hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
多次元構造トピックマップにより学習を広げる総合的理科e-Learningの構築

自然科学(物理、化学、生物、地学、天文)と人工物学(産業、環境、人工物、持続性)および日常生活の諸主題を相互に関連づけた、中等および高等教育導入学習のための学習ポータルを構築した。Semantic技術の一つであるTopic Mapsを用い、種々のドメイン知識のオントロジーを構築して、各主題にweb上の優れた学習資源を結合した。さらに、webデザインと推奨に関するオントロジーを統合し、Topic Maps駆動webサーバーを構築して公開した。本研究では、学習者が、Web上の多様な学習資料をもとに、知識分野の隔壁のない理科学習を自主的に展開できるようにするため、セマンティックWeb技術のひとつであるTopic Maps技術を基盤とした学習ポータルを構築している。Topic Maps駆動の学習システムを構築することにより、「従来のコンピュータ中心から主題中心志向への転換」、「従来の処理(学習者誘導)中心から学習内容中心志向への転換」を試みた。学習システムの骨格として、物理・化学・生物・地学・天文を軸とし、日常生活・科学史・環境・産業・人工物・持続性にわたる知識オントロジーを分野ごとに構成した。そして、各領域の知識インスタンスを、領域内および領域間で結合する、種々の関連型を定義して適用した。特に、複数の分野の文脈において主要な役割を果たす知識インスタンスが存在する。このような知識インスタンスは複数の文脈次元の統合として捉えられるものであり、そのような知識を内包するオントロジーは多次元的構成として捉えるべきものと結論された。上述の知識オントロジー層に加え、学習資料オントロジー層および学習記録オントロジー層を構築した。学習資料オントロジーでは、種々のタイプのweb上の学習資料インスタンスを、その表現種別によって分類し、知識オントロジー層の知識インスタンスに結合した。学習記録オントロジーは、本年度の段階ではドリル学習データを系統づけることに限定し、利用者の学習記録インスタンスを知識インスタンスに結合する構成を取った。本研究では、学習者が、Web上の優れた学習資源をもとに、自然科学(物理・化学・生物・地学・天文)と人工物学(産業、環境、人工物、持続性)および日常生活を関連づけて学べるような理科学習を展開するための、広義のセマンティックWeb技術に含まれるTopic Mapsを基盤とした学習ポータルを開発している。学習記録データベースと開発およびランタイムエンジンであるOntopiaと連携したポータル"Everyday Physics on Web"を公開運用している。平成22年度は、従来の知識領域別トピック階層に加え、16タイプの学習資源の表現方法(テキスト、各種ドリル、データベース、シミュレーション、コースウエア他)の分類階層を構築した。知識と表現の両面からのナビゲーションに加え、学習ポータルとしての機能ナビゲーションの拡張を試みた。そして、トピックマップ・オントロジーとweb標準デザインとを論理的にマッピングし、トピックマップ構造から自動的にナビゲーションを生成するシステム開発を行った。これに伴い、トピックマップとwebページ表示要素とを結びつけるためのデザイン・トピックマップを作成した。また特に、コースウエアの作成を行い、教員志望の学生を対象として順次的学習に活用しやすくした。ドリルを中心とした学習履歴の解析をもとにした再学習アドバイスの機能を配備し、一部の授業での実践利用を開始した。さらに、コンテンツのインタフェースとして立体映像を導入した。分子運動、水分子とイオンの相互作用、星座などのCGモデルを立体映像で表示するとともに、直観的デバイスのひとつであるWiiリモコンによりモデルを操作し、なおかつトピックマップ・ポータルから関連情報を引き出すシステムの開発を実施した。立体映像の学習上の有用性については、大学生および小学生に小規模な準備的アンケート調査を実施して検討した。本研究の目的は、学習者が、Web上の優れた学習資源をもとに、自然科学(物理・化学・生物・地学・天文)と人工物学(産業、環境、人工物、持続性)および日常生活を関連づけて学べるような、総合的理科学習を展開するための学習ポータルを構築することにある。多領域の知識をそれぞれに整理し、かつ領域を超えた関連づけを効率的に行うために、広義のセマンティックWeb技術に含まれるTopic Mapsを用いた。本研究では、topic mapおよび学習記録データベースと、ランタイムエンジンであるOntopiaを用いたtopic map駆動webにより構築したポータル"Everyday Physics on Web"を公開および運用した。平成23年度は、従来から構築してきている知識のtopic map、表現方法で分類した学習資源のtopic mapに加え、これらの学習資料と、個人および利用者全体の学習履歴とを、標準的なwebデザイン・インタフェース上で系統的にナビゲーションするための骨格としてデザインtopic mapを構築した。加えて、個人および利用者全体の学習履歴にもとづく学習推奨と、ポータル構築者によるエキスパート推奨とで構成される推奨topic mapを構築した。これらにより、今日多くのwebサイトで共通的に見られるものと同様のナビゲーション・インタフェースにより必要なコンテンツが見つけやすくなるとともに、推奨topic mapにより何を学習することが望ましいかを学習者の利用履歴に基づいて提示できるようになった。また、教員養成分野に関連して、理科教育関連の講座および小学校理科全般の講座を儲け、教員養成課程の学生や教員に参考となる講座群を新設し、大学での講義を中心に試用した。
グローバル社会における国家政策の有効性

