hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
生体調節因子による甲殻類の卵黄形成制御機構の解明

本研究課題では、生体調節因子によるクルマエビの卵黄形成制御機構の解明を目的としている。本年度は昨年度より引き続きCHH族ペプチドの1つであるPej-SGP-Iの立体構造をX線結晶構造解析によって明らかにし、ペプチドの構造と卵黄形成抑制活性との相関を明らかにすることを試みた。大腸菌発現系を用いることで、rSGP-I(C末端アミド型、高活性)、rSGP-I-Gly(C末端グリシン付加型、C末端アミド型の前駆体で低活性)、およびrSGP-I-OH(C末端カルボキシル基型、低活性)についてセレノメチオニル化したペプチドを大量に調製し、結晶化した。得られた結晶を用いてSPring-8またはPhoton FactoryにおいてX線回折データを取得し、単波長異常分散法または多波長異常分散法により構造解析を行った。その結果rSGP-I-OHの結晶構造を1.6Å分解能で決定することができた。C末端側の8残基については相当する電子密度が得られなかったことから、この部分は特定のフォールドを有していない可能性が考えられた。このC末端部分以外のフォールドは、同じCHH族ペプチドで脱皮抑制活性を示すSGP-IVと類似していた。rSGP-I-GlyとrSGP-IもrSGP-I-OHとほぼ同様の構造であった。rSGP-I-OHとrSGP-I-Glyは結晶中および溶液中で2量体として存在する一方、高活性型のrSCP-Iは結晶中では2量体として、溶液中では単量体として存在することが分かった。この結果の一部について日本農芸化学会2010年度大会にて報告した。本研究課題では、生体調節因子によるクルマエビの卵黄形成制御機構を解明することを目的としている。平成19年度は、血リンパ中に卵黄形成抑制活性が存在することを確認するとともに、活性本体の精製を試みた。活性は逆相系Sep-Pakカートリッジに吸着する性質があることが分かったため、逆相HPLCによって血リンパを分画し、それらの活性測定を行い、活性のあった画分を更に分画するという方法を取った。その結果、2回目のHPLCで得られた画分で活性が分散して確認されたこと、それらの溶出条件がCHH族ペプチドのそれらと類似していること、活性の見られた画分を質量分析に供したところ、幾つかの甲殻類血糖上昇ホルモン族(CHH族)ペプチドに由来すると考えられるイオンピークが観察されたことなどから、血リンパ中の活性はCHH族ペプチドによるものであり、それら以外に卵黄形成抑制活性を示す物質は血リンパ中には存在しない可能性が高いと考えられた。この結果を受けて、CHH族ペプチドの構造と卵黄形成抑制活性との相関を明らかにする必要があると考えられたため、CHH族ペプチドの1つであるPej-SGP-Iをターゲットとしてその立体構造をX線結晶構造解析によって明らかにすることにした。まず大腸菌を用いた組換えペプチド発現系について検討を行い、最終的に卵黄形成抑制活性を有する組換え体SGP-Iを作製することができた。また、この発現系を用いてセレノメチル化SGP-Iの作製に必須な変異ペプチドを6種類作製するとともに、どのペプチドが構造解析をおこなうのに相応しいかについて検討した。この結果の一部は2008年度日本水産学会春季大会にて報告した。本年度はCHH族ペプチドの1つであるPej-SGP-Iの立体構造をX線結晶構造解析によって明らかにし、ペプチドの構造と卵黄形成抑制活性との相関を明らかにすることを試みた。Pej-SGP-Iに含まれる疎水性アミノ酸残基をメチオニン残基に改変したペプチドを作製し、卵黄形成抑制活性と円二色性スペクトルを測定した。その結果N末端側から16番目のロイシンをメチオニンに変更しても元のペプチドと同様の構造や活性が維持されることが明らかとなった。そこでセレノメチル化した改変ペプチドを大量に調製し、結晶化実験に供した。得られた結晶を用いてSPring-8またはPhoton FactoryにおいてX線回折データを取得し、単波長異常分散法により構造解析を行った。その結果、74残基中15から60残基目までについての構造情報を与えるに十分な電子密度が得られた。その一方で、N末端側とC末端側のそれぞれ約15残基についてはそれらに相当する電子密度が得られなかった。このことを改善するため結晶化条件の最適化と新たな結晶化条件の探索を現在行っている。以上の結果の一部について2009年度日本水産学会春季大会にて報告した。血リンパ中に含まれる卵黄形成抑制活性の解析については、昨年度までの研究でこの活性はCHH族ペプチドによるものである可能性が示唆されていた。このことを確かめるため、HPLCを用いて血リンパを細かく分画し、既知の7種類のCHH族ペプチドが溶出される画分とそれ以外の画分とに分けて卵黄形成抑制活性を調べた。その結果、CHH族ペプチドが溶出される画分以外に活性が検出された画分があることが分った。この活性の精製を試みたが含量が少ないために活性物質の単離には至っていない。今後は出発材料を大幅に増やすことや、産生部位が明らかにして精製の効率を上げるなどの工夫が必要と考えられる。

本年度は昨年度より引き続きCHH族ペプチドの1つであるPej-SGP-Iの立体構造をX線結晶構造解析によって明らかにし、ペプチドの構造と卵黄形成抑制活性との相関を明らかにすることを試みた。大腸菌発現系を用いることで、rSGP-I(C末端アミド型、高活性)、rSGP-I-Gly(C末端グリシン付加型、C末端アミド型の前駆体で低活性)、およびrSGP-I-OH(C末端カルボキシル基型、低活性)についてセレノメチオニル化したペプチドを大量に調製し、結晶化した。得られた結晶を用いてSPring-8またはPhoton FactoryにおいてX線回折データを取得し、単波長異常分散法または多波長異常分散法により構造解析を行った。その結果rSGP-I-OHの結晶構造を1.6Å分解能で決定することができた。C末端側の8残基については相当する電子密度が得られなかったことから、この部分は特定のフォールドを有していない可能性が考えられた。このC末端部分以外のフォールドは、同じCHH族ペプチドで脱皮抑制活性を示すSGP-IVと類似していた。rSGP-I-GlyとrSGP-IもrSGP-I-OHとほぼ同様の構造であった。rSGP-I-OHとrSGP-I-Glyは結晶中および溶液中で2量体として存在する一方、高活性型のrSCP-Iは結晶中では2量体として、溶液中では単量体として存在することが分かった。この結果の一部について日本農芸化学会2010年度大会にて報告した。
膜タンパク質生合成における膜透過停止過程を補助する因子

