hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
「XAFSによる食品科学」の開拓へ向けたCaの化学状態分析と骨粗鬆症対策への展開

本研究課題では、旧来の食品科学に、X線吸収微細構造分光法(XAFS)による元素選択的な非破壊化学状態分析を持込み、「XAFSによる食品科学」という新たな学術領域の開拓に繋げることを目指している。特にCaに注目し、XAFSによる食品中のCaの化学状態分析を行い、人体吸収率の高いCaの化学状態・化合物の解明を進めている。今年度は、昨年度に当初計画通り開発したXAFSと紫外可視分光法(UV-Vis)の同時測定(同軸測定)が可能な複合的実験環境の改良、液状試料の測定、調理過程を考慮した測定などを行なった。また、当初予定に加えて、食べ合わせを考慮したCaの人体吸収を想定した実験にも取り組んだ。XAFSとUV-visの同時あるいは同軸測定が可能な複合的実験環境の開発においては、当初計画通り、X線の入射方向と直交する方向でUV-Vis測定を行えるものとした。予定通りの開発ではあったが、この測定条件をより柔軟にすることで測定の自由度、精度等が向上すると考えられる状況が見えてきた。そこで、XAFSとUV-visの同時あるいは同軸測定が可能な複合的実験環境を改良した。具体的には、X線の入射方向と直交する方向だけでなく、45度を中心として広い角度範囲でUV-Vis測定を行えるように改良した。事実上、任意の角度での測定が可能となった。これにより、試料の状況に応じて最適な測定角度が選べるようになった。特に、XAFSの蛍光収量法での測定が容易になり、濃度を含め幅広い試料条件に対応できるようになった。食べ合わせを考慮したCaの人体吸収を想定した実験では、詳細は検討中であるが、当初予想しなかった興味深いデータが得られたと考えている。今年度は、これまでのホウレン草のCaの化学状態分析の知見を活かし、小松案等の野菜類のXAFS測定を行った。野菜類に加え、大豆等の豆類のXAFS測定も行った。これにより、野菜類と豆類の比較検討が可能となるデータが収集できたと考えている。また、溶解度が低く、人体吸収率が低いと考えられる標準Ca化合物の測定も行った。測定した野菜類、豆類のスペクトルの特徴と、標準Ca化合物のスペクトルの特徴等から今後詳細な検討を行う予定である。また、平成29年度に計画している液体状の食品の測定のための予備実験も行った。液体状の食品の測定方法はいくつか考えられるが、最も簡易な方法として、ポリエチレン等のバッグに封入する方法が挙げられる。但し、CaのK吸収端という比較的低エネルギーのXAFS測定であるため、バッグの厚みによる信号強度低下も懸念された。また、周囲の環境からのコンタミネーションの防止や妨害元素を含有しないことなども必要な条件である。検討の結果、液体状の試料の測定に使用可能と考えられる方法を見出し、試すことが出来た。当初計画通り野菜類等のCaのXAFS測定を遂行できた。今年度は、液状試料の測定、XAFSと紫外可視分光法(UV-vis)の同時測定(同軸測定)が可能な複合的実験環境の開発を行なった。液状試料としては、牛乳、豆乳等を用いた。得られたスペクトルの特徴を標準Ca化合物のそれと比較し、詳細な検討を進めている。XAFSと紫外可視分光法(UV-vis)の同時測定(同軸測定)が可能な複合的実験環境の開発においては、XAFS測定環境にUv-vis測定環境を持ち込めるよう、設計と開発を行った。開発したXAFS&UV-vis複合測定環境は、特に液体試料の測定に威力を発揮する。液体状の食品として、例えば以下の2つの場合が考えられる。固体Ca化合物が液体中に分散している場合、あるいは何らかの配位子と錯形成したCa錯体として溶解している場合、である。このような液体試料の非破壊分析では、XAFSに加えて、同じ実験環境でUV-vis測定を行うことで研究をより深めることが出来ると期待される。このXAFS&UV-vis複合測定環境は、当初計画通り、X線の入射方向と直交する方向でUV-vis測定を行えるものとして開発した。予定通りの開発ではあったが、この測定条件をより柔軟にすることで測定の自由度、精度等が向上すると考えられる状況が浮かび上がってきた。そのため、今後の改良に向けた検討も行った。当初計画通り、XAFSと紫外可視分光法(UV-vis)の同時測定(同軸測定)が可能な複合的実験環境の開発等を遂行できた。

特にCaに注目し、XAFSによる食品中のCaの化学状態分析を行い、人体吸収率の高いCaの化学状態・化合物の解明を進めている。今年度は、昨年度に当初計画通り開発したXAFSと紫外可視分光法(UV-Vis)の同時測定(同軸測定)が可能な複合的実験環境の改良、液状試料の測定、調理過程を考慮した測定などを行なった。また、当初予定に加えて、食べ合わせを考慮したCaの人体吸収を想定した実験にも取り組んだ。XAFSとUV-visの同時あるいは同軸測定が可能な複合的実験環境の開発においては、当初計画通り、X線の入射方向と直交する方向でUV-Vis測定を行えるものとした。予定通りの開発ではあったが、この測定条件をより柔軟にすることで測定の自由度、精度等が向上すると考えられる状況が見えてきた。そこで、XAFSとUV-visの同時あるいは同軸測定が可能な複合的実験環境を改良した。具体的には、X線の入射方向と直交する方向だけでなく、45度を中心として広い角度範囲でUV-Vis測定を行えるように改良した。事実上、任意の角度での測定が可能となった。これにより、試料の状況に応じて最適な測定角度が選べるようになった。特に、XAFSの蛍光収量法での測定が容易になり、濃度を含め幅広い試料条件に対応できるようになった。食べ合わせを考慮したCaの人体吸収を想定した実験では、詳細は検討中であるが、当初予想しなかった興味深いデータが得られたと考えている。当初計画通り進める。XAFS&UV-vis複合測定環境の自由度を上げる改良を行うと共に、当初計画通り進める。メーカーキャンペーン等により、当初見込みより低価格で機器を購入できたため。(理由)現有機器の活用および当初見込みより低価格で機器を購入できたため。(使用計画)測定環境の充実等に充てる。液体試料測定環境の整備等に充てる。
大規模分散可視化管理制御機構VaaSを中核としたデータサイエンス・プラットホーム