本研究でいうグローバル社会とは、グローバル化した国際社会、つまり経済の活動領域が国家の統治管轄領域を越え地球規模で展開されている国際社会である。そうしたグローバル社会では、国家単位の公共政策すなわち国家政策は種々の外部性を持ち、自国だけでなく他国における経済主体の経済活動にさまざまな影響を及ぼす。グローバル化が進展するほど、国家政府は互いに自国の利益を高めるために経済政策の競争や協調を行うようになる。本研究では、グローバル社会において国家政策がどこまで有効に機能するのかという問題意識に基づき、財政政策・金融政策・環境政策・社会保障政策・電子通信政策などの具体的政策事例を取り上げ、民間主体による物・人・金・情報の国境を越えた政策対応を分析し国家政策のあり方を検討した。本研究は、中央大学共同研究と連携して、タイ・アメリカ・中国での海外調査と3年連続の国際ワークショップ"Globalization and National GovernmentPolicies"を行うことで、報告書に掲載したような研究論文を発表するとともに、研究代表者が本研究期間中に会長として立ち上げた日本経済政策学会国際会議での会長講演にも結びつける成果をあげた。本研究によって得られた新たな知見などの研究成果は、以下のとおりである。(1)戦略的補完的な国家政策は、カタストロフィー的社会経済変動には耐久性が弱い。(2)二国間の国際的協調が多国間の国際的協調に発展する必然性は明確でない。(3)国際標準の形成過程における国家政策は、他の国家政策とりわけ情報通信政策の競争力を決定する。(4)経済政策の決定過程における各主体の責任と権限の配分についての基本ルール、すなわち経済政策のガバナンスに関する研究が今後の経済政策研究において重要となる。本研究の目的は、グローバル化した国際社会において国家単位の公共政策すなわち国家政策がどこまで有効に機能するのかという問題意識に基づき、財政政策・金融政策・環境政策・社会保障政策・電子通信政策などの具体的政策事例を取り上げ、民間主体による物・人・金・情報の国境を越えた政策対応を日本(中央大学専任教員)とカナダ・アメリカ・韓国の一級の研究者が共同研究を通して理論的・実証的に解明することである。本研究は、同一テーマの中央大学共同研究(本科研費研究の研究組織に2名の中央大学専任教員と2名の海外研究者を加えた研究組織)と有機的に連携して、その目的達成を目指している。本年度は、研究代表者・研究分担者が本研究の趣旨・目的・計画・最終到達目標について共通認識をもって各々の分担研究を進展させるとともに、2002年11月28-29日に中央大学市ヶ谷キャンパスで、ワークショップ"Globalization and National GovernmentPolicies"を開催した。このワークショップでは、海外共同研究者の2人(渡航費等は中央大学共同研究費で負担)と韓国などの海外研究者11人の研究報告を中心に、研究メンバーが各々の役割分担から討論を行った。こうした議論を踏まえ、研究代表者は日本経済政策学会の第1回国際会議(2002年11月30日-12月1日、中央大学後楽園キヤンパス)で会長講演"Nation States and Economic Policy : Conflict and Cooperation"を行った。さらに、1997年通貨危機に見舞われたタイにおける金融政策・電子通信政策・環境政策などの国家政策の有効性について探求するために、2003年1月19-25日にバンコクの中央官庁や大学の有識者にヒアリングを行うとともにタイ政府刊行物や統計データなどの資料を入手した。タイの事例研究を通して、グローバル社会における国家政策の機能障害について検討を加えた。

本研究は、同一テーマの中央大学共同研究(本科研費研究の研究組織に2名の中央大学専任教員と2名の海外研究者を加えた研究組織)と有機的に連携して、その目的達成を目指している。本年度は、前年度の研究実施(文献調査研究、2002年11月28-29日国際ワークショップ"Globalization and National Government Policies"開催、2003年1月19-25日タイ・バンコクでの官庁訪問・現地調査など)によって得られた知見を踏まえ、さらに研究を深化させた。2003年11月27-28日に名古屋の愛知学院大学で、昨年度と同じテーマでワークショップ"Globalization and National GovernmentPolicies"を開催した。このワークショップでは、中央大学共同研究費で招聘した海外(スペイン・アメリカ)の共同研究者の2人と科研費で招聘した海外(トルコ・中国・ドイツ・シンガポール・アメリカ)の研究者5人の研究報告を中心に、研究メンバーが各々の役割分担から討論を行った。こうした議論と関連させて、研究代表者は日本経済政策学会の第2回国際会議(2003年11月29-30日、名古屋大学)で会長講演"Introducing New Economic Governance"を行った。さらに、研究分担者の一人が大学院後期課程学生二名とともに、金融政策・電子通信政策・消費政策などの国家政策の有効性について探求するために、2004年2月22-27日にハワイ大学東西センターの有識者にヒアリングを行うとともに統計データなどの資料を入手した。以上のような研究活動に基づき、国家政策の有効性に関する成果指標についての先行研究を踏まえて、本研究独自の成果指標を作成し、わが国における国家政策がどこまで有効だったのか、またその有効性はグローバル化した国際社会の影響にどれほど左右されるのかについて解明する作業を行いながら、裏面のような研究成果を上げた。本研究の目的は、グローバル化した国際社会において国家単位の公共政策すなわち国家政策がどこまで有効に機能するのかという問題意識に基づき、財政政策・金融政策・環境政策・社会保障政策・電子通信政策などの具体的政策事例を取り上げ、民間主体による物・人・金・情報の国境を越えた政策対応を日本(中央大学専任教員)とカナダ・アメリカ・韓国の一級の研究者が共同研究を通して理論的・実証的に解明することである。本研究は、同一テーマの中央大学共同研究と有機的に連携して、その目的達成を目指している。本年度は、前年度までの研究成果を反映させて、研究を進展させた。第一に、研究代表者が2004年5月29-30日関西学院大学で開催された日本経済政策学会第61回大会において会長講演「経済政策と公共選択の新展開:政策の国際的な競争と協調」を行った。
臓器特異ABO式血液型物質の組織内分布と生合成

