar項、Fermi contact項の和である。一般にJ値はFermi contact項の寄与が大きいとされているが、この予想に反して常磁性スピン-軌道相互作用(常磁性項)によって支配される系も見出している。J値に大きく寄与している軌道、あるいは軌道間遷移の機構を解析し、実測値と比較し、かなり良い一致を得ることができた。さらに相対論効果は原子番号の4乗に比例するので、相対論効果をきちんと加味して、計算値を算出する方法をADF2015プログラム(Slater-typeの原子軌道)を用いて吟味した。またより理解し易いような視覚化の方法の開発に取り組んだ。NMRパラメータ(化学シフト(δ)値および結合定数(J値))をその支配因子に分割して解析する方法をさらに発展させ、応用した。R4MおよびR3M
インドネシアにおける学校と地域を紡ぐカリキュラム(システムガンダ)に関する研究

今年度は、8月、12月、2月、3月にインドネシアのバリ島の美術高校がどのようにして地域との関係のもとで誕生し、運営されてきたのかという点について、聞き取り調査を行った。バリで活躍する画家の多くは美術高校出身者である。美術高校デンパサール校の初代の生徒は8名であった。その多くはバリ美術界の重鎮となっている。例えば、現代美術作家のマデ・ウィアンタ氏、美術高校ウブドゥ校校長を務めたワヤン・シカ氏、バリ州文化庁長官、教育文化省長官、アートセンター長、美術高校校長を歴任したニコナヨ氏などは初代の生徒である。一方、美術高校ウブドゥ校の初代出身者のカトゥット・ブディアナ氏は、伝統美術の巨匠として東京ステーションギャラリーで個展を行い、スペインやデンマークの芸術祭などに招聘されている。その一方で、祝祭における牛の棺や、寺の彫刻などを行うサンギンとして活躍し、美術高校の教員としても多くの画家を育ててきた。美術高校は、伝統画、近代画、現代美術、彫刻、メディア、祝祭や寺の装飾、行政組織、学校など多様な分野で、バリ美術界を支え、新たな流れを生み出す人々を輩出してきた。彼らの学習過程についてインタビューを行ったところ、彼ら自身が、「第二の母」と呼ぶ教員が存在したことが明らかになった。美術高校デンパサール校のカジェン女史である。カジェン女史は、ジャワ島の美術学院の初代の学生として学び、美術高校の創設に尽力し、長年、校長を努めた。バリ美術館で勤務し、アートセンターの長も勤めた。しかし、すでに故人であるカジェン女史についてはほとんど書かれた資料として残っていない。当時、カジェン女史と共に美術高校を設立した画家のワヤン・カヨ氏や、友人の画家カルティカ・アファンディや親族、生徒、元同僚などにインタビュー調査を行った。美術高校の創設に携わったのは、バリ州知事や、バリの文化戦略を立てる行政組織の長などであった。こうした行政組織に焦点を当てた場合、あたかも行政組織が学校を生み出したかのように見える。しかし、文化戦略を立てる省庁の担当者ワヤン・カヨ氏はカジェンの大学時代の同窓生であった。また、バリ州知事もオランダ学校時代の同窓生であった。ワヤン・カヨ氏によれば、自分は画家なので画家を育てる学校を設立したかったという。このように、行政文書だけではなく、担当者のライフヒストリーを聞き取ることで、学校教育の階梯を辿る過程で生まれた小さな共同体が、美術高校をめぐる複数の共同体から成るバリ美術界の誕生の母体の一つであったことが明らかになった。また、美術高校の教員や卒業生が、スイスのバーセル市の民族博物館、オランダの熱帯美術館、日本の福岡アジア美術館などの多様な地域との相互作用のもとで複数の共同体を活性化させていることが明らかになつた。このように、個人のライフヒストリーの聞き取りから、学校と地域の実践共同体の相互生成の過程が再構成された。2004年の3月に、インドネシアのバリ州ウブドゥ郡を中心に、フィールドワークを行った。インドネシアにおける学校と地域共同体の協働関係に関する調査を行った。主に、インドネシア芸術大学(ISI,Denpasar)、教員養成大学(IKIP)、美術高校ウブドゥ校(SMU,Ubud)で調査を行った。共同研究者であるイ・ワヤン・カルジャ氏(I Wayan Karja)は、インドネシア芸術大学の美術学部長であると同時に、教員養成大学で非常勤の講師をし、かつては美術高校ウブドゥ校の教員も勤めていた。この三つの学校と地域の関係性に関する調査を行った。その結果、フィールドノーツ3冊、ビデオテープ5本、写真約1500枚、音声データ、書籍やカタログ約30冊などのデータを収集した。現在、インドネシア語で収集されたこれらのデータを整理し、翻訳し、理論的検討を行っている。