本研究では、大規模可視化装置(タイルドディスプレイ)を複数拠点の研究者らがデータ解析、データ可視化を行える研究基盤の実現を目指し、複数の研究拠点の研究者らが地理的に分散する科学データ、計算処理された解析結果の意味を直感的に理解できるよう可視化・共有し、協調・連携して大規模なデータを扱う科学研究を容易に行えるデータサイエンス・プラットホーム(DS-Platform)を構築した。さらに、構築したプラットホームを国際的な広域ネットワーク環境上に展開を行い、実証実験を通じ、DS-Platformの有用性・有効性について検証・確認を行った。本研究では、複数の研究拠点の研究者らが地理的に分散する科学データ、計測処理された解析結果の意味を直感的に理解できるよう可視化・共有し、協調・連携して大規模なデータを扱う科学研究を容易に行えるデータサイエンス・プラットホームを実現することを目的とする。本年度は、複数の研究拠点の研究者らが地理的に分散する科学データ、あるいは計算処理された解析結果の意味を直感的に理解できるよう可視化しつつ、協調・連携して研究開発を推進できる研究プラットホームの構築を目的とし、複数のタイルドディスプレイを中央集権的に管理・制御する大規模分散可視化管理制御機構の全体設計と機構内機能設計を主として実行した。より具体的には、下記3フェーズに基づいた研究を実施した。[phase 1]脆弱性解析:本フェーズでは、ユーザとなる研究者および技術者のユースケースを考察する事により、通常処理と例外処理の両面からタイルドディスプレイ用ミドルウェアSAGEの脆弱性を解析した。[phase2]全体設計とモジュール設計:本開発フェースでは、前フェーズで明らかにした脆弱性から、複数のタイルドディスプレイを用いて構築するDS-Platformの耐故障性を向上させる管理・制御機構の詳細設計を行なった。[phase 3]異常検知・復旧機能、ネットワークコネクション制御・管理機能の実装:本フェースでは、大規模分散可視化管理制御機構VaaSの中核機能の実装に着手した。本研究では、複数の研究拠点の研究者らが地理的に分散する科学データ、計算処理された解析結果の意味を直感的に理解できるよう可視化・共有し、協調・連携して大規模なデータを扱う科学研究を容易に行えるデータサイエンス・プラットホーム(DS-Platform)を実現することを目的とする。本年度は、前年度実施した実験、実証実験に加えた、大幅な追加評価の結果に基づきつつ、前年度に実施した大規模分散可視化管理制御機構の設計に基づき、本モジュールの中核となる機能およびインタフェースの実装、実証実験による評価を行った。本計画に基づき、本年度は下記の2フェーズを実施した。[Phase 4]クラウドインタフェースおよびDS-Platformの実装:本フェーズでは、前フェーズで実装したタイルドディスプレイ異常検知・復旧機能、ネットワークコネクション制御・管理機能を管理者、ユーザである研究者が容易に利用できるよう、クラウドインタフェースを実装し、複数拠点を接続して可視化データを共有可能なDS-Platformとして構築した。[Phase 5]実証実験と評価による成果とりまとめ:最終フェーズとなる本段階では、本フェーズまでに実装した大規模分散可視化管理制御モジュールを実際に国際的な広域環境下に適用し、実証実験を行うことで、実環境下における有用性を検証・評価した。これらの成果をとりまとめた国際会議論文の発表を行った。本研究では、平成27年度の研究開発として、[Phase 4]クラウドインタフェースおよびDS-Platformの実装、[Phase 5]実証実験と評価による成果とりまとめの2フェーズから構成した。[Phase 4]は、前年度実施した[Phase 3]異常検知・復旧機能、ネットワークコネクション制御・管理機能の実装、で実装するタイルドディスプレイ異常検知・復旧機能、ネットワークコネクション制御・管理機能を管理者、ユーザである研究者が容易に利用できるよう、クラウドインタフェースを実装し、DS-Platformのプロトタイピングを完了済みである。[Phase 5]は、本フェーズまでに実装した大規模分散可視化管理制御モジュールを実際に国際的な広域環境下に適用し実証実験を行うことを目的として実施した。国内・国際的な環境下での実証実験は予定通り実施したが、本研究成果の改良を目的として前年度に実施した大幅な追加評価の結果の反映部分の検証が未解決となっている状況があり、論文発表等成果とりまとめがやや遅れている状況がある。以上のように、当初予定より、よりよい研究成果を目的としたことが要因ではあるが、やや遅れていると判断した。本研究では、複数の研究拠点の研究者らが地理的に分散する科学データ、計算処理された解析結果の意味を直感的に理解できるよう可視化・共有し、協調・連携して大規模なデータを扱う科学研究を容易に行えるデータサイエンス・プラットホーム(DS-Platform)を実現することを目的とした。本年度は、昨年度実施した本研究成果の改良を目的とした追加機能を中心に、広域環境下での本研究成果の追加実証実験・評価を行い、実広域環境下における研究者が協調・連携して大規模かつ大容量なデータを扱う科学(データサイエンス)研究を容易に推進できる研究基盤としての有用性を評価した。さらに、本研究成果をまとめた国際会議、論文執筆等の成果発表に注力した。本研究成果により、複数拠点に構築される大規模可視化装置(タイルドディスプレイ)を中央集権的に管理・制御したり、研究者の可視化ニーズに応じた、SAGEやParaviewを対象とした可視化ソフトウェアの高速な切り替え機能を備えた大規模分散可視化管理制御機構VaaSを実現した。より具体的には、遠隔可視化実施時における可視化ユーザの操作に対応した、帯域や遅延などのネットワークパラメータ変動、あるいはネットワーク異常時に応じた動的ネットワークフローを制御技術、直感的なインタフェースを備えた高速可視化ソフトウェアスタック切り替え技術の実現により、データサイエンスを支える大規模可視化技術を開発した。

また、本報告書執筆時点において、当該成果は国際研究プロジェクトPRAGMAを通じた国際共同研究や、大阪大学サイバーメディアセンターの有する大規模可視化装置上でのサービス展開にむけた試験運用実施等の成果につながっている。本研究では、大規模可視化装置(タイルドディスプレイ)を複数拠点の研究者らがデータ解析、データ可視化を行える研究基盤の実現を目指し、複数の研究拠点の研究者らが地理的に分散する科学データ、計算処理された解析結果の意味を直感的に理解できるよう可視化・共有し、協調・連携して大規模なデータを扱う科学研究を容易に行えるデータサイエンス・プラットホーム(DS-Platform)を構築した。さらに、構築したプラットホームを国際的な広域ネットワーク環境上に展開を行い、実証実験を通じ、DS-Platformの有用性・有効性について検証・確認を行った。本研究では、平成26年度の研究開発計画として、[Phase 1]脆弱性解析、[Phase 2]全体設計とモジュール設計、[Phase 3]異常検知・復旧機能、ネットワークコネクション制御・管理機能の実装、の3フェーズから構成した。[Phase 1]は、ユーザとなる研究者および技術者のユースケース(使用パターン)を考察することにより、通常処理と例外処理の両面からSAGEの脆弱性を解析し、複数拠点のSAGEによるタイルドディスプレイを中央集権的に統括する大規模分散可視化管理制御機構VaaSを実際に構築する際の課題を明確にし、完了済みである。[Phase 2]は、上述の[Phase 1]における解析で明確化された、大規模分散可視化管理制御機構VaaSを構築する際に想定されるSAGEの脆弱性から、複数のタイルドディスプレイを用いて構築するデータサイエンス・プラットホーム(DS-Platform)の耐故障性を向上させる管理・制御機構の詳細設計を行った。[Phase 3]では、上述の[Phase 2]での設計に基づき、本課題で構築する大規模分散可視化管理制御機構VaaSの中核であるタイルドディスプレイ異常検知・復旧機能、ネットワークコネクション制御・管理機能についての実装を推進した。以上の通り、当初予定通りの[phase 1][phase3]を完了しており、本年度の達成度として、おおむね順調と判断した。次年度は、本研究成果の改良を目的とした追加機能を中心に、広域環境下での本研究成果の追加実証実験・評価を行う。これにより、当初予定以上の研究成果を導出・創出することを目的とする。合わせて、国際会議発表、論文執筆等による成果発表に注力する。マルチメディア情報学本研究での基盤技術となるタイルドディスプレイミドルウェア
がん手術がもたらす腹腔内遊離癌細胞の癌転移能獲得機序の解明とその治療法の開発