臓器特異ABO式血液型物質の組織内分布と生合成に関する研究において、昨年度は、当教室で既に作製されていた唾液中ABO式血液型物質の臓器特異的エピトープを認識する単クローン抗体と、蛍光あるいは金コロイドで標識された二次抗体を用いて免疫組織化学的に染色されたヒト顎下腺標本を光学顕微鏡および電子顕微鏡下で観察した結果、本単クローン抗体は粘液細胞とのみ反応した。なお、本研究に用いた顎下腺は剖検時採取したものであり、ABO式血液型物質やその前駆体の細胞内分布を明瞭にすることはできなかった。また、他の霊長類や動物の粘液腺細胞とは勿論のこと、他のヒト組織とも反応しないことを認めた。本年度の研究においては、さらにヒト胃粘膜ABO式血液型物質に対する多くの単クローン抗体を作製し、その中から胃腸上皮化生に特異的に反応する抗体を免疫組織化学的に見出した。本抗体は腸上皮化生のみに出現する糖鎖を認識し、この抗体の認識する糖鎖を担う糖タンパク上にABO式及びLewis式血液型活性糖鎖も担われていることを明らかにした。腸上皮化生においては、ABO式及びLe^b血液型活性が他の正常腺細胞に比べ減弱することが知られており、この腸上皮化生特異抗体が認識する糖鎖がABO式及びLewis式血液型活性糖鎖生合成過程における前駆物質あるいはその修飾を受けたものである可能性が高い。また、本抗体を用いるアフィニティークロマトグラフィーにより、分子量数百万の抗原糖タンパクを精製することが可能であることから、今後、大量の胃粘膜試料から抗原糖タンパク精製を行い、本抗体の認識する糖鎖の構造を明らかにし、本研究の当初の目的である組織におけるABO式血液型物質の生合成の過程を明確にしたいと考えている。本研究は、体液中ABO式血液型物質の臓器特異的エピト-プを認識する単クロ-ン抗体を作製し、それらを用いる免疫組織化学的手法により、組織細胞内での臓器特異ABO式血液型物質およびその前駆物質の分布を検討(平成3年度)し、次いでそれら抗体をリガンドとするaffinity chromatographyにて組織より臓器特異ABO式血液型物質の種々の前駆物質を単離、その化学組成を分析、さらに型転換酵素標品と反応させることにより、臓器特異血液型物質の生合成過程を究明(平成4年度)することを目的とする。平成3年度における研究実績の概要は次の通りである。1.当教室で既に作製されていた唾液中ABO式血液型物質の臓器特異的エピト-プを認識する単クロ-ン抗体と蛍光あるいは金コロイドで標識された二次抗体を用いて免疫組織化学的に染色されたヒト顎下腺標本を光学顕微鏡および電子顕微鏡下で観察した結果、本単クロ-ン抗体は粘液腺細胞とのみ反応した。なお、本実験に用いた顎下腺は剖検時採取したものであり、ABO式血液型物質やその前駆体の細胞内分布を明確にすることは出来なかった。2.胃粘膜中ABO式血液型物質に対する単クロ-ン抗体を作製、本抗体を用いる免疫組織化学的検討を行ったところ、本抗体は胃粘膜腺細胞に特異的であることを確認、さらに大腸癌組織とも反応することをも認めた。また、本抗体の免疫組織化学的方法による組織特異性と分泌物を対象とした組織特異性に相違がある興味深い知見も得ている。3.その他、膵液中の糖タンパクに対する単クロ-ン抗体も作製、免疫組織化学的手法により検索中である。臓器特異ABO式

血液型物質の組織内分布と生合成に関する研究において、昨年度は、当教室で既に作製されていた唾液中ABO式血液型物質の臓器特異的エピトープを認識する単クローン抗体と、蛍光あるいは金コロイドで標識された二次抗体を用いて免疫組織化学的に染色されたヒト顎下腺標本を光学顕微鏡および電子顕微鏡下で観察した結果、本単クローン抗体は粘液細胞とのみ反応した。なお、本研究に用いた顎下腺は剖検時採取したものであり、ABO式血液型物質やその前駆体の細胞内分布を明瞭にすることはできなかった。また、他の霊長類や動物の粘液腺細胞とは勿論のこと、他のヒト組織とも反応しないことを認めた。本年度の研究においては、さらにヒト胃粘膜ABO式血液型物質に対する多くの単クローン抗体を作製し、その中から胃腸上皮化生に特異的に反応する抗体を免疫組織化学的に見出した。本抗体は腸上皮化生のみに出現する糖鎖を認識し、この抗体の認識する糖鎖を担う糖タンパク上にABO式及びLewis式血液型活性糖鎖も担われていることを明らかにした。腸上皮化生においては、ABO式及びLe^b血液型活性が他の正常腺細胞に比べ減弱することが知られており、この腸上皮化生特異抗体が認識する糖鎖がABO式及びLewis式血液型活性糖鎖生合成過程における前駆物質あるいはその修飾を受けたものである可能性が高い。また、本抗体を用いるアフィニティークロマトグラフィーにより、分子量数百万の抗原糖タンパクを精製することが可能であることから、今後、大量の胃粘膜試料から抗原糖タンパク精製を行い、本抗体の認識する糖鎖の構造を明らかにし、本研究の当初の目的である組織におけるABO式血液型物質の生合成の過程を明確にしたいと考えている。
NAFLD/NASH肝組織リン酸化活性プロファイリングと新規治療標的分子の同定

申請者らは世界最大のヒトタンパク質発現リソースHuPEX (Human Proteome Expression Resource)(約2万種)を基に高操作性・ハイスループットなプロテインアレイを作製し、正味のチロシンキナーゼ活性を高感度に測定する系を初めて確立した。本研究目的は新技術プロテインアレイを用いて、NAFLD/NASH肝組織のリン酸化プロファイルを明らかにして新規治療標的を同定する。本年度はphosphoproteome(Dev Cell. 2018Oct 22;47(2):205-221)のデータベースを基にマウス肝組織における標的リン酸化蛋白の発現解析を行った。マウスのphosphoproteomeデータベースから、Ath+HFD(動脈硬化高脂肪食)マウスで遺伝子発現を認めた32974遺伝子中、3627遺伝子がリン酸化蛋白であることが解った。そのうち、病態の進行と共に発現変動を示す遺伝子は2054個認められた(p<0.001)。30週から60週齢(肝発癌)にかけ、有意に発現上昇するリン酸化蛋白(884個)は線維化・炎症と関連し、発現低下するリン酸化蛋白(1170個)はユビキチンプロテアソーム・HSPなど異常蛋白分解に関わる遺伝子であった。非環式レチノイドの投与により線維化・炎症に関連する約65%の遺伝子で発現の改善が見られた。しかし、MEK1/2、SREBP1、p38MAPK、IRS-1、S100A8など含む約35%の遺伝子では発現の改善が見られなかった。これらの遺伝子のリン酸化の変動を解析中である。Ath+HFDマウス肝組織では12週(脂肪肝10サンプル)、30週(肝線維化10サンプル)、60週(肝発癌10サンプル)のリン酸化アレイを行っている。Ath+HFD(動脈硬化高脂肪食)マウス肝組織における標的リン酸化蛋白の候補を同定した。同肝組織におけるリン酸化プロファイルを施行中である。Ath+HFDマウス肝組織の遺伝子発現データとリン酸化アレイのデータを統合し、新規治療標的遺伝子を同定する。
マメ科植物と窒素固定根粒菌との共生系を利用したファイトレメディエーション

