hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高架橋から構成される広域道路ネットワークの超大規模地震応答シミュレーションの構築

近年の地震において,設計上の想定を超える事象が発生したことから,想定を超える地震動が作用した場合に,対象構造物がどのような挙動を示すか予め予測することが必要になり,構造物に対して終局状態や崩壊挙動まで表現できる高精度な解析モデルの作成が重要になってきた.また,地震防災,減災対策を検討するにあたっては,設計実務で用いられている橋梁単位の地震応答解析ではなく,広範囲の地震応答シミュレーションを行い,広域道路ネットワークとしての評価が注目されている.以上の観点から,今後は解析モデルの精緻化と広域化の方向に進むと予想されるが,同時にこの2つの方向に進めようとすると計算量が膨大になる.そこで,本研究ではスーパーコンピュータやPCクラスタ(複数台のPC等をネットワークで接続してひとつのコンピュータに見立てて利用する並列コンピュータ)上にて,高架橋や長大橋から構成される広域道路ネットワークの超大規模地震応答シミュレーション(同時に2つの方向に進めたモデル)を構築することを目的として初年度の研究を実施した.これまでの研究実績として,PCクラスタを本研究室内に構築した上で,本研究で使用する解析ソフトウェアに対して,地震応答解析に関する新たな計算アルゴリズム(従来からのDDMをもとにした高速並列計算アルゴリズム)を開発して本解析ソフトウェアに組み込んだこと,および,本研究の対象とする高架橋や長大橋のモデルを活用してシェルモデルを効率よく作成できるシェル変換プログラムを開発したことが挙げられる.なお,本研究のPCクラスタは,十分な計算処理能力はあるが,主にスーパーコンピュータ上で地震応答解析を実施する準備(前述のプログラム開発やデータ作成等)のために使用する.これらにより,広域道路ネットワークとして評価できる超大規模地震応答シミュレーションが可能となってきた.高架橋や長大橋に対してシェル要素によるモデル化を行い,さらに路線全体にモデル化の範囲を拡大することによって,広域道路ネットワークとしての評価が可能な地震応答シミュレーションを構築することが本研究の目的である.全体をシェル要素でモデル化することにより,モデル規模が膨大になり通常のコンピュータ上で動作する解析ソフトウェアでは処理ができないため,超大規模なモデルになっても,スーパーコンピュータやPCクラスタ上で高速処理ができる解析ソフトウェアの研究開発がまず重要である.本シミュレーションの構築に向けて,昨年度では次のような研究開発を実施した.(1)並列コンピュータ環境の構築:本研究で使用する解析ソフトウェアに対して,高速計算(並列処理)に関する研究開発を行うために,本研究室内にPCクラスタを新たに構築した.(2)解析ソフトウェアの高速化の実施:大規模計算にはDDM(Domain Decomposition Method)がよく使用されるが,従来のDDMではサブドメイン数が膨大になるとインターフェース方程式を解く段階で性能が落ちることがわかってきている.そこで,連立一次方程式の処理においてマルチフロンタル法をベースに消去木に基づく新たなDDMをPCクラスタ上で研究開発した.この解法は,消去木の優先深さ探査の順番に従って消去処理を行い,節点を共有しない複数の部分木に対するフロンタル行列の演算を並列処理できる.(3)超大規模モデルの作成方法の確立:本研究の対象とする高架橋や長大橋は,全て本研究で使用する構造解析ソフトウェアのはり要素(ファイバーモデル)でモデル化されている.そのモデルを活用して,シェルモデルを効率よく作成する方法を確立して,ファイバーモデルの断面情報を基に,シェルモデルへの変換プログラムを作成した.これにより,超大規模モデルが効率よく構築することできる.本年度では,昨年度に構築したPCクラスタ上にて新たなDDMを研究開発し,また,変換プログラム(ファイバーモデルからシェルモデルへの変換)も開発したので,次のステップとして,以下の研究開発を実施する.(1)超大規模モデルの構築:本研究の対象とする高架橋に対して,変換プログラムを活用することによって,実際のシェルモデルの高架橋モデルを作成する.また,長大橋に対しても,昨年度の研究実績から,本変換プログラムが活用できることが確認できたため,同様にして大規模なシェルモデルを作成する.これらのモデルを繋げることによって,広域道路ネットワークとしての評価が行える超大規模モデルを構築する.なお,本変換プログラムは,初期不整まで考慮しているため,解析モデルの計算精度が高い.(2)解析ソフトウェアの高速化:昨年度にPCクラスタ上にて新たなDDMを研究開発したので,スーパーコンピュータ「京」上で,実際の路線全体シェルモデルによる計算速度の評価を行う.その速度評価を基にして,再度,PCクラスタ上にて,さらに高速化(並列化効率の向上,DDMの改良)を実施する.これを繰返して,十分に速度性能が上がった状態になってから,スーパーコンピュータ「京」上にて超大規模モデルの地震応答解析を実施する.なお,スーパーコンピュータ「京」の使用については,今年度の課題申請が採択され,使用許可を得ている.(3)解析結果出力環境の整備:超大規模モデルに対して地震応答解析を実施すると,大量の解析結果が出力される.市販の構造解析プログラムでは,このような大量の解析結果が表示できないため,新たにデータベースサーバーのワークステーションを準備して,それ上にて解析結果の後処理プログラムを開発し,効率よく解析結果の整理や動画作成を行う.近年の地震において,設計上の想定を超える事象が発生したことから,想定を超える地震動が作用した場合に,対象構造物がどのような挙動を示すか予め予測することが必要になり,構造物に対して終局状態や崩壊挙動まで表現できる高精度な解析モデルの作成が重要になってきた.また,地震防災,減災対策を検討するにあたっては,設計実務で用いられている橋梁単位の地震応答解析ではなく,広範囲の地震応答シミュレーションを行い,広域道路ネットワークとしての評価が注目されている.以上の観点から,今後は解析モデルの精緻化と広域化の方向に進むと予想されるが,同時にこの2つの方向に進めようとすると計算量が膨大になる.

