hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ギガシークエンスデータの高速解析技術の開発

ギガシークエンサーは,短い断片配列(リード)を大量に出力するため,高速な解析技術の開発が急務となっている.本研究では,オフセット付き鳩ノ巣原理を応用し,大量のリードから超高速に類似配列を発見するアルゴリズムSlideSortを開発した.SlideSortは従来手法と比較して,同程度のメモリで1000倍以上の速度向上を達成した.考案したアルゴリズムの応用例として,最小全域木を構築するソフトウェアの開発も行った.類似ペア検索の応用範囲は広く,上記に述べたクラスタリングの他にも,共通パターンの発見,アセンブリの効率化などに役立つと期待される.ギガシークエンサーは,短い断片配列(リード)を大量に出力するため,高速な解析技術の開発が急務となっている.本研究では,オフセット付き鳩ノ巣原理を応用し,大量のリードから超高速に類似配列を発見するアルゴリズムSlideSortを開発した.SlideSortは従来手法と比較して,同程度のメモリで1000倍以上の速度向上を達成した.考案したアルゴリズムの応用例として,最小全域木を構築するソフトウェアの開発も行った.類似ペア検索の応用範囲は広く,上記に述べたクラスタリングの他にも,共通パターンの発見,アセンブリの効率化などに役立つと期待される.今年度は、ギガシークエンスデータの特徴を十分検討し、研究の基礎となるアルゴリズムの開発に注力した。具体的には、大量のギガシークエンスデータから類似のペアを超高速に列挙するアルゴリズムを考案した。考案したアルゴリズムは、編集距離による検索を行う。編集距離が閾値d以内の配列間では、配列をb個(b>d)に分割した場合、少なくともb-d個において文字列のパターンがずれ幅d/2以内で一致することを明らかにした。この性質を利用し、部分的に文字列が一致する配列のセットを計算コストの低いソートにより求め、計算コストの高い編集距離計算の回数を効果的に削減することで検索の高速化を達成した。通常の編集距離に加え、生物配列の比較に重要なギャップ開始、伸長コストも考慮することができる。従来手法と比較して数十数千倍の速度を達成した。考案したアルゴリズムを実装し、スタンドアロンプログラム、及びC++言語用のライブラリを公開した。また、考案したアルゴリズムの応用例として、大量のギガシークエンスデータから高速に最小全域木を構築するプログラムの開発も行った。最小全域木の構築では短連結法によるクラスタリングと同じ結果が得られるため、ギガシークエンスデータの解析に直接役立つ。開発したプログラムは、隣接行列を保持せず、逐次形状を更新しながら全域木を構築するため、メモリを大量に消費しない。リード数1000万の実データに対して計算を行ったところ、3G程度のメモリを用いて10分以内に最小全域木を構築することができた。類似ペア検索の応用範囲は広く、上記に述べたクラスタリングの他にも、共通パターンの発見、アセンブリの効率化などに役立つと期待される。昨年度は,大量のギガシークエンスデータから類似のペアを超高速に列挙するアルゴリズムを考案し,プロトタイプとなるソフトウェアを実装した.今年度は,ソフトウェアの完成度を高める研究,及び,国内外に成果を発信する活動を行った.昨年度開発したプロトタイプバージョンでは,効果的なアルゴリズムの開発を目的とするため,1CPUでの性能を追求した.これに対し,今年度はデータを効率的に複数のCPUに振り分け,計算の並列化を行うことによって計算速度を向上させる仕組みを者案した.また,intel互換のCPUでは,拡張命令(SSE2)を用いることによってハミング距離の計算のビット並列化を行った.これにより,同じ1CPUを用いた計算において,最大で30倍以上の速度向上を実現した.また,計算機が専門でない実験研究者にも使いやすいように,利便性の高いGUIを開発した.開発したGUIは,複数のOS(Windows,Linux)で動作し,同一のインターフェースを持つ.また,計算結果を数値だけでなく,グラフなど,視覚的に分かりやすい形で出力する.ソフトウェアを普及する活動としては,ISMB2011で口頭発表を行うなどの活動を行った.また,実際に我々が開発したソフトウェアを用いてギガシークエンサーのクラスタリング解析を行っている研究者と意見交換を行うなどして,実用的上有用な機能などについての情報収集を行った.
