hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
MIセンサと磁気補助材を用いた残留法による溶接部きずの定量的評価システムの開発

本研究では、石油タンク底板溶接部に塗膜を剥離することなく適用可能な検査手法として、高感度なMIセンサ用いた残留法による漏洩磁束探傷法を提案した。さらに、申請者の所属する研究室で開発された"磁気補助材"を用いて物理的にき裂による信号を増幅するため、磁気補助材として本システムに最適な形状(幅、厚さ)、取り付け位置等の最適条件を導き出した。また、実際の石油タンク底板に生じるき裂を評価するため、試験片に溶接を施した後、これに放電加工できずを作製した。この試験片に対して開発したシステムで測定した結果からきず評価における誤差要因を分析し、ハード面とソフト面からき裂評価精度を向上させた。本研究では、石油タンク底板溶接部に塗膜を剥離することなく適用可能な検査手法として、高感度なMIセンサ用いた残留法による漏洩磁束探傷法を提案し、さらに、申請者の所属する研究室で開発された"磁気補助材"を用い、物理的にき裂による信号を増幅することにより、実き裂に対しても適用可能なき裂検出・評価システムを開発する。そのため、有限要素解析と最適化解析を連携させ、磁気補助材として本システムに最適な形状(幅、厚さ)、取り付け位置等の最適条件を導き出す。本年度は、2年計画の初年度であり、研究内容は以下の通りである。・最適な磁気補助材となり得る強磁性体の材料を選定した後、有限要素解析から得られたき裂信号の増幅効果を、放電加工により人工きずが施された試験片を測定することによって確認した。・本システムの磁気補助材として最適な幅、厚さ、取り付け位置等を有限要素解析によって見出した。・これらの解析結果及び実験結果を基に本システムを改良し、これを用いたき裂評価手法の検討を行った。・平成20年度の実タンク底板溶接部の測定を見据え、MIセンサと磁気補助材を納めることが可能な、溶接形状に追従して測定できるプローブユニットを作製した。測定時に混入したノイズに対し、これらを補正するために、wavelet解析などのソフト面からの検討によって、溶接形状及びコーティング厚さのばらつきから生じる雑音の除去を試みた。本年度は、2年計画の最終年度であり、研究内容は以下の通りである。実際の石油タンク底板に生じるき裂を評価するため、試験片に石油タンク底板と同様な溶接を施した。これに放電加工できずを加工し、平成19年度に開発した測定システムで測定した。この測定結果から、き裂評価における誤差要因を分析し、ハード面とソフト面からき裂評価精度を向上させ、良好な結果を得た。
多孔質媒体流方程式における解のサポートの幾何学的挙動に対する数値解析について

本研究では地下層等の多孔質媒体を流れる流体が形成する浸透領域について数値解析の観点から考察した。特に興味深い現象である浸透領域の時間変化についてそれを追跡する数値解析法を構成した。アプローチの特徴は現象の持つ性質を損なわない範囲で出来うる限り簡単な非線形偏微分方程式を用いて差分法を構成したことにある。実際に用いた非線形偏微分方程式は拡散効果と吸収効果という相反する性質が相互作用した多孔質媒体流方程式である。結果は以下の通りである。1)空間1次元では拡散と吸収の2つに分離した差分法を構成する事によって差分解の収束性、及び数値消滅時刻の収束性が証明された。数値消滅時刻が現れる事は現象面においては吸収効果によって流体が有限時間内に消滅する事を意味する。2)空間1次元での浸透領域即ちサポートの分離・合体現象を判定する十分条件が差分法の性質から得られ数学的に証明された。例えば、連結なサポートを持った初期関数がその上で凸であればそのサポートは決して分離しない。連結なサポートを持った初期関数が2つ以上のピークを持ち且つそのピーク間の距離が十分離れていれば、ある有限時間内にサポートは分離する。また初期関数のサポートが2つに分離していてもサポート間の距離が十分小であり且つ初期関数の傾きの絶対値がサポートの両端で十分大きければ、ある有限時間内にサポートは合体する。3)空間1次元のアイデアを基にして空間2次元で軸対称な場合の差分法を構築した。計算結果によれば単連結な初期サポートがある時刻において2重連結領域に変化していく様子が確かめられた。構成した差分法は数値上では安定である事が確かめられた。現在、3)で得られた内容を確立するために差分法の収束性を検討している。同時に工学への応用性についても考察を行なっている。また以上の成果を研究論文として纏めつつある。
南洋群島の戦争遺跡の保存と活用：特に水中文化遺産に重点をおいて

本研究は、南洋群島における第二次世界大戦の戦争遺跡および関連する日本統治時代の遺構の調査をおこない、その保存と活用に資するドキュメンテーションを作成することを目的とする。特にパラオ共和国を対象地域とし、なかでも沈没艦船などの水中文化遺産の調査に重点をおく。本研究により、これら関連遺跡のドキュメンテーションを作成することができたので、この研究成果がこれら文化遺産のマネジメントに活用されることが期待される。本研究はパラオをはじめとする南洋群島(ミクロネシア地域)における日本統治時代および第二次世界大戦に関連した戦争遺跡の調査をおこない、その保存状況を記録し、その活用法を探ることを目的とする。特にパラオ港内に40以上存在するといわれる沈没艦船について、水中考古学的な調査をおこない、その水中文化遺産としての価値を探るとともに、その保存・活用を現地当局と協力しながら検討することを、特に重点的に取り組む。平成25年度は、昨年度までにパラオで調査した日本統治時代の遺構および第二次世界大戦における戦争遺跡に関連した日本側の情報の収集に重点を置き、特にパラオ引き揚げ者およびその家族の方を対象に聞き取り調査をおこない、当時の状況についてデータ収集をおこなった。特に宮城県刈田郡蔵王町北原尾村は、パラオから引き揚げた元移住者が戦後に再移住し開拓した村であり、そこで現地調査を実施し、日本統治時代のパラオの様子について詳細な情報を得ることができた。加えて、日本国内の海事関連の博物館・資料館において、特に文献の調査をおこなうことで、パラオに所在する沈没艦船の来歴調査を実施した。なお平成25年度には現地調査をおこなわなかったが、現地側との調整の結果、平成26年度の前半に実施することとなった。その分の使用しなかった助成金は平成26年度に繰越しし、その調査費用に充てる予定である。本研究の目的は、日本が国際連盟委任統治領として1922年から1945年にかけて統治した南洋群島(現在のミクロネシア地域にあたるパラオ、マリアナ諸島、ミクロネシア連邦およびマーシャル諸島を含む範囲)に残る、日本統治時代の遺構および第二次世界大戦に関連する戦争遺跡を調査し、その実態を解明することである。特に同地域に多数存在する沈没艦船などの水中文化遺産の把握に重点をおく。平成24年度はパラオ共和国において陸上・水中の関連遺産の総合的調査を実施した。具体的には、パラオ港内に沈む沈船に加え、水中にある航空機についても、その保存状況を確認するための潜水調査をおこなった。またバベルダオブ島およびコロール島に残る日本統治時代の遺構・戦争遺跡のジェネラル・サーベイをおこなった。さらに、日本統治時代を体験した現地住民からの聞き取り調査も実施した。また現地の文化財保存に携わる芸術文化局歴史保存事務所のスタッフとも情報交換をおこなった。またミクロネシア連邦ポンペイ州においても予備的な調査を実施した。具体的には、ポンペイ州のソケース島およびレンゲル島に残る戦争遺跡のジェネラル・サーベイと、コロニア市内に残る日本統治時代の遺構の調査をおこなった。特に多くの戦争遺跡が存在するパラオ共和国を中心に調査をおこない、とりわけ同国内に多数存在する沈没艦船などの水中文化遺産の把握に重点をおく。平成26年度は最終年度なので、パラオ共和国において旧日本軍の沈没艦船・航空機などの水中文化遺産の追加的な調査を実施した。これにより、前年度まで続けてきたパラオにおける戦争遺跡、とりわけ水中文化遺産の総合的な把握を完了することができた。こうした調査結果を発表する手段として、林田憲三氏(アジア水中考古学研究所)・菊地誠一氏(昭和女子大学)・岩淵聡文氏(東京海洋大学)と共同で単行本『水中文化遺産論集(仮)』を勉誠出版より2015年中に出版する予定である。本書は水中文化遺産の研究者12名により執筆される研究書であり、まだまだこの方面の研究書が少ない我が国において、学界の動向を発信する有効なテキストとなることが期待される。また本研究課題の成果自体も、報告書としてまとめるため、目下準備中である。本報告書は出版社より単行本として公刊するか、電子書籍として公刊する予定である。考古学平成25年度には、当初予定していた現地調査をおこなわなかったが、現地側との調整の結果、予定していた現地調査を平成26年度の前半に実施する予定である。これは現地調査をより円滑に進めるための日程変更であり、全体の研究の進行に大きな影響をおよぼすものではない。平成24年度は、おもな調査対象地域であるパラオにおいて1回の現地調査を実施したのに加え、周辺地域としてミクロネシア連邦ポンペイ州でも予備調査を1回実施し、現地調査の進捗状況は順調といえる。