そこで,本研究ではスーパーコンピュータやPCクラスタ(複数台のPC等をネットワークで接続してひとつのコンピュータに見立てて利用する並列コンピュータ)上にて,高架橋や長大橋から構成される広域道路ネットワークの超大規模地震応答シミュレーション(同時に2つの方向に進めたモデル)を構築することを目的として初年度の研究を実施した.これまでの研究実績として,PCクラスタを本研究室内に構築した上で,本研究で使用する解析ソフトウェアに対して,地震応答解析に関する新たな計算アルゴリズム(従来からのDDMをもとにした高速並列計算アルゴリズム)を開発して本解析ソフトウェアに組み込んだこと,および,本研究の対象とする高架橋や長大橋のモデルを活用してシェルモデルを効率よく作成できるシェル変換プログラムを開発したことが挙げられる.なお,本研究のPCクラスタは,十分な計算処理能力はあるが,主にスーパーコンピュータ上で地震応答解析を実施する準備(前述のプログラム開発やデータ作成等)のために使用する.これらにより,広域道路ネットワークとして評価できる超大規模地震応答シミュレーションが可能となってきた.高架橋や長大橋に対してシェル要素によるモデル化を行い,さらに路線全体にモデル化の範囲を拡大することによって,広域道路ネットワークとしての評価が可能な地震応答シミュレーションを構築することが本研究の目的である.全体をシェル要素でモデル化することにより,モデル規模が膨大になり通常のコンピュータ上で動作する解析ソフトウェアでは処理ができないため,超大規模なモデルになっても,スーパーコンピュータやPCクラスタ上で高速処理ができる解析ソフトウェアの研究開発がまず重要である.本シミュレーションの構築に向けて,昨年度では次のような研究開発を実施した.(1)並列コンピュータ環境の構築:本研究で使用する解析ソフトウェアに対して,高速計算(並列処理)に関する研究開発を行うために,本研究室内にPCクラスタを新たに構築した.(2)解析ソフトウェアの高速化の実施:大規模計算にはDDM(Domain Decomposition Method)がよく使用されるが,従来のDDMではサブドメイン数が膨大になるとインターフェース方程式を解く段階で性能が落ちることがわかってきている.そこで,連立一次方程式の処理においてマルチフロンタル法をベースに消去木に基づく新たなDDMをPCクラスタ上で研究開発した.この解法は,消去木の優先深さ探査の順番に従って消去処理を行い,節点を共有しない複数の部分木に対するフロンタル行列の演算を並列処理できる.(3)超大規模モデルの作成方法の確立:本研究の対象とする高架橋や長大橋は,全て本研究で使用する構造解析ソフトウェアのはり要素(ファイバーモデル)でモデル化されている.
エイコサペンタエン酸のサイトカイン動態に及ぼす影響に関する臨床的及び実験的研究

1.エイコサペンタエン酸(EPA)の血中サイトカインに及ぼす効果について検討した。12名の虚血性心疾患患者を対象とし、EPA1800mg/日を6週間投与し、投与中止後8週間まで経過観察した。サイトカインとして、インターロイキン(IL)-1β(単球/マクロファージ由来)、血小板由来増殖因子(PDGF)(血小板・血管内皮由来)を、顆粒球・血小板の活性化の指標として、各々、顆粒球エラスターゼ(GE)、フィブリノペプタイドA(FPA)を測定した。EPA/AA(アラキドン酸)比はEPA投与中有意に増加し、中止とともに前値に復した。GEは有意の変化を示さず、PDGF・FPAはEPA投与後6週間後に有意に低下し、中止とともに前値に復した。IL-1βはEPA投与中高度に低下し、中止後も試験期間中持続的に抑制された。これらの結果から、EPAによる抑制はサイトカインにより異なり、単球/マクロファージ系が最も強く抑制されることが示された。2.EPAの血管内皮の抗血栓性に及ぼす影響について検討した。10名の虚血性心疾患患者と10名の非虚血性心疾患患者を対象とし、EPA1800mg/日を6週間投与し、投与中止後8週間まで経過観察した。測定項目として、トロンボモジュリン(TM)、トロンビン/アンチトロンビン複合体(TAT)、プロテインC活性、α_2プラスミンインヒビター/プラスミン複合体(PIC)とした。これらの指標は、EPA投与前に2群間で差はなく、また、EPA投与によっても有意な変動は示さなかった。したがって、本研究の範囲内では、EPAの血管内皮の抗血栓性に及ぼす有意な影響は認められなかった。これらの研究は、いずれも長期間を要するものであり、現在終了したばかりである。現在、論文を投稿準備中である。
マルチスケール大気放射モデルを用いた全球雲解像放射エネルギー収支の定量化

モンテカルロ法と明示的解法に基づいた三次元大気放射モデルを開発した。開発したモデルを最新の雲解像気象シミュレーションデータに応用し、雲の三次元放射効果を定量的に調べた。主な成果として、開胞型・閉胞型と呼ばれる雲の場合には、同一の雲場でも太陽放射加熱率の空間分布は空間解像度によって異なり、水平格子間隔が100m1kmの範囲では局所的に16 K/hr程度の違いが現れることが分かった。一方、太陽放射加熱率の領域平均値は空間解像度にほとんど依存せず、熱力学的に有意な差は無かった。このことから、雲解像スケールでの雲・放射相互作用は空間解像度に応じてその性質が大きく異なることが示唆された。雲を解像する空間スケールでは雲の不均質性と三次元放射伝達の効果が顕著であり、雲・放射相互作用のメカニズムを理解する上で重要性が認識されつつある。本研究課題では、高効率のマルチスケール大気放射モデルを開発し、放射エネルギー収支の観点から雲の三次元放射効果を定量化することを目指している。平成27年度はモデル中核部分の開発・高度化と、衛星観測データおよび気象再解析データの整備・予備解析に重点を置いた。(1)明示的一次元放射伝達モデルにアジョイント放射伝達スキームを導入し、高効率の感度解析計算を可能とする基盤モデルの構築を行った。さらに、より汎用的かつ実用的な明示的計算手法への改良のため、特に赤外域での放射伝達における計算効率化に関して調査・検討を行った。加えて、モンテカルロ法における領域分割法(空間並列化法)について文献調査を行い、その特徴と性能を把握した。(2)明示的解法に基づいた三次元放射伝達モデルとモンテカルロ放射伝達モデルをCubic cloudのシーンに適用し、明示的解法の計算精度を検証した。その結果、明示的解法の計算精度は角度近似に大きく依存するものの、粗い近似(P1近似相当)の計算でも有意な計算結果が得られることがわかった。(3)衛星観測データを用いた雲の水平不均質性の実態把握のため、CloudSat/CALIPSOによる雲プロダクトを用いて初期解析を行い、雲タイプ別に幾何学的および光学的な不均質性を定量的に求めた。この結果、特に積雲型の境界層雲と巻雲の不均質性を考慮することが重要であることがわかった。また、静止気象衛星ひまわり8号による高頻度観測データを定量的に解析することを目指して、サポートベクターマシンに基づいた雲判別アルゴリズムの活用方法を検討するとともに、ひまわり8号の観測バンドに対応したガス吸収モデルを開発した。本研究課題ではマルチスケール大気放射モデルの開発・高度化を行い、雲の三次元放射効果を定量化することを主目的としている。今年度は、モデル中核部分であるガス吸収モデルの開発と一次元放射伝達モデルの高度化、および衛星観測データや気象再解析データの整備と予備解析を行った。これにより三次元放射効果の見積もりを行うために必要なモデルの基本要素とデータが着実に整った。本研究課題では高効率のマルチスケール大気放射モデルを開発し、放射エネルギー収支の観点から雲の三次元放射効果を定量化することを目指している。平成28年度はモデル中核部分の精度検証と、モデル予備技術の開発、衛星観測データの予備解析に重点を置いた。具体的には、以下の通りである。モンテカルロ法を用いた三次元大気放射伝達モデルにおいて多波長同時計算を効率的に行うため,最大消散係数法による新しい計算法を提案した。また、明示的三次元放射伝達モデルの波長積分法に並列計算機能を実装し、効率的な波長積分が行える三次元放射モデルを構築した。これにより、三次元放射場の計算がより効率的に行えるようになった。明示的三次元放射モデルとモンテカルロ放射モデルの計算結果の比較を進めたところ、短波長帯において前方散乱が卓越する場合には明示的放射モデルの計算結果に無視できないバイアス誤差が生じる可能性があることが示唆された。一方で、明示的一次元放射モデルに導入したアジョイント放射伝達スキームを高度化し、雲の光学的厚さや水蒸気量などに対する線形放射モデルを構築した。これに加えて、気象衛星ひまわり8号用のガス吸収モデルと地表面の双方向反射モデルを整備し、衛星観測データを使った雲場の解析に必要なモデル基盤技術を整えた。CloudsatおよびCALIPSOによる1年分の衛星観測データを使用し、雲の空間不均質性の実態を水平解像度18kmで全球にわたって調査した。雲の鉛直構造を高度および単層・多層に分けて10種類に分類し、各分類の雲の出現頻度を解析した。また,衛星観測からの雲物理量の推定における雲の不均質性の影響をSCALE-LESデータを用いて解析した。SCALE-LESデータに対しては三次元放射モデルを適用できる計算環境を整え、太陽天頂角に対する放射フラックス・加熱率の分布を調べるための予備実験を行った。今年度は、モデル中核部分である三次元放射伝達スキームの精度検証、予備技術であるアジョイント放射伝達モデル・地表面双方向反射モデル・高効率な波長積分スキームの開発、および衛星観測データの予備解析を行った。これにより三次元放射効果の見積もりを行うために必要な放射モデルと各種のデータが揃い、次のステップであるオフライン実験を行える環境が着実に整った。昨年度までに開発した三次元モンテカルロ放射モデルをSCALE-LESによる境界層雲の気象シミュレーションデータにオフラインで適用し、水平解像度100m1kmの様々な空間スケールで雲の放射エネルギー収支を見積もった。