マメ科植物と根粒菌との共生関係を利用して、生物的窒素固定能に加えて重金属集積能等を付与した多機能共生系の優れたモデル系を構築する目的で下記の研究を行った。1)緑肥植物、レンゲソウヘの組み換え根粒菌の感染とその根粒形成:グラム陰性菌で複製可能なpBBRおよびpRKベクターを用いて、先に筆者等がレンゲソウ根粒より分離同定した根粒菌、Rhizobium huakuii subsp. rengei B3株を形質転換した。このベクターに、最近大腸菌で大量発現させたヒトメタロチオネイン4量体遺伝子を組み込み、前年度取得したバクテロイド中で発現するプロモーターの下流に組み込んで、レンゲソウの根粒菌内でメタロチオネイン遺伝子を高発現させた。宿主側の緑肥植物、レンゲソウ(Astragallus sinicus cv. Japan)にメタロチオネイン遺伝子を導入した根粒菌を感染させ、試験管内で根毛内に根粒を形成させた。バクテロイドで発現するnifのプロモーター下流に組み換えたメタロチオネイン遺伝子を導入した根粒菌を感染させた植物体では、対照区の植物体と比較してカドミウムの吸収含有量が増大した。2)レンゲソウヘのメタロチオネイン遺伝子の導入:筆者らは先に、アグロバクテリウム・リゾゲネスの系を用いて、レンゲソウの根にGUS遺伝子を発現させた。さらに、昨年度アグロバクテリウム・チュメファシエンスを用いたヴァキューム・インフイルトレーション法によるインプランタ形質導入に成功した。そこで、この植物発現用ベクターにメタロチオネイン遺伝子を組み込み、先のアグロバクテリウムの導入系を用いて、レンゲソウに感染させた。メタロチオネイン遺伝子の有無を2,700のT1植物体で確認したが、遺伝子を保持している個体は存在しなかった。そこで、現在、再分化系での導入を進めている。1.緑肥植物、レンゲソウへの組み換え根粒菌の感染とその根粒形成:グラム陰性菌で複製可能なpBBRおよびpRKベクターを用いて、先に研究代表者がレンゲソウ根粒より分離同定した根粒菌、Mesorhizobium huakuii subsp.rengei B3株を形質転換した。形質転換は先に開発したエレクトロポレーション法を用いた。このベクターに、重金属結合量を増加させたヒトメタロチオネイン4量体遺伝子を組み込み、バクテロイド中で発現するプロモーター等を検討して、レンゲソウの根粒菌内でメタロチオネイン遺伝子を高発現させた。宿主側の緑肥植物、レンゲソウ(Astragallus sinicus cv.Japan)に上記メタロチオネイン遺伝子を導入した根粒菌を感染させ、試験管内で根毛内に根粒を形成させた。その後、根粒内のバクテロイドにおける遺伝子の発現を調べた。その結果、根粒バクテロイド内において、nifHおよびnolB遺伝子のプロモーター下のメタロチオネイン4量体遺伝子の発現が認められた。2.レンゲソウへのメタロチオネイン遺伝子の導入:上記根粒バクテロイド内での遺伝子発現とは別に、レンゲソウ植物体に直接遺伝子を導入することを試みた。植物発現用ベクターにメタロチオネイン遺伝子を組み込み、アグロバクテリウムの導入系を用いて、レンゲソウにマイクロインジェクション法およびバキュームインフィルトレーション法により形質転換を行った。両者とも高い効率で形質転換体が得られた。現在この系を利用して、メタロチオネイン4量体遺伝子の導入を行っている。

メタロチオネイン遺伝子の有無を2,700のT1植物体で確認したが、遺伝子を保持している個体は存在しなかった。そこで、現在、再分化系での導入を進めている。
データベースに対する擬自然言語インタフェースの研究

自然言語処理の持つ解決の困難な問題を避け,自然言語の持つ利点を生かせるような利用者インタフェースを開発するため,システムの側で簡単な方法により生成した擬自然言語表現を用いてデータベース利用を支援する手法について検討した.1.各関係を構成する属性集合を, 1文で表せるような意味的なまとまりに分けて,これを対象と呼ぶとき,対象を表す自然言語表現の断片を用いて関係データベースに対する選択・射影・結合質問の意味を表す擬自然言語表現を生成するアルゴリズムを得た.2.上記の対象と超グラフにおける超枝との対応から,擬自然言語(あるいは自然言語)で無理なく記述できる質問が, Berge非巡回の性質を持つ超グラフに対応することを示した.また,そうでない質問に対しても,あいまいさを生じにくい擬自然言語表現を生成する手法を求めた.3.関係データベースの標準言語となりつつあるSQLで記述された質問をわかりやすい擬自然言語表現に変換するための前処理として,複雑な構造のSQL質問を,変換の容易な入れ子形式に変形するアルゴリズムを得た.4.擬自然言語表現上の単純な操作によって関係データベース質問を作成するための基本的な検討を行い,文に対する副節の挿入/削除などの簡単な操作で選択・射影・結合質問を作成できることを示した.5.擬自然言語上の操作による質問作成法を拡張した場合,生成されるSQL質問がそのままでは効率的な処理の困難な集合質問となる可能性があるため, SQLの集合質問を効率的な処理の可能な質問に変換する方法の基礎について検討した.その結果,集合質問が単純な質問に変換できるためにデータが満たすべき条件と,その場合の変換方式を得た.自然言語処理の持つ解決の困難な問題を避け,自然言語の持つ利点を生かせるような利用者インタフェースを開発するため,システムの側で簡単な方法により生成した擬自然言語表現を用いてデータベース利用を支援する手法について検討した.1.各関係を構成する属性集合を, 1文で表せるような意味的なまとまりに分けて,これを対象と呼ぶとき,対象を表す自然言語表現の断片を用いて関係データベースに対する選択・射影・結合質問の意味を表す擬自然言語表現を生成するアルゴリズムを得た.2.上記の対象と超グラフにおける超枝との対応から,擬自然言語(あるいは自然言語)で無理なく記述できる質問が, Berge非巡回の性質を持つ超グラフに対応することを示した.また,そうでない質問に対しても,あいまいさを生じにくい擬自然言語表現を生成する手法を求めた.3.関係データベースの標準言語となりつつあるSQLで記述された質問をわかりやすい擬自然言語表現に変換するための前処理として,複雑な構造のSQL質問を,変換の容易な入れ子形式に変形するアルゴリズムを得た.4.擬自然言語表現上の単純な操作によって関係データベース質問を作成するための基本的な検討を行い,文に対する副節の挿入/削除などの簡単な操作で選択・射影・結合質問を作成できることを示した.5.擬自然言語上の操作による質問作成法を拡張した場合,生成されるSQL質問がそのままでは効率的な処理の困難な集合質問となる可能性があるため, SQLの集合質問を効率的な処理の可能な質問に変換する方法の基礎について検討した.その結果,集合質問が単純な質問に変換できるためにデータが満たすべき条件と,その場合の変換方式を得た.
昆虫病原性線虫およびその共生細菌の分子系統解析と共生メカニズムの解明