胃癌治癒手術後も高頻度に発症する腹膜再発の形成機序を解明し、術後再発させない治療法開発を研究の目的とした。腹膜再発の原因となるviable癌細胞は、癌浸潤漿膜面やリンパ管内、血管内の他、胃切除後の残胃内腔にも存在した。これらの癌細胞はCD44を発現する癌幹細胞様細胞を含み、術中の腹腔内洗浄液中にがん細胞が培養検出された症例にのみ癌再発が発生した。術中散布癌細胞をターゲットとした術中腹腔内温熱化学療法(HIPEC)は、有意に術後再発を抑制した。胃癌手術が癌幹細胞を含む癌細胞を腹腔内へ散布させ、これら散布癌細胞が癌再発の源となっていた。この転移の源をHIPECにより有効に治療できることがわかった。胃癌治癒手術中に術後腹膜転移形成の源となる癌細胞(分裂能、腫瘤形成能を有する)が腹腔内に散布され、腹膜再発することが、最近の研究で明らかとなった。これら術中の腹腔内散布癌細胞が腹膜転移を形成する機序を、散布癌細胞の分化と手術による癌微小環境の変化に着目し、癌幹細胞様細胞の存在や分化癌細胞の脱分化、および、癌細胞や腹膜中皮細胞の上皮間葉転換(EMT)の側面から検討することを目的に研究を進めてきた。1手術中の腹膜転移発症機序の解明として、1)腹腔内散布癌細胞には、癌幹細胞様の腹膜転移形成に有利な細胞が含まれているかどうかを検討した。胃癌手術中に散布される腹腔内散布癌細胞を用いて、CD44 (CD44s, CD44v6, CD44v9)の発現を免疫細胞染色およびフォローサイトメトリーで調べ、癌幹細胞様細胞の存在を調べた。癌幹細胞の特徴であるsphere形成やES細胞特異的遺伝子の発現を調べた。2)消化器癌手術侵襲により、分化した癌細胞に脱分化や上皮間葉転換(EMT)が起こり、腹膜転移形成するのかどうかを検討した。また同時に腹膜中皮にEMTが起こるのかを検討した。1.癌手術操作による局所環境の変化を、手術開始時の腹腔内洗浄液と、腹腔内留置ドレーン排液の各種サイトカインの経時的変化を調べた。2.胃癌細胞株(SGC7901)や術中散布癌細胞の幹細胞様細胞を手術侵襲関連サイトカイン(TGF-βなど)と共にin vitro培養し、脱分化の変化、紡錘状への細胞形態変化、さらにEMTマーカー(E-カドヘリン発現、Vimentin発現、αSMA発現など)によるEMT誘導を調べた。3.大網から採取した腹膜中皮細胞(HPMC)について、TGF-β添加による、上皮マーカー(E-カドヘリンなど)や間葉系表面マーカー(vimentinなど)の変化を調べた。平成27年度に解決すべき課題であった、1術中散布癌細胞には、癌幹細胞様の、腹膜転移形成能のある細胞が含まれているのか?2.癌手術による手術局所の炎症は、術中散布癌細胞や腹膜中皮細胞に、転移形成に重要な上皮間葉転換(EMT)を誘導するのか?3.手術局所の炎症は、分化癌細胞の脱分化を誘導し、癌幹細胞様の変化を引き起こすのか?などについて、おおむね順調に研究を進めることができたと考えます。1手術中の腹膜転移発症機序の一端を解明するため、1)胃癌手術による腹腔内散布癌細胞の腹膜腫瘤形成能の検討を行った。胃癌手術前には腹腔内に癌細胞が認められなかった症例で、手術中に腹腔内散布した散布癌細胞を用いて、散布癌細胞中の癌幹細胞様細胞の存在を、免疫細胞染色法によりCD44standard, CD44-variant6, CD44-variant9, ALDHの発現で確かめた。その結果、多くの胃癌手術中に、癌幹細胞様細胞を腹腔内に散布していることがわかった。また、胃癌の胃壁浸潤最深部(ITF)におけるCD44s, CD44-v6, CD44-v9の発現と再発予後との関連を調べてみると、ITFにける癌幹細胞様細胞の発現は他の臨床病理学的因子とは無関係に、独立した腹膜再発発症の危険因子で有り、独立した腹膜再発予後不良因子である事がわかった。(Br J Cancer. 2017 17;116(2):186-194)2)消化器癌手術侵襲による、癌細胞の脱分化(reprogramming)や上皮間葉転換(EMT)誘導の検討を行った。癌微小環境の形成に重要な腹膜中皮細胞のEMT誘導の検討として、手術侵襲により産生され、EMT誘導の代表的サイトカインTGF-β添加や、胃癌術後のドレーン排液とともに、胃癌細胞や大網由来腹膜中皮細胞(HPMC)を培養し、癌細胞の脱分化誘導やHPMCのEMT誘導を調べた。3)HIPECによる、腹膜中皮細胞・癌微小環境の変化と癌細胞の腹膜腫瘤形成能への影響の検討するため温熱環境下において、TGF-β条件下での癌細胞やHPMCの脱分化やEMT誘導の抑制を検討した。消化器癌手術侵襲による、癌細胞の脱分化の評価には困難さを伴うが、おおむね研究は順調に進行している。1手術中の腹膜転移発症機序の解明胃癌手術による腹腔内散布癌細胞の腹膜転移形成能の検討をおこなった。