その結果、境界層雲による太陽放射過熱は空間解像度が高いほど局所的に強く現れ、その大きさは水平解像度100mのオーダーでは6K/hr程度にまで達するが、水平解像度が1kmのオーダーでは1K/hr程度であることが分かった。一方、計算領域全体で平均した太陽放射加熱率の値は空間解像度によらず、熱力学的にみて同程度の大きさを示すことが分かった。また、三次元放射モデルによる太陽放射フラックス計算を太陽光発電の評価に応用するための基礎的な数値実験を行い、従来の鉛直一次元計算とは明らかに異なる評価結果となることを確かめた。熱放射については、明示的放射モデルをSCALE-LESデータに適用して放射収支を調べ、特にガス吸収が弱い波長帯で雲の三次元効果が顕著に現れることが分かった。あわせて、最大消散係数法を高度化した多波長同時計算アルゴリズムの開発、深層学習による衛星観測における雲の三次元効果の定量化とその補正手法の開発、様々な地表面の双方向反射モデルの整備、および気象衛星ひまわり8号用ガス吸収モデルの高度化等の放射モデル基盤技術の開発と整備を行った。一方、CloudsatおよびCALIPSOによる1年間の衛星観測データを使用し、氷雲の空間不均質性の実態を様々な空間スケールで全球にわたって調査した。氷雲の鉛直構造を高度および単層・多層に分けて分類し、各分類の氷雲の出現頻度を解析した。水雲については現在利用可能なデータは解析に適した観測精度を有しないことが分かったため、大気放射モデルの適用を含めたデータ解析は見送ることとした。モンテカルロ法と明示的解法に基づいた三次元大気放射モデルを開発した。開発したモデルを最新の雲解像気象シミュレーションデータに応用し、雲の三次元放射効果を定量的に調べた。主な成果として、開胞型・閉胞型と呼ばれる雲の場合には、同一の雲場でも太陽放射加熱率の空間分布は空間解像度によって異なり、水平格子間隔が100m1kmの範囲では局所的に16 K/hr程度の違いが現れることが分かった。一方、太陽放射加熱率の領域平均値は空間解像度にほとんど依存せず、熱力学的に有意な差は無かった。このことから、雲解像スケールでの雲・放射相互作用は空間解像度に応じてその性質が大きく異なることが示唆された。これまでの進捗状況を踏まえて、本研究課題の中核部分であるマルチスケール大気放射モデルの開発・高度化を進めるとともに、引き続き衛星観測データ等の整備と解析を進めて現実的な雲場(水平-鉛直二次元、または三次元)の構築を試みる。また、モデルの高度化や衛星データの解析結果について、国内外の学会・学術論文等での研究発表と、最新の学術情報の収集に努める。研究代表機関のメンバーを中心に、これまでに開発した放射モデルを雲解像気象シミュレーションデータや衛星観測データに応用し、オフライン実験による雲の三次元放射効果の解析を行う。計算結果と解析結果を踏まえ、必要に応じて研究分担者と協力してモデル要素技術の改良・高度化を行う予定である。また、衛星観測による雲プロダクトを用いた雲の不均質性の評価を継続して行う予定である。
熱帯高塩地域の植生改編による生態環境変動の解析と緑化技術の開発