(一年目)ストップトランスファー(ST)過程における、SecYの役割を調べるため、モデル膜蛋白質、proOmpA165-LacY(TM12)-PhoAを作製し、野生株並びに各種のsecY変異株中でモデル蛋白質を発現させて比較した。proOmpA165-LacY(TM12)-PhoAは、野生株中では、ストップトランスファーは不完全ではあるが概ね起こっていた。secY125変異株中では、PhoAドメインのペリプラズム側への移行が野生型株中に比べ昂進しており、ストップトランスファーが野生株よりもさらに不完全であった。prlA4-1変異(secY変異の一つ)株中ではそのような移行は全く起こっておらず、一方N末端側の膜透過は正常に起こっていることから、ストップトランスファーがより完全に起こっていることが示された。これらの結果は、SecYが膜タンパク質の膜組み込み過程において、膜透過に続くストップトランスファー過程に関与し、疎水性領域の膜への組み込みとその配向性決定に何らかの役割を担っていることを示唆している。(二年目)ST過程に関与する可能性のあるFtsHタンパク質について解析を行い、以下の結果を得た。1)FtsHは尿素・メルカプトエタノール処理により変性させたPhoAを結合するが、正しくフォールディングしたnative PhoAとは結合しなかった。また、FtsHは精製したSecYタンパク質も結合した。2)前記の変性タンパク質との結合はATPの存在の有無に影響されなかった。3)FtsHはSecYはATP依存的に分解したが、変性PhoAの分解は見られなかった。これらの結果はFtsHがアンフォールドしたタンパク質に結合しうるが、結合したタンパク質を必ずしも分解しないことを示す。このようなFtsHの「活性」はST配列の機能発現やその他の膜タンパク質組み込み過程において働く可能性がある。N末端側に存在する膜透過シグナル配列によって開始された膜透過反応が、第2の疎水性領域で停止し、C末端側を細胞質側に配向するような膜貫通領域を生成する「ストップトランスファー」過程における、大腸菌の膜透過装置の主要構成因子であるSecYの役割を調べるため、モデル膜蛋白質、proOmpA165-LacY(TM12)-PhoAを作製した。このモデル膜蛋白においては、シグナル配列の切断によりN末端領域側の膜透過を、PhoA活性測定と細胞抽出液をトリプシン処理したとき、耐性PhoA断片があらわれるかどうかにより、PhoA部分の局在性を調べることができる。また、Spheroplastあるいは反転膜小胞をそれぞれトリプシン処理したときの切断パターンを調べることにより、膜における配向を確認する事ができる。野生株並びに各種のsecY変異株中でモデル蛋白質を発現させて比較した。proOmpA165-LacY(TM12)-PhoAは、野生株中では大部分がそのPhoAドメインを細胞質側に配向していたが、一部のものではPhoA部分がペリプラズム側にも移行していた。つまり、ストップトランスファーは概ね起こってはいるが、不完全であった。secY125変異株中では、PhoAドメインのペリプラズム側への移行が野生型株中に比べ昴進しており、ストップトランスファーが野生株よりもより不完全であった。

これらの結果は、SecYが膜タンパク質の膜組み込み過程において、膜透過に続くストップトランスファー過程に関与し、疎水性領域の膜への組み込みとその配向性決定に何らかの役割を担っていることを示唆している。本研究は膜蛋白質の膜組み込み過程における膜透過停止(Stop transfer;ST)配列機能に焦点をあて、その過程に働く細胞因子を同定し、その役割を明らかにすることを目的とする。申請者らは以前に膜を10回貫通するトポロジーを持つSecYタンパク質のC末端細胞質領域に融合したPhoA(アルカリ性ホスファターゼ)が大腸菌野生株中では安定に細胞質にとどまるが、ftsH変異株中ではペリブラズム側へと「膜透過」する事を見いだした。これは、PhoAドメインの直前にある膜貫通配列がftsH変異株中ではST配列として十分できないことを示し、FtsHがST配列の機能発現に関与することを示唆する。FtsHは膜結合A.TPaseでプロテアーゼ活性を持つが、プロテアーゼ活性とは別に膜タンパク質のST配列あるいは細胞質領域などと直接相互作用して膜タンパク質の組み込みに関わる可能性が考えられた。本年度はFtsHとタンパク質との相互作用について解析し以下の結果を得た。1)FtsHは尿素・メルカプトエタノール処理により変性させたPhoAを結合するが、正しくフォールディングしたnativePhoAとは結合しなかった。また、FtsHは精製したSecYタンパク質も結合した。2)前記の変性タンパク質との結合はATPの存在の有無に影響されなかった。3)FtsHはSecYはATP依存的に分解したが、変性PhoAの分解は見られなかった。これらの結果はFtsHがアンフォールドしたタンパク質に結合しうるが、結合したタンパク質を必ずしも分解しないことを示す。このようなFtsHの「活性」はST配列の機能発現やその他の膜タンパク質組み込み課程において働く可能性がある。
地域連携プラットフォームのライフサイクルの把握とマネジメント・モデルの構築

本研究はコラボレーション理論の視点から日本における地域連携プラットフォームの事例を研究し、地域連携プラットフォームのライフサイクルを把握することを目的としている。本研究では、コラボレーション理論を精査した上で、日本各地で展開されている地域連携プラットフォームを調査し、質的分析法による理論モデルの構築と一般化を行う。その際、既存研究では注目されてこなかったプラットフォームの発展段階と変容に焦点を当て、研究の独自性を発揮するとともに、地域連携プラットフォームのライフサイクルを把握し、その段階ごとに必要な取り組みを明確にすることで、日本の地域連携プラットフォームの育成に貢献し得る研究とする。
放射線による天然高分子のゲル化機構の解明