Steinernema属およびHeterorhbditis属の昆虫病原性線虫は,それぞれXenorhabdus属およびPhotorhabdus属細菌と相互依存的な共生関係を構築している.本研究では,このような昆虫病原性線虫を生物農薬としてさらに有効活用していくための基礎的知見を蓄積することを目的として研究をおこなった.日本産Heterhorhabditis属線虫およびPhotorhabdus属細菌の分子系統解析をおこなった結果,Heterorhabditis indica6分離株中2分離株は既知のH. indicaの共生細菌であるP. luminescensではなく,アメリカやオーストラリアで報告されている,人に日和見感染する細菌として知られるP. asymbioticaと同じクレードに属する新亜種である可能性が示唆された.また,二者培養の結果,人から単離されたP. asymbioticaのうちの幾つかの系統はH. indicaと共生関係を構築できることが明らかになった.線虫と細菌の共生関係に必要な要因についてさらに分子レベルで詳細に共生に必要な要因の解析を行うため,外因性のトランスポゾンを用いて細菌の突然変異体作出をおこなったところ,Photorhabdus属細菌で発光しない変異体が複数得られた.また,相互依存的共生関係にあるHeterorhabditis属線虫が発育できない変異体も複数得られた.これらの変異体についての解析を継続しておこなっている.Steinernema属およびHeterorhabditis属の昆虫病原性線虫は,それぞれXenorhabdus属およびPhotorhabdus属細菌と共生関係を持ち,土壌中に生息する害虫の重要な防除手段の一つである.本研究では,このような昆虫病原性線虫を生物農薬としてさらに有効活用していくための基礎的知見を蓄積することを目的とし,日本産12種の昆虫病原性線虫のリボソームDNAのITS領域およびミトコンドリアのCOI領域,また共生細菌の16SリボソームDNA領域の塩基配列を決定し,分子系統樹を構築した.rDNAのITS領域に基づく分子系統解析によって,日本産のSteinernema属線虫は,大きく3つのクレードに分けることができた.ITSでは同種個体群間で大きな違いは見られなかったが,ミトコンドリアのCOI領域で種内変異が検出できた.一方,Steinernema属線虫の共生細菌であるXenorhabdus属細菌は同種の線虫から単離された細菌は分離株間でほとんど変異がなく,4つのクレードを形成した.線虫と細菌の系統樹を比較すると,多くの場合線虫と細菌は対応していたが,分子系統関係の大きく異なる線虫種が同一種の細菌を保持することを示す結果が得られた.日本産の2種のHeterorhabditis属線虫はCOI領域を用いた解析でも種ごとにクレードを形成したが,H. indicaの6分離株から単離された、Photorhabdus属共生細菌のうち2分離株から得られた細菌は,機知種とは分子系統関係や生理的特徴で大きく異なった.その細菌を保持する線虫のCOI領域はこれまで報告のあるH. indicaとCOI塩基配列で大きな違いが見られなかった.以上のことから,線虫と共生細菌の分子系統関係は対応しており,線虫と細菌は共種分化してきたと考えられるが,系統関係の対応していない一部では線虫と細菌の置換が起こった可能性が示唆された.昆虫病原性線虫を生物農薬としてさらに有効活用していくための基礎的知見を蓄積するため、線虫と共生関係にある細菌との親和性の解明を行った。日本産の昆虫病原性線虫から単離した共生細菌と、卵の表面殺菌によって得た無菌化した線虫を、lipid agar plateの人工培地上で二者培養を行った。その結果、S. litoraleと数種のXenorhabdus属細菌を組み合わせたところ、用いたXenorhabdus属細菌の多くの分離株上で線虫は細菌を摂食して発育し、プレート上で大量に増殖した。増殖数については、プレートによっては増殖のピークに違いが見られる事があったものの用いた細菌分離株間で大きな違いはみられなかった。二者培養開始2週間後には培地上に新たな感染態幼虫が出現した。得られた感染態幼虫を用いて、ハチノスツヅリガ幼虫に対する殺虫活性を調べたところ、いずれも高い殺虫活性が見られ、死亡したハチノスツヅリガ幼虫中で線虫の増殖が見られ、新たな感染態幼虫が得られた。また、二者培養によって得られた感染態幼虫を表面殺菌し、腸内の共生細菌の検出を行ったところ、いずれの組み合わせにおいても感染態幼虫から共生細菌は検出された。以上の事から、S. litoraleはXenorhabdus属細菌の多くの分離株と共生関係を構築する事が可能であり、有用なXenorhabdus属細菌と新たに組み合わせる事が可能である事が明らかになった。一方、市販の昆虫病原性線虫であるS. carpocapsaeを用いて同様の実験を行ったところ、他のXenorhabdus属細菌と組み合わせた場合には、S. carpocapsaeはほとんど発育できなかった。このことから、S. carpocapsaeは細菌との特異性が非常に高い事が明らかになった。Steinernema属およびHeterorhbditis属の昆虫病原性線虫は,それぞれXenorhabdus属およびPhotorhabdus属細菌と相互依存的な共生関係を構築している.本研究では,このような昆虫病原性線虫を生物農薬としてさらに有効活用していくための基礎的知見を蓄積することを目的として研究をおこなった.