近交系ラット移植モデルを用いた脊髄神経細胞の虚血耐性および再生に関する基礎的研究

[研究実施内容]脊髄神経細胞の虚血耐性および再生に関する基礎的研究を行うにあたり使用した動物実験モデルは、我々が独自に開発した近交系ラット移植モデルである。これは、近交系幼若ラット(ドナ-ラット)の上半身をマイクロサ-ジャリ-を用いて血管吻合を行い同系成熟ラットの鼠径部に移植するものである。脊髄の虚血耐性に関する実験では、生後2および4週齢のドナ-ラットを60から120分間の完全虚血に曝露したモデルを作製し、脊髄機能を肉眼的に評価し、4週間後に脊髄の病理組織学的変化を観察した。脊髄の軸索再生に関する実験では、ドナ-ラットの脊髄の断端に同系成熟ラットの坐骨神経を遊離移植し、脊髄断端から移植末梢神経組織中への軸索再生の有無を光顕的および電顕的に観察した。[結果]脊髄の虚血耐性に関しては、60分から90分間の完全虚血においても脊髄機能はかなりの程度温存されていた。組織学的にも脊髄変性は軽度であった。脊髄変性の程度を反映すると考えられる、移植ラットの上肢の末梢神経の変性程度もごくわずかであった。同一虚血時間ではドナ-ラットがより幼若である方が虚血耐性が高かった。また、完全虚血状態における脊髄の温度は低ければ低いほど、虚血耐性が高かった。ドナ-ラット脊髄の断端に末梢神経を移植した実験では、その中への軸索再生が認められた。これは、脊髄神経細胞から伸展してきたものと考えられた。[研究成果]近交系ラットの幼若個体を同系の成熟個体に移植するモデルを開発したことにより、今までは不可能であった脊髄の完全虚血に関する研究が可能となり、脊髄神経細胞がかなりの程度の虚血耐性と再生能力を有することがあきらかとなった。[研究目的]従来、脳や脊髄などの中枢神経系組織は虚血に対して非常に弱く、またひとたび虚血や外傷などにより障害を受けると局所のグリア瘢痕形成のためその部位における軸索再生は起こらないとされていた。しかし、近年では各種の動物実験により、中枢神経系組織も末梢神経と同様にある程度の虚血耐性および再生能力を有していることが明らかになりつつある。そこで我々は、脊髄の完全虚血に対する耐性および脊髄断端における軸索再生を明らかにするために独自に開発した近交系ラット移植モデルを用いて基礎的研究を行った。[材料および方法]モデル作製には近交系ラットであるLewisラットを用いた。これは幼若ラット(ドナ-ラット)の上半身をマイクロサ-ジャリ-を用いて血管吻合を行い成熟ラットの鼠径部に移植するものである。本モデルでは1時間以上任意の時間の完全虚血が可能であり、さらに移植後の長時間の慢性実験も可能である。[結果および考察]脊髄の虚血耐性に関しては、60分から90分間の完全虚血においても脊髄機能はかなりの程度温存されていた。ドナ-ラット脊髄の断端に末梢神経を移植した実験では,その中への軸索再生が認められた。今後、移植末梢神経中にみられた再生軸索の起源などについて検索してゆく予定である。[研究成果]

近交系ラットの幼若個体を同系の成熟個体に移植するモデルを開発したことにより、今までは不可能であった脊髄の完全虚血に関する研究が可能となり、脊髄神経細胞がかなりの程度の虚血耐性と再生能力を有することがあきらかとなった。
胎仔遺伝子導入による膵特異的レトロウイルスの発現制御を介したI型糖尿病の予防