また学会発表は国内1件(2012年度東南アジア考古学会研究大会、2012年11月)および海外1件(第7回世界考古学会議、2013年1月)をおこない、その研究成果を国内外に発信することが出来た。本年度中は、学術論文の発表等をおこなうことはできなかったが、現在、上記学会発表の成果を論文集として出版する予定であり、次年度の出版を目指している。以上の観点から、本研究はおおむね順調に進展していると評価できる。平成26年度は、前半に昨年度実施できなかった現地調査を実施するとともに、ハワイで開催されるアジア太平洋地域水中文化遺産会議に参加し、国外の研究者と情報交換をおこなう。また本年度は最終年度にあたるため、これまでの成果をとりまとめ、報告書を作成する。今後もパラオにおける戦争遺跡および日本統治時代遺構のジェネラル・サーベイを継続するが、特にH25年度にはバベルダオブ島にあった日本人入植地の調査に重点を置きたい。これらの入植地についてはほとんど情報がなく、現地当局もこれまで調査を実施してきたが、日本側の協力を求められた対象でもあった。そこでH25年度は現地歴史保存事務所と協力し、これらの遺跡の現地調査を実施する予定である。また周辺地域の比較調査として、次回はサイパンにおける予備調査を実施する予定である。パラオにおける戦争遺跡および日本統治時代遺構のデータも蓄積しつつあるので、順次整理をおこない、最終年度であるH26年度には日・英文の報告書としてとりまとめる予定である。平成25年度に実施予定の現地調査の日程を、平成26年度に変更したため。平成26年度前半に、現地調査を実施し、繰越分を使用する予定である。物品費200,000円(デジタルビデオカメラ100,000円、デジタルビデオカメラハウジング100,000円)旅費800,000円(パラオ現地調査14日間400,000円、サイパン現地調査7日間200,000円、東京出張2日間50,000円×4回)人件費・謝金100,000円(データ整理アルバイト6,000円/日×16日間)その他300,000円(ボート借上げ30,000円/日×8日間、自動車借上げ10,000円/日×6日間)
最も原始的異体類ボウズガレイの変態過程に左右非対称性発生の起源を探る

異体類の中で最も原始的と考えられているボウズガレイに変態機構を解き明かすカギがあるとの考えのもとに,マレーシアサバ大学ボルネオ海洋研究所を拠点に,人工授精や仔稚魚飼育の基礎となる本種の産卵・成熟ならびに稚魚や未成魚の分布を調べた。生殖腺の形態学的ならびに組織学的観察より,本種の雄は体長29. 5cm未満,雌はそれ以上と雌雄により成長に顕著な差が見られ,コタキナバル湾周辺では周年産卵を行っていることが確認された。稚魚や未成魚は浅海域や水深30m以深の沖合域には生息せず,水深1020m前後の水深帯に成育場があると推定された。比較対象種としたヒラメとホシガレイにおける発生学的解析より,個体発生初期過程におけるノダル回路の重要性と変態開始期における左右性決定遺伝子pitx2の再発現が眼位決定の鍵を握ることが明らかにされた。本年度は,ボウズガレイの基本的生物学的特性を把握することが,今後のこの研究の展開にとって最も重要との考えの元に,以下の項目について研究を実施した.1)成魚・未成魚の形態並びに計測形質の測定平成21年11月初めよりマレーシアボルネオ島コタキナバル市魚市場に水揚げされるボウズガレイを4日に一度の頻度で10尾を目途に購入し,体長・体重・体高・体厚・生殖腺重量・肝臓重量・眼位の左右性・胃内容物・雌雄判別などの計測・観察を22年10月末を目途に継続している.その結果,左右性はほぼ均等,体長30cm以下は雄,それ以上は雌との傾向が確認されている.また,生殖腺の発達状態は周年産卵の可能性を示唆している.2)商業トロール船による成熟親魚採集コタキナバル港を基地にしている底引き漁船をチャーターし,岸より3マイル以上沖の水深3040m域においてオッタートロール船による操業を1月より各月に行っている.この採集により成熟した雌(精子を保有した)の採集が確認できた.雌の同時採集により人工授精の可能性が期待される.3)稚魚の着底場所の探索成魚と同じ水深帯(コタキナバル湾沖)は商業トロール漁船により,波打ち際は小型桁網により,水深520m沖(コタキナバル湾)は小型漁船の用船による桁網操業により着底稚魚の採集を試みた.波打ち際の採集はコタキナバル湾奥を始めサバ州北東部沿岸の各所で実施した.まだ稚魚の採集は確認できていないが,水深10m20m前後の砂泥底域に分布する可能性が推定された.昨年度後半(2009年11月)より開始したコタキナバル魚市場でのボウズガレイの未成魚・成魚の購入(3ないし4日に一度)を2010年10月まで継続し,魚体の形態ならびに計測形質の測定を行うとともに,生殖腺の発達状態について,ホルマリン固定された卵巣片を実態顕微鏡下で観察して卵細胞径を測定した。体長35cm以上の個体は雌のみ,1830cmには雄と雌が混在していた。雄では全個体で成熟した精子が確認された。すなわち,体長1830cmであれば,季節に関係なく約半数は雄親魚として用いることが可能であることが判明した。一方雌では,卵径が異なる複数の卵細胞群が存在しており,複数回の産卵を行うことが示唆された。生殖腺指数(GSI)が2までは卵黄蓄積を完了するよりも前のステージであった。GSIが2から12までの個体のほとんどは,季節やGSIの値にかかわらず最大卵径は0.9mmであり,卵黄球が融合しつつある像が見られた.最大卵径が1.6mm程度の2個体(GSIは8.7と10.5)では,卵黄球の融合が完了した透明な卵が確認できた。これらの知見は,熱帯性の本種には産卵の季節性はなく,雌親魚としては,体長35cm以上の個体を養成しておき,適宜バイオプシーによって卵径を測定し,卵径が1.6mm程度に成長した時点で排卵促進ホルモンの投与により,人工授精が可能であると考えられた。これらの市場調査による生殖腺の観察とともに,トロール漁船をチャーターした成熟親魚の採集ならびに小型桁網による着底稚魚の採集を数回試みた。成熟した雄はコタキナバル湾外の水深30m以深において採集されることを確認したが,稚魚の成育場については明らかにできなかった。