世界の至る処で広がる塩類土壌を耐塩性雑草を利用してその微細環境を改善し、緑化技術を開発するための基礎的な研究ならびに現場における実証試験を通じて検討した。現場実証試験として、熱帯高塩地域であるタイ東北地方Phimaiの塩類土壌を選定し、数種の耐塩性雑草を導入して植生を変えた試験圃場を設置し、3年間にかけて植生改編が塩類土壌の微細環境に及ぼす影響と緑化の可能性を調べた。雑草を植栽した区においては裸地の対照区に比べて僅かでありながら土壌中の塩類濃度が下がり、耐塩性雑草の導入による塩類土壌の改善と緑化の可能性を示唆した。ただし、こうような効果は雑草による塩類の吸収によるものであるかまたは被覆による土壌水分の蒸発抑制によるものであるかはさらなる検討が必要であり、より高い改善能を備えた草種の選定などまだ残された課題は沢山ある。また、今回の結果の可能性は短期間での効果であり、長期間の効果を検討するためにタイ側の共同研究者たちと研究の継続について協議中である。一方、こうした現地圃場に加えて植物の塩害および耐塩性機構の究明、有用耐塩性雑草の探索と繁殖方法の開発などの基礎的研究にも力を注ぎ、所定の知見を得ることができた。特に、塩ストレスのような酸化ストレス条件下における活性酸素消去系の酵素カタラーゼの急激的低下にサリチル酸が深く関与することや塩ストレスによる過度なアンモニアの蓄積が塩害の大きな要因になりうるという発見は植物の耐塩性の遺伝子的あるいは化学的制御の可能性を開き、高塩地域の緑化技術の開発にも繋がる大きな成果である。研究を大きく二つに分け、日本側は植物の塩ストレスに対する反応機構の解析とその制御技術の開発と土壌塩類濃度の測定法の開発など基礎的研究を主に担当し、タイ側は熱帯高塩地域の植生改変における草本生雑草の有用性の検討と緑化技術の開発などの現地試験を担当することに協議して研究を進めた。日本側は、様々な植物を用いて植物種間における耐塩性機構の多様性を調べ、耐塩性のイネ科植物では塩の体内吸収をうまく抑制できるものと、塩は多く吸収しても体内の浸透圧調節機能が優れたものなど多様であることを明らかにした。さらに、塩ストレス条件下で発生する活性酸素を消去する能力にも違いがあり、特にカタラーゼ活性の低下が耐塩性と密接に関わることと、その低下にサリチル酸が関与している可能性を見い出し、サリチル酸生成の植物種間差や化学的制御の可能性などに関する詳細な研究を開始した。タイ側では、タイ東北地方(Phimai)の高塩地域に圃場を設け、vetivar、sesbania、Cynodonなどの耐塩性雑草を植えて裸地または稲藁マルチング区と比べながら塩類土壌を緑化した後の土壌環境(塩類濃度、土壌水分、土壌温度、養分)や群落環境などその微細環境の変動を測定し、年次的変化と雑草による緑化効果の検討を開始した。上記のような基礎的研究と現地試験に基き、より効果的な植物の耐塩性の強化と塩類地緑化技術の開発するとともに次年度の研究方向について協議した。今年にあげられた一部の結果は学術雑誌に発表した。2年目の研究としてタイ東北地方Phimai塩類土壌に設けた現地圃場試験に主な力を注いた。雨期に草丈、被覆度などの異なる数種の雑草を塩類集積土壌に植えて生育させた後、乾期の始めから周期的に土壌の変化を調べた。雑草を育成した所では裸地に比べてわずでありながら塩類濃度などの土壌環境に変化が読み取られ、雑草の草種間にも差が見られたことから塩類集積土壌における耐塩性雑草の利用の有効性が確認できた。まだ短期間での結果であり、長期間の変化がどのようにどこまで起こるかは推測できないが、引き続いて綿密に調べることにしている。こうした結果の一部は平成13年9月に日本雑草学会の主催で開かれる国際シンポジウムで発表する予定である。

また、圃場試験に加えて現地に適用できる耐塩性雑草の探索と組織培養などの有効な繁殖方法、化学物質による植物耐塩性の強化法の開発や植物耐塩性機構、塩類の土壌吸着および脱着と関連する植物塩害発現機構の究明などの基礎的研究も続行した。Vetivar、sesbaniaに続き、Diplachne fuscaやChloris barbataの耐塩性系統が選抜され、多量繁殖も可能になり、論文として発表するとともに現地適用試験に供試しようとしている。一部の植物倭化剤で認められているストレス抵抗性の強化能のメカニズムについてサリチル酸の生成との関係や合成酵素の活性化、ジベレリンとアブシジン酸の相互作用の観点から追跡し、より効果的な調節剤の開発ならびに塩類地緑化技術への適用を試みている。熱帯高塩地域としてタイ東北地方Phimaiの塩類土壌を選び、耐塩性雑草を導入して植生を変えた試験圃場を設置し、3年間にかけて植生改編が塩類土壌の微細環境に及ぼす影響と緑化の可能性を検討した。1年次の雨期に草丈、被覆度などの異なる数種の雑草を塩類集積土壌に植えて同年度の乾期の始めから周期的に土壌の変化を追跡した。雑草を導入した区においては裸地区に比べて僅かでありながら土壌中の塩類濃度が下がり、耐塩性雑草の導入による塩類土壌の改善と緑化の可能性を示唆した。ただし、このような効果は雑草による塩類の吸収によるものであるかまたは被覆による土壌水分の蒸発抑制によるものであるかはさらなる検討が必要であり、より高い改善能を備えた草種の選定などまだ残された課題は沢山ある。また、今回の結果の可能性は短期間での効果であり、長期間の効果を検討するためにタイ側の共同研究者たちと研究の継続について協議中である。一方、こうした現地圃場に加えて植物の塩害および耐塩性機構の究明、有用耐塩性雑草の探索と繁殖方法の開発などの基礎的研究にも力を注ぎ、所定の知見を得ることができた。特に、塩ストレスのような酸化ストレス条件下における活性酸素消去系の酵素カタラーゼの急激的低下にサリチル酸が深く関与することや塩ストレスによる過度なアンモニアの蓄積が塩害の大きな要因になりうるという発見は植物の耐塩性の遺伝子的あるいは化学的制御の可能性を開き、高塩地域の緑化技術の開発にも繋がる大きな成果である。こうした成果は整理し、学術論文として公表する予定である。
天然由来抗感染症活性を有する新規化合物を用いたケミカルバイオロジー研究

ケミカルバイオロジ-のアプローチから3種の微生物由来の抗感染症剤の作用機序について研究した。Cyslabdan(MRSAに対するss-ラクタム薬イミペネム活性増強剤)についてMRSA抽出タンパク質を材料に研究し、その結合タンパク質として細胞壁ペプチドグリカンの生合成に関わるSAR1388を同定した。また、lariatin A(結核菌の選択的な生育阻害剤)についても、M. smegmatis抽出タンパク質を材料に研究し、その結合タンパク質として機能未知なMSMEG1878を同定した。これら結合タンパク質の解析をもとに化合物の作用機序を推定した。Spirohexaline類(UPP synthase阻害剤)については、in silico実験において、viridicatumtoxinと標的タンパク質UPP synthaseとのドッキングモデルを解析し、その結合様式を明らかにした。近年、耐性菌や再興感染症の問題から新しい観点からのIL抗感染症薬の開発が社会的に強く望まれている。このような背景のもと、創薬開発のみならず感染症の予防治療に貢献する新しいターゲット分子の提供は重要である。本研究では、申請者らが独自に発見した構造的にも活性的にも特色のある抗感染症剤について、それぞれの病原性あるいは関連する微生物(MRSA、EPEC、1結核菌M. smegnzatis)を材料に活性発現の責任分子を同定し、その作用メカニズムの解明を目指す。1) Lariatin類(抗結核活性物質):生産菌Rodococcus josti KO1-BO171株よりその生合成遺伝子のクローニングに成功し、5つのORF (larAEと命名)がオペロンを形成し、かっlariatinがリボソームで生合成されることを明らかにした。さらに人為的にアミノ酸改変体を作製する基盤を確立した。またlariatinのC末端のビオチン標識体を利用した結合タンパク質の解析法を確立し、それを基軸にMSMEG1878と1本鎖DNA結合タンパク質を介したDNA複製調節阻害による抗結核の作用機構を推定した。2) Cyslabdan (β-ラクタムの抗MRSA活性増強作用物質):MRSA抽出タンパク質から標的タンパク質として細胞壁合成に関わるアミノアシル転移酵素を同定した。本タンパク質はβ-ラクタム剤のMRSAの耐性因子のひとつとして報告されており、このタンパク質の機能阻害を介したβ-ラクタム剤増強の作用機構が想定された。3)Spirohexaline類(抗MRSA活性物質):黄色ブドウ球菌の細胞壁合成に関与するウンデカプレニルピロフォスフエート酵素配列に基づい多摩分子モデリングより、基質との結合部位に本化合物がフィットすること、また構造中の水酸基やカルバモイル基が酵素活性中心に存在するAsn_<35>, Met_<54>, Ala<76>, Glu<88>などと相互作用する可能性を明らかにした。近年、耐性菌や再興感染症の問題から新しい観点からの抗感染症薬の開発が社会的に強く望まれている。本研究では、申請者らが独自に発見した構造的にも活性的にも特色のある抗感染症剤について、それぞれの病原性あるいは関連する微生物(MRSA、EPECや結核菌M.smegmatis)を材料に活性発現の責任分子を同定し、その作用メカニズムの解明を目指す。1)Lariatin類(抗結核活性物質):lariaitnAのポリペプチド配列をコードする遺伝子を改変導入した放線菌宿主発現系(前年度に報告)を駆使して、30種以上の変異体を人為的に作製した。それらの構造活性相関を検討し、抗結核活性に重要なアミノ酸残基を特定した。今後、これらファーコフォア情報を基にin silicoでのnon-peptide創製への応用を検討する。さらに作用機序研究として、結核菌形態に及ぼす影響を解析し、時間・濃度依存的に細胞伸長を引き起こす作用があることを新たに見出した。同表現型はDNA複製阻害時に観察される表現型とも一致するため、本知見はlariatinによるDNA複製調節の阻害作用という申請者らが先に報告した研究成果を強く裏付ける結果と考えられる。2)Cyslabdan(β-ラクタム薬の抗MRSA活性増強物質):結合タンパク質として前年度に同定したアミノアシル転移酵素(FemA)の機能に基づいて、MRSA細胞壁のペプチドグリカンに及ぼす影響を解析した結果、cyslabdanはMRSA細胞内にmonoglycine-muropeptide蓄積を引き起こすことが明らかとなった。従って、cyslabdanはFemAの機能を阻害することでイミペネムとの共存下でペプチドグリカンの架橋反応を完全に停止させ、イミペネムの活性を増強させたと推定している。