2004年の11月と2月には、学校と地域の関係性を比較調査するために、韓国における調査を行った。韓国のプルム学校における実践は、地域へと広がっている。例えば、合鴨農法、有機畜産、生活共同組合、信用組合などは、学校から始まり、地域へと根づいた事例である。現在、プルム学校とインドネシアの学校の交流の可能性も模索されている。これらインドネシアと韓国の調査をもとに、『教育』と『日韓教育フォーラム』への原稿執筆を行った。2004年度は、学校と地域の関係性について数回のフィールドワークを行った。2004年7月から9月にかけ、インドネシアのバリ島とジョクジャカルタにおいてフィールドワークを行った。バリ島では、美術高校と地域の関係性について調査を行った。現在、バリ島の美術高校としては、国立のバトゥブラン校と、私立のウブドゥ校が存在する。カリキュラム改変に伴い、美術高校(SMSR)は、SMK(専門高校・職業高校)へと名称が変わり、4年制から3年制に変わった。バリ島では、現在、美術高校の生徒数は減少傾向にある。その一方で、観光中学、観光高校、観光大学、観光訓練学校などの観光学校が乱立している。地方分権化の流れの中で、学校は次々と設立され、倒産している。こうした流れの中で、いかにして、学校が地域との関係性のもとで設立され、運営されてきたかという問い直しを行った。学校の創設者や教員達にインタビューを行った。その過程で、学校の歴史を問い直すことで、現状の問題点を把握し、未来を考えようという集いを教員達自らが行った。歴代校長、教員、卒業生、在校生などが参加した。

現在、芸術大学副学長や美術学部長を勤める卒業生達も参加した。このように、被調査者と調査者という二項対立的関係ではなく、共に問いを探求する実践共同体が再活性化された。2005年3月には、ブータンにおいて、学校と地域の関係性を調べる調査を行った。ブータンの首都ティンプーにも、国立の美術高校と私立の美術高校が存在する。私立の美術高校チョキ・アートスクールは、無償で教育が行われている。寄宿生活が基本であり、寮費も食費も学費も無料である。国立の美術高校も無償である。これらの高校では、地域の家を彩る絵画や、仏画なども学習される。地域における学習について聞き取りを行った。ブータンとインドネシアの美術高校には、多くの共通点が存在する。それぞれの学校の地域との関係について今後より明らかにする予定である。今年度は、8月、12月、2月、3月にインドネシアのバリ島の美術高校がどのようにして地域との関係のもとで誕生し、運営されてきたのかという点について、聞き取り調査を行った。バリで活躍する画家の多くは美術高校出身者である。美術高校デンパサール校の初代の生徒は8名であった。その多くはバリ美術界の重鎮となっている。例えば、現代美術作家のマデ・ウィアンタ氏、美術高校ウブドゥ校校長を務めたワヤン・シカ氏、バリ州文化庁長官、教育文化省長官、アートセンター長、美術高校校長を歴任したニコナヨ氏などは初代の生徒である。一方、美術高校ウブドゥ校の初代出身者のカトゥット・ブディアナ氏は、伝統美術の巨匠として東京ステーションギャラリーで個展を行い、スペインやデンマークの芸術祭などに招聘されている。その一方で、祝祭における牛の棺や、寺の彫刻などを行うサンギンとして活躍し、美術高校の教員としても多くの画家を育ててきた。美術高校は、伝統画、近代画、現代美術、彫刻、メディア、祝祭や寺の装飾、行政組織、学校など多様な分野で、バリ美術界を支え、新たな流れを生み出す人々を輩出してきた。彼らの学習過程についてインタビューを行ったところ、彼ら自身が、「第二の母」と呼ぶ教員が存在したことが明らかになった。美術高校デンパサール校のカジェン女史である。カジェン女史は、ジャワ島の美術学院の初代の学生として学び、美術高校の創設に尽力し、長年、校長を努めた。バリ美術館で勤務し、アートセンターの長も勤めた。しかし、すでに故人であるカジェン女史についてはほとんど書かれた資料として残っていない。当時、カジェン女史と共に美術高校を設立した画家のワヤン・カヨ氏や、友人の画家カルティカ・アファンディや親族、生徒、元同僚などにインタビュー調査を行った。美術高校の創設に携わったのは、バリ州知事や、バリの文化戦略を立てる行政組織の長などであった。こうした行政組織に焦点を当てた場合、あたかも行政組織が学校を生み出したかのように見える。しかし、文化戦略を立てる省庁の担当者ワヤン・カヨ氏はカジェンの大学時代の同窓生であった。また、バリ州知事もオランダ学校時代の同窓生であった。ワヤン・カヨ氏によれば、自分は画家なので画家を育てる学校を設立したかったという。