昨年度研究において,解剖学的に本種の成熟に関する概要が明らかにされたが,本年度は組織学的手法を用いて,2009年11月2010年10月の一年間にわたり,マレーシアボルネオ島コタキナバル魚市場において,37日の間隔で採集したボウズガレイの生殖腺の発達状態をより詳しく調べた。その結果,体長30cm未満の個体のほとんどは雄(一部は性別判定不能)であること,体長18.7cm以上では精子の存在が確認された。一方,体長30cmを超える個体はほぼ100%が雌であり,そのうち生殖腺指数が6を超える個体には成熟卵が認められた。これら雄並びに雌の生殖腺の発達には季節性は認められず,周年産卵の可能性が示唆された。また,雄から雌への性転換の可能性は極めて低いと考えられた。以上の知見に基づいて,本種では体長2030cmの個体を雄として,体長30cmを超えかつ生殖腺指数が6以上の個体を雌として用いることにより,人工授精が可能なことが明らかになった。上記の時期にボルネオ島マレーシアサバ州北西部の各地の砂浜海岸において小型桁網の曳網により得られた仔稚魚類の選別同定を進めたが,本種と推定される稚魚は確認されず,ボウズガレイの稚魚成育場は波打際よりは深い水深帯にあると推定された。目の移動方向が柔軟なボウズガレイに対して,目の移動方向が固定しているヒラメ並びにマツカワ仔稚魚を用いて,目の移動,体の左右非相称化,それらに連動して発現する色素その他の異常について,その機構に関する分析が同時に進められ,今後の研究の基盤の充実が図られた。本研究の分担者は,こめ間の先進的な研究が高く評価され,「内臓の左右非対称性を制御するノルダル経路によるヒラメ・カレイ類の眼位制御機構」に関する研究が平成22年度日本水産学会進歩賞を受賞している。
特定脳神経ネットワークの人工的制御技術を駆使した脳による全身免疫制御機構の解析

本研究では、がんの発生・進展において、脳神経系の賦活化がどのような経路を介して末梢免疫に影響を与えるのかを解明する目的で、光遺伝学的手法ならびに薬理遺伝学的手法を駆使し、特に、視床下部弓状核プロオピオメラノコルチン(POMC)神経を人為的に活性化した際の抗腫瘍免疫に及ぼす影響について解析を試みた。その結果、視床下部弓状核POMC神経の活性化は、室傍核領域のμ-オピオイド受容体の活性化を介し、細胞性免疫の賦活化することで抗腫瘍効果を示すことが明らかとなった。がん細胞は分子レベルの異常が蓄積することにより発生し、通常、抗腫瘍免疫機構により排除される。しかしながら、がん細胞は抗腫瘍免疫機構をすり抜けることで腫瘍形成し、無秩序に増殖することが臨床上問題となっている。一方、視床下部に存在するpro-opiomelanocortin (POMC)はβ-endorphinを産生することで、NK細胞の活性化やがんの増殖を抑制するなど、抗腫瘍免疫機構に関して重要な役割を担っている可能性が考えられる。これまでの技術進展により、分子遺伝学的手法を応用することにより、視床下部β-エンドルフィン神経をはじめとした、特定脳内ネットワークのON/OFF調節により、様々な脳内ネットワーク刺激が全身性の自然免疫•獲得免疫系にどのような経路•場所で影響を及ぼすのか検討することが可能となった。本年度は、視床下部POMC神経が末梢の抗腫瘍免疫機構ならびに腫瘍の増殖に与える影響について光遺伝学的手法を用いて検討を行った。光遺伝学的手法に従い、視床下部POMC神経を活性化させ、抗腫瘍免疫細胞の細胞分布について検討したところ、抗腫瘍免疫細胞の活性を抑制するMDSC細胞数の有意な減少が認められた。さらに、MDSCが活性を制御している制御性T細胞の細胞数に減少傾向が認められ、NK細胞の細胞数に有意な増加が認められた。一方、マウス由来肺がん細胞株をマウスの皮下に移植し、光遺伝学的手法により視床下部のPOMC神経を活性化させたところ、腫瘍サイズの有意な減少が認められた。腫瘍増殖は通常、生体の免疫応答ならびに腫瘍微小環境の均衡により制御される。したがって、外界からのストレス等の全身恒常性機能異常による生体の免疫機構の破綻は、がんの増悪化を引き起こす可能性が示唆される。一方、視床下部は、交感神経・副交感神経活動及び内分泌系の機能調節を担っている。なかでも、視床下部弓状核pro-opiomelanocortin (POMC)神経は、一般に摂食行動に関与することが知られているが、内分泌系や自律神経系を介し、生体の免疫応答を制御している可能性が考えられる。昨年度までの研究成果により、光遺伝学的手法を用いた視床下部弓状核POMC神経の人為的活性化により、免疫増強ならびに腫瘍増殖を抑制することを明らかにしてきた。本年度は、抗腫瘍免疫に関与する視床下部弓状核POMC神経ネットワークの同定およびその抗腫瘍免疫増強効果のメカニズム解析を試みた。薬理遺伝学的手法により、視床下部弓状核POMC神経を持続的に活性化したところ、担がんモデルマウスにおける腫瘍増殖の抑制が認められた。この腫瘍増殖抑制効果は、μオピオイド受容体拮抗薬であるナロキソンの室傍核領域への持続注入により有意な減弱が認められた。従って、視床下部弓状核POMC神経の活性化による腫瘍増殖抑制効果は、β-endorphinの遊離による室傍核領域のμオピオイド受容体の活性化を介した効果である可能性が示唆された。このような条件下で、FACSにより脾臓における免疫細胞の定量を行ったところ、視床下部弓状核POMC神経の活性化によりNK細胞ならびにNKT細胞数の有意な増加が認められた。さらに、血漿サイトカイン量の変動について検討を行ったところ、視床下部弓状核POMC神経の活性化により、血漿IFN-γ量の有意な増加が認められた。本申請に必要なマイクロインジェクション等の技術習得ならびに遺伝子改変動物やAAVベクター等のマテリアルの入手が比較的速やかに達成することができたため、POMC promoter下流に光受容性チャネルであるChR2あるいはeNpHRやDREADDサブタイプであるhM3DqならびにhM4Diを特異的に発現させることが可能となった。こうした技術を駆使し、担がんモデル動物において、βエンドルフィン含有神経を活性化あるいは抑制することによるがん細胞増殖あるいは免疫系細胞の変化といった表現系に対するフェノミクス解析の実施が可能となった。神経科学今後は、脳内POMC神経の活性化が、どのようなメカニズムを介して、抗腫瘍効果を引き起こすのかi)自律神経・知覚神経を介した影響、ii)視床下部・下垂体・副腎皮質系を介した影響iii)サイトカイン・ケモカインを介した影響iv)エクソソームを介した影響に細分化し検討を行う。また、中脳ドパミン神経系を活性化することによる抗腫瘍効果についても検討していく。