天然高分子は環境にやさしい材料でありながら、水や有機溶媒に溶解せず反応性に乏しいものもあるため、有用材料に加工するためには架橋剤および誘導化等の化学処理を必要とした。そこで、機能性溶媒であるイオン液体を用いて天然高分子の一種であるセルロースを溶液化し、放射線を照射することで、化学処理を必要としない環境にやさしいセルロースゲルの開発に世界で初めて成功した。次に、天然高分子架橋反応挙動の解明を目的として、セルロースの架橋反応を誘起する活性種およびセルロースゲルの化学構造の分析を行った。さらに、天然高分子の一種であるキチンをイオン液体に溶解し、放射線架橋によるゲルの作製に成功した。天然高分子は有用な資源循環型材料でありながら一般の溶媒に難溶かつ熱で溶解しにくく、放射線分解が容易であるため、誘導化や架橋剤転化糖の化学処理を用いずに化学ゲルを作製することは困難であった。申請者らは、イオン液体中に高濃度均一分散させた天然高分子に放射線を照射することで、環境にやさしい新規天然高分子ゲルを作製することに成功した。しかし、現段階では天然高分子ゲルの反応収率が低いことから、新規天然高分子改質技術として普及する為の合成プロセスを確立できていない。本研究では、イオン液体中の天然高分子の放射線架橋メカニズムを明らかにすることで、生成する天然高分子ゲルの収率や特性の向上を目指す。今年度は、イオン液体中の天然高分子の放射線架橋反応メカニズムを明らかにするため、蛍光・重水素標識したイオン液体の合成を試みた。イオン液体の合成・標識化に必要な原料、器具、GPC分析に必要なカラム、および電気化学分析に必要なポテンショスタッドや電極等を購入し、各種分析機器(GC-MS、LC-MS、イオンクロマトグラム、GPC、TGA、DSC、FT-IR、動的粘弾性測定装置、LCRメータ)の校正を行った。蛍光物質であり、かつ天然多糖類の一種であるセルロースおよびキトサンを溶解するDibutylimidazolium acetateの合成に成功した。このイオン液体は励起光323 nmにおいて395 nmの強い蛍光を発することが分かった。さらに、このイオン液体に20%のセルロースを溶解し、γ線照射を行うことによりセルロースの架橋ゲルが生成することを明らかにした。本研究は、イオン液体中の天然高分子の放射線架橋メカニズムを明らかにし、環境天然高分子ゲルの収率や特性の向上を目的とする。昨年度は、イオン液体中の天然高分子の放射線架橋反応メカニズムを明らかにするため、蛍光を発するイオン液体Dibutylimidazolium acetateの合成を行った。さらに、このイオン液体に20%のセルロースを溶解し、γ線照射を行うことによりセルロースの架橋ゲルを作製した。今年度は、(1)作製したセルロースゲルを洗浄したのちに蛍光分析を行ったところ、ゲル自身も蛍光を発することから、イオン液体を介した架橋によりセルロースゲルが生成することを明らかにした。さらに、セルロースゲルのX線光電子分光分析を行ったところ、セルロースには存在しない窒素の含有が認められたことから、セルロースゲルの生成にイオン液体が関与することが強く推察される。次に、(2)セルロースゲルの動的粘弾性測定を行い、作製したゲルが3次元ネットワークを有する化学ゲルであるか確かめた。測定条件80°Cにおいて、セルロースゲルの貯蔵弾性率が、未照射のものと比較して著しく増加し、同時に損失弾性率が減少したことから、化学結合を有するゲルであることが分かった。さらに、(3)含水率の異なるセルロース・イオン液体溶液に放射線照射を行い、ゲルの生成収率が含水率の増加に伴い増大したことから、イオン液体中に含まれる水が天然高分子の架橋反応を促進する因子であることを明らかにした。(2)および(3)の研究成果は、国外査読付き学術雑誌であるRadiation Physics and Chemistry誌に投稿・掲載済みである(A. Kimura et al., Radiat, Phys. Chem., 103, 216, 2014)。昨年度は、蛍光を発するイオン液体Dibutylimidazolium acetateを合成し、セルロース架橋ゲルを作製した後に、蛍光分析およびX線光電子分光分析を行ったところ、セルロースには存在しない窒素の含有が認められたことから、セルロースゲルの生成にイオン液体が関与することを明らかにした。本年度は、放射線誘起活性種捕捉剤であるフェノールおよびクロロフェノールを添加したイオン液体1-ethyl-3-methylimidazolium acetateの放射線分解を行ったところ、活性種の一種であるヒドロキシラジカルの生成量が、イオン液体中の含水率の増加に伴いわずかに増加することを明らかにした。さらに、セルロースゲルの生成メカニズムに基づき、イオン液体1-butyl-3-methylimidazolium chlorideにキチンを溶解し、含水率を制御した条件で放射線照射することより、キチンゲルを作製することに成功した。このゲルの生成収率は線量の増加に伴い増大し、80 kGyにおいて80%であった。本研究成果は、平成27年5月に行われた国際会議15th International Congress of Radiation Research、および平成27年8月に行われた13th Tihany symposium on radiation chemistryにおいて発表・討議を行った。さらに、国外査読付き学術雑誌であるRadiation Physics and Chemistry誌に投稿・掲載済みである(A. Kimura et al., Radiat, Phys. Chem., in press)。

そこで、機能性溶媒であるイオン液体を用いて天然高分子の一種であるセルロースを溶液化し、放射線を照射することで、化学処理を必要としない環境にやさしいセルロースゲルの開発に世界で初めて成功した。次に、天然高分子架橋反応挙動の解明を目的として、セルロースの架橋反応を誘起する活性種およびセルロースゲルの化学構造の分析を行った。さらに、天然高分子の一種であるキチンをイオン液体に溶解し、放射線架橋によるゲルの作製に成功した。平成25年度に作製した蛍光標識化したイオン液体Dibutylimidazolium acetateを用いた天然高分子セルロースゲルの蛍光分光およびX線光電子分光分析を行うことで、イオン液体を介した架橋によりセルロースゲルが生成したことを明らかにした。さらに、平成26年度の実験実施計画の基づき、含水率の異なるセルロース・イオン液体溶液に放射線照射を行い、生成したゲルの収率および動的粘弾性を評価することで、イオン液体中に含まれる水が天然高分子の架橋反応を促進する因子であることを明らかにした。一方で、放射線により作製したセルロースゲルの電気伝導度評価が遅れており、平成26年度に実施することが出来なかった。同様に、イオン液体中、イオン液体/水混合溶液中、およびイオン液体/水/天然高分子混合溶液中の反応活性種の挙動を、活性種捕捉剤を利用したγ線分解により、段階的に明らかにする実験の進捗が遅れている。放射線化学平成26年度内に達成できなかったセルロースゲルの電気伝導度評価を平成27年度も継続して実施する予定である。同様に、各種放射線誘起活性種捕捉剤をイオン液体に溶解しγ線分解生成物を分析することで、イオン液体中、イオン液体/水混合溶液中、およびイオン液体/水/天然高分子混合溶液中の反応活性種の挙動を段階的に明らかにする予定である。また、平成27年度5月に行われる国際学会15th International Congress of Radiation Research、および8月に行われる13th Tihany symposium on radiation chemistryにおいて、本研究成果を発表する予定である。さらに、研究総括として一連の解析結果を総合的に評価するとともに、ゲル生成メカニズムの解析結果基づく最適なイオン液体の選定や照射条件などにフィードバックしてゲル分率や特性の向上を図る。平成25年度実施計画では、イオン液体の標識化およびイオン液体中の天然高分子と放射線誘起活性種の反応挙動の解明を目標としていた。イオン液体の標識化については、新規蛍光イオン液体Dibutylimidazolium acetateを合成しただけでなく、平成26年度目標の標識化
日本企業の役員管掌構造：多角化企業を中心とした分析