腫瘍先進部(ITF)にCD44陽性癌幹細胞(CSC)様細胞が存在する症例は陰性例に比べ、術後腹膜再発が有意に多く(43.4% vs. 5.8%, P<0.001)有意に予後不良だった(P<0.0001)。R0手術後の腹腔洗浄液を採取し細胞培養を行ったところ、腹腔内がん細胞培養(CCC)陽性症例[47/93 (50.5%)]のみが術後腹膜再発[18/47 (38.3%)]し、CCC中にはCD44陽性CSC様細胞が存在した。一方、術後CCC陽性患者の原発巣ITFやリンパ節転移巣にはCD44陽性CSC様細胞が存在した。さらに、術後腹膜再発患者の癌性腹水中にはCD44陽性CSC様細胞を認めた。よって、CD44陽性CSC様細胞は、胃癌浸潤最深部およびリンパ節転移に由来し、手術中に腹腔内散布し、術後腹膜転移の原因となると推察できた。2術中散布癌細胞と術後再発形式との関連R0手術後のCCC陽性症例のみが腹膜再発のみならず、肝再発や遠隔リンパ節再発を発症した。しかし、CCC陰性症例には、再発は認められなかった。3術中散布癌細胞をターゲットとした術中腹腔内治療による再発予防R0手術後のCCC陽性症例に対して、術中腹腔内温熱化学療法(HIPEC)を施行した症例と非施行症例(NO HIPEC)の無再発生存を比較すると、両群間で臨床病理学的背景に差は無かったが、術中HIPEC施行例は、腹膜再発、肝再発、リンパ節再発を有意に抑制し、無再発生存率が有意に良好であった。術中散布癌細胞をターゲットとした術中腹腔内治療により胃がん再発予防効果が期待できる。胃癌治癒手術後も高頻度に発症する腹膜再発の形成機序を解明し、術後再発させない治療法開発を研究の目的とした。腹膜再発の原因となるviable癌細胞は、癌浸潤漿膜面やリンパ管内、血管内の他、胃切除後の残胃内腔にも存在した。これらの癌細胞はCD44を発現する癌幹細胞様細胞を含み、術中の腹腔内洗浄液中にがん細胞が培養検出された症例にのみ癌再発が発生した。術中散布癌細胞をターゲットとした術中腹腔内温熱化学療法(HIPEC)は、有意に術後再発を抑制した。胃癌手術が癌幹細胞を含む癌細胞を腹腔内へ散布させ、これら散布癌細胞が癌再発の源となっていた。この転移の源をHIPECにより有効に治療できることがわかった。引き続き、手術中の腹膜転移発症機序の解明のために、癌手術後の腹腔内環境での癌細胞の脱分化やEMT誘導の検討する。具体的には、胃癌、膵癌術後の腹腔内留置ドレーンからの排液を経時採取し、術後ドレーン排液と胃癌細胞株、膵癌細胞株、あるいは、腹腔内散布癌細胞とを共培養し、幹細胞様癌細胞の増加(脱分化誘導)の有無や、EMT誘導を調べる。マウス腹腔内での手術侵襲下における腹膜中皮と癌細胞のEMT誘導と、温熱よる抑制を検討する。具体的には、マウス腹腔内において、TGF-β存在下で、腹膜中皮と癌細胞の形態変化及びEMTマーカーの変化を調べる。さらにマウス腹腔内において、TGF-β存在下での腹腔内散布癌細胞の生着率増加と、腹腔内を温熱環境(42°C)にした時の、癌細胞生着率低下を調べる。腹腔内温熱化学療法(HIPEC)による、腹腔内の癌微小環境が変化と、癌細胞の腹膜腫瘤形成能への影響を、温熱環境下での、癌細胞および腹膜中皮細胞の脱分化誘導抑制やEMT誘導抑制で調べる。HIPECによる癌微小環境の変化と癌細胞の幹細胞性獲得の抑制・EMTの抑制を検討するために、HIPEC施行後の胃癌患者のドレーン排液を経時採取し、HIPEC術後ドレーン排液と胃癌細胞株、あるいは、腹腔内散布癌細胞とを共培養して、癌幹細胞様細胞の増加や、EMT誘導を、非HIPEC症例と比較する。
ユークリッド空間における球面DGS理論の拡張

ユークリッド空間,またはその球面上の有限個の点の配置において,どのようなものが"良い"と言えるかという問題は,代数的組合せ論の主問題のひとつである."良い"有限集合としてs距離集合,求積公式(球面デザイン,ユークリッドデザイン)等があげられる.また特に良い有限集合に対しては,代数的構造(アソシエーションスキーム,コヒアラント配置)が付随することが知られる。Delsarte,Goethals,Seidel(1977)は球面上の有限集合に対して,s距離集合,球面デザイン,アソシエーションスキームを結び付ける極めて美しい理論を確立させた.本研究の目的の一つは,その理論(DGS理論)をユークリッド空間へと拡張させることであった.篠原雅史氏(鈴鹿高専)との共同研究により,その問題の部分的解決にあたるユークリッド空間上の2距離集合とユークリッド2デザインの関係について,DGS理論を拡張することに成功した(投稿中).また関連する話題として,複素球面上の2距離集合の概念にあたる2コードに対して,実球面で知られている結果の類似を与え,最大2コードの存在性が良く知られたskew Hadamard matrixの存在性と同値であることを示した(須田庄氏との共同研究).その中で,付随する有向グラフの固有値に関する特徴づけも与えている(投稿中).また実既約鏡映群の軌道から得られる球面デザインの最大の強さに言及した澤正憲氏(名古屋大)との論文がCanad.J.Math.に掲載されることが決まった.ユークリッド空間上の有限集合で,互いに異なる2つの元のユークリッド距離の種類の個数がsであるものをs距離集合と呼ぶ。次元とsを固定したときに,元の個数の最大値を決定することが,s距離集合の主な問題の一つである。元の個数を大きくすると,距離に何らかの制限がつき,自由度が小さくなっていくことに気づく。その制限をどう数学的に記述できるかが,大きな問題の一つであった。sが2であるとき,Larman-Rogers-Seidelは距離の二乗比が整数比(k:k-1)になることを1977年に示している。それが良い制限になり,2距離集合は大きな進展を見せてきた。sが3以上であるとき,ラーマンたちの比の拡張が望まれていたが,30年以上進展を見せず,その比がどうなるかという予想も明確になっていない状況だった。21年度の大きな進展は,このラーマンたちの比の拡張を,sが全ての場合において,非常に簡明な証明と共に与えたことである。また,その比は次元に依存する関数により抑えられる。この拡張を用いて,いくつかの応用に成功した。球面上の距離集合について,デルサルトの線形計画法による上界と,私が示した既存の上界を改善する上界,そして,今回のラーマンたちの定理の拡張により,sが3のときの元の個数の上界を改善した。特に次元が8のとき,その最大値が120であることを決定した。2つ目の応用として,アソシエーションスキームとの関連を調べた。クラスsのアソシエーションスキームはs距離集合として球面に埋め込める。Q多項式アソシエーションスキームについて,その埋め込みに対する今回与えた比が,その指標表から容易に読み取れることが分かった。また逆にその比が読み取れることがアソシエーションスキームがQ多項式となる条件である。球面の議論からQ多項式アソシエーションスキームの本質に迫る成果を上げることが出来た。ユークリッド空間,またはその球面上の有限個の点の配置において,どのようなものが"良い"と言えるかという問題は,代数的組合せ論の主問題のひとつである。"良い"有限集合としてs距離集合,求積公式(球面デザイン,ユークリッドデザイン)等があげられる。特に良い有限集合に対しては,代数的構造(アソシエーションスキーム,コヒアラント配置)が付随することが知られる。本研究では関連する問題に対して成果を挙げることに成功した。球面tデザインとs距離集合の両方の性質を持つ球面上の有限集合に対して,既存の上界を改善することに成功した(須田氏(東北大)との共同研究)。また,その論文では特別な性質をもつアソシエーションスキームであるQ多項式スキームについての,新しい上界も与えている[論文投稿中]。栗原氏(東北大)との共同研究により,Q多項式スキームを,Larmanたちの定理の一般化に用いた値を使うことにより,特徴づけることに成功した[論文投稿中]。その双対として知られるP多項式スキームについても同様の結果を得て,執筆中である[栗原氏との共同研究]。平尾氏(名古屋大),澤氏(名古屋大),Vatchev氏(UTB(US))との共同研究により,ある特別なユークリッド空間上の求積公式の非存在定理をLarman-Rogers-Seidelの定理を用いて,与えることにも成功した[論文投稿中]。Delsarte,Goethals,Seidel(1977)は球面上の有限集合に対して,s距離集合,球面デザイン,アソシエーションスキームを結び付ける極めて美しい理論を確立させた.本研究の目的の一つは,その理論(DGS理論)をユークリッド空間へと拡張させることであった.