アクティブ・ラーニングの鍵を握る学習空間の複雑系ダイナミクスと知識創発現象の解析

本研究では学習科学の領域に複雑ネットワーク科学の知見と数理分析のフレームワークを導入し,学習環境における学習者の相互作用に関する理論分析を行なった.その結果,学習者間の相互作用は学習環境のコミュニケーションのネットワーク構造に依存することを明らかにした.実証分析の面では学習環境のソーシャル・キャピタルの抽出手法を開発した.その上で,ビッグ・データ時代における次世代タイプの研究方法論について提唱するに至った.本研究では学習科学の領域に複雑ネットワーク科学の知見と数理分析のフレームワークを導入し,学習環境における学習者の相互作用に関する理論分析を行なった.その結果,学習者間の相互作用は学習環境のコミュニケーションのネットワーク構造に依存することを明らかにした.実証分析の面では学習環境のソーシャル・キャピタルの抽出手法を開発した.その上で,ビッグ・データ時代における次世代タイプの研究方法論について提唱するに至った.今年度は1)実際の学習空間におけるネットワーク構造の可視化とその特性分析,2)学習空間におけるネットワーク構造を可視化するための手法の検討,3)Adaptive Network分析等最新の複雑ネットワーク科学の成果を取り入れたシミュレーション・モデルの開発に着手した.1)については,学習環境で使われている実際のSNSデータを分析した.その結果,学習SNSコミュニティやコミュニティを介した人間関係のネットワーク構造には,ベキ分布等の特性があることが分かった.また,コミュニティ構造の生成ダイナミクスについてもいくつかの特性を観察することができに.ただし,これらのコミュニティ生成のダイナミクスと学習効果の関係については,まだまったく分かっていない.2)については,可視化モジュールの部分をRのスクリプトとして開発する方針で再設計を行なっている.次年度には開発したシステムを実際の授業に導入し,1)で確認されたネットワーク現象の解析に取り組む予定である.3)については,ネットワークの生成ダイナミスクと個々のエージェントの学習ダイナミクスの双方をとらえたシミュレーション・モデルの開発に取り組んである.系を構成するミクロ要素としての学習者と系を構成するマクロレベルでのネットワークのダイナミクスの相互作用については未解明の部分が多く,それらを分析の射程にとらえるためには,系を構成する要素と系全体の関係をとらえたソーシャル・ブレインのアイデアが有効なのではないかという暫定的な結論に至っている.次年度にはこの方向でシミュレーション・モデルの精緻化を行ない,1)と2)で確認された現象を実験によって確認する作業に取り組む予定である.以上の成果は各種国内外での学会で発表した.基礎研究フェーズ後半の平成22年度には次の2つの目標を置いた.まず年度前半に,相互作用系としての学習空間におけるネットワーク形成のダイナミクスと学習効果の関係を解析するために,複雑ネットワーク科学を応用したシミュレーション・プログラムを開発し,実験を行なうこと.次に年度後半において,ここまでに開発してきた2つのプログラムを結合することによって複雑系ダイナミクスと知識創発現象をシミュレートするプログラムを開発し,実験を行なうこと.これらの目標のうち実際に達成できたのは,第1の目標であった.具体的には次の研究を行なった.まずわれわれは,複雑ネットワーク科学の分野においてネットワーク上の情報の伝播・同期現象のメカニズムを解明する研究が急速に進められていることに注目し,これらの成果を応用することで,学習者間のネットワーク形成と学習効果(情報)の伝達・波及メカニズムの関係を明らかにすることができる可能性が非常に高いと判断した.そこでわれわれは2次元スピン系のモデルにネットワーク構造を導入し,学習者をノード(頂点)としたネットワーク形成と情報(知識)伝達のダイナミクスの関係,そしてそのフィードバック効果(すなわち,ミクロ・マクロ・ループ問題)などの問題をモデル化したシミュレーション・プログラムを開発し,実験を行なった.その結果,スタティックなネットワーク構造を導入した学習環境では,ネットワーク構造の相違が学習効果に異なる影響を与えることを明らかにし,論文として発表した.「個々の実践を向上させるための診断と処方箋の提供」(大島・大島,2009)を目的として1990年代に確立した学習科学(the Learning Sciences)は,Brown(1992)やCollins et al.(2004)によって提唱されたデザイン研究アプローチ(the Design-Based Approach : DBA)を戦略的に採用する.