平成30年度においては、基礎データの整備を中心に作業を行った。過去10年の期間において日経平均株価指数(日経225)の採用銘柄となったことのある企業を対象とし、日経NEEDSの会社役員データを用いて、各社の経営陣(top management team:TMT)を構成している各役員の管掌領域を把握すると共に、担当する領域の性格(機能、事業、市場など)をコード化した。また、企業の管掌構造(役員間でどのような形で分担が行われているか)を捉えるための変数の開発と作成作業を行った。また、本研究の主な分析対象である多角化企業に関するデータの整備を行った。日経NEEDSより提供される事業セグメントデータを更新すると共に、内部資本市場(internal capital markets)を通じた事業間の資金フローを近似するための変数について、最新の研究で提案されているものの作成を試験的に行い、過去の研究で用いてられてきたものとの比較分析を行った。データの取得と整備の進捗が、当初計画に比べて遅れている。この理由は、1他の研究課題の進捗に遅れが生じたこと、2校務において大きな負担が生じたことである。このため、当初予定していエフォートを本研究に投入することが、残念ながらできなかった。また、作業の遅れを鑑み、平成30年度に取得予定であったデータの購入は翌年度に延期した。平成31年度においては、上記2の問題は解消されているので、今まで以上のエフォートを本研究に割いていきたい。具体的には、日経225採用企業に限定されているサンプルを、東京証券取引所第1部のなるべく広い範囲の企業へと拡大することで、より包括的なデータにすることが最優先の課題となる。また、昨年度に購入延期したデータベースを、データの更新が行われた後に速やかに取得し、基礎データのアップデートを行う。データ整備と並行して、平成31年度においては、日本企業のTMTの基本的特徴と管掌構造の基礎的な分析を行う。TMTの基本的特徴としては、規模(役員数)、平均年齢、多様性などに注目し、企業間の散らばりと分析期間におけるトレンドを分析する。管掌構造については、機能(財務、人事、研究開発など)を管掌領域とする役員と事業・市場(地域)を担当する役員、これら2種類の領域を兼務する役員の比率に特に注目して、企業間の差異や分析期間における変化の有無、トレンドを検討していく。これら作業が終わり次第、統計学的手法を用いたより高度な分析を進めていく。平成31年度においては、TMTの管掌構造を規定し、企業間での違いを生み出す要因の分析を重点的に行う。32年度においては、管掌構造が多角化企業の内部資本市場の働きに及ぼす影響の分析が中心的な課題となる。分析の成果は適宜、ワーキングペーパーとしてまとめ、発表することで、改善をはかっていきたい。平成31年においてはWestern Economic Association InternationalとFinancial Management Association International (FMAI)、32年度においてはAcademy of ManagementとFMAIにおいて研究発表を行う予定である。

32年度においては、管掌構造が多角化企業の内部資本市場の働きに及ぼす影響の分析が中心的な課題となる。分析の成果は適宜、ワーキングペーパーとしてまとめ、発表することで、改善をはかっていきたい。平成31年においてはWestern Economic Association InternationalとFinancial Management Association International (FMAI)、32年度においてはAcademy of ManagementとFMAIにおいて研究発表を行う予定である。平成30年度に購入を予定していたデータの取得を先送りし、より新しいものを31年度に購入することにしたことが最大の理由である。ゆえに、次年度使用額の主な用途は、このデータの取得となる。それ以外の部分の助成金の使用計画は、当初計画から変更ない。
ナノ粒子ーバイオ分子融合法への超分子化学的概念の導入とメゾ構造体作成法への展開

本研究では、カルボキシル基を表面に有する無機ナノ粒子の合成と、カルボキシル基とグアニジウム基間で形成される塩橋構造を利用し、タンパク質ー無機ナノ粒子を混合のみで融合させる技術の開発を行った。3,4-ジヒドロキシヒドロ桂皮酸を配位子とした金属錯体を高温高圧水中で分解することによりCOOH基が呈示された種々の金属酸化物ナノ粒子の合成に成功した。また、N末端にアルギニン繰り返し配列を有する組換え緑色蛍光タンパク質を大腸菌発現させ、COOH基を有するナノ粒子と混合すると選択的に融合することを確認した。本研究では、表面にCOOH基を呈示したナノ粒子およびナノ粒子集合体と、タンパク質が有するアルギニン側鎖グアニジウム基間の塩橋反応を利用し、混合のみでタンパク質ー無機ナノ材料を融合する手法の開発と、その反応を利用したナノ粒子配列法の開発を目的に研究を進めた。本年度は、固相合成により蛍光ラベルしたアルギニン繰り返しペプチドを合成した後、COOH基を表面に呈示した酸化鉄ナノ粒子に対する結合強度を測定した。その結果、アルギニン繰り返しペプチドを有する蛍光分子のみCOOH呈示酸化鉄ナノ粒子に吸着することを確認した。また、同様にArg繰り返しペプチドをN末端に有する緑色蛍光蛋白質(Arg融合GFP)を大腸菌発現させた。Arg融合GFPも合成ペプチド同様にCOOH呈示酸化鉄ナノ粒子に吸着した。これら結果は、本研究の目標とする、塩橋反応を利用して混合のみでタンパク質-ナノ粒子を融合させる技術の有効性を示すことができた。本研究では、表面にカルボキシル基を有するナノ粒子の開発を行った後、カルボキシル基呈示ナノ粒子表面に対して超分子的に結合可能なペプチドタグをデザインし、混合するだけで蛋白質等の生体分子と無機ナノ粒子が融合できる手法の開発を行う。その後、ナノ粒子間をペプチドや蛋白質等の生体分子の相補的結合能・自己組織化能を利用し、ナノ材料の階層的構造を精密に制御し、ナノ粒子構造体の形状・サイズや材料界面に由来する特異的な物性発現を目標に研究を進める。本年度は、カテコール誘導体を配位子とした水溶性金属錯体の熱分解法を用い、表面にカルボキシル基が呈示された金属酸化物ナノ粒子および集合体の合成条件について検討を行った。特に、カルボキシル基を有するカテコール誘導体はカルボキシル基とカテコール基により架橋構造をとり、ナノ粒子が連結した集合体を形成する事を見出した。また、pHや反応温度、圧力、反応時間等を検討し、各種条件が集合体のサイズに与える影響を明らかにした。BET法により、合成したカルボキシル基呈示無機ナノ粒子の比表面積を測定し、ペプチド-ナノ粒子間の吸着能を評価するための準備を行った。さらに、アルギニン繰り返しペプチドのC末端にFITC分子を融合した人工ペプチドを数種類合成し、表面にカルボキシル基を持つナノ粒子と超分子的融合できる最適な溶液条件について検討している。さらに、緑色蛍光蛋白質のN末端にアルギニン繰り返しを持つ融合GFP蛋白質を発現させるための遺伝子ベクターの作成も進めている。本研究で目的としている、『超分子型のバイオ分子-無機材料融合法の開発』に必要な、カルボキシル基が呈示されたナノ粒子合成技術が一年の間でほぼ確立された。さらに、蛍光分子が修飾された人工ペプチドの準備も完了しており、順調に研究が進行している。平成24年度に合成法を確立させた、カルボキシル基呈示ナノ粒子と研究代表者がデザインした人工ペプチドとの吸着挙動について、蛍光スペクトルを用い吸着定数・飽和吸着量を決定し最適なペプチド配列を決定する。さらに、人工ペプチドを融合した組み替え緑色蛍光蛋白質を作成し、実際に蛋白質の固定化に応用できる事を実証する。上記の研究を進めるために金属塩・配位子やベクター作成のためのDNAプライマー等の物品費を中心に使用する。今年度の研究成果を発表するために旅費を計上する。現時点では、50万円以上の物品を購入する予定はない。
多次元測定空間において学習者の軌跡を表現する方法の開発-効果的な教授的介入のために-