I型糖尿病は疾患感受性遺伝子を中心とした遺伝因子以外に、環境因子によっても発症率が左右される。疾患感受性遺伝子については、主たるものについてポジショナルクローニングが完成しつつあるものの、上記の観点にたった研究からは、あまり成果が得られていない。そこで、研究代表者はこれまでと異なるアプローチの必要を痛感し、ウイルス感染によって誘発されるヒトI型糖尿病の発症機序を明らかにしようと考えた。ウイルス感染はヒトI型糖尿病の誘因ともなり、ウイルス遺伝子自体の存在が膵β細胞破壊や機能異常の原因となる可能性がある。ヒトI型糖尿病のよいモデル動物であるNODマウスには、膵島にレトロウイルスが存在することをすでに教室で認めており、まずそのゲノムをクローニングした。タイプCレトロウイルスとのホモロジー・クローニングにより、NODマウス膵RNAよりgag領域のcDNAをクローニングし、次に、NODマウス膵に特異的なウイルスを同マウスのゲノムからクローニングし、4.8kbにおよぶ、その全構造を明らかにした。検討の結果、膵島炎を中心とした病態との関係、組織特異的発現に関して有用な知見を得た。さらに妊娠NODマウスにウイルス遺伝子に由来するミニジーンを導入し、免疫寛容の誘導による仔の発症率抑制と膵β細胞破壊の予防が可能と考え、in vivoの遺伝子導入の予備検討を行った。マーカー遺伝子を用いた検討では、導入遺伝子が胎仔・胎盤系のyolk sackに発現することが確認できた(論文未公表)。遺伝子治療に向けて実験系最適化のめどがたったといえる。I型糖尿病は組織適合抗原遺伝子を中心とした遺伝因子以外に、環境因子によってもその発症は大きく左右される。すでに疾患感受性遺伝子については、主たるものについてポジショナルクローニングが完成しつつあるものの、上記の観点にたった研究からは、あまり成果が得られていない。ウイルス感染はヒトI型糖尿病において、誘因ともなっており、ウイルス遺伝子が何らかの機序を介して膵β細胞破壊や機能異常の原因となる可能性がある。ヒトI型糖尿病のよいモデル動物としてestablishしているNODマウスには、膵島にレトロウイルスが存在することをすでに教室で認めており、そのゲノムをクローニングした。タイプCレトロウイルスとのホモロジー・クローニングにより、NODマウス膵RNAよりまずgag領域のcDNAをクローニングした。次に、NODマウス膵に特異的なウイルスを同マウスのゲノムからクローニングし、4.8kbにおよぶ、その全構造を明らかにした。病態との関係、組織特異的発現機構に関して有用な知見を得た。さらに妊娠NODマウスにウイルス遺伝子に由来するミニジーンを導入し、免疫寛容の誘導による仔の発症率抑制と膵β細胞破壊の予防が可能と考え、in vivoの遺伝子導入を行った。これについては、研究年度終了後も今しばらく分析を継続したのち、公表を予定している。
腫瘍細胞死誘導時における腫瘍貪食樹状細胞のＣＤ８+Ｔ細胞活性化機構の可視化解明

強力な抗腫瘍免疫応答の誘導は腫瘍克服に繋がる重要なテーマである。抗がん剤治療時には大量の細胞死した腫瘍細胞が供給されるため、腫瘍内浸潤樹状細胞(DC)の細胞死した腫瘍の貪食をはじめ、所属リンパ節における抗原特異的CD8+T細胞との相互作用は大きく変化すると考えられる。従って、その解明は抗がん剤治療時における抗腫瘍免疫誘導を考える上で重要である。そこで本研究は、腫瘍細胞死誘導時における、腫瘍内浸潤DCの腫瘍細胞貪食、所属リンパ節への移行、そして、DCと抗原特異的CD8+T細胞の所属リンパ節における相互作用をreal time可視化により明らかにすることを目的とした。腫瘍内に浸潤したDCを赤色にマーキングすることで、腫瘍から所属リンパ節に移行した腫瘍浸潤DCを追跡・可視化出来る、紫光により緑から赤色に変色する光変換蛍光タンパク質KikGRを樹状細胞系列特異的に発現するマウスに、蛍光タンパク質tdKeima、モデル抗原、および細胞死誘導のためにDiphtheria toxin-receptorを発現させた腫瘍細胞株を移植して用いた。腫瘍細胞内には沢山のKikGR陽性DCが観察されたが、腫瘍の貪食は殆ど認められなかった。