日本産Heterhorhabditis属線虫およびPhotorhabdus属細菌の分子系統解析をおこなった結果,Heterorhabditis indica6分離株中2分離株は既知のH. indicaの共生細菌であるP. luminescensではなく,アメリカやオーストラリアで報告されている,人に日和見感染する細菌として知られるP. asymbioticaと同じクレードに属する新亜種である可能性が示唆された.また,二者培養の結果,人から単離されたP. asymbioticaのうちの幾つかの系統はH. indicaと共生関係を構築できることが明らかになった.線虫と細菌の共生関係に必要な要因についてさらに分子レベルで詳細に共生に必要な要因の解析を行うため,外因性のトランスポゾンを用いて細菌の突然変異体作出をおこなったところ,Photorhabdus属細菌で発光しない変異体が複数得られた.また,相互依存的共生関係にあるHeterorhabditis属線虫が発育できない変異体も複数得られた.これらの変異体についての解析を継続しておこなっている.
乱用薬物として流通している合成カンナビノイドの化学構造と体内動態の相関解析

本研究では、近年乱用が拡大し、大きな社会問題となっている「危険ドラッグ」の主要成分である合成カンナビノイドの主代謝プロファイルをラットあるいはヒト生体試料を用いて解明した。さらに、置換基の違いによる体内動態プロファイルの違いについても検討を行い、基本骨格が同じであっても、置換基の違いによって体内動態が大きく変化することを明らかとした。さらに、合成カンナビノイドが内因性代謝物のプロファイルにも影響を及ぼすことを明らかとした。本年度は1.動物実験に使用する合成カンナビノイド標準品(MAM201)の有機化学的合成および2.投与実験を実施した。有機化学的合成によって、投与実験に使用するMAM2201およびそのN-脱アルキル化体に相当する3-(4-methyl-1-naphthoyl)indoleを合成した。各化合物は、合成反応後、分取HPLCによる精製を行った。合成したMAM2201を5 mg/kgでラット(n=3)に投与し、経時的に尿および血液試料等を採取した。得られたラット尿試料について、酵素加水分解を行った後、LC-Q-TOFMSによる分析を行ったところ、未変化体であるMAM2201及びそのN-脱アルキル化体である3-(4-methyl-1-naphthoyl)indoleは検出されなかった。そこで、尿中代謝物をLC-Q-TOFMSを用いて探索したところ、MAM2201脱フッ素化・水酸化体(M1)、MAM2201脱フッ素化・カルボン酸体(M2)、MAM2201モノヒドロキシ体、MAM2201ジヒドロキシ体、M2モノヒドロキシ体、3-(4-methyl-1-naphthoyl)indoleモノヒドロキシ体と推定される代謝物が検出された。そこで、M1およびM2については、標準品による確認分析を実施したところ、M1およびM2は脱フッ素化・水酸化体およびそのカルボン酸体であることが確認された。よって、MAM2201の代謝経路として、脱フッ素化およびアルキル鎖末端の酸化的代謝が考えられた。また、推定代謝物から、ナフタレン環等の水酸化も進行するものと考えられる。さらに血液試料についてMAM2201の定量分析を実施したところ、MAM2201の血中濃度の経時変化は二相性を示し、MAM2201は体内への分布が速やかに進行するものと示唆された。これはMAM2201の高脂溶性によるものと推定された。構造の異なる3種類の合成カンナビノイド(JWH-018、AM-2232およびMAM-2201)をラットに投与(n=4)し、経時的に血液・臓器等を採取し、合成カンナビノイドの体内動態を追跡した。実験方法:Wister系ラット(雄性、6週齢、体重186-225g、n=4)に3種類の合成カンナビノイド(JWH-018・AM-2232・MAM2201)を5mg/kgになるように腹腔内投与した。投与直後および投与後6、24時間後に解剖を行い、脳・肝臓・心臓・血液を採取した。得られた血液は全て血漿試料とし、全ての試料は分析時まで-20°Cで冷凍保存した。分析装置としてLC-Q-TOFMSを使用した。定量分析には内部標準法を用い、内部標準物質としてJWH-210、MAM-2201-d体を用いた。結果:各薬物について、06時間における血中濃度の低下速度は624時間と比較すると著しく大きいことが明らかとなった。この結果、合成カンナビノイドは体内への分布が速やかに進むこと、もしくは速やかに代謝が進むことが示唆された。また、投与直後の時点での各薬物の血中濃度にも大きな差異が見られた。特に、MAM-2201とAM-2232に関しては、投与直後における血中濃度に約7倍の差が観察された。さらに、AM-2232に関しては、投与直後の血中濃度が他と比べても低く、24時間後においては定量限界以下まで濃度が低下した。以上の結果から、合成カンナビノイドは基本骨格が同じであるにも関わらず、置換基の違いによって血中濃度に明確な差が生じることが示された。すなわち、官能基のわずかな違いが体内動態に大きな差異を生じることが示唆された。さらに現在、血中濃度の変化にくわえて、脳・肝臓・心臓の解析を行っており、この結果から各薬物の詳細な体内動態を考察することが可能になると考えられる。26年度が最終年度であるため、記入しない。法中毒学26年度が最終年度であるため、記入しない。平成25年度、予定していた合成カンナビノイドの1つめの投与実験が終了し、その尿試料および血液試料の解析を進めている。

現時点で、MAM2201投与ラットの尿試料のLC-Q-TOFMSによる分析から、MAM2201脱フッ素化・水酸化体(M1)、MAM2201脱フッ素化・カルボン酸体(M2)、MAM2201モノヒドロキシ体、MAM2201ジヒドロキシ体、M2モノヒドロキシ体、3-(4-methyl-1-naphthoyl)indoleモノヒドロキシ体と推定される代謝物を検出している。さらに、MAM2201投与ラットの血液試料の定量分析から、MAM2201が二相性を示すことも結果として得ている。今回のMAM2201の解析結果を元に、今後の投与実験については省力化が可能であること、また、ラットの投与実験について習熟が進んでいることや、分析系の構築がすでに完了していることから、現時点では概ね順調に研究は遂行しているものと考える。平成26年度はMAM2201とは異なる構造の合成カンナビノイド(JWH-018, AM2201,AM1220など)をラットに投与し、その尿試料等を採取する予定である。本年度のMAM2201の投与実験の際に、投与量や試料採取時間等の最適化したことで、今後の動物実験を省力化できることから、動物実験がよりスムーズに進行できるものと考えられる。来年度は異なる構造の合成カンナビノイドを投与し、主にその尿試料を採取する。その尿試料について、LC-Q-TOFMSによる代謝物の構造推定を行う予定である。構造推定には精密質量測定によるプロダクトイオンスペクトルを使用し、構造のアサインメントを行う。各合成カンナビノイドに対して、得られた推定代謝物を当て込み、親化合物の化学構造と代謝経路の相関について解析を行う。
衛生昆虫における細胞質不和合性の制御機能の解明