オプトジェネティクスあるいはDREADDシステムに従い、中脳ドパミン神経系を人為的に活性化ならびに抑制する手法については既に確立しているため、速やかに実験を行えると考える。H26年度に納品予定の消耗品が、国内在庫がなく年度内に納品が間に合わなかったため、残額である8566円を繰り越すことにした。H26年度の残額は、H27年度分と合わせ、消耗品費として使用する。H26年度納品できなかった消耗品については、H27年度に改めて注文を行う。
プリパレーション導入・定着に向けたアクションリサーチ-多施設協同システムの検討-

促進者の継続や充足困難のため3施設が途中辞退し、10施設が3年間通しで子どもおよび家族の対処能力を引き出す環境・機会を提供する"プリパレーション"の導入・定着に取り組んだ。多施設で協同する仕組みは、"情報と共に刺激と気づきを得る場"として機能した。導入・定着には、具体的な方法がわかり、子どもおよび家族にとっての利益を考えて話し合い、スタッフが抱く葛藤を乗り越え、結果を適確に捉えて効果を実感することが必要であった。平成19年度は、プリパレーションの導入・定着に向けた取り組みにおける促進因子および抑制因子を含めた問題点を明らかにすることを目的に活動を行った。5月26日に研究説明会を開催し、福島県内13の医療施設より、研究への参加協力の意向が示された。各施設より23名、延べ37名の看護師や保育士に年間計3回に渡って集まり、グループ討議を行った。研究協力者達の同意を得て録音したグループ討議の内容を逐語録にし、第2回グループ討議(9月22日)終了時点で、研究者4名(1名は研究協力者の大学院生)で意味のまとまりごとに内容を抽出しカテゴリー化ずる作業を行った。その結果を研究協力者に返却した上で、第3回目のグループ討議(12月1日)を実施した。最終的に、プリパレーションの導入・定着させるための取り組みやその内容、導入・定着の過程とその中でのスタッフの反応や変化、導入・定着の促進因子および阻害因子が明らかになった。現時点では、それらの内容を第1回第3回会議の間での変化、また施設毎の変化という視点から分析を深めている。次年度からは、今年度の結果を基にプリパレーション導入・定着のための具体的な取り組み(施設毎と施設を超えて共同の取り組み)を計画、実施予定になっている。それに向けた準備として、平成19年度は各施設の通信ネットワーク環境の実態を調査した。13施設中3施設だけは自施設だけで通信ネットワーク環境を整備することが難しいことが明らかとなり、パソコンなど物資面での整備を行った。また、第3回会議終了以降に、各施設で結果の概要を伝えた上で、研究協力者以外のスタッフの思いを聞き、各施設で取り組んでいきたい内容について話し合う機会を持つように促した。それと同時に、それらの取り組みに必要となる道具およびそれらの所有状況も一緒に調査し、その結果を基に年度内に次年度の活動に必要な道具をある程度準備した。前年度に調査したプリパレーション導入・定着の促進因子および阻害因子を基に、本年度は実施計画の立案、実施、評価をパイロット・スタディーとして実施し、導入・定着のための具体的な取り組みや方法について示唆を得ることを目的に活動を行った。13施設に対して研究協力途中辞退と異動に伴う協力者の交代の申し出を随時保証し、年度初めに1施設、実施開始段階で1施設から辞退があった。第1回会議(6月28日)では、前年度の分析結果の説明、各施設での取り組みについての状況報告、施設毎と施設を越え協同で取り組むと良い事柄について意見交換を行った。7月1日以後は、整備された大学-参加全施設との通信・ネットワークを活用し、施設毎にサポート担当者を決め、必要な取り組みの明確化、計画への具現化のプロセスを支援した。施設毎および全体での取り組みが決定した後、11月に倫理審査を受け、12月より各施設で計画に基づき実施を開始した。実施の内省記録であるジャーナルを実践者と研究者との間で共有し、グループ討議形式で評価する機会(第2回会議:2月21日)を1度もった。また、導入・定着のための全体での取り組みとして、本年度は合同勉強会(12月20日)を開催し、また3月13日より事例検討会を開始した。これら導入・定着に向けた具体的な活動を通じて、施設毎の変化が見られ、プリパレーション導入・定着の要因がさらに明らかになってきている。現在次年度に向け、本年度の調査結果を分析し、導入・定着のために有効な取り組みや方法を抽出している。次年度はそれを全体で共有し、計画の修正、再実施、評価を予定している。年度初めに、研究参加継続の意向および研究協力者の確認を行い、1施設から協力辞退の申し出があった。そのため、今年度は残る10施設の協力を得て、前年度にパイロット・スタディーとして実施した導入・定着の取り組み結果を施設毎に分析し、それに基づき実施計画の修正を行った。そして、プリパレーション導入・定着に有用な取り組みや方法について示唆を得るために、定期的に会議を開催しながら、再度計画に基づく実践を行った。施設単位で3もしくは4グループに分かれ、3回(第1回:6月13日,第2回:9月13日,第3回:12月5日)に渡り討議を行った。また、グループ討議後には、共通する問題点について全体で情報共有や勉強する機会(第1・2回会議)や、取り組みを振り返り評価する機会(第3回会議)を設けた。3年間の取り組み内容とその経過を施設毎に資料にまとめ、2月にそれを参照しながら施設毎の振り返り面接を実施した。