このような背景のもと、創薬開発のみならず感染症の予防治療に貢献する新しいターゲット分子の提供は重要である。本研究では、申請者らが独自に発見した構造的にも活性的にも特色のある抗感染症剤について、それぞれの病原性あるいは関連する微生物(MRSA、EPECや結核菌M.smegmatis)を材料に活性発現の責任分子を同定し、その作用メカニズムの解明を目指す。1)Lariatin類(抗結核活性物質):独自に考案した放線菌宿主発現系を駆使して、前年度に特定した活性との関連性の高い数種のアミノ酸残基(Y_6,W_9,I_<16>,K_<17>,P_<18>)に着眼し、構造活性相関について詳細に研究した。種々の変異体による解析から、Y_6とW_9は、芳香族性のアミノ酸残基の存在が活性に必須であること、また、Ii6とPl8は、短い側鎖のアミノ酸残基の導入が活性の向上につながり、一方でK_<17>は短い側鎖のアミノ酸残基の導入は好ましくないことが明らかとなった。これら情報をもとに、天然物よりも高活性な変異体I16A/P18Aを取得した。さらに、ROESYを中心としたNMR解析から、多くの非活性な変異体において、貫通部と投げ縄環形成部との鍵相関が消失しており、これら変異体の立体構造が天然物と大きく異なることが明らかとなった。従って、立体構造の変化が化合物と標的分子との親和性に影響し活性低下を生じた可能性がある。これら変異体については、標的タンパク質MSMEG1878(前年度に同定)との結合性の評価に利用していく。2)Cyslabdan(β-ラクタム薬の抗MRSA活性増強物質):FemAタンパク質(前年度に同定)と化合物との共結晶実験を行うため、タンパク質の大量取得を検討した。Hisタグを融合させたタンパク質の大腸菌発現系を構築すると共に、ニッケルカラム及びゲルろ過カラムを組み合わせたタンパク質の精製法を確立し、これにより本実験に利用可能なタンパク質を供給できる基盤を整えた。今後、本タンパク質を利用した解析により、FemAタンパク質と化合物との結合様式の解明につながることが期待される。
バインダーレスボードの開発

廃棄バイオマス資源の一つであるケナフ心材部の有効利用の一つとして、バインダーレスボードの開発について検討し、製造条件、特に圧締温度が高いほど耐水性が向上し、最適条件下では、ユリア・メラミン共縮合樹脂接着剤と同等かそれ以上の性能を有することが認められ、さらに、一年間の暴露試験においても材料の劣化は少なく、バインダーレスボードが耐水性に劣るという概念を覆す結果となった。一方、ケナフコアボードを用いたバインダーレスボードの自己接着機構に関する検討を、化学的手法と物理的手法を用いて実施した。化学的分析結果から、自己接着には、熱によるリグニンの軟化及びリグニンの縮合型構造の形成が確認された。また、カルボン酸類によるエステル結合の生成の可能性も示唆され、このような変化を生ずる要因は、製造時における圧締温度であり、適切な温度条件下において自己接着機構が発現していることが推測された。また、廃木材および竹を爆砕処理したパルプ等の化学分析あるいは走査型電子顕微鏡を用いた分析からは、爆砕によりパルプ表面に析出し遊離したリグニンが自己接着に関与していることが明らかとなり、この結果からも上述したリグニンの関与が明らかとなった。バインダーレスボードの製造条件に関しては、圧締圧力および圧締温度が木質系ボードの製造条件と比較しても差異がないことから既存のボード製造装置を用いたバインダーレスボードの製造が可能であり、今後、各種のバイオマスの有効利用に適用可能と思われる。バインダーレスボードに適用可能な廃棄バイオマス、特に建築解体から排出される廃木材関連のバイオマス量とその用途、さらに熱帯林におけるバイオマス量等に関する調査を実施した。その結果、これら資源のボード等への原料として利用が可能であることが看取された。また、放棄バイオマス資源の一つであるケナフ心材部の有効利用の一つとして、バインダーレスボードの開発について検討し、製造条件、特に圧締温度が高いほど耐水性が向上し、最適条件下では、ユリア・メラミン共縮合樹脂接着剤と同等かそれ以上の性能を有することが認められ、バインダーレスボードが耐水性に劣るという概念を覆す結果となった。さらに、ケナフコアボード及び廃木材を用いたバインダーレスボードの自己接着機構に関する検討を、化学的手法と物理的手法を用いて実施した。化学的分析結果から、自己接着には、ヘミセルロースが加水分解を受けて生成する糖類さらに、それらから生成するフルフラールなどが関与すると言われていたが、研究結果から、熱によるリグニンの軟化及びリグニンの縮合型構造の形成が確認された。一方、廃木材を爆砕処理したパルプ等の化学分析あるいは走査型電子顕微鏡を用いた分析からは、爆砕によりパルプ表面に析出し遊離したリグニンが自己接着に関与していることが明らかとなり、この結果からも上述したリグニンの関与が看取された。今後、自己接着機構に関しては、製造条件との関連をより明確にし、適切な製造条件を提案する。バインダーレスボードに適用可能な植物バイオマスに関連し、ベトナムのメコンデルタ地域において、植林が実施されているメラルーカ材のバイオマス量等に関する調査を実施し、この資源がバインダーレスボードへ適用可能であるとともに、他の木質系ボードの原料として利用が可能であることが認められた。特に、樹皮の有効利用に関してバインダーレスボードの製造技術が適用可能であることが認められた。一方、放棄バイオマス資源の一つであるケナフ心材部の有効利用の一つとして、バインダーレスボードの開発について検討し、製造条件の中でも、圧締温度が高いほど耐水性が向上し、最適条件下では、ユリア・メラミン共縮合樹脂接着剤と同等かそれ以上の性能を有することが認められたことから、3種類の温度条件で製造した試験体について暴露試験(9ヶ月経過)及び促進試験を実施し、接着耐久性等に関する性能を調べた結果、バインダーレスボードが耐久性に劣るという従前の概念を覆す結果となった。