細胞質不和合性はリケッチア様囚子Wolbachiaが起こす現象で、典型的な交配パターンとして、感染した雄と感染していない雌の交配で産まれる卵の孵化率が下がる。孵化率の低下は、完全に卵が孵化しないもの(完全不和合性)から、孵化率がわずかに下がるもの(不完全不和合性)まで、種によって異なり、その細胞質不和合性のメカニズムは不明な点が多い。キイロショウジョウバエ(Drosophila melanogaster)のWolbachiaに感染したある系統では、その示す細胞質不和合性の度合(孵化率)に大きな幅があったので、その系統を20代にわたって兄妹交配を行った。その遺伝的バックグラウンドが均一になった兄妹交配系統のなかには、高い不和合性を示す系統(HS)、低い系統(LS)が現われた。これらの系統の細胞質不和合性の度合の違いが寄主であるショウジョウバエか、それぞれに感染しているWolbachiaによるものかを明らかにするために、前年度にそれぞれの系統に感染するWolbachiaの16SrRNA,ftsZ遺伝子の一部の配列を決定し、それらが同じであることを明らかにした。今年度は、それぞれの系統に感染するWolbachiaの量を16SrRNA,ftsZ遺伝子でドット・プロットにより測定した。その結果、不和合性を高く示すHS系統は低く示すLS系統よりWolbachiaの感染量が多いことが示された。これらの結果より、HS系統・LS系統に見られる細胞質不和合性の度合の違いは感染しているWolbachiaによるものではなく、寄主であるショウジョウバエの遺伝的な違いであり、その違いがWolbachiaの感染量の差となり細胞質不和合性の度合の違いを起こすことを示した。細胞質不和合性はリケッチア様因子Wolbachia pipientisが起こす現象で、典型的な交配パターンとして感染した雄としていない雌の交配で産まれる卵の孵化率が下がり、数十種類の節足動物に感染がしられている。孵化率の低下は、完全に卵が孵化しないもの(完全不和合性)から、孵化率がわずかに下がるの(不完全不和合性)まで、種によって異なり、その細胞質不和合性のメカニズムは不明な点が多い。キイロショウジョウバエ(Drosophila melanogaster)のWolbachiaに感染したある系統では、その示す細胞質不和合性の度合(孵化率)に大きな幅があったので、その系統を20代にわたって兄弟交配を行った。その遺伝的バックグラウンドが均一になった兄弟交配系統のなかには、高い不和合性をしめす系統(HS)、低い系統(LS)が現われた。これらの系統の細胞質不和合性の度合の違いが寄主であるショウジョウバエか、それぞれに感染しているWolbachiaによるものかを明らかにするために、感染しているWolbachiaをテトラサイクリンで除去したあとに、HSにLSに感染していたWolbachiaを(HS-LW)、LSにHSに感染していたWolbachiaを(LS-HW)、それぞれの卵に注入して感染させた。それらのWolbachiaを交換した系統HS-LW、LS-HWの細胞質不和合性の度合は、やはりHS-HWでは高く、LS-HWでは低かった。また、HS、LSに感染していたWolbachiaの16srRNA,ftsZ遺伝子の一部をPCRで増幅し塩基配列を決定したところ完全に一致した。これらのことはHS、LSでの細胞質不和合性の度合の違いは感染しているWolbachiaによるものではなく、寄主であるショウジョウバエの遺伝的な違いであることを示している。
温度分布可視化による高温超伝導コイルのクエンチ耐性の改善

高温超伝導REBCO線材を用いた無冷媒超伝導マグネットの開発に向けて、低温での局所的発熱(ホットスポット)可視化技術の開発を行った。2014年度は、低温強磁場中蛍光分光測定により蛍光材料Eu-TFCが低温強磁場中での温度可視化に適応可能であることを明らかにした。また、低温強磁場大電流温度分布可視化装置の立ち上げを行った。2015年度は、REBCOテープとREBCOコイルにおけるホットスポットの観察をおこなった。ヒーターによりREBCOテープ内に強制的にホットスポットを発生させ常伝導伝播を可視化した。また、劣化したREBCOコイルにおける劣化箇所の温度分布による可視化に成功した。近年の高温超伝導REBCO線材の実用化以降、無冷媒超伝導マグネットの研究開発が急務である。特に、高温超伝導REBCOコイルにおけるホットスポット発生による高温超伝導線材の劣化を防止することが必要不可欠である。本研究では、高温超伝導REBCOコイルにおけるクエンチ発生時の温度分布をリアルタイムで可視化することにより、クエンチ耐性向上に関する知見を得ることを目的としている。本年度は、REBCOコイルにおいて外挿超伝導マグネットの強制クエンチにより外部磁場を急激に減少させた際の電磁気応答を測定し、REBCOコイルにおけるクエンチ発生時の温度が低いほどホットスポットによる抵抗発生が大きく急峻であることを明らかにした。さらに、REBCO線材の特性を考慮した熱電磁気数値シミュレーションから、REBCOコイルにおけるクエンチ発生時の温度が低いほどホットスポット領域が狭く温度上昇が大きいことを示した。また、温度分布可視化に向け温度可視化に用いる蛍光物質Eu-TFCにおける蛍光強度が磁場に依存しないことを確認し、東北大学金属材料研究所強磁場超伝導材料研究センターにおいて強磁場・低温・大電流下で温度分布を可視化するための実験装置の立ち上げを行った。今後は、この装置を用いることで、REBCOコイルのクエンチ時の温度分布リアルタイム観察を行い、REBCOコイルにおけるホットスポット発生箇所・熱伝導経路を明らかにすることでクエンチ耐性向上に向けたコイル構造を提案する。近年の高温超伝導REBCO線材の実用化に伴い、無冷媒超伝導マグネットの開発が急務である。特に、高温超伝導コイルにおける局所的発熱(ホットスポット)の発生による線材劣化を防止する技術開発が必要不可欠である。本年度は、前年度に立ち上げた低温強磁場化大電流温度分布可視化装置を用いて、REBCOテープとREBCOコイルにおけるホットスポットの観察をおこなった。まず、REBCOテープに対し臨界電流以下の定電流を流した状態で、テープ上に設置したヒーターを発熱させることによってホットスポットを強制的に発生させた後、熱暴走過程での常伝導伝播を観察すると同時にテープ内電圧分布を測定した。結果、電圧分布と温度分布から求めた常伝導伝播速度は定量的に一致し、温度分布可視化装置の妥当性を検証した。また分解能について、50 μm、0.5 K/√Hz程度の温度・空間・時間分解能が得られ、ホットスポットの可視化に十分な性能が得られた。この分解能は、クエンチ検出に関して十分であるが、コイル表面のみしか観察できないという欠点が挙げられる。次に、REBCOコイルに対し過電流を流すことで局所的に特性を劣化させてから、劣化箇所の臨界電流を超えた電流で保持しホットスポットを観察した。結果、ホットスポットは半径方向より動径方向に伸びた形状で現れた。その比は15程度であり、局所的なホットスポットから周辺への異方的な熱伝導パスを明らかにすることに成功した。本実験で用いたコイルはエポキシ樹脂で含浸されており、今後、最近提案されたターン間離形を施したコイルに対しても本研究で得られた技術を用いて熱伝導パスを解明することが期待される。また、離形材料を工夫することによって熱伝導の異方性を小さくすることにより、ホットスポットから周辺への熱伝導を増大させることが可能であることが示唆される。当初の計画通り、東北大学金属材料研究所強磁場センターにおいて強磁場・低温・大電流下で温度分布を可視化するための実験装置の立ち上げを行うとともに、高温超伝導REBCOコイルのクエンチ時の電磁気応答の測定と熱電磁気シミュレーションによる温度分布の数値計算を行うことに成功したため。27年度が最終年度であるため、記入しない。超伝導工学強磁場低温大電流下温度可視化装置を用いることで高温超伝導REBCOコイルにおけるクエンチ時の温度分布のリアルタイム観察を行うとともに、REBCOコイルのクエンチ耐性を改善したコイル構造を提案する。
試料表面に直接分布点音源を形成することによる固体内高分解能超音波可視化