学習科学がDBAを採用するのは,日常の学習系を直接の対象としたin vivoな研究を志向しているからである.学習科学が学習コミュニティといった協調的な学習活動をとりわけ重視するのも,in vivoな研究によって導出された知見に基づく.しかしながら,これまでのところDBAはデザインされた学習環境のプロファィルの蓄積を主眼としており,協調的な学習がなぜ有効なのか,協調学習という現象の普遍的な構造やメカニズムを十分に解明してきたとは言えない(三宅,2010;三宅ほか,2002),「多対多の関係性のダイナミクスが織り成す生態系」としての学習系を十分に捉え,その構造とメカニズムを解明し,有効なデザイン原則を導き出すためにはDBAには何が必要なのか,こうした問題意識に立ち,今年度は次のような成果を上げてきた.1)複雑系科学の数理的アプローチが学習科学研究において有効であること,またそれが重要であることの主張(JSET課題研究,CLE研究会シンポジウム,複雑系学習科学シンポジウム)2)SNS上のネットワーク・コミュニティの構造解析とその特異な性質についての発見,およびそれを記述する数理モデルの紹介.3)SNS上の学習コミュニティを解析するための手法の提案.研究最終年度に本研究ではわれわれは次の成果を得た.1)学習コミュニティ内/間におけるコミュニケーションと学習ダイナミクスの関係をモデル化することの方向性を定めた.2) Learning Analyticsを射程にとらえた新しい学習科学研究の方法論についてその方向性を確認した.

1)平成21年度に開始した本研究の主要な目的は,教育工学・学習科学の領域ではほぼ未着手の研究テーマである複雑作用系としての学習空間に関する理論構築の突破口を切り開くことであった.そのために本研究では,ネットワーク科学の知見をいち早く学習科学分析に導入してきた.これによって本研究では,協調学習空間をはじめとして学習共同体の空間に形成される社会的ネットワークは,比較的密なグループ(「モジュール」または「コミュニティ」)が複数集まって結合した,非均一的な重層構造をもつ多重ネットワーク場(多重場)であることを確認した.この多重ネットワーク場での学習には,ネットワークの重層構造を通した相互作用のループ機構が鍵を握っていると予想される.しかしこの問題については本研究では明らかにすることはできなかった.この問題の解決には,学習共同体の空間を多重ネットワーク場としてとらえた,非線形力学系モデルあるいは構成的手法によって再現し,理論化することが必要であるとの認識を得た.2)近年欧米では,ビッグ・データの時代を背景として,Learning Analytics(LA)と呼ばれる新しい研究アプローチに関心が集まってきている.しかしこのLAは伝統的なのSocial Analyticsを中核的な方法論としているため,うまく時代の要請に応えることができていない.今年度の本研究ではその限界を指摘すると同時に,われわれが得たまったく新しい数理的方法論をLAに導入することを提唱した.計画にしたがっておおむね研究を行なっている,24年度が最終年度であるため、記入しない。来年度は欧米で注目されている実証的な分析手法である,Leaming Analiticsのカンファレンス(LAK2012など)に参加し,数理的な理論モデル分析の可能性を探る.具体的にはSNS上の人々のインタラクションに関する分析結果を記述する基本モデルを構築し,仮説演繹的アプローチによる学習科学・教育工学研究の確立を目指す.24年度が最終年度であるため、記入しない。
口腔・歯周病フローラのメタゲノム解析

歯周組織健常者および歯周病患者のプラーク細菌叢についてメタゲノム解析を行った。合計7サンプルのメタゲノムDNAシークエンスデータをもとに細菌叢の系統解析を行ったところ、合計で996菌種を検出し、従来の報告よりも複雑なプラーク細菌叢の多様性が示唆された。また、機能プロファイル解析では、腸内細菌叢など他の環境細菌叢との比較で、防御機構に関する遺伝子、糖代謝に関する遺伝子が多いなど、プラークに特徴的な機能特性が観察された。平成20年度は、愛知学院大学歯学部附属病院にて健常者5名から歯肉縁上プラーク、歯周炎患者7名からそれぞれ歯肉縁上プラーク、歯肉縁下プラークを採取した。麻布大学において、アクロモペプチターゼ(純品)・リゾチームによる溶菌法を確立し、健常者1名、慢性歯周炎患者2名のサンプルからゲノムDNAを精製した。それらすべてのサンプルについて、検鏡により99.9%以上の溶菌を確認した。