しかし、腫瘍細胞死を誘導すると、殆どの腫瘍内浸潤DCが腫瘍細胞を貪食し、腫瘍浸潤DCの所属リンパ節への移行も増加した。そして、腫瘍から所属リンパ節に移行した赤色にマーキングしたDCと抗原特異的CD8+T細胞の相互作用も観察された。そこでさらに、腫瘍細胞死の誘導とともにDCの成熟を促進するLPSを腫瘍内に投与すると抗原特異的CD8+T細胞の増殖促進が認められた。以上の結果から、抗がん剤治療時に腫瘍内浸潤DCの成熟促進を組み合わせることにより、より強い抗腫瘍免疫応答を誘導できる可能性が示された。26年度が最終年度であるため、記入しない。皮内腫瘍移植モデルを用い、細胞死した腫瘍の貪食、腫瘍抗原を保持するDCの所属リンパ節への移行、そして、抗原特異的CD8+T細胞とTregの三者間の所属リンパ節における相互作用を、非治療、および抗がん剤投与時の所属リンパ節においてreal time可視化することで、腫瘍抗原提示細胞の抗原特異的CD8 +T細胞活性化における、Treg及び抗がん剤投与の影響を目で見える形で示し明らかにするために、本年度は、樹状細胞のサブセット特異的に色変換蛍光タンパク質"KikGR"を発現するマウスとして、樹状細胞特異的蛍光タンパク質発現マウスとして、CD8+LN常在性DCおよび真皮Langerin+CD103+DCのみが蛍光タンパクを発現するXCR1-KikGRマウスを導入した。腫瘍から所属リンパ節に移行するほぼ全ての樹状細胞を可視化するためにほぼ全ての樹状細胞でKikGRを発現するマウスを新たに樹立した。Langerhans細胞およびLangerin+CD103+DCのみでKikGRを発現するLangerin-KikGRマウスを作製した。腫瘍細胞の大量細胞死を誘導するためにtdKeima及びOVA発現する腫瘍細胞株(EL4及び3LL)にさらにDiphtheria Toxin-receptorを発現した腫瘍細胞を作製、および、これら蛍光タンパク質発現マウスおよび腫瘍細胞を用いた生体内観察系を確立した。準備した樹状細胞特異的KikGR発現マウスと腫瘍細胞株を用い、リンパ節内に存在する腫瘍抗原を有し腫瘍から移行してきた樹状細胞を、生体内顕微鏡で観察する条件を確立した。樹状細胞特異的にKikGRを発現するマウスの導入及び作製は予定通り進めることが出来た。

tdKeima及びOVA発現する腫瘍細胞株にさらにDiphtheria Toxin-receptorを発現した腫瘍細胞の作製に予定よりも長い期間を要したが準備を完了した。Scaleによる透明化処理後の観察条件の設定は完了しており、観察サンプルを現在調製しており予定通りである。抗がん剤投与後に、T細胞と腫瘍抗原を有する腫瘍から所属リンパ節に移行した樹状細胞の相互作用を観察するタイミングの決定がやや遅れている。現在、抗がん剤の投与用量の決定、および投与後に腫瘍から所属リンパ節に移行する樹状細胞数、所属リンパ節において腫瘍抗原を有する樹状細胞数の経時変化の解析および観察をフローサイトメトリーおよび二光子レーザー顕微鏡を併行して行っており出来るだけ早く決定する。腫瘍細胞死誘導時における腫瘍を貪食したDCのCD8+T細胞活性化機構の可視化を目指し、現在までに導入および樹立した、樹状細胞特異的蛍光タンパク質発現マウスおよび腫瘍細胞株、これらを用いて確立した観察系により研究を推進する。腫瘍抗原を保持するDCの腫瘍から所属リンパ節への移行、抗原特異的CD8+T細胞、抗原特異的Tregとの相互作用の可視化およびリンパ節内局在の解析を行う。樹状細胞特異的にKikGRを発現するマウスに形成したtdKeima発現腫瘍塊を光照射し、腫瘍内に浸潤しているDCを赤色にマークする。