そこで、プリパレーションの取り組み状況の認識や、導入・定着の取り組みに影響した要因、その中での気づきや思いなどを表現して貰った。現在は、3年間に渡るプリパレーション導入・定着を推進する取り組みを通じて明らかになった結果を分析し、研究成果をまとめ、記述している。具体的な結果として、開始時点から最終時点までに施設毎や全体での取り組みや認識の変化、プリパレーションの導入・定着に向けた取り組みのプロセスにおける促進因子および抑制因子を含めた問題点、多施設協同システムの実際とそれがもたらした効果など、多くの示唆が得られている。今後、それらを報告書にまとめ、さらに小児看護の実践者や教育・研究者が集まる学会にて発表していく予定にしている。
単色Ｘ線撮影システムの基礎開発

本研究では、現在広く医療で用いられている白色X線から、一つのエネルギー成分のみを回折という現象を用いて取り出し、この「単色X線」を利用する新しいX線撮影法のための実験的な研究を行いました。近年では、X線を画像として受け取るためのセンサーが従来よりも高感度になり、これまでは正確な量が測れなかったものでも何とか画像化できるようになってきていることの恩恵も受けて、今回の試みでは、比較的小さい範囲ながらも単色X線撮影を行える段階まで確認できました。この技術をCT撮影にも応用できることも確認しています。本研究の目的は、医療被ばく線量の低減を目標として「単色X線の発生とその利用についての検討」を行い、これを「一般のX線診療室で取り扱うことのできるシステムとして構築」することである。25年度は、一般診断用X線装置を用いた単色X線の発生と装置構成の検討を行った。具体的には、通常の放射線診療に用いられる「白色X線」を、X線回折の技術を用いて「単色X線」化し、診療に利用するための実験的検証を行った。一般診療に用いられる診断用X線装置から照射させた白色X線をアルミニウム、シリコンなどの単結晶素材で回折させることで単色X線を得る。この時、結晶格子面に対する白色X線の入射角度に応じて回折される単色X線のエネルギーを決定できる。入射角度の変化と得られる単色X線のエネルギーが対応することは比較的自由なエネルギー選択が行えることとして重要であった。アルミニウムなどの単結晶は、研究体制に挙げたアドバイザーより借用して利用することができたが、一般撮影装置からのX線を十分カバーできるほどの大きさには結晶化できず、非常に高価であることも指摘され、また、その結晶構造がゆがみやすく、診療現場での利用としては不向きであることが実験的にも確認された。利用に適しているのは、比較的安価で入手しやすいウェーハ状のシリコン単結晶であり、実験は主にこれを利用する方針となった。さらに、一般に「X線回折」を論じる際には入射X線および回折X線はいずれも平行光であるとして取り扱われるが、診断用エックス線装置から得られるX線は紡錘状に照射されるため、シリコン単結晶上に入射した場合、中心線の角度を基準としてその前後に幅を持つこととなり、入射角度が幅を持つ、つまり、得られる単色回折X線が、プリズムで分光された可視光のように空間的なエネルギー変化を持つことを確認することができ、これを応用するための準備段階までが今年度の進捗である。本研究の目的は、医療被ばく線量の低減を目標とした「単色X線の発生とその利用」についての検討を行い、これを大規模な施設や高額な費用をできるだけ必要としない、「一般のX線診療室で取り扱うことのできるシステムとして構築」することである。X線は、エネルギーが低いほど人体への吸収が大きく、高エネルギーであるほど散乱などの相互作用を起こす確率が高まるため、白色X線を使用すると、被ばく線量が多くなり、散乱X線による画質低下が大きくなる。X線を利用する以上、被ばく線量をゼロにすることはできないが、単色X線の利用によって、より理想的な最小の被ばく線量で最大の情報量を持った診療画像を得ることができる。本研究では、一般の診療用装置を用いて単色X線を発生させ利用する試みに挑戦した。これまで、兵庫県西播磨に建造されたSpring 8などの大型放射光施設を利用して単色に近い高輝度のX線を取り出すなどの経験が報告されているが、診療現場での実用は行われてこなかった。報告者は、近年の平面型X線検出器などの高感度化された受像系に着目し、一般のX線装置とシリコン単結晶ウェハーの配置により、X線回折による単色X線の取り出しを試みた。一般の診療料用X線装置を使用しているため、X線の発生源とウェハーを近寄せる距離に限界があり、照射できる面積をあまり大きくとることができないことが分かったが、単色X線CTの撮影に成功た。また、平行光として取り扱われている回折現象を円錐形に広がる本来の状態で利用することで、プリズムで分光したような単色X線のエネルギーが空間的に徐々に変化する様子を捉えることにも成功し、この利用についても検討を始めることができた。空間的に異なる位置とはなるもののエネルギーの近接した2種類の単色X線撮影を同時に行うことに成功し、K吸収端差分法による単一の物質のみを描出する画期的な撮影法に到達することができた。医学放射線物理学研究の実施計画としては、第1に、回折を行うのに適した結晶素材を実験的に確かめることで、この点については、その大きさや素材の安定性などの点から、シリコン単結晶ウェーハを選定した。シリコンの結晶構造には数種類の構造があるが、結晶構造が{

1, 1, 1}と呼ばれる構造体の結晶面にX線を入射させるのが最も安定して効率よく単色X線を得られることを実験的にも確認した。金属材料等の高値が続いており、予定していた単結晶素材の購入は行えないことがわかり、研究体制に入っているアドバイザーの教授の協力でアルミニウムなどの単結晶を借用して実験を行うことができたが、結晶の大きさや価格の面から、問題点も把握できた。一般の診療に用いられるX線装置を利用することが大きな目標であり、装置に直接結晶を組み込んで配置するような構造にはなっていないので、現在は一般的な実験分野で利用されるようなホルダーやステージなどを複数組み合わせて、工夫しながら実験できている。これまで、比較的順調に実験的な検証が行えているので、今後もこれを続けていく予定である。回折X線の線量はごく小さいことが分かったので、一般のレントゲン写真のような利用法ではなく、X線CT撮影のような断層撮影のほうが適していると考えられる。今後は、プリズム分光可視光のように空間的にエネルギーが変化していく単色X線の利用法やその利点を探りながら、回折単色X線撮影の基礎的検討を続ける。また、成果の発表に取り組むことも大きな目標であり、できるだけ、目標である実用化に結び付けられるよう、放射線医学物理工学の分野に加え、映像上の情報価値やその特徴について発表や討論を行えるような医用情報学系の分野での情報収集も検討したい。新たな診断装置そのものを商品として開発するのは現段階では難しいと思うが、その基礎となる考え方や、被ばく線量低減率の厳密な測定法の確立などで、基本的なシステムの開発につなげていくための実験的検証を行う予定である。基金化された科目について、当該年度に与えられた予算以上の執行を前倒して行うことができる点に大変不慣れで、購入を予定していたシリコン単結晶の価格が、一枚当たり2万円程度であったものが、最近の金属素材の高騰を受け、数倍に高くなり、購入を取りやめることにしてしまった。一部の物品が購入できなかったことで、実験予定の一部を変更することとしたが、これにより全体の進捗に後れを生じることはなかった。購入予定の一部だけでも購入しておくことや超過分を前倒し執行することなどで、次年度使用額は生じなかったと思う。次年度は成果発表のための旅費等も予定通り執行される予定であり、本年度購入を断念した単結晶素材についても、実験の結果に基づき量や種類を限定して購入予定である。次年度使用額と合わせて、最適なものを購入する計画である。
海洋炭酸系物質の時空間高解像度マッピング技術の南大洋への展開