教授学習場面における学習者の軌跡を多次元的にとらえ,効果的な教授介入に資するという当初の目的は方法論的にほぼ達成された。以下,具体的にその成果をリストアップする。1)能力と自信度の2次元表示学習者の正答/誤答データと,自信あり/なしデータを基に,その領域における学習者の真の学力と自信度を推定した。これによって,学力と自信度が並行的に進歩していない学習者を選びだし,的確な教授プログラムを開発することができる。2)知識状態の推定各学習者の知識状態の推定を,学力母数θではなく,各問を解くための「完全な知識あり」,「部分的知識あり」,「全く無知」のどのクラスに属するかを統計的に推定する方法を開発した。これによって,被験者の知識状態の偏りを検出することができる。3)学習者の学力の事後分布の推定学習者の状態を学力推定値θのみによって表すのではなく,Gibbs Samplerによってθの事後分布を数値的に表現する方法を開発した。この方法は,各学習者の違いを事前分布によって表現することができる。各学習者の事後分布によって,決定理論を応用して,次の教授ステップを決定することができる。4)ベイジアンネットワークによる各学習者の状態把握各学習者の状態をネットワークに表現し,テストに対する反応から各学習者が,いまどのような知識状態にあるかを,ベイス的アプローチによって推論する方法を開発した。以上のような方法は,従来のテスト理論の枠を超え,学習者の知識状態を知り,教授プロセスに組み込むことができる知見を提供するものである。今後,この方法を実際のCAIに応用し,教育するためのシステムを開発することを目標としたい。本年度は学習者の知識状態を計量的に測定判断するためのモデルを提案し、そのための推定方法を開発した。学習者に対し効果的に教授介入を行うには、学習者の理解状態を的確に捉える必要がある。今年度は、このために、3つのモデルを提案した。最初の二つは、各テスト項目に対して、正答/誤答だけでなく、自信あり/なしというデータをとることを前提としている。(1)モデル1各テスト項目に対し、被験者が完全な知識を持つ場合、部分的な知識を持つ場合、無知の場合の3つの潜在的なクラスに分け、各々のクラスでは解答に至る過程が異なることを仮定し、それぞれについてモデル化する複合的なモデルである。潜在クラスに分類する場合の補助情報として、自信あり/なしデータを利用した。この研究は行動計量学会で発表し、論文にまとめ投稿した。(2)モデル2各被験者を表す潜在変数として、真の能力と自信度という2次元を仮定し、その間の相関係数を含めてモデル化し、得られたデータを解析する。2600名以上のデータを得て現在プログラムを開発中である。(3)モデル3被験者の内的過程を表すモデル、すなわち、学習者モデルを、確率ネットワークで表し、ネットワークにおける各ノード内の推移をマルコフ過程モデルとして表すモデルを提案し、実データに対し適用した。この研究は、行動計量学会、電気通信学会等で発表し、論文としてまとめ現在審査中である。その他に、このような種類の研究を理論的にまとめ、真に役立つ教授的介入のための今後の方向性を示した(数理科学, 3月)。本年度は,前年度に引き続き学習者の内的状態を示すモデルとして次のようなモデルを作り,推定方法を提案した。なお,前年度において知識状態(完全知識,部分知識のみを持つ場合,無知の場合)を区別した項目応答モデルは既に完成し,今年度Behavirimetrikaに採択された。本年度は,次のモデル及び推論方法を開発した。1)2次元項目応答モデル真の自信度と能力を被験者の特徴を示す2つの潜在変数によって,項目の特徴と被験者の特徴を明らかにするモデルと推定プログラムを完成し,行動計量学会で発表した。

2)ネットワーク型項目応答モデルベイズネットワークを利用して,被験者の問題解決過程を表し,各ノード間の推移を条件確率によって示すモデルを完成した。このモデルに基づいて各被験者の状態を判断するために,データを得た後の事後確率を計算することができる。この事後確率によって,被験者の学習状態がわかり,適切なアドバイスを行うことができる。上記の2つのモデルを含め,学習者の状態を知るためのモデルは複雑である。このような複雑なモデルにおける母数を推定し,かつ,学習者の多次元的特徴を明らかにするには,従来の伝統的な統計的方法では不十分である。複雑な統計モデルの母数の周辺事後分布を数値的に得る方法について,理論的に考察し,現在プログラムを完成させる最終的な局面にある。以上により,細かく被験者の学習状態を数理統計的に把握し,適切な教授的介入を行うための理論と方法に関して多くの進歩があったと言える。
声帯粘膜創傷治癒への遺伝子治療の応用

声帯粘膜創傷治癒改善を目的とした栄養因子の遺伝子導入についての実験を行っている。日本シロウサギの声帯に粘膜創傷治癒の改善効果を期待できる栄養因子遺伝子を搭載したアデノウイルスベクターを投与し、声帯粘膜創傷治癒への影響を観察することを目的としている。現在までに注入および塗布による声帯粘膜へのreporter遺伝子導入の検討を行った。LacZ遺伝子を含みアデノウイルスゲノムからE1A、E1B、E3遺伝子を欠損したウイルスDNAを持つ発現コスミドカセットDNAと、親ウイルスDNA-末端蛋白複合体(TPC)を293細胞にco-transfectし組み換えアデノウイルス(AxCAhLacZ)を作製した。次に日本シロウサギを用いて、(1)喉頭載開下に右声帯粘膜上面に上皮欠損を作製、(2)粘膜に損傷を加えないの2種類のモデルを作成した。声帯粘膜損傷直後にreporter遺伝子(LacZ遺伝子)を含む非増殖型アデノウイルスベクター(AxCAhLacZ)を声帯粘膜に直接注入または塗布にて導入した。導入後1、2、4週後に喉頭を潅流固定後に摘出し、声帯粘膜部の凍結組織切片を作製した。各組織切片をX-gal染色および抗β-galactosidase抗体を用いて免疫染色を施行し、各々での遺伝子発現強度や発現持続期間などを観察した。(1)(2)いずれにおいても、結果は1週後においてX-gal酵素組織染色でLacZ遺伝子の強い発現を認め、2週後で発現の減弱を認め、4週後ではほとんど発現を認めなかった。注入法では注入した部位に強い発現を認めた。塗布した場合は付近の粘膜およびその周囲に発現を認め、塗布のみでも遺伝子導入が可能であることが証明された。声帯粘膜創傷治癒改善を目的とした成長因子の遺伝子導入についての実験を行っている。具体的には、日本シロウサギの声帯に粘膜欠損を作成したモデルを用い、粘膜欠損部に粘膜創傷治癒を改善させると考えられるTGF-β遺伝子やIGF-I遺伝子を搭載したアデノウイルスベクターを投与し、声帯粘膜創傷治癒への影響を観察することを目的としている。まず声帯粘膜損傷モデルでのreporter遺伝子導入の検討を行った。次に日本シロウサギを用いて、ケタミンおよびキシラジン麻酔下に喉頭直達喉頭鏡下に右声帯粘膜上面全長わたり上皮欠損を作製した。喉頭直達喉頭鏡下に声帯粘膜損傷直後にreporter遺伝子(LacZ遺伝子)を含む非増殖型アデノウイルスベクター(AxCAhLacZ)を声帯粘膜に導入し、導入後1、2、4週後に喉頭を潅流固定後に摘出し、声帯粘膜部の凍結組織切片を作製した。結果は1週後において、X-gal酵素組織染色でLacZ遺伝子の強い発現を認め、2週後において発現の減弱を認め、4週後ではほとんど発現を認めなかった。今後、治療遺伝子(TGF-β、IGF-I)導入後の声帯粘膜創傷治癒の検討を同様のモデルにおいて行っていく予定である。
再生・循環型宇宙システムのための宇宙ロボティクスの研究