篠原雅史氏(鈴鹿高専)との共同研究により,その問題の部分的解決にあたるユークリッド空間上の2距離集合とユークリッド2デザインの関係について,DGS理論を拡張することに成功した(投稿中).また関連する話題として,複素球面上の2距離集合の概念にあたる2コードに対して,実球面で知られている結果の類似を与え,最大2コードの存在性が良く知られたskew Hadamard matrixの存在性と同値であることを示した(須田庄氏との共同研究).その中で,付随する有向グラフの固有値に関する特徴づけも与えている(投稿中).また実既約鏡映群の軌道から得られる球面デザインの最大の強さに言及した澤正憲氏(名古屋大)との論文がCanad.J.Math.に掲載されることが決まった.
勘物・古筆資料からみた勅撰集の受容と変容

本年度は、『古今和歌集』と『後撰和歌集』の伝木のうち、藤原定家が校訂し、書写した証本に着目し、研究発表と学術論文を公表した。定家本『後撰和歌集』に関しては、学会発表「定家本『後撰和歌集』の性格」において、藤原清輔が提示していた「未定稿説」を定家が利用して「草稿本流布説」を唱え、「藤原行成筆本」を最大限に活用した証本を作ったことを明らかにした。方法として、定家本『後撰和歌集』に書き込まれている勘物と、行成本による注記に着目し、それらと、定家の著した歌学書の記述との連関から、定家の思考を読み取る手法を用いた。定家本の生成に、清輔本および清輔の思考が影響を与えていることを明らかにした点に本発表の意義があると思われる。定家本『古今和歌集』に関しては、前年度の学術発表をもとに論文「初期冷泉家と定家本『古今和歌集』」を執筆した。また、学会発表「貞応元年六月十日奥書本『古今和歌集』の諸問題」においては、伊達家旧蔵本の成立年が通説よりも遡りうる可能性を示した。さらに、これまで研究されることのなかった、陽明文庫蔵貞応元年六月定家本について初めての調査を行った。勘物や注記類の精査から、この本に清輔本(永治二年本系続か)による校合が施されていること、そして二条家の周辺で用いられていたことを明らかにした点に意義がある。なお本年度は、これまでの成果を纏め、学位申請論文「『古今和歌集』『後撰和歌集』の文献学的研究」を京都大学に提出し、博士(文学)の学位を取得した。上記論文の構成は下記の通りである。第一部第一章「伊達家旧蔵『古今和歌集』をめぐって」、第一部第二章「初期冷泉家と定家本『古今和歌集』」、第一部第三章「清輔本『古今和歌集』の一伝本」、第一部第四章「清輔本『古今和歌集』享受の一側面」、第二部第一章「清輔木『後撰和歌集』証本の性格」、第二部第二章「定家本『後撰和歌集』の生成」、附章「『新古今和歌集』の編纂過程における本文改訂について」本年度は、勅撰集の古筆切二種と、清輔本古今集と定家本古今集の勘物について研究を進めた。まず「棄てられた本文-伝二条為氏筆新古今和歌集切を端緒として-」、「伝二条為氏筆新古今和歌集切補遺」では、鎌倉期に書写された『新古今和歌集』の古筆切を取りあげ、特異な本文や作者名表記の揺れがあることに着目した。そして、他の古筆切や古写本にある特異な本文も考慮し、これらは本文改訂や作者名表記の統一といった、編者らによる編纂作業が行われる以前の古い本文であると考えた。また、編纂作業の痕跡が具体的にみつかったことから、本文に即した新たな伝本分類が必要であることを述べた。本論文は今後の指針を示した基礎的研究にあたる。次に「勘物の位置-清輔本『古今和歌集』の享受をめぐって-」では、清輔本古今集の古筆切を取りあげた。清輔本には清輔による勘物が大量に書き込まれているが、当該断簡は清輔本ながら勘物が全くない。勘物が省略される理由については特に問題視されてこなかったが、清輔による勘物が省略されていることは、清輔本を清輔の校訂本としてではなく、親本である伝貫之自筆本として享受した人々がいたことを示しており、清輔本の受容を考える上で看過しがたい。学会発表「陽明文庫蔵冷泉為相筆古今和歌集について」では、冷泉家において定家自筆本(嘉禄本)が証本であったゆえに、与える相手や目的によって、勘物や本文が忠実に転記されない場合があることを陽明文庫本から示した。また、この変改された嘉禄本が後世には嘉禄本と誤認されて転写されており、嘉禄本の変容に冷泉家が関与していたことを述べた。以上のほか、神奈川県立金沢文庫や陽明文庫などに所蔵されている、清輔本・定家本古今集および古筆切の実地調査を行った。あわせて、京都大学附属図書館、同文学部図書館の所蔵資料調査を行ってきた。それぞれの調査成果については次年度以降に報告したい。