一定時間後に所属リンパ節を生体内二光子顕微鏡により観察する。このとき、青色で蛍光標識したOVA特異的CD8T細胞およびCD4+制御性T細胞を前もって担ガン宿主に移入しておくことにより、T細胞との相互作用を観察する。さらに観察後、組織透明化処理を行った後、観察・解析することでリンパ節内での細胞相互作用の局在を明らかにする。薬物非投与時、抗がん剤投与時およびDiphtheria Toxin投与により腫瘍細胞の大量死を誘導した場合について、上記を検討することにより、腫瘍抗原提示細胞の抗原特異的CD8 +T細胞活性化における、Treg及び抗がん剤投与の影響を目で見える形で示し明らかにする。
骨代謝の多様性に関する分子生物学的検討

複数の遺伝的素因と環境因子との相互作用の中で発症する骨粗鬆症の病態を解明する作業において、遺伝的素因を分子生物学的に明らかにすることの意義は大きい。本研究では、骨粗鬆症の病態形成に関与する遺伝子群を遺伝子多型性を用いてスクリーニングし、病態との関連を解析を行うことによって骨粗鬆症の病態解析にアプローチした。骨粗鬆症は、他の生活習慣病、つまり、高血圧、動脈硬化、糖尿病などと同様に、多因子性疾患の一つといえる。これらの疾患を予防し、発症したのちに適切な治療を行うためには、その病態を詳細に把握する必要がある。本研究は原因遺伝子を広い候補遺伝子群から、それらの多型性を用いてスクリーニングし、分子生物学的に病態の根本をさぐる点に意義をもつ。我々はエストロゲン受容体が果たす骨代謝における重要性を鑑み、エストロゲン受容体遺伝子の多型性と閉経後女性の骨量との間に世界に先駆けて検討して有意な関連を見出し、発表した。さらに骨粗鬆症の多因子性をふまえた複数の候補遺伝子の多型性を用いての解析を大規模な集団について行い、成果をあげた。骨粗鬆症の病態において根幹をなす病的骨量減少は複数の遺伝的因子に環境因子が作用することによってもたらされる。近年、骨粗鬆症の遺伝的背景を解析することがなされ、いくつかの候補遺伝子の多型性が骨密度その他の骨代謝の指標と関連していることが示されているが未だ、統一的な見解を得るに至っていない。この課題を解決する方法の一つとして、同一集団について複数の候補遺伝子に関する検討を行なうことが考えられる。我々は骨粗鬆症の遺伝的背景を解明することを目的に、多種類の候補遺伝子を取り上げて解析を進めた。非血縁閉経後女性(薬物療法を受けている者や、二次性骨粗鬆症の原因となりうる疾患をもつ者、腰椎の骨塩定量に支障をきたす脊椎の変形がある者を除く)についてdual energy X-ray absorptiometry(DXA)を用いた骨塩定量、血液ならびに尿中の骨代謝マーカーなどを測定した。これらの対象の末梢血白血球からDNAを抽出した。副甲状腺ホルモン(PTH)遺伝子ならびにビタミンD3受容体(VDR)遺伝子の多型性部位を含む特異的なプライマーを用いたpolymerase chain reaction(PCR)を行ない、PCR産物を利用して多型性を検討した。臨床データと遺伝子型との関連等について統計学的に検討した。PTH遺伝子の多型性が、腰椎骨塩量と全身骨骨塩量や骨代謝マーカーとの関連性を持つこと判明した。VDR遺伝子と血清PTHレベルとの関連が示唆されたが、両遺伝子の分布は独立したものであった。今後PTH遺伝子の多型性がもつ生物学的意義を考察する必要がある。
高塩素化芳香族組成による環境汚染の起源評価