持続的に発展する循環型社会の実現が求められてきている。宇宙開発においても、宇宙への輸送には多大なコストを必要とするため、宇宙活動の質を落とさず世界に伍したものとして持続的に発展させていくため、再生・循環型の宇宙システムへの構造転換を視野に入れた研究が重要と考えられる。ここでは、宇宙ロボットにより再生・循環型の宇宙システムの実現をサポートするための基礎技術を修得することを目的に、これに必要な人工知能技術とテレロボティクス技術の研究を行い、以下の成果を得た。1.再生・循環型宇宙システムの代表例として、セルの組み合わせにより再構成,再利用が可能な新しいコンセプトのセル型衛星モデルを提案し、設計・試作を行った。2.上記衛星モデルを対象とし、ロボットにより組立作業を行なうための要素技術の研究を行った。機械的誤差や不確定性のもとで、ロボットに加わる反作用力をもとに探索し自律的に精密作業するスキル獲得学習技術を開発した。3.ロボットによる作業理解やロボット間の教示技術の基盤として、行動の背景にある意味的情報を活用することによって合理的な作業診断を行う枠組みを検討し、そのプロトタイプを作成した。本枠組みは、人間による作業補助が困難な宇宙環境において、ロボットが自律で合理的かつ柔軟な作業理解と行動生成を実現するためのものである。本研究では、上記組立実験を対象とし、異常現象をそのときの作業文脈に応じて適切に解釈できることをシミュレーションによって示した。ここでは、宇宙ロボットにより再生・循環型の宇宙システムの実現をサポートするための基礎技術を習得することを目的に、これに必要な人工知能技術とテレロボティクス技術の研究を行う。今年度の研究実績は以下のとおりである。1)再生・循環システムのモデルケースとして、ロボットを有した母船型地球観測プラットフォームとそこから繰り返し発進・帰還するオンデマンド観測の再利用小型観測衛星からなるシステムを想定し、そのシステム解析を行った。その結果に基づき、衛星を多数の細胞から構成することにより「衛星を軌道上で再成可能にする」セル型衛星を提案し、ロボットフレンドリーなセルの構造設計およびその部分試作を行った。このコンセプトは、衛星は燃料不足や機器交換などの必要に応じて母船に帰還し、そこのロボットにより衛生のセル交換やセル組み換えなどのメンテナンス作業を受け、再び軌道上に配備されるというサイクルを繰り返すものである。2)上記の宇宙システムの実験用装置として無重力状態を2次元的に模擬する装置を整備した。3)衛星の健康状態を知るため、ロボットに診断センサを持たせ、能動的に診断する技術の研究を行った。ロボットによりAEセンサ信号を処理しつつ自律的に構造診断する方法の有効性を実験的に示した。1)再生・循環型宇宙システムの代表例として、再構成,再利用が可能な新しいコンセプトのセル型衛星モデルを試作した。この衛星はロボットフレンドリーな構造をもつ複数セルから構成され、セルの交換や組み換えをロボットが行なうことにより、燃料補充や機器交換等の軌道上メンテナンスを実現するポテンシャルを有するものである。2)上記衛星モデルを対象とし、ロボットにより組立作業を行なうための衛星組立ステージ、視覚系およびマニピュレーション要素技術の開発を行ない、予備実験を開始した。また、タイトな部品間の結合に、GropingおよびWobblingのスキルが有効なことを明らかにした。

3)作業ロボットが何らかの要因で作業続行の困難を検知したとき、作業ロボット自身またはその行動を監視していた教示ロボットがその行動履歴および実行コマンドに付加された設計情報を分析し、適切な修正プランを動的に生成する手法の検討を行なった。持続的に発展する循環型社会の実現が求められてきている。宇宙開発においても、宇宙への輸送には多大なコストを必要とするため、宇宙活動の質を落とさず世界に伍したものとして持続的に発展させていくため、再生・循環型の宇宙システムへの構造転換を視野に入れた研究が重要と考えられる。ここでは、宇宙ロボットにより再生・循環型の宇宙システムの実現をサポートするための基礎技術を習得することを目的に、これに必要な人工知能技術とテレロボティクス技術の研究を行う。今年度の研究実績は以下のとおりである。1)再構成システムのためのロボットによる自律精密組立技術の開発ロボットによりシステムを再構成する際に問題となる、微小な機械的誤差や不確定性に起因する組立時スタック現象を作業現場(宇宙)で克服するため、反作用力をもとに探索し精密作業する技術を開発した。また、再構成・再利用が可能なセル型衛星モデル(再生・循環型宇宙システムの代表例として昨年度に試作)を対象とした組立実験を行い、開発した技術の有用性を実証した。2)意味的情報を利用した作業診断技術の検討ロボットによる作業理解やロボット間の教示技術の基盤として、行動の背景にある意味的情報を活用することによって合理的な作業診断を行う枠組みを検討し、そのプロトタイプを作成した。本枠組みは、人間による作業補助が困難な宇宙環境において、ロボットが自律で合理的かつ柔軟な作業理解と行動生成を実現するためのものである。本研究では、上記組立実験を対象とし、異常現象をそのときの作業文脈に応じて適切に解釈できることをシミュレーションによって示した。
植物細胞壁におけるホウ素の生理機能解明