また、学会発表「貞応元年六月十日奥書本『古今和歌集』の諸問題」においては、伊達家旧蔵本の成立年が通説よりも遡りうる可能性を示した。さらに、これまで研究されることのなかった、陽明文庫蔵貞応元年六月定家本について初めての調査を行った。勘物や注記類の精査から、この本に清輔本(永治二年本系続か)による校合が施されていること、そして二条家の周辺で用いられていたことを明らかにした点に意義がある。なお本年度は、これまでの成果を纏め、学位申請論文「『古今和歌集』『後撰和歌集』の文献学的研究」を京都大学に提出し、博士(文学)の学位を取得した。上記論文の構成は下記の通りである。第一部第一章「伊達家旧蔵『古今和歌集』をめぐって」、第一部第二章「初期冷泉家と定家本『古今和歌集』」、第一部第三章「清輔本『古今和歌集』の一伝本」、第一部第四章「清輔本『古今和歌集』享受の一側面」、第二部第一章「清輔木『後撰和歌集』証本の性格」、第二部第二章「定家本『後撰和歌集』の生成」、附章「『新古今和歌集』の編纂過程における本文改訂について」
時間分解フォトルミネッセンス測定によるカルコゲナイド半導体の励起子緩和過程の研究

Se, SなどのVI族元素を含むアモルファスカルコゲナイド半導体では、光黒化、光退色、光結晶化などの様々な光誘起構造変化現象がみられる。これらの現象は、光によって励起された電子が緩和する際に、強い電子-格子相互作用を介して大きな格子の変形を引き起こすことによって起こると考えられる。アモルファス物質が熱平衡状態にないということも、構造変化現象を考える上で重要である。このような構造変化には、物質中に2配位で組み込まれているカルコゲン原子が大きく関与していると考えられるが、その詳細はまだ明らかでない。特に、励起電子がどのように緩和するのかという点についての、基本的かつ具体的な理解が不足している。典型的なカルコゲナイド半導体である結晶GeSe_2およびGeSe_2ガラスについて、その励起電子緩和過程についての知見を得るために、フォトルミネッセンスの時間分解測定を行った。これらはいずれも可視域(約2.22.7eV)にバンドギャップを持つが、バンドギャップ程度のエネルギーを持つ光で励起すると近赤外域(約1eV)に幅の広いガウシアン型のルミネッセンススペクトルを示す。この大きなストークスシフトは、この系の強い電子格子相互作用に起因する。連続発振レーザー光を光音響変調素子を用いて適当な周期の断続光にしてルミネッセンスの励起に用い、励起光遮断直後からのルミネッセンスの減衰を数100nsecから数msecの範囲にわたって調べた。両者のルミネッセンススペクトルには類似する点が多く、その発光の始状態はいずれも強く局在していると考えられる。ガラスGeSe_2では、減衰が拡張指数型であるのに対し、結晶GeSe_2では単一指数関数型である。乱れのある系での拡張指数型減衰は、ガラスの発光がエネルギー分布を持つ多数の発光中心に起因するためと考えられる。Se,SなどのVI族元素を含むアモルファスカルコゲナイド半導体では、光黒化、光退色、光結晶化などの様々な光誘起構造変化現象がみられる。これらの現象は、光によって励起される電子が緩和する際に、強い電子-格子相互作用を介して大きな格子の変形を引き起こすことによって起こると考えられる。典型的なカルコゲナイド半導体であるGeSe_2ガラスについて、その励起電子緩和過程についての知見を得るために、フォトルミネッセンスの時間分解測定を行った。GeSe_2ガラスは可視域(約2.4eV)にバンドギャップを持つが、バンドギャップ程度のエネルギーを持つ光を励起すると近赤外域(約1eV)に幅の広いガウシアン型のルミネッセンススペクトルを示す。この大きなストークシフトは、この系の強い電子格子相互作用に起因する。連続発振のレーザー光を光音響変調素子を用いて適当な周期の断続光にしてルミネッセンスの励起に用い、励起光遮断直後からのルミネッセンスの減衰を数100nsecから数msecの範囲に渡って調べた。その際、励起エネルギー依存性(2.02.7eV)、発光エネルギー依存性、温度依存性(1060K)、偏光依存性に着目した。減衰は主として寿命1msec程度の遅い成分と寿命100nsec以下の速い成分とからなる。遅い成分の時間変化の形は、アモルファス物質特有の拡張指数関数型でよく記述される。

緩和過程全体における遅い成分と速い成分との成分比は、顕著な励起エネルギー依存性、発光エネルギー依存性、偏光依存性を示すこともわかった。このような実験結果をもとに、この系での励起電子緩和過程の全体像を明らかにすべく研究を進めている。Se,SなどのVI族元素を含むアモルファスカルコゲナイド半導体では、光黒化、光退色、光結晶化などの様々な光誘起構造変化現象がみられる。これらの現象は、光によって励起された電子が緩和する際に、強い電子-格子相互作用を介して大きな格子の変形を引き起こすことによって起こると考えられる。アモルファス物質が熱平衡状態にないということも、構造変化現象を考える上で重要である。このような構造変化には、物質中に2配位で組み込まれているカルコゲン原子が大きく関与していると考えられるが、その詳細はまだ明らかでない。特に、励起電子がどのように緩和するのかという点についての、基本的かつ具体的な理解が不足している。典型的なカルコゲナイド半導体である結晶GeSe_2について、その励起電子緩和過程についての知見を得るために、フォトルミネッセンスの時間分解測定を行った。結晶GeSe_2は可視域(約2.7eV)にバンドギャップを持つが、バンドギャップ程度のエネルギーを持つ光で励起すると近赤外域(約1eV)に幅の広いガウシアン型のルミネッセンススペクトルを示す。この大きなストークスシフトは、この系の強い電子格子相互作用に起因する。連続発振のレーザー光を光音響変調素子を用いて適当な周期の断続光にしてルミネッセンスの励起に用い、励起光遮断直後からのルミネッセンスの減衰を数100nsecから数msecの範囲に渡って調べた。その際、励起エネルギー依存性(2.02.7eV)、発光エネルギー依存性に着目した。励起エネルギーおよび発光エネルギーによって2種類の緩和が観測された。これらはいずれも寿命0.1msec程度の指数関数型で記述される。この寿命は。GeSe_2ガラスのそれとよく似ており、双方の発光機構に共通する部分が多いことを示している。
中学校技術・家庭科における森林の育成から利用に至るまでの指導内容に関する研究