理化学研究所において、各サンプルDNAについてPCR増幅サンプルの直接シークエンス法により16SrRNA解析を行い、各歯周プラークに多く群生する細菌群を検出し、過去の知見・文献との比較により、メタゲノムDNAサンプルがターゲットとする既知微生物群を含んでいることを確認した。全DNAサンプルに対し全ゲノム増幅処理行ない、増幅DNAを用いて次世代シークエンサ、454(Roche)によるDNA配列決定を行った。2サンプルについては、DNA配列から検出された微生物群が16SrRNA解析の結果と一致することを確認した。今後全サンプルのDNA配列データを用いて、歯周表面・内部各サイト間の微生物群の差異、また健常者と歯周病患者間の差異を解析する予定である。さらに、同メタゲノム解析結果を基に、歯周病に関連すると考えられる要因を推定し、検証実験を行う。平成21年度は、まず、20年度より継続して、愛知学院大学歯学部附属病院にてプラークサンプルの採取を行った。20年度分との合計で、健常者10名、歯周炎患者16名分の42サンプルを採取した。これらを麻布大学へ輸送し、メタゲノムDNAの抽出及び精製を行った。精製したDNAをMDA法にて全ゲノム増幅処理を行い、シークエンスのサンプルとした。理化学研究所において、それらの増幅DNAサンプルについて、次世シークエンサーにて塩基配列の決定を行った。これまでに、健常者1名、歯周病患者2名分のサンプルについて、非増幅のDNAも含め合計7サンプルのシークエンスを実施し、合計約43万リード、1633Mbの塩基配列データを得た。得られた配列に基づき細菌種の系統解析を行ったところ、これまでの予想を超える細菌種の多様性が見られた。健常者サンプルでは、Streptococcusなどのグラム陽性菌が細菌叢の主体であり、また、歯周病患者では、いわゆる歯周病原細菌が多く存在することが確認された。機能特性の解析については、予測したORFに対しCOGデータベースにて機能検索を行ない、各サンプルの遺伝子の機能的プロファイルを比較した。これまでの解析で、各サンプル間における機能特性の類似性が認められた。これは歯肉縁上、縁下に共通な口腔内環境が選択圧として作用しているためと考えられる。口腔内とは異なる環境の細菌叢との違いを確認するため、海洋細菌叢との機能特性比較を行ったところ、明確な違いが確認された。特に、口腔細菌叢においては、防御機構や糖代謝に関する遺伝子が多い傾向にあり、口腔内の細菌がヒトの生体防御機構から逃れる機能を進化させてきた可能性も考えられた。これまでの解析結果により、従来の研究手法では判明しなかった、口腔細菌叢の機能的特徴が明らかになりつつある。メタゲノム解析は、歯周病をはじめとする口腔感染症の実態解明に非常に有用である。22年度も継続して解析を進めていく予定である。平成22年度は、21年度までに終了したものに加えて、健常者歯肉縁上プラーク2サンプルの塩基配列を決定し、最終的に健常者歯肉縁上プラーク3サンプル、疾患歯肉縁上プラーク2サンプル、疾患歯肉縁下プラーク2サンプルの合計7サンプルで再度解析を行った。プラーク細菌の系統解析では、過去の報告より多い合計996の細菌種が検出された。また、プラークにおいては主要な7つの門が9699%を占め、ヒト腸内細菌叢よりも複雑な細菌構成をしている可能性が示唆された。いわゆるRed complex菌群はこれまでの報告通り疾患サンプルで多い傾向にあったが、Aggregatibacterについては、疾患サンプルでも検出数は少なかった。機能特性についてはサンプル間において高い類似性がみられた。このことから、プラークの状態に関わらず口腔の環境に適応するための必須な機能が維持されていることが示唆された。また、今回のデータセットにおいて予測された遺伝子の60%以上が機能不明であったことも、この類似性に影響していると考えられる。ヒト腸内細菌叢、海洋細菌叢との機能特性比較を行ったところ、明確な違いが確認された。

糖代謝に関する遺伝子については、腸内、口腔細菌叢に多く観察された。防御機構に関する遺伝子も腸内、口腔細菌叢に多く、遺伝子の水平伝播などにより抗菌薬の分解や排出などの機能が増強している可能性が高い。ヒトは、口腔内や腸内など体の各部位において細菌との共生関係を構築し、それぞれの生物学的機能を発揮しながら、お互いの機能を補い合っている。今回の研究成果により、従来の手法では判明しなかった口腔細菌叢の特性が明らかになった。これは、疾患の原因としての口腔細菌の作用を解明するだけでなく、ヒトと口腔細菌の生態的関係とそれによるヒトの生理機能への影響を知る手掛かりとなるもので、重要な基礎データといえる。今後サンプル数を増やすとともに、機能不明の遺伝子も対象に含めた解析を行う計画である。