植物の必須元素ホウ素(B)は、細胞壁でペクチンを架橋しゲル化させる役割を担っている。しかしこのゲルの機能は完全には理解されていない。本研究では、ペクチン内部のB結合部位であるRG-IIの合成阻害がシロイヌナズナにもたらす影響を解析した結果、RG-IIは、それが正常に合成されなければ細胞壁全体の構築が進行しない重要な構成要素であることが明らかとなった。またRG-IIがBで架橋されない場合、細胞壁強度の低下が引き金となり、病原菌感染時の過敏感反応と類似した細胞死が誘導されることが示唆され、B-RG-IIの生理的重要性が改めて示された。植物の微量必須元素ホウ素は、細胞壁においてペクチンのラムノガラクツロナンII領域(RG-II)を架橋し、多糖ゲルを形成させる役割を担っている。このゲル化の生理的意義を明らかにするため、架橋部位であるRG-IIの形成が阻害されたシロイヌナズナ変異株の解析を進めている。特に、RG-IIの特異的構成糖であるKDOの合成に必要な酵素CTP:KDOシチジリル転移酵素(CKS)に着目し、そのRNAi発現抑制株の解析を行った。用いたRNAi株はCKS遺伝子の発現量が野生型株の約1/2に低下しており根の伸長阻害等の表現型を示す。根伸長の速度論的解析、細胞壁成分の分析等から、RNAi株ではRG-II領域の形成抑制がペクチンのみならず細胞壁全体の形成を律速していることが示唆された。またその裏付けとして、RNAi株ではプロトプラストからの細胞壁再生が野生型株より遅延することも確認された。これらの知見は、細胞壁の新規構築におけるペクチンのゲル形成の生理的重要性を示すものである。RG-IIの細胞内局在を解析するため、シロイヌナズナおよびタバコ培養細胞BY-2から切片を作成し、抗RG-IIポリクローナル抗体を用いた免疫電子顕微鏡観察を行った。その結果、細胞壁に加えて分裂中の細胞の細胞板にもシグナルが検出され、細胞壁前駆体である細胞板においてもペクチンはホウ素とRG-IIによりゲル化している可能性が考えられた。更に、細胞板のRG-IIが実際にホウ素と結合しているか解析する手段として、ホウ素中性子捕捉反応を利用したホウ素のin situ可視化法の適用を検討した。26年度はシロイヌナズナおよびハツカダイコンを用いて根組織の固定包埋と切片作成法について検討し、少なくとも組織レベルの観察には、川本法による凍結切片作成が有効であることを確認した。ホウ素の結合座であるペクチンのラムノガラクツロナンII(RG-II)領域が形成される過程を解明するため、細胞分裂時に合成される細胞壁前駆体である細胞板にRG-IIが存在するかを、免疫組織化学の手法により検討している。前年度までに、免疫電子顕微鏡観察により、タバコ培養細胞の細胞板と推定される構造上に抗RG-II抗体によるシグナルが検出されることを示した。27年度は免疫蛍光染色の手法を用い、抗カロース抗体-抗RG-II抗体二重染色、あるいは抗チューブリン抗体-抗RG-II抗体二重染色を行うことで、この構造が細胞板であることを確認した。この結果から、RG-IIは分裂中の細胞の細胞板にも存在することが明らかとなり、ペクチンのホウ酸架橋は細胞壁形成の最初期段階でも形成され得ることが示唆された。更に、抗カロース抗体と抗RG-II抗体によるシグナルは近接して存在するものの完全には重ならないことから、カロースとRG-IIの細胞板上での局在は異なることも示唆された。またホウ素が欠乏し細胞壁ペクチンが架橋できない場合の植物の応答について解析した。シロイヌナズナの培地からホウ素を除去すると、根の伸長領域において1時間以内に細胞死が発生する。このように迅速な応答が生じる機構を明らかにするため、各種薬剤による細胞死の軽減について検討した結果、活性酸素の生成・蓄積、カルシウム流入、細胞膜の張力変化が応答に関与していることが示唆された。本研究で中性子捕捉反応に利用する予定であった京都大学の研究炉は、26年度の施設定期検査に際して運転停止した後、原子力規制委員会による新規制基準への適合確認審査が長期化しており、現在も運転再開に至っていない。このため27年度は中性子捕捉反応によるホウ素の局在性分析を実施することができず、当初計画に比べて遅延が生じている。植物の必須元素ホウ素(B)は細胞壁に局在し、ペクチンのラムノガラクツロナンII(RG-II)領域と特異的に結合しペクチンをゲル化させている。しかしそのペクチンゲルがいかなる生理機能を果たしているかは未だ明らかでない。そこで本研究では、B-RG-II架橋形成の撹乱に対するシロイヌナズナの生理応答を解析するとともに、B-RG-II架橋の形成過程についても検討した。シロイヌナズナをBを含まない培地に移すと1時間以内に根の伸長領域で細胞死が発生する。この迅速な応答をもたらす機構について検討した結果、昨年度までに明らかにしたカルシウム流入や活性酸素分子種の生成・蓄積に加え、一酸化窒素の生成・蓄積が一連の応答に関与していることを見出した。この知見や網羅的遺伝子発現解析の結果から、ホウ素欠乏応答は、細胞壁構造の不安定化(分解)を伴う病原菌感染応答と共通する応答を誘導する可能性が示唆された。

B-RG-II架橋構造が細胞壁構造の構築初期段階から存在するのか明らかにするため、細胞分裂時に形成される細胞壁前駆体である細胞板にRG-IIが存在するか、免疫組織化学的手法により検討した。新たに作成した抗RG-IIモノクローナル抗体を用いて解析した結果、シロイヌナズナ根端および茎頂の分裂組織において、分裂中の細胞の中央部にエピトープが検出された。そのシグナルは抗カロース抗体によるシグナルと共局在したことから、細胞板にRG-IIが存在すると考えられた。これは昨年度までにポリクローナル抗体とタバコ培養細胞を用いた実験で得られた知見と一致する結果であり、B-RG-II架橋構造は細胞壁構築の初期段階から存在することが改めて示唆された。植物の必須元素ホウ素(B)は、細胞壁でペクチンを架橋しゲル化させる役割を担っている。しかしこのゲルの機能は完全には理解されていない。本研究では、ペクチン内部のB結合部位であるRG-IIの合成阻害がシロイヌナズナにもたらす影響を解析した結果、RG-IIは、それが正常に合成されなければ細胞壁全体の構築が進行しない重要な構成要素であることが明らかとなった。またRG-IIがBで架橋されない場合、細胞壁強度の低下が引き金となり、病原菌感染時の過敏感反応と類似した細胞死が誘導されることが示唆され、B-RG-IIの生理的重要性が改めて示された。RG-II合成阻害の影響の解析についてはプロトプラストからの細胞壁再生、HPLCあるいはHPLC-質量分析を用いた細胞壁KDO含量の測定系等の実験系が確立され、想定した結果が得られつつある。中性子捕捉反応によるホウ素のin situ可視化については、原子炉の運転停止により当初計画どおりの照射実験は実施できなかったものの、切片作成法に関する条件検討が順調に進んでおり、今後照射実験を再開できれば実際のデータ取得を効率的に進められると考えている。研究炉は28年度中には運転再開する可能性が高いので、実施できていなかった中性子捕捉反応を利用した解析が再び実施可能になると考えられる。捕捉反応によって生じる中性子飛跡痕の可視化条件などは炉の停止中も検討を進めていたので、再稼動後は、それら予備実験で得た知見をもとに効率的に解析を進める。植物栄養学引き続きCKS RNAi株の解析を通じRG-IIの合成阻害の影響を解析する。CKS発現抑制が細胞壁構築に及ぼす影響については画像解析等を援用しより詳細な解析を行う。ホウ素のイメージング解析については、中性子源として原子炉に加え加速器を利用することでより効率的に研究を進める。京都大学原子炉実験所の研究炉が運転停止中のため、中性子捕捉法によるホウ素の組織内局在分析を実施できず、これに使用する予定であった研究費(物品費、旅費等)が未使用となった。京大原子炉は26年度に定期検査のため運転停止し、その後原子力規制委員会による新規制基準(本研究計画の応募後に制定)への適合審査が長引いているため年度内に運転再開に至らなかった。このためホウ素のin situイメージング解析における照射実験の実施回数が当初計画を下回り、関連する経費に残額が生じた。28年度は研究炉が稼動する見込であり27年度に実施予定であった研究も繰り下げて実施する予定である。当該研究に使用予定であった未使用分の研究費はその研究に使用する。原子炉の運転再開になお時間を要すると考えられることから、ホウ素イメージング解析には加速器を照射中性子源として用いることを検討中である。
空間構造と年齢構造を含む感染症流行モデルとしての非線形反応拡散方程式系の解析