2018年度は以下の項目を実施した。●研究項目(1)「南大洋の炭酸系物質(pH, Alk, DIC)のパラメタリゼーションの基本原理の評価のための観測とその展開」:東・南極海をターゲットに、JAMSTEC研究観測船・白鳳丸、水産庁・開洋丸、東京海洋大学・海鷹丸、南極観測船・しらせによって、0m6000m・36層鉛直採水を広範囲にわたる80観測点海水サンプルを取得し、精度2umol/kg以内で分析を実施した。●研究項目(2)「南大洋における炭酸系物質のパラメタリゼーションの開発」:南大洋海域(南緯40度以南)の国際的海洋横断面観測計画CLIVAR・GOSHIPの2万採水層の水深0m6000mまでに及ぶ高精度・高確度なT・S・DO・Pr・炭酸系物質データ群を用い、炭酸系物質のパラメタリゼーションを行い、同領域における3次元の空間分布の把握を行った。さらに、同領域において、1990年から時間的に離散的ではあるが定点観測が実施されている観測ステーションの時系列高精度データ群(T・S・DO・Pr・炭酸系物質)に上記のパラメタリゼーションを適用し、実データと比較することで、パラメタリゼーションによって得られた炭酸系物質の時系列データの妥当性の評価を実施した。上記のデータ群も基盤に、炭酸系物質を水温・塩分・酸素・圧力の関数とするパラメタリゼーションを実施したところ、予備的であるが、南大洋海域において、0mから海底までの範囲で、pH, Alk, DICのパラメタリゼーションが高精度で実施可能なことを確認した。●研究項目(3)「南大洋における準リアルタイムな炭酸系物質のマッピング」:海洋自動観測ロボット(中層プロファイリングフロートならびに水中グライダー)のデータ群に対して、品質管理も含め必要なパラメータ(T, S, DO, Pr)についてデータフォーマットを整備した。2018年度に実施予定していた研究項目については概ね進んでおり、順調に結果が出ているため。当初の研究計画通り、2019年度以降は以下の項目を実施し、本研究の目的を達成する予定である。●研究項目(2)「南大洋における炭酸系物質のパラメタリゼーションの開発」:2018年度に引き続き、2019年度と2020年度も、研究航海計画予定のJAMSTEC研究観測船・白鳳丸とみらい、東京海洋大学・海鷹丸、南極観測船・しらせを用いて、東・南極海をターゲットに0m6000m・36層鉛直採水を広範囲にわたる約100観測点(3600サンプル)で実施し、炭酸系物質3600サンプル/年を取得し、高精度・高確度なAlkとDIC同時測定法による測定を実施する。これらを基盤に炭酸系物質(DIC, Alk, pH)のパラメタリゼーションの高精度化を図る。●研究項目(3)「南大洋における準リアルタイムな炭酸系物質のマッピング」:研究項目(2)で得られる炭酸系物質(DIC, Alk, pH)のパラメタリゼーションを、南大洋に現在展開している自動海洋観測ロボット(中層プロファイリングフロート、水中グライダー)のデータに適用する。同時に、その周辺で同時期に得られる離散的な炭酸系物質と比較し、自動海洋観測ロボットによって得られる炭酸系物質の精度評価を実施する。これらによって、自動海洋観測ロボットデータ群を用いた南大洋の時空間的に詳細な準リアルタイムの炭酸系物質の動態を把握する観測システムの構築を目指す。●研究項目(4)「南大洋におけるpHと人為起源二酸化炭素の時間変動の把握」:上記によって得られた炭酸系物質データ群、ならびに定点観測点の時系列高精度のデータ群より得られた炭酸系物質データ群を統合し、同海域全域にわたり緯度経度10度格子・水深6000mまで100m毎のpHとその原因である人為起源二酸化炭素の時系列変動解析を行う。これにより、同海域における詳細なpHの時系列変動を明らかにすることを目指す。

上記のデータ群も基盤に、炭酸系物質を水温・塩分・酸素・圧力の関数とするパラメタリゼーションを実施したところ、予備的であるが、南大洋海域において、0mから海底までの範囲で、pH, Alk, DICのパラメタリゼーションが高精度で実施可能なことを確認した。●研究項目(3)「南大洋における準リアルタイムな炭酸系物質のマッピング」:海洋自動観測ロボット(中層プロファイリングフロートならびに水中グライダー)のデータ群に対して、品質管理も含め必要なパラメータ(T, S, DO, Pr)についてデータフォーマットを整備した。2018年度に実施予定していた研究項目については概ね進んでおり、順調に結果が出ているため。当初の研究計画通り、2019年度以降は以下の項目を実施し、本研究の目的を達成する予定である。●研究項目(2)「南大洋における炭酸系物質のパラメタリゼーションの開発」:2018年度に引き続き、2019年度と2020年度も、研究航海計画予定のJAMSTEC研究観測船・白鳳丸とみらい、東京海洋大学・海鷹丸、南極観測船・しらせを用いて、東・南極海をターゲットに0m6000m・36層鉛直採水を広範囲にわたる約100観測点(3600サンプル)で実施し、炭酸系物質3600サンプル/年を取得し、高精度・高確度なAlkとDIC同時測定法による測定を実施する。これらを基盤に炭酸系物質(DIC, Alk, pH)のパラメタリゼーションの高精度化を図る。●研究項目(3)「南大洋における準リアルタイムな炭酸系物質のマッピング」:研究項目(2)で得られる炭酸系物質(DIC, Alk, pH)のパラメタリゼーションを、南大洋に現在展開している自動海洋観測ロボット(中層プロファイリングフロート、水中グライダー)のデータに適用する。同時に、その周辺で同時期に得られる離散的な炭酸系物質と比較し、自動海洋観測ロボットによって得られる炭酸系物質の精度評価を実施する。これらによって、自動海洋観測ロボットデータ群を用いた南大洋の時空間的に詳細な準リアルタイムの炭酸系物質の動態を把握する観測システムの構築を目指す。●研究項目(4)「南大洋におけるpHと人為起源二酸化炭素の時間変動の把握」:上記によって得られた炭酸系物質データ群、ならびに定点観測点の時系列高精度のデータ群より得られた炭酸系物質データ群を統合し、同海域全域にわたり緯度経度10度格子・水深6000mまで100m毎のpHとその原因である人為起源二酸化炭素の時系列変動解析を行う。これにより、同海域における詳細なpHの時系列変動を明らかにすることを目指す。
呼吸困難感の脳内基盤解明：安静時機能的MRIによる解析

呼吸困難感はヒトにとって重要な生体防御機構であり、それの適切な評価は重要な課題である。しかし、呼吸困難感は主観的で個体差が大きく、その他覚的評価法は無いに等しい。この研究では患者さんに負荷をかけず、臨床応用が容易な安静時fMRIを用いて、呼吸困難感の他覚的評価法の確立を目的とし、特に男女差および加齢の影響を解析する予定である。
多雪地域の学校体育館等大スパン建築が満たすべき緊急避難施設としての耐震設計要件