また、暴露されたケナフコアボードを用いたバインダーレスボードの自己接着機構に関する検討を化学的手法を用いて実施し、リグニンの接着耐久性への関与が看取された。さらに、竹材を用いたバインダーレスボードに関する研究を開始した。ここでは、竹材の特徴である裂ける性質を利用し、竹材をゼファーシート状、粉末状あるいはチップ状に加工した後にボード製造を行い、原材料の形状よるボードの性能について検討した。原材料の形状の違いによってその性能は異なるが、いずれの場合においてもバインダーレスボードの製造が可能であることが認められた。廃棄バイオマス資源の一つであるケナフ心材部の有効利用の一つとして、バインダーレスボードの開発について検討し、製造条件、特に圧締温度が高いほど耐水性が向上し、最適条件下では、ユリア・メラミン共縮合樹脂接着剤と同等かそれ以上の性能を有することが認められ、さらに、一年間の暴露試験においても材料の劣化は少なく、バインダーレスボードが耐水性に劣るという概念を覆す結果となった。一方、ケナフコアボードを用いたバインダーレスボードの自己接着機構に関する検討を、化学的手法と物理的手法を用いて実施した。化学的分析結果から、自己接着には、熱によるリグニンの軟化及びリグニンの縮合型構造の形成が確認された。また、カルボン酸類によるエステル結合の生成の可能性も示唆され、このような変化を生ずる要因は、製造時における圧締温度であり、適切な温度条件下において自己接着機構が発現していることが推測された。また、廃木材および竹を爆砕処理したパルプ等の化学分析あるいは走査型電子顕微鏡を用いた分析からは、爆砕によりパルプ表面に析出し遊離したリグニンが自己接着に関与していることが明らかとなり、この結果からも上述したリグニンの関与が明らかとなった。バインダーレスボードの製造条件に関しては、圧締圧力および圧締温度が木質系ボードの製造条件と比較しても差異がないことから既存のボード製造装置を用いたバインダーレスボードの製造が可能であり、今後、各種のバイオマスの有効利用に適用可能と思われる。
発声時声門間隙の多角的検討

各種喉頭疾患患者につき、喉頭ストロボ・ファイバースコピーを施行し、発声時喉頭画像をビデオ録画した。その際、音声をも収録した。得られた画像は高速ディジタイザにより高精度ディジタルデータに変換し、磁気メディアに収納した後、モニター画面上に再生し、発声時声門間隙の面積を測定した。また声門間隙の形態的特徴を記録した。一方、同一患者につき同一発声條件下で、Rothenbergのマスクを用いて発声時呼気流率を検出し、音声波とともにデータレコーダに収録した。この呼気流率信号と音声信号を再生し、A/D変換器を介してディジタルデータに変換し、磁気メディアに収納した。この呼気流率データから、積分プログラムにより、単位時間当りの呼気流量を計算した。また音声信号からは、APQ、PPQ、ケプストラム係数等の音響指標値を計算した。得られた喉頭画像の特徴と、発声時呼気流量値を比較検討したところ、持続母音においては、声門間隙の大きさと平均呼気流量との間に、ほぼ直線的な関係がみられた。しかし、声門間隙の形態と呼気流量の間には、一定の関係はみられなかった。また、APQ、PPQ、ケプストラム係数等の音響指標値と、平均呼気流量との関係は、単純ではなかった。平均呼気流量の値から、発声時声門間隙の大きさを推定することはほぼ可能であるが、音響指標値から声門間隙の大きさや形を推定することは困難であると思われた。
カーボンナノチューブの有効利用のためのアレルギー増悪評価系の開発