2018年度は、感染症の流行を表す数理モデルのうち、年齢構造と空間構造をもつ非線形偏微分方程式系で表されるモデルに焦点を置き、それらの数学的性質の解析を行った。特に、感染症の侵入時において感染者一人あたりが感染する新規感染者数の期待値を意味する基本再生産数Roと呼ばれる疫学的指標に着目し、Ro < 1ならば感染症が根絶される状況を意味する自明定常解が大域的に漸近安定となり、Ro > 1ならば感染症が定着する状況を意味する正の非自明定常解が大域的に漸近安定となるかという問題に、リャプノフ安定性理論や比較原理などを用いて取り組んだ。本年度に研究対象としたモデルとして、年齢構造と空間構造をもつSIS感染症モデル、複雑ネットワーク上の複数株SIS感染症モデル、年齢構造をもつSIR感染症モデル、非局所的な空間拡散をもつSIR感染症モデル、マルチグループ年齢構造化SIR感染症モデルが挙げられる。特に、マルチグループ年齢構造化SIR感染症モデルに対する解析結果を、国内の性器クラミジア感染症の患者報告数の疫学データに応用することで、同感染症の流行強度を表す基本再生産数Roの推定値を導出し、モデルの性構造よりも年齢構造の方がRoの推定値に与える影響が大きいという結果が得られた。さらに共同研究として、結核の数理モデル、薬物の流行などに適用できる一般化された年齢構造化モデル、造血幹細胞の増殖を表す数理モデルの力学系的性質の解析を行い、系の漸近挙動を決定づける基本再生産数Roやそれに相当する閾値条件を導出した。平成27年度は、空間構造や年齢構造を持つ感染症の数理モデルの一般的な形として、集団における個体毎の異質性(位置、年齢、性別など)を考慮することが出来る多状態感染症モデルの研究を行った。Muroya and Kuniya (2015)では、免疫の失効の影響を取り入れた多状態SIRS感染症モデルを遅延微分方程式系として構築し、感染症が根絶される状況に相当するdisease-freeな平衡解と、定着する状況に相当するendemicな平衡解の大域的な漸近安定性が、基本再生産数と呼ばれる閾値によって左右されることを数学的に証明した。またMuroya, Kuniya and Enatsu (2015)では、感染力に一般的な非線形性を仮定し、さらに感染の再発の影響を考慮に入れた多状態SIRS感染症モデルの解析を行った。Wang, Muroya and Kuniya (2015)およびKuniya and Muroya (2015)では、感染から回復した個体が免疫を持たないと仮定された多状態SIS感染症モデルに対し、それぞれパッチ構造と変動人口を導入することで拡張されたモデルの解析を行った。また、年齢構造を持つ感染症の数理モデルとして、Wang, Zhang and Kuniya (2015)ではHIV感染症(エイズ)の体内の細胞とウイルスのモデルを構築し、解析を行った。またWang, Zhang and Kuniya (2016)ではコレラのモデルを構築し、解析を行った。以上の研究において、いずれも基本再生産数あるいはそれに相当する閾値が導出され、感染人口や感染細胞を表す解の根絶と定着はそれらによって左右されることが力学系理論の側面から明らかにされた。本研究で目的としている、空間構造と年齢構造を同時に含む非線形反応拡散系としての感染症モデルに関する解析結果を平成27年度中に得ることが出来なかったため。一方で、空間構造あるいは年齢構造のいずれかの構造を含むモデルについては、上述の様に多くの研究実績が得られたので、それらを基盤として今後の研究を展開したい。当該年度は、個体の異質性(年齢や性別、位置など)を考慮する上で重要となる構造化感染症モデルに対し、感染症の初期流行の有無を判別するための閾値である基本再生産数Roと、将来的な感染症の定着あるいは根絶との関係を数学的な立場から明らかにすることが出来た。Kuniya and Wang (2016, Appl. Anal.)では、空間構造を持つ非線形反応拡散系のSIR感染症モデルに対し、離散化された系に対するLyapunov関数の形状を元に、元の系に対して有効となるLyapunov関数を得ることに成功した。結果として、未感染個体あるいは感染個体のいずれかのみが拡散する状況において、Ro < 1であれば感染症の無い状態を意味する自明平衡解が大域的に漸近安定となり、Ro > 1であれば感染症が定着する状態を意味するエンデミックな非自明平衡解が大域的に漸近安定となることを証明することが出来た。Wang, Yang and Kuniya (2016, J. Math. Anal. Appl.)では、ウイルスの拡散が仮定された体内の細胞の感染のモデルを考案し、上述のLyapunov関数の構築手法を利用することで、各平衡解の大域的漸近安定性に関するRoの同様の閾値的性質を示すことが出来た。Kuniya, Wang and Inaba (2016, Disc. Cont. Dyn. Syst. B)では、年齢構造と集団構造を同時に考慮した一般的な形状のSIR感染症モデルに対し、Ro < 1ならば感染症の無い自明平衡解が大域的に漸近安定となることを証明した。また死亡率と回復率が年齢に依存せず、感染率が感染される個体の状態にのみ依存するという仮定の元で、Ro > 1ならば感染症が定着するエンデミックな平衡解が大域的に漸近安定となることを証明した。