高塩素化多環芳香族炭化水素類(ClPAHs)の環境動態を明らかにすることを目的に、ClPAHsの合成ならびに環境分析を実施し、発生源の推定を行った。塩素置換数が3以上のClPAHsの合成では新たに4種のClPAHsが合成された。これらClPAHsを標準試料に用い、大気粉塵試料を分析した結果、24種のClPAHsも検出された。さらに同環境試料中の重金属やホパンといった燃焼指標物質との関連性からClPAHsは化石資源燃焼ならびに自動車排ガスが主要な発生源であることが示唆された。またClPAHsの光分解試験を行ったところ、一部のPAHsは塩素置換数が増加するにつれて光安定性が増加することがわかった。高塩素化多環芳香族類の環境動態解明に向けて、本年度は高塩素化多環芳香族類の標準物質の合成を行った。母核となる多環芳香族類としては、45環系のフルオランテン、ピレン、ベンゾaピレンの3種を選定した。塩素化反応はN-クロロコハク酸イミドもしくは塩化スルフリルを用いて既成の方法にて行った。反応終了後、再結晶ならびにHPLCを用いて純度95%以上まで精製し、標準試料とした。このとき、ピレンからは3塩素化体と4塩素化体が、またベンゾaピレンからは2塩素化体と3塩素化体が新たに得られた。一方、フルオランテンの塩素化体は35塩素化体が合成されたが、それぞれの異性体が多数存在したため、HPLCにて4塩素化体のみを分取した。これら新規合成した塩素化多環芳香族類を既存の標準品と混ぜることによって、24種の塩素化多環芳香族類の一斉分析が可能となった。また本年度は、この標準物質を用いて、GC/MSによる最適な分析条件ならびに前処理方法を明らかにした。つぎに、塩素化多環芳香族類の環境分析として、名古屋市5地点における大気汚染調査を実施した。この結果、何れの地点からも多環芳香族類は検出されたが、塩素化多環芳香族類に関しては、主に34環系の1塩素易化体が検出された。さらに、塩素化多環芳香族類の大気汚染を日本各地、韓国、中国で実施した結果、何れの地点からも塩素化多環芳香族類が検出されたが、その組成比は各地点で異なる結果となった。このことは、塩素化多環芳香族類の発生源は地域によって異なることが示唆される。今後塩素化多環芳香族類の発生源解明に向け、更なる環境データの蓄積が必要であると考えられる。本年度は、GC/MSによる高塩素化多環芳香族類の一斉分析をさらに拡充し、イオントラップGC/MS/MSによる分析法を新たに開発した。本手法は生体試料や底質試料など夾雑物質が多いサンプルにより効果を発揮することが期待される。また、分析対象となる高塩素化多環芳香族類はその塩素無置換体である多環芳香族類よりも難分解性であり、その結果大気試料に比べこれら試料に多く残留することが予想される。そこで本手法を用いて生体試料における高塩素化多環芳香族類の分析を行った。生体試料としては青森県蕪島に生息するウミネコの死体を採取し、解剖後各臓器を用いた。その結果、塩素化多環芳香族類おいては成鳥の分析対象試料34サンプルのうち15サンプルのみから検出された。検出された試料の内、最も蓄積量が多かった試料は膵臓(平均1,600 pg/g dry wt)で、次いで脳、胃の順であった。とくに膵臓からは高塩素化多環芳香族類であるジクロロベンゾaピレンやテトラクロロピレンが検出された。一方、幼鳥の分析ではClPAHsは未検出であった。以上のことから塩素化多環芳香族類の生体蓄積は成長に伴う食餌等の外的要因によって生体蓄積が生じると考えられた。本年度は周辺環境における高塩素化多環芳香族類の実態を明らかにするため、生体試料を用いて分析を行った。その結果、当初の予想どおり生体臓器の一部から高塩素化多環芳香族類が検出され、環境中に普遍的に存在していることが示唆された。本研究では、これまで申請者が主体となって推進してきた塩素化多環芳香族類(ClPAHs)の環境汚染調査を更に深化させ、これまで未解明であった高塩素化PAHsの環境実態調査を実施した。