本研究では,中学校技術・家庭科(技術分野)における生物育成技術としての林業の指導内容を検討するため,中学校学習指導要領と教科書の造林に関する学習内容を抽出し,高等学校森林科学教科書の学習内容と比較した。これらを森林を育成する準備段階,生み出す段階,育てる段階,利用段階に分類し,生物育成技術としての「育林」の指導内容を提案した。さらに,中学生を対象とした人工林での測樹と間伐実習,コンピュータシミュレーションによる森林の3次元表示と収穫表作成の林業実習を行った。その結果,森林構造の理解と収穫量の予測に役立ち,育成に長い期間を必要とする林業について実習を通じた学習が可能となった。森林の管理や育成などを扱う林業教育に関して、林学・林業の専門知識を有する人材育成を目的とした専門教育は明治時代から進められているが、国民すべてが理解すべき森林育成に関する技術的素養を育むための普通教育としての林業教育に関する内容はこれまで十分に検討されていない。そこで本研究では、新しい中学校技術・家庭科の教育課程に「生物育成に関する技術」の内容が導入されたことを踏まえ、中学校技術・家庭科における、森林の育成から利用に至るまでの指導内容について提案することを目的として、中学校技術・家庭科技術分野の生物育成に関する技術の内容を知識と技能の両面より検討した。具体的には、教科書や学習指導要領の内容分析、および林業技術を模擬的に学習するための栽培実験を行った。その結果、中学校技術・家庭科技術分野の生物育成技術として、学習指導要領解説には作物の栽培、動物の飼育、水産生物の栽培が例示されているが、林業教育の知識に関する指導内容について分析した結果、動物の飼育や水産生物の栽培と同様に、作物栽培の指導の流れに沿って構成されていることが明らかとなった。したがって、林業技術に関しても「林木の育成」として同様に位置づけられることが考えられた。また、ハツカダイコンを成長に合わせて適切に間引きすることにより、間引きを一切行わなかった場合や疎に植えた場合と比較して、収量が増加することを明らかとした。この栽培結果を題材化することにより、森林内での枝打ちや間伐などの実習を行うことができない多くの中学校においても、技術・家庭科の限られた授業時数において、林業の間伐の意義について模擬的に学習できることが示唆された。中学校技術・家庭科で生物育成技術の内容が設置されたことや、我が国の森林資源の重要性等を踏まえたとき、普通教育における生物育成技術の内容の中で、林業について取り扱うことができると考えられる。そこで本研究では、中学校技術・家庭科における、森林の育成から利用に至るまでの指導内容について提案することを目的として、林業の知識・理解についての指導内容と、実習例の検討を行った。具体的には、中学校学習指導要領職業・家庭科編で扱われていた造林の技術に関する知識・理解についての指導内容と1950年代の中学校職業・家庭科教科書における造林に関する学習内容を抽出し、現在の高等学校森林科学教科書の学習内容と比較した。これらを作物の栽培の指導内容と対応させて、森林を育成する準備段階、生み出す段階、育てる段階、利用段階に分類した。その結果、中学校職業・家庭科で学習されていた内容は、高等学校で学習する育林の内容とよく対応していた。これらに現在の林業の課題を加えることで、普通教育における生物育成技術としての「育林」の指導内容が構成されるのではないかと考えられた。林業実習に関しては、既往の研究より、森林までの移動手段の問題、樹木が大きく生徒に扱いづらいこと、樹木の成長が遅く、トライアンドエラーができないこと等が課題である。そこで、森林の間伐技術について、ハツカダイコンの栽培条件の検討を行い間引きと収穫量との関係を模擬的に学習させる提案や、身近な森林を活用し、コンピュータシミュレーションで成長量を予測させる実習計画を提案することにより、実習の可能性を見出した。中学校技術・家庭科(技術分野)における生物育成技術としての林業の指導内容を検討するため,中学校学習指導要領職業・家庭科編で扱われていた造林の技術に関する知識・理解についての指導内容と1950年代の教科書における造林に関する学習内容を抽出した。それらの内容を現在の高等学校森林科学教科書の学習内容と比較した結果,育林の学習内容とよく対応しており,日本の人工林の齢級構成や間伐の実施状況など,現代的な課題を追加することで生物育成技術としての「育林」の指導内容を構成した。これらを作物の栽培の指導内容と対応させて,生物育成の指導の時系列段階にあわせて,森林を育成する準備段階,生み出す段階,育てる段階,利用段階とその他の重要事項に分類した。以上の結果を踏まえて,中学校技術・家庭科教科書の構成を意識し,見開き2ページで編集した木材の生産を学ぶ教材を作成した。森林の育成と利用に関する技術として,日本の森林植生,育苗,人工林の育成技術,丸太の利用で構成され,森林の育成に適した環境と森林の育成や利用に関する技術を理解することを目指した。また,豆知識や実習例,ふり返りのコラムを掲載し,人工林を健全に育成するために必要な技術について考えるための手助けとした。この教材を含む研究成果の概要をリーフレットにまとめ,森林教育に関わる研究者や行政関係者,学校関係者などに配布するとともに,第127回日本森林学会大会で発表した。

さらに,中学生を対象とした人工林での測樹と間伐実習,コンピュータシミュレーションによる森林の3次元表示と収穫表作成の林業実習を行った。その結果,森林構造の理解と収穫量の予測に役立ち,育成に長い期間を必要とする林業について実習を通じた学習が可能となった。2年次は、以下の2点の成果が得られたため、おおむね順調に進展していると判断した。1)中学校学習指導要領職業・家庭科編で扱われていた造林の技術に関する知識・理解についての指導内容について、1950年代の中学校職業・家庭科教科書8冊を資料収集し、造林に関する学習内容を抽出し,現在の高等学校森林科学教科書の学習内容と比較することができた。その結果、作物の栽培の指導内容との対比を行い、現在の林業の課題を加えた生物育成技術としての「育林」の指導内容を考察することができた。2)林業実習に関しては、1年次の成果であるハツカダイコンの栽培条件の検討による模擬的な学習に加えて、身近な森林を活用したコンピュータシミュレーションによる成長量予測の実習計画を提案することができ、より実践的な内容となった。27年度が最終年度であるため、記入しない。技術科教育学,木材加工学今後の研究の推進方策は、以下の通りである。1)木材の生産が森林の育成と一体となっていることを中学生に理解させるため、林木の伐採から製材に至る工程の教材化の作業を進める。2)持続可能な社会の構築のために森林技術が果たす役割について中学生に理解させるため、木材の生産技術に加えて、二酸化炭素吸収や洪水防止などの多面的な機能について理解させるための実習例について、大学演習林の見学と研究者との意見交換を行い検討する。3)中学生を対象としたコンピュータシミュレーションを活用した森林実習を実施し、その内容が適切か検討する。1年次は、以下の2点の成果が得られたため、おおむね順調に進展していると判断した。1)高等学校学習指導要領や中学校教科書の分析を行い、また、高等学校森林・林業関連学科の森林科学ならびに森林経営に関するカリキュラムの聞き取り、授業ならびに実習を参観を行った。その結果、中学校の生物育成技術に位置づけられる林業教育の知識に関する指導内容についてまとめることができた。2)栽培森林の管理技術として重要な間伐の意義を、中学生に身近な作物の栽培体験を通して模擬的に学習させるため、ハツカダイコンなどの間引きが必要な作物について、その効果が明らかになる栽培条件を明らかにするための栽培実験を行った。その結果、ハツカダイコンについて、適度に間引いた場合には、全く間引かない場合や初めから株間をあけて植えた場合と比較してその収量が多かった。この栽培結果を題材化することにより、中学校技術・家庭科の限られた授業時数で間引きの技術を指導できることや、間伐の意義について模擬的に学習できることが示唆された。今後の研究の推進方策は、以下の通りである。
アジアにおける新変異インフルエンザウイルスの出現機構の解明とその制御