本研究では適切な条件によるCNTのアレルギー増悪効果を検討した。はじめに毒性が既知の金属酸化物ナノ粒子により評価を行った。これらのナノ粒子をマウスの気管内に投与後、連続してOVAを吸入させたところ、一部で血中のOVA特異的IgEの上昇がみられた。次に、CNTにより同様の評価を行った。その結果、CNTにおいても一部の試料で血中のOVA特異的IgEの上昇がみられた。この時、肺組織内で酸化ストレス関連、炎症関連、アレルギー誘発関連遺伝子の発現上昇が認められた。酸化ストレス関連、炎症関連遺伝子は培養細胞でも発現が上昇した。これらの遺伝子発現評価による、CNTのアレルギー増悪効果の予見可能性が示された。本年度は、マウスを用いたカーボンナノチューブ(CNT)の気管内投与によるアレルギー増悪効果の評価系を確立した。はじめに、肺毒性が明らかであり、アレルギー増悪効果が期待されるアラムおよび酸化亜鉛(ZnO)ナノ粒子を試料として、実験系の妥当性を検討した。安定に液中分散した咽頭吸引によってC57BL/6Nマウスの肺内に投与した。次に、アレルゲンとして卵白アルブミンを気中噴霧し、途中1週間のインターバルを挟んで、1日おきに4回ずつ、計8回吸入させた。この後、解剖を行い血液および肺組織を採取した。血中のOVA特異的IgEを測定したところ、有意な上昇が認められた。一方で、アラムまたはZnOナノ粒子を投与しなかった(分散媒のみを投与)対照群では、OVA特異的IgEの上昇は認められなかった。このことから、ZnOの吸引によって、卵白OVAに対するアレルギーの増悪効果が認められた。また、肺組織における酸化ストレスマーカーとしてヘムオキシゲナーゼ-1(HO-1)を、炎症マーカーとしてMIP-2遺伝子の発現を検討したところ、いずれも発現の上昇が認められた。次に、ZnOナノ粒子を投与後、同様に1日おきに卵白アルブミンの吸入を行い、吸入1回、2回、4回後にそれぞれ血液を採取し、血中のOVA特異的IgE濃度を測定したところ、いずれの時点でも上昇は認められなかった。これらの結果から、吸入によるアレルギー増悪効果の評価のための実験系として、少なくとも1日おきに1週間のインターバルを挟んで4回ずつ、計8回の吸引によって増悪効果が評価可能であることが確認できた。そこで、次にきわめて安定に液中分散したCNTを調製した。このCNT分散液を、咽頭吸引によってC57BL/6Nマウスの肺内に投与した。この後、上記ZnOナノ粒子と同様の操作を行った。この結果、CNTの投与群でも血中のOVA特異的IgEの上昇が認められた。本年度は、昨年度に確立したマウス気管内投与によるCNTのアレルギー増悪効果評価系により、カーボンナノチューブによるアレルギー増悪効果の検討を行った。4種類のCNT(1合成に鉄触媒を使用したもの(Fe-Cと省略)、2その精製品(Fe-P)、3合成にニッケルを使用したもの(Ni-C)、4その精製品(Ni-P))について、BSAを分散剤とし、均一な分散液を調製した。これらのCNT分散液を咽頭吸引によってC57/BL6Nマウスの肺内に投与した。次に、アレルゲンとして卵白アルブミン(OVA)をネブライザーによって気中噴霧し吸引曝露した。OVAの吸引は、途中1週間のインターバルを挟み、1日おきに4回ずつ、計8回行った。この後、解剖を行い血液および肺組織からmRNAを採取した。血中のOVA特異的IgEの濃度を測定した結果、Fe-Pで有意な上昇が認められた。血中の総IgE濃度についても、Fe-CおよびFe-Pにおいて有意な上昇がみられ、特にFe-Pで上昇した。肺組織中の遺伝子発現をみたところ、酸化ストレス応答タンパク質HO-1および炎症性サイトカインTNF-α、Cxcl2の発現が上昇した。さらに、TH2マーカーであるArg2遺伝子の発現がFe-Pにおいて著しく上昇した。肺組織の観察では、CNT投与群において21日後でも肺が黒く着色しており、CNTの残存が示唆された。触媒金属が残存しているCNTよりも精製品でOVA特異的IgE濃度が高かったことは予想外であったが、IgE上昇には触媒金属が関係なく、精製によって単位重量当たりのCNTが増加したためと考察する。これらの結果、CNTは種類によってアレルギー増悪効果が認められること、触媒金属の関与は小さいであろうことが示唆された。昨年度までの動物試験の結果を受け、本年度は培養細胞を用いて、カーボンナノチューブ(CNT)によるアレルギー増悪効果のメカニズムの解明と、評価指標の設定に取り組んだ。昨年度までの検討により、CNTによるアレルギーの増悪の可能性が示唆されている。そこで、細胞系として肺胞由来上皮細胞であるA549細胞および、貪食細胞のモデルとして、ヒト探求由来THP-1細胞を用いた。金属酸化物ナノ粒子およびCNTを被験物質とした動物実験により、血中のOVA特異的IgE抗体が上昇した動物の肺において酸化ストレス負荷と炎症誘発およびアルギナーゼ1遺伝子の発現上昇が認められた。そこで、金属酸化物ナノ粒子およびCNTを投与した培養細胞において、酸化ストレス負荷(HO-1遺伝子発現)、炎症誘発性(IL-8遺伝子発現)およびアルギナーゼ1遺伝子の発現レベルを評価した。対照として使用した金属酸化物ナノ粒子については、動物試験でアレルギーの増強が認められた試料については、細胞でも酸化ストレスの付加と炎症誘発(IL-8の分泌)が認められた。

一方で、CNTについてはA549細胞では顕著な影響は認められなかった。一方で、THP-1細胞ではHO-1遺伝子の発現上昇と若干のIL-8遺伝子の発現上昇が認められた。しかし、動物試験でアレルギー増悪効果が認められたすべてのCNTでこれらの遺伝子が上昇するわけではなく、液中での分散状態に依存する可能性が示された。さらに、アルギナーゼ1遺伝子の発現は細胞では認められなかった。これらの結果から、細胞によるCNTのアレルギー誘発性についてはHO-1およびIL-8遺伝子の発現レベルである程度の予測が可能であるが、分散性が影響することから、用いる分散液の政情にも留意しなければならないことが明らかとなった。本研究では適切な条件によるCNTのアレルギー増悪効果を検討した。はじめに毒性が既知の金属酸化物ナノ粒子により評価を行った。これらのナノ粒子をマウスの気管内に投与後、連続してOVAを吸入させたところ、一部で血中のOVA特異的IgEの上昇がみられた。次に、CNTにより同様の評価を行った。その結果、CNTにおいても一部の試料で血中のOVA特異的IgEの上昇がみられた。この時、肺組織内で酸化ストレス関連、炎症関連、アレルギー誘発関連遺伝子の発現上昇が認められた。酸化ストレス関連、炎症関連遺伝子は培養細胞でも発現が上昇した。これらの遺伝子発現評価による、CNTのアレルギー増悪効果の予見可能性が示された。本年度は、昨年度に確立したマウス気管内投与による粒子のアレルギー増悪効果評価系により、実際にCNTを投与した実験を実施し、データを得た。この結果、CNTにアレルギー増悪効果があること、触媒金属は関与しないだろうとの知見が得られた。さらに、昨年度に実施した、金属酸化物ナノ粒子のデータと比較検討することで、CNTによるアレルギー増悪効果の強さ、メカニズムを考察することができた。以上の結果から、本年度は動物においてCNTによるアレルギー増悪効果を確認したこと、金属が関与しないこと、酸化ストレスマーカーなど、いくつかのマーカー候補の上昇が確認されたことから、次年度に予定する細胞試験へつながるデータを取得できた。以上の状況から、おおむね順調に進展していると判断する。毒性学本年度に動物で取得したCNTのアレルギー増悪効果の知見に基づき、細胞レベルでの反応を検討する。細胞は、マウス腹腔マクロファージおよびマクロファージに分化させたヒト単球由来THP-1を用いる。これらの細胞について、動物実験で影響が認められたCNTを投与し、動物でみられた酸化ストレス、サイトカインおよび分化マーカー発現への影響を検討する。特にアルギナーゼ遺伝子発現への影響を検討し、細胞レベルでのアレルギー増悪機序を明らかにし、マーカーとなり得る遺伝子を選択する。本年度は、1.マウスを用い抗原を吸入することによるアレルギー増悪効果の評価について実験方法の妥当性を検討すること、2.アレルギー増悪効果を評価するための炎症マーカーおよび酸化ストレスマーカーの解析を行うことを計画した。
中南米におけるリーシュマニア症とその伝播に関する研究