学校体育館は大スパン構造で、屋根構造が軽量なので、相対的に積雪荷重の影響を受けやすいと考えられる。世紀的な大地震の洗礼を受けた多数の学校体育館の被害の実態を分析検討する事で、学校体育館の地震荷重に対する耐震構造モデルを確定し、地震荷重との因果関係を説明することができれば、それを積雪と地震の組み合わせ荷重に応用し、多雪地域の学校体育館の耐震安全性あるいは信頼性を議論する事ができる。昨年度は宝塚市内の35学校体育館を実地調査し、その被害を簡単な耐震診断法で分析した。その結果学校体育館が他の一般建築物に比べて相対的に耐震性が高いことが耐震指標値の上から数値的に明らかとなったが、その耐震指標値、さらに耐震指標値の拠って来る原因が、学校体育館によってかなりばらつくことが分かった。本研究の前半では、神戸市、芦屋市、西宮市、伊丹市、尼崎市にわたるいわゆる震災の帯地帯を中心に、合計78校の学校体育館を昨年度と同様に調査・分析した。これらの結果を昨年度の結果と比較検討し、学校体育館の耐震性についてその特性をさらに追求している。一方、積雪地域の学校体育館の耐震設計に当たって、地域の積雪荷重と地震荷重を確率統計的立場から検討し、積雪と地震の組み合わせ下での両荷重に乗じられる設計用荷重係数を、要求される構造信頼性から合理的に定めなければならない。本研究の後半では、両荷重をマクロ的な時間変動を伴う定常確率過程とし、その組み合わせ下におけるレベル超過確率を、必要な構造信頼性に対して計算し、これに対応する両荷重の設計用荷重係数の相関関係を求めた。これらの相関図は、昨年度実施した、両荷重が時間変動を伴わない通常の確率変数とした場合の結果と比較し、現行設計法の下で学校体育館の構造信頼性に及ぼす両荷重係数の影響を検討した。
酵素類似酸素添加反応の高度なエナンチオ制御を実現するフラボペプチド触媒の開発

本研究課題の目的は、ペプチド鎖を有するフラビン分子(フラボペプチド)を計算化学の手法を用いて設計し、これを不斉触媒とする高エナンチオ選択的酸素添加反応を実現することである。この目的のために本研究代表者は、第一に(i)従来型フラボペプチドを触媒とする均一系酸素添加反応を確立し、次いで(ii)新規フラボペプチド触媒による高立体選択的不斉酸素添加反応の開発へと研究を展開する段階的な実施計画を立て、平成30年度の研究においては(i)を達成することが出来た。具体的には、新規合成した可溶性フラボペプチドを触媒とするスルフィドの酸素酸化反応において、還元剤として2,3-ジヒドロ-2-フェニルベンゾチアゾールを用いることで目的の反応が円滑に進行することを見出し、その成果を日本化学会第99春季年会で発表した。また、酸素酸化Baeyer-Villeger反応におけるフラボペプチド触媒の酵素類似位置選択性を見出すことに成功し、その成果を国際誌論文(Chimia, 2018, 72, 866)ならびに国際会議(IKCOC-14)で発表した。さらに、当初の実施計画では末端酸化剤として酸素分子を用いる酸素酸化系開発のみを想定したが、過酸化水素を酸化剤とするフラボペプチド触媒系の開発にも成功し、その成果を日本化学会第99春季年会で発表した。これらの成果は今後の実施計画、すなわち不斉フラボペプチド触媒の理論設計と高エナンチオ選択的酸素添加反応の開発へと繋がる重要な知見である。現在まで、実施計画において掲げた二つの具体的課題、すなわち(i)従来型フラボペプチドを触媒とする均一系酸素添加反応の確立および(ii)新規フラボペプチド触媒による高立体選択的不斉酸素添加反応の開発のうち、(i)の達成に成功している。また、当初の実施計画には無かった過酸化水素を末端酸化剤とするフラボペプチド触媒系の開発にも成功しており、最終目標である不斉触媒系の開発に向け当初の酸素酸化系と同時並行的な多角的アプローチが可能となったことから、本研究課題はおおむね順調に進展していると評価できる。現在までの進捗状況を踏まえ、今後は実施計画に掲げた二つ目の課題、すなわち(ii)新規フラボペプチド触媒による高立体選択的不斉酸素添加反応の開発の実現に向けて概ね計画通りに研究を進める方針である。但し、末端酸化剤としては当初計画に掲げた酸素分子だけでなく、平成30年度に潜在性を見出した過酸化水素系についても同時並行的に検討する。具体的には、高エナンチオ選択的なスルフィドの酸化反応およびBaeyer-Villiger反応を指向し、活性種の安定化と立体制御の両機能を備えた新規フラボペプチドを設計する。実施計画に挙げた二つの戦略のうち一つ目として、フラビン環構造の7,8位が無置換のFl-Pro-Tyr-Asp-Ado-NH2を合成し、平成30年度に確立した均一系条件を基に芳香族スルフィドの酸化反応および3-アリールシクロブタノンのBaeyer-Villiger反応を検討し、不斉触媒能を明らかにする。二つ目は、より幅広い基質への適用を想定し、Fl環のN10位に第二のペプチド鎖を有するフラボビスペプチドX'-AA3-AA2-AA1-Fl-Pro-Tyr-Asp-Ado-X(AA =アミノ酸残基, X, X' = C末端基)を設計する。任意のフラボビスペプチドについて計算化学の手法を用いて最安定配座を求め、目的に適った配列を決定後、これらを合成し、多様なスルフィドの酸化反応、各種シクロブタノン誘導体のBaeyer-Villiger反応における触媒活性を評価する。実際に第二のペプチド鎖が立体選択性に及ぼす影響を触媒設計にフィードバックし、必要に応じたアミノ酸残基の増減や側鎖官能基の微調整により、高立体選択的な不斉酸素添加反応を実現するフラボペプチド触媒を完成させる。さらに、確立したフラボペプチド触媒による不斉酸素添加反応を生理活性化合物またはその中間体合成に応用する。現在まで、実施計画において掲げた二つの具体的課題、すなわち(i)