本研究では、はじめにフルオランテン(4環系)、ピレン(4環系)、ベンゾaピレン(5環系)を母核としてそれぞれの化合物の高塩素化体(塩素置換数3以上)の合成を行った。その結果、5種類の高塩素化PAHsの合成に成功した。そこで、これら高塩素化PAHsの大気や土壌環境、さらに水環境試料として魚中の濃度を分析した。大気環境において高塩素化PAHsは主に粒子状物質に存在しており、その気中濃度は数十fg/m3の濃度で存在していた。その中でも特に、4塩素化フルオランテンは高濃度に存在していた。さらに4塩素化フルオランテンの光分解性を調べたところ、これまでの塩素化PAHsの中でも最も光安定性を有していることがわかった。よって、この高い環境残留性は、その高い光安定性に起因することが示唆された。

さらにこれら高塩素化PAHsの発生源をレセプターモデルであるPMFを用いて解析したところ、従来から知られている自動車や工業活動などの寄与は小さく、新たな発生源が大きく関与していることが示唆された。一方、環境土壌や魚(イワシ、サンマ、ヒラメ)において、今回合成した高塩素化PAHは検出されなかった。これら試料は夾雑物の影響が大気試料に比べ極めて大きいため、分析方法の問題で検知できなかった可能性がある。この点は今後に向けた重要な課題になると思われる。高塩素化多環芳香族炭化水素類(ClPAHs)の環境動態を明らかにすることを目的に、ClPAHsの合成ならびに環境分析を実施し、発生源の推定を行った。塩素置換数が3以上のClPAHsの合成では新たに4種のClPAHsが合成された。これらClPAHsを標準試料に用い、大気粉塵試料を分析した結果、24種のClPAHsも検出された。さらに同環境試料中の重金属やホパンといった燃焼指標物質との関連性からClPAHsは化石資源燃焼ならびに自動車排ガスが主要な発生源であることが示唆された。またClPAHsの光分解試験を行ったところ、一部のPAHsは塩素置換数が増加するにつれて光安定性が増加することがわかった。当初目標であった塩素化多環芳香族類の標準品は概ね順調に合成されたが、一部は完全に分離することができず、次年度も引き続き合成を行うことになった。また、塩素化多環芳香族類の環境分析は大気試料で実施し、各地点による汚染状況の違いを明確に示すことができた点については満足している。本年度では大気試料についても分析を行う予定であったが、生体試料の採取・解剖に大きく時間が割かれ、十分な体制を取ることができなかった。今後これら物質の汚染経路を解明するためにも大気汚染調査ならびに発生源評価は不可欠であると考えられる。次年度は都市大気試料において、高塩素化多環芳香族類ならびに化石燃料燃焼の指標であるホパン、バイオマス燃焼の指標であるレボグルコサン、様々な発生源指標に用いられている重金属類を併せて継続的に分析を行い、環境動態と発生源評価を行う予定である。環境化学今後は大気試料の採取を全国規模で実施し、日本における汚染分布の把握に努める。また、環境分析を大気、土壌、底質試料だけではなく、生体試料も加え、環境間の物質移行についても検証する予定である。年次前半に分析装置(GC/MS)の故障が相次ぎ、予定していた大気捕集ならびに分析計画が大幅にずれ込んだ。発生した差額分は大気捕集用フィルター、抽出用溶媒、GC/MS関連消耗品に充当する。
多重ゼータ値のq類似およびその特殊化の代数解析的研究