本研究は溶融石英棒中を伝播す弾性波を用いて試料表面に直接分布音源を形成し、固体中に収束超音波を形成し、固体内の可視化を行うものであった。そのために石英棒の中を伝播する超音波の伝播特性を理論的・実験的調べ、さらに石英棒から固体内に伝播する弾性波の特性を実験的に調べた。本研究により得られた成果の中で、工学的に有用と考えられるものに以下の3つがある。1.分布点音源により固体中に形成される超音波の収束特性高インピーダンスの表面に直接分布点音源を石英の細棒を用いて形成する場合に、その配置と個々の石英棒に与える振幅・位相により収束特性が変化するので、最適な配置をシミュレーションにより検討した。2次元の分布点音源を電子走査方式により形成しようとすると音源の数が膨大になるので、可能な限り素子の数を減らすことが望まれる。そこで有限の円形の音源を2次元に分布させたときの収束特性をシミュレーションにより調べた。3.伝送線路を用いる複素音響インピーダンスの測定法本研究において、試料表面に分布点音源を形成する方法を検討中に得た有用な成果である。従来の測定法ではインピーダンスが小さい試料の場合、高精度な測定が困難であった。そこで本研究では超音波の伝送線路として石英細棒を用い、さらに試料と可変長伝送線路の間に音響変換素子を配置し、高精度な測定を可能とした。本年度は、超音波用伝送線路の特性、および音響インピーダンスの高い試料と伝送線路の特性との関係を実験的に調べた。1.超音波伝送用線路の開発直径が1.0mmの石英棒中を伝播する数MHz帯の超音波の伝送特性を測定し、分散および不要モードの影響の少ない条件を求めた。さらに細い試料に対する伝送特性の測定は計画中である。2.一次元伝送モデルによる固体内の高効率超音波励振法と複素インピーダンスの測定、音速測定への応用固体伝送線路により試料表面に点音源を形成するためには伝送線路と固体試料との音響エネルギーの変換効率を求める必要がある。そこで、先端が平らな伝送線路と試料との間隔を変化させたときの変換効率を一次元モデルにより定式化した。その結果、試料と伝送線路の間隔が半波長のときに位相のずれなく試料内に超音波を励起できることが分かった。またこのモデルにより、伝送線路と試料の間隔を変えながら反射係数を測定することにより、試料の複素インピーダンスと音速が求められることが明らかになったのでこの結果を公表した。先端を丸めた超音波用伝送線路を数種の厚さの試料表面に当てて超音波を発生させ、透過波を現有の超音波センサーで検出し、発生した超音波の振幅分布、位相分布を測定する。3.固定焦点の分布超音波の発生異なる長さの超音波の伝送線路を用いて伝播時間の異なる線路を作製を試みた。不要な信号が伝播することが問題になっている。本研究を遂行中に得られた成果の中で、工学的に有用と考えられるものに以下の2つがある。1.インピーダンス変換板を用いる低インピーダンス試料の複素音響インピーダンスの測定法従来からの超音波を用いる複素音響インピーダンスの測定法では測定対象に直接超音波を照射し、その反射波を測定しているために生体試料のようにインピーダンスが小さい試料の場合、高精度な測定が困難であった。また多くの装置は内視鏡下での使用を想定していないために装置が大型になり、体内での使用が困難であった。そこで本研究では超音波の伝送線路として石英細棒を用い、さらに試料と可変長伝送線路の間に音響変換素子を配置し、高精度な測定を可能とするものである。測定可能な対象は、生体試料、ゲル状、液体および固体試料であり、測定精度は1%程度である。生体試料を対象とする場合には、胃の良性部分と悪性部分の識別、血管内プラークの識別、動脈硬化の測定等が考えられる。2.伝送線路アレイを用いる固体試料の音速分布測定法の開発

厚さが既知の試料を用いた場合には、伝送線路をアレイ状に配置し、電子的に走査することにより電子走査方式の超音波顕微鏡が構成できる。方位分解能は線路の直径に依存するので、光ファイバーを用いれば100ミクロン程度の分解能の顕微鏡が構成できる。