本研究の目的は2年間でアジアにおける新変異インフルエンザウイルスの出現機構をあきらかにし、その制御についての可能性を探ることである。過去2年間において以下に述べる主要実績が得られ、本研究の目的は充分達成されたと考えられる。1)ヒト、トリ、ブタ、ウマなどインフルエンザウイルスのアジアにおける主たる宿主から分離されるすべてのインフルエンザウイルスに対する共通の受容体糖鎖構造を初めて明らかにした。2)インフルエンザウイルスは宿主に存在する受容体シアロ糖鎖のシアル酸分子種、結合様式による選択を受けつつ進化することを明らかにした。3)ヒトの気道上皮細胞が持つ受容体シアル酸の結合様式は、Neu5Ac2-6Galのみであり、2-3は存在しないこと、トリ腸管、ウマ気道上皮細胞には,Neu5Ac2-3Galのみが存在し、2-6は存在しないことを見いだした。さらに、ブタの上気道には、Neu5Ac2-3Gal,Neu5Ac2-6Galの両者が存在することを初めて見いだした。一方、ヒトから分離されるインフルエンザウイルスは、Neu5Ac2-6Galを受容体として認識し、2-3とは結合しないこと、トリA型インフルエンザウイルスはNeu5Ac2-3Galと結合すること、ブタから分離されるA型ウイルスはNeu5Ac2-6GalとNeu5Ac2-3Galの両者と結合できることを認めた。この結果から、インフルエンザAウイルスの宿主域は、宿主動物の受容体シアロ糖鎖のシアル酸結合様式(2-3,2-6)により制御され、受容体に結合できる変異ウイルスが選択され、宿主域の壁を越える可能性を明らかにした。4)ヒト、ブタ、トリが共生するアジアではブタがトリおよびヒトインフルエンザウイルスのミキサーとして働いていることを受容体分子のレベルで解明した。5)ウイルスヘマグルチニン遺伝子の解析から、宿主域変異(トリ型→←ヒト型)に関わるシアル酸の結合様式の変異(2-6→2-3)には、ヘマグルチニン分子内レセプター結合ポケットにあるただ1つのアミノ酸226(Leu→Gln)の変異により制御されていることを初めて解明した。上記の結果は、本研究の目的が概ね達成され、さらに付加的な研究結果も得られたことを示している。アジア、特に南中国地域は、今世紀過去4回に渡るA型インフルエンザウイルスの世界的大流行を発生させてきた。これは、ヒトとインフルエンザウイルスの宿主であるトリ、ブタなどが共存する環境が原因であるとされている。しかし、インフルエンザAウイルスの宿主域を決定する分子的基盤は未だ明らかではない。本年度の研究では、この機構を明らかにする目的で、宿主動物(ヒト、トリ、ブタ、ウマ)が持つウイルス感受性器官の細胞における受容体シアロ糖鎖の構造、宿主動物から分離される受容体認識特異性を分子・遺伝子レベルで解析した。その結果、ヒトの気道上皮細胞が持つ受容体シアル酸の結合様式は、Neu5Ac2-6Galのみであり、2-3は存在しないこと、トリ腸管、ウマ気道上皮細胞には、Neu5Ac2-3Galのみが存在し、2-6は存在しないことを見いだした。

一方、ヒトから分離されるインフルエンザウイルスは、Neu5Ac2-6Galを受容体として認識し、2-3とは結合しないこと、トリA型インフルエンザウイルスはNeu5Ac2-3Galと結合すること、ブタから分離されるA型ウイルスはNeu5Ac2-6GalとNeu5Ac2-3Galの両者と結合できることを認めた。この結果から、インフルエンザAウイルスの宿主域は、宿主動物の受容体シアロ糖鎖のシアル酸結合様式(2-3,2-6)により制御され、受容体に結合できる変異ウイルスが選択され、宿主域の壁を越える可能性を明らかにした。これに伴い、自然界ではブタがトリおよびヒトインフルエンザウイルスのミキサ-として働いていることを受容体分子のレベルで初めて明らかに出来た。これを確認するために、ヒトから分離されるウイルス(Neu5Ac2-6Galと結合)を、Neu5Ac2-3Galのみを受容体として持つ、ニワトリ発育鶏卵しょう尿膜で、強制的に培養すると、きわめて少ない継代でも、しょう尿膜が持つ受容体シアロ糖鎖(Neu5Ac2-3Gal)と結合出来るウイルス(2-3型)が選択され、ヒトからニワトリ発育鶏卵しょう尿膜への宿主域の変換が起こることを実験的に明らかにした。ウイルスヘマグルチニン遺伝子の解析から、シアル酸の結合様式の変異(2-6→2-3)には、ヘマグルチニン分子内レセプター結合ポケットにあるただ1つのアミノ酸226(Leu→Gln)の変異により制御されていることを初めて解明した。本年度の研究で以下の結果が明らかとなった。1)宿主の受容体シアロ糖鎖は、動物からヒトへの伝播を可能にする受容体認識特異性の異なる新型インフルエンザウイルスを発生させるウイルス進化上の選択圧力となる。2)ブタ気道上皮細胞はトリおよびヒトインフルエンザウイルスの両者を結合できる受容体シアロ糖鎖(ヒトに対してはNeu5Ac2-6Gal、トリに対してはNeu5Ac2-3Gal)を持っている。この結果は、アジアにおけるブタがヒトおよびトリインフルエンザウイルスを自然界において混合させる容器となっていることが判明した。これにより、アジアにおける新型のインフルエンザウイルス発生の機構が明らかとなった。3)宿主域依存性の選択は宿主細胞の受容体レベルおよび宿主の抗体圧力により起こる。この際、アミノ酸の点置換を伴う遺伝子の変異がおこる。すなわち、レセプター結合ポケット内Leu226→Glnの変異は、Neu5Ac2-6Gal→Neu5Ac2-3Galへの変異を伴い、抗原決定領域にあるSer205→Tyrの変異はNeu5Ac2-3Gal→Neu5Ac2-6Galへの変異を起こす。上記の結果は、本研究の目的が概ね達成され、さらに付加的な研究結果も得られたことを示している。