従来型フラボペプチドを触媒とする均一系酸素添加反応の確立および(ii)新規フラボペプチド触媒による高立体選択的不斉酸素添加反応の開発のうち、(i)の達成に成功している。また、当初の実施計画には無かった過酸化水素を末端酸化剤とするフラボペプチド触媒系の開発にも成功しており、最終目標である不斉触媒系の開発に向け当初の酸素酸化系と同時並行的な多角的アプローチが可能となったことから、本研究課題はおおむね順調に進展していると評価できる。現在までの進捗状況を踏まえ、今後は実施計画に掲げた二つ目の課題、すなわち(ii)新規フラボペプチド触媒による高立体選択的不斉酸素添加反応の開発の実現に向けて概ね計画通りに研究を進める方針である。但し、末端酸化剤としては当初計画に掲げた酸素分子だけでなく、平成30年度に潜在性を見出した過酸化水素系についても同時並行的に検討する。具体的には、高エナンチオ選択的なスルフィドの酸化反応およびBaeyer-Villiger反応を指向し、活性種の安定化と立体制御の両機能を備えた新規フラボペプチドを設計する。実施計画に挙げた二つの戦略のうち一つ目として、フラビン環構造の7,8位が無置換のFl-Pro-Tyr-Asp-Ado-NH2を合成し、平成30年度に確立した均一系条件を基に芳香族スルフィドの酸化反応および3-アリールシクロブタノンのBaeyer-Villiger反応を検討し、不斉触媒能を明らかにする。二つ目は、より幅広い基質への適用を想定し、Fl環のN10位に第二のペプチド鎖を有するフラボビスペプチドX'-AA3-AA2-AA1-Fl-Pro-Tyr-Asp-Ado-X(AA =アミノ酸残基, X, X' = C末端基)を設計する。任意のフラボビスペプチドについて計算化学の手法を用いて最安定配座を求め、目的に適った配列を決定後、これらを合成し、多様なスルフィドの酸化反応、各種シクロブタノン誘導体のBaeyer-Villiger反応における触媒活性を評価する。実際に第二のペプチド鎖が立体選択性に及ぼす影響を触媒設計にフィードバックし、必要に応じたアミノ酸残基の増減や側鎖官能基の微調整により、高立体選択的な不斉酸素添加反応を実現するフラボペプチド触媒を完成させる。さらに、確立したフラボペプチド触媒による不斉酸素添加反応を生理活性化合物またはその中間体合成に応用する。次年度使用額49,440円は、2019年3月開催の国内学会(日本化学会第99春季年会)の旅費の支払いが完了していないためであり、4月に完了する予定である。
環境依存的な染色体放出によるアブラムシの雄産生機構の解明

アブラムシは繁殖多型を示す昆虫であり、春から秋の気候が好適な時期には胎生単為生殖で繁殖するが、晩秋になると卵生有性生殖を行い、卵で越冬する。この周期性単為生殖では適切な時期に適切な表現型を創出することが非常に重要であるが、その制御機構については、未知の部分が多い。この機構の分子生物学的・発生生物学的制御基盤が解明できれば、アブラムシの周期性単為生殖の獲得・進化についての理解が大きく進むと考えられる。本研究ではゲノム解読が完了しているエンドウヒゲナガアブラムシを材料に、繁殖多型の発生制御機構の中でも特に重要だと思われるオスの発生制御機構の解明を目指した。アブラムシの性決定様式は雄ヘテロXO型であるため、2本のX染色体を持つ親虫が、X染色体を1本しか持たない雄を単為生殖により産出するには、雄へと成長する卵は、X染色体を1本選択的に捨てる必要がある。先行研究より単為発生卵がオスになるかメスになるか、つまり染色体放出が生じるか否かは、卵成熟過程のgermarium(胚腺)内で決定されると考えられる。本研究では、まず飼育条件を操作し、胎生メス(単為生殖メス)・卵生メス(有性生殖メス)・オスのそれぞれのみを産出するアブラムシを誘導した。そして各カテゴリのアブラムシの卵巣を摘出し、レーザーキャプチャーマイクロダイセクション(LCM)を用いてgermariumのみを正確に単離した。単離したgermariumから抽出できたRNAは非常に微量であったためRibo-SPIA法により増幅し、RNA-seq解析(トランスクリプトーム解析)を行った。その結果、ヒストン遺伝子やアブラムシ特異的に獲得・重複したと思われる遺伝子の使い分けが確認できた。アブラムシは他の生物に比べ遺伝子数や重複遺伝子が多いことが以前から指摘されていたが、これらの重複遺伝子やアブラムシ特異的な遺伝子が染色体放出という複雑な機構を支えていると考察された。言い換えるならば、これらの遺伝子重複や新規遺伝子の獲得がアブラムシの環境依存的なオス産出を可能とし、複雑な生活史進化の原動力となった可能性が示された。昨年度までに立ち上げた飼育誘導系と次世代シーケンサー(NGS)、レーザーキャプチャーマイクロダイセクション(LCM)を組み合わせ、アブラムシの胚腺(卵巣小管の頂端部で雄産出に関与)におけるトランスクリプトーム解析(RNA-seq)を行った。その結果、ヒストン遺伝子とアブラムシ特異的な重複遺伝子が染色体放出において重要な役割を担っていることが示唆された。NGSとLCMを活用することで、当初の計画よりも質・量ともに優れたデータが得られ、研究が大幅に進展した。今後はNGS解析で染色体放出の実動部隊の候補遺伝子の更なる解析を進めると同時に、遺伝子重複と繁殖多型進化の関係性を明らかにするために近縁種で胎生メスのモルフを持たないネアブラムシ属(Phylloxeridae)とゲノム科学的な比較解析を行う予定である。周期性単為生殖はアブラムシ上科全般に見られるが、胎生単為生殖が見られるのはアブラムシ科のみであり、残るネアブラムシ科とカサアブラムシ科の単為生殖世代は卵生単為生殖を行う。ネアブラムシとカサアブラムシはより多くの祖先的な形質を残していると考えられており、両種群でのオス産出機構が分かれば、周期性単為生殖の進化や胎生単為生殖の進化プロセスをより深く考察できると考えられる。生物の繁殖戦略の中でも周期性単為生殖(繁殖多型)の進化・維持機構は特に興味深いトピックある。周期性単為生殖では適切な時期に適切な表現型を創出することが非常に重要であるが、その制御機構については、未知の部分が多い。この機構の分子生物学的・発生生物学的制御基盤が解明できれば、周期性単為生殖の獲得・進化についての理解が大きく進むと考えられる。我々は周期性単為生殖を示しかつゲノム解読が完了しているエンドウヒゲナガアブラムシを材料に、繁殖多型の分子生物学的・発生生物学的制御基盤の解明を目的に研究を進めている。本申請課題ではでは、繁殖多型の発生制御機構の中でも特に重要だと思われるオスの発生制御機構の解明を目標にしている。本種の雄は他のアブラムシ同様、低温・短日条件下で単為生殖により産出される。この染色体放出は成熟分裂(減数分裂に相当)時に生じること知られているが、その詳細な機構は不明である。染色体放出が生じる成熟分裂の過程を詳細に観察すれば、その観察像から細胞生物学的にX染色体放出機構を予測出来ると思われる。そこで実験室内で染色体放出を誘導し、その過程を詳細に観察した。先行研究では押しつぶし法による成熟分裂の観察が行われているが、押しつぶし法では細胞内の染色体の位置関係が崩れてしまうため、その知見は十分であるとは言い難い。そこで本研究では全載標本を用いて観察を行った。その結果、極体放出時に極体と一緒にX染色体が放出されることにより、X染色体の減数が生じることが示唆された。