本研究では、多重ゼータ値のq類似および1のベキ根における有限多重調和q級数について考察している。リーマン・ゼータ関数の正の整数点における値は、自然数の逆数のベキ和であるが、この和を多重化したものが多重ゼータ値である。さらに、この多重和にパラメータqを入れて変形したものが多重ゼータ値のq類似である。この多重和は無限級数であるが、その有限部分和を適当に取り出すと、パラメータqを1のベキ根に特殊化できる。このようにして得られた有限和を、(1のベキ根における)有限多重調和q級数と呼ぶ。以上の対象について、今年度は次の結果を得た。(1)有限多重調和q級数の特殊値の計算、および大野-Zagier型関係式の証明(田坂浩二氏、Henrik Bachmann氏との共同研究)上記の有限多重調和q級数は、インデックス(ゼータ関数の変数が取る値に対応する正の整数の組)を定めるごとに定まる。同じ値だけからなるインデックスをもつ有限多重調和q級数を、母関数を使っていくつかの場合に計算し、それが二項係数の和として表されることを示した。さらに、同じ重さ・深さ・高さをもつインデックスに関する有限多重調和q級数の和の母関数を計算し、大野-Zagier型の関係式を得た。(2)多重ゼータ値のq類似が満たす微分関係式の代数的な証明、およびその応用として有限多重調和q級数が満たす大野型関係式の証明以前の研究で、多重ゼータ値のq類似を含むあるクラスの無限級数のなす空間において、多重ゼータ値の二つの積構造(調和積とシャッフル積)のq類似が定義されることを示した。今年度の研究では、この空間に非自明な微分構造を導入し、多重ゼータ値の微分関係式のq類似を証明した。さらに、この微分構造を利用して、有限多重調和q級数の大野型関係式を証明した。本研究では、1のベキ根における有限多重調和q級数の積構造の解明および線形関係式の導出を研究目標としている。今年度の研究では、積構造および関連する微分構造を捉え、その応用として線形関係式(大野型関係式)を導出することができた。多重ゼータ値については種々の拡張が知られている。今後は、多重ゼータ値のq類似、およびパラメータを1のベキ根に制限した有限多重調和q級数について、同様の拡張を構成し、その数学的な構造および性質を調べる予定である。2019年2月中旬に予定していた研究打ち合わせおよび研究集会参加のための国内出張を、急病のため実施できなかった。次年度において同目的の国内出張の経費として使用する予定である。
海洋における真の密度測定

海水の密度測定法について、試料導入のためのシリンジ容器の検討、試料導入部の改良、船上測定の精度水銀添加による密度変化の確認、試料保存容器の検討を行い、高精度かつ実用的な測定方法として確立した。西部北太平洋における観測を行った結果、同海域における過剰分密度(真の密度と塩分・温度からの計算値との差)の空間分布を詳細に明らかにすることができ、ケイ酸塩との相関式を高精度に求めることが可能となった。本年は海水の密度測定方法についての検討を行った。これまで、サンプリング容器や保存試験など詳細な検討を行った例は無い。これまでの文献では、測定理としては高精度な振動子による方法を用いているものの、実際の海水サンプルの測定精度は理想値よりも落ちるものとなっており、改良・検討の余地がある。密度測定装置は、産総研所有のアントンパール社製DMA5000を用いた。カタログスペック上は0.001kgm-3の精度での測定が可能である。原理は振動子を用いたもので、.試料量数m1、数分で測定が可能である。測定装置の大きな改良は行う余地がないと思われるが、温度などの設定条件について最適なものを検討し、精度を求めた。ます、理想的な条件として、濾過・脱気を行つた海水に対して、20°Cで測定を行つた。ビーカーに試料を採取し、連続測定を行ったところ、数分で密度が増加した。これは、水分の蒸発によるもので、数分間のタイムスケールでも取り扱いに細心の注意が必要であることを示している。慎重に複数のプラスチックボトルに密閉し、1ボトルに付き1回の測定を行って繰り返し度を求めたところ、0.002kgm-3以下であった。本装置は、ポテンシャルとして、目的の精度を