本年度はエクアドル共和国の各流行地に分布する原虫種の同定ならびに皮膚リーシュマニア症患者の治療経過を中心に検討し,併せて室内実験を行い,以下の成績を得た.1.エクアドル共和国における分離原虫株をELISA法によって解析した.現在までに同国で分離された115原虫株を9種類のモノクローナル抗体を用いて種の同定を試みたところ,66株がL.panamensis,18株がL.mexicana,8株がL.major-like,4株がL.braziliensis,2株はL.equatorensisと同定され,残る17株は種の同定ができなかった.2.抗マラリア剤のメファキンならびにプラスモトリムを用いて皮膚リーシュマニア症患者の治療を行ったところ,両剤の経口投与による治癒率はいずれも100%であり,患者の大半が24週以内に治癒した.この成績は従来のアンチモン剤の筋注による成績に比較すると,極めて勝れており,副作用も殆どないこと、経口投与できること等の点で,リーシュマニア症治療薬として有望である.今後,内臓型リーシュマニア症その他の病型に対する効果判定が必要である.種々の条件下で実験感染動物におけるメファキンの効果を検討したところ,ヒトの場合とは異なる成績が得られた.これは動物とヒトでの薬物動態の差異によるものと考えられ,今後の興味ある検討課題である.この実験成績は皮膚型,内臓型リーシュマニア症を問わず,同じ傾向であった.すなわち,L.donovani原虫をマウスに感染させ,1週間後に肝臓内増殖原虫を確認した後、220μg/g量のメファキンを用いて治療実験を試みた.薬剤の投与方法は1回,連続3回2週間,連続3回3週間の経口投与とした.その結果,いずれも場合も最終投与1週間目の肝臓内原虫数は対照群と同程度であった.このことから動物実験におけるリーシュマニア症に対するメファキンの効果は期待できないものと推察された.今後,マウス以外の動物を用いて検討も必要である.治療経過中にリーシュマニア症患者の皮膚生検を実施し、病理組織学的電顕病理学的検討を試みたところ,感染マクロファージ内の虫体像や宿主細胞の形態的変化が認められ,興味ある知見として注目された.エクアドル共和国で分離されたL.amazonensisの薬剤耐性におけるP-糖タンパク質の役割を明らかにする目的で,同遺伝子を単離し,その全塩基配列を決定した.この塩基配列から推定される1267アミノ酸配列は,リーシュマニアの既知のP-糖タンパク質遺伝子と47%以下のアミノ酸ホモロジーを示した.このことは今回,エクアドル産の原虫から分離された遺伝子は,リーシュマニアの新しいP-糖タンパク質遺伝子である可能性を示唆している.本年度はエクアドル共和国の各流行地に分布する原虫種の同定ならびに皮膚リーシュマニア症患者の治療経過を中心に検討し,併せて室内実験を行い,以下の成績を得た.1.エクアドル共和国における分離原虫株をELISA法によって解析した.現在までに同国で分離された115原虫株を9種類のモノクローナル抗体を用いて種の同定を試みたところ,66株がL.panamensis,18株がL.mexicana,8株がL.major-like,4株がL.braziliensis,2株はL.equatorensisと同定され,残る17株は種の同定ができなかった.2.抗マラリア剤のメファキンならびにプラスモトリムを用いて皮膚リーシュマニア症患者の治療を行ったところ,両剤の経口投与による治癒率はいずれも100%であり,患者の大半が24週以内に治癒した.この成績は従来のアンチモン剤の筋注による成績に比較すると,極めて勝れており,副作用も殆どないこと、経口投与できること等の点で,リーシュマニア症治療薬として有望である.今後,内臓型リーシュマニア症その他の病型に対する効果判定が必要である.種々の条件下で実験感染動物におけるメファキンの効果を検討したところ,ヒトの場合とは異なる成績が得られた.これは動物とヒトでの薬物動態の差異によるものと考えられ,今後の興味ある検討課題である.この実験成績は皮膚型,内臓型リーシュマニア症を問わず,同じ傾向であった.すなわち,L.donovani原虫をマウスに感染させ,1週間後に肝臓内増殖原虫を確認した後、220μg/g量のメファキンを用いて治療実験を試みた.薬剤の投与方法は1回,連続3回2週間,連続3回3週間の経口投与とした.その結果,いずれも場合も最終投与1週間目の肝臓内原虫数は対照群と同程度であった.このことから動物実験におけるリーシュマニア症に対するメファキンの効果は期待できないものと推察された.今後,マウス以外の動物を用いて検討も必要である.治療経過中にリーシュマニア症患者の皮膚生検を実施し、病理組織学的電顕病理学的検討を試みたところ,感染マクロファージ内の虫体像や宿主細胞の形態的変化が認められ,興味ある知見として注目された.エクアドル共和国で分離されたL.amazonensisの薬剤耐性におけるP-糖タンパク質の役割を明らかにする目的で,同遺伝子を単離し,その全塩基配列を決定した.この塩基配列から推定される1267アミノ酸配列は,リーシュマニアの既知のP-糖タンパク質遺伝子と47%以下のアミノ酸ホモロジーを示した.このことは今回,エクアドル産の原虫から分離された遺伝子は,リーシュマニアの新しいP-糖タンパク質遺伝子である可能性を示唆している.平成5年度に得られたデータや資料について,検討し以下の成果を得た。

(1)アンデス高地のリーシュマニア症を,Chimborazo県(AlausiおよびHuigra)在住の患者から報告した.また流行地の学童やイヌおよびサシチョウバエ等での疫学調査を実施した.(2)Huigraの患者から分離した原虫を分子生物学的手法によりLeishmania(Leishmania)mexicanaと同定した.(3)エクアドル各地で分離した原虫株をパルスフィールド電気泳動法(PFGE)で分析した.(5)サシチョウバエの吸血活動やそのLeishmania原虫感染と経産率との関係について継続調査,解析した.(6)リーシュマニア症の流行地におけるサシチョウバエ相を明らかにするとともに,実験感染を試み,Leishmania原虫に対する感受性を調べた.(7)リーシュマニア症の臨床像を明らかにし記載するとともに,治療成績を評価した.(8)二次感染を明らかにするため,バクテリアや真菌類を調査した.(9)感染ハムスターについて,組識病理学的検索を実施した.(10)患者の皮膚生検材料について,電子顕微鏡学的検索を加えるとともに,他疾患との比較を試みた.(11)局所療法を開発する目的で,パ-モマイシンやグルカンタイムに加えて,抗ガン剤の5FUを検討した.リーシュマニア症に関する本調査研究は,1986年以来9年目を迎えた.その間に,本症の伝播機構の解明,診断法の開発,流行地の特定ならびにその疫学的特性の解析等を実施し,所期の目的をほぼ達成してきた.本年度は昨年度にひき続きリーシュマニア症の治療法を中心とした調査研究を実施し,下記の項目で特筆すべき研究成果を得た.(1)最も特筆すべき事項として,抗マラリア剤(メフロキン,アルテサネート)のリーシュマニア症治療への応用を試み,好成績を得た.本治療薬の有効性については,更に種々の観点(in vitro,in vivo)から検討中である.(2)皮膚リーシュマニア症と他の皮膚疾患との鑑別診断法ならびに臨床所見の検討を試み,成果を学会発表した.(3)患者の皮膚生検材料について,電顕病理学的分析を試み,論文発表した.(4)汎発性皮膚リーシュマニア症患者(リーシュマニア抗原に対し特異的にアネルギー)の治療法について検討し,好成績を得た.(5)1992年から1994年までに本研究課題で得られた研究成果を,英文報告書第4報(193ページ)としてまとめ,WHOその他各国の研究機関に送付し,一定の評価を得た.上記いずれの項目も次年度(平成7年度)に継続調査を実施する予定である.とくに,(1)のマラリア駆虫剤の有用性が確認できれば,世界のリーシュマニア症対策の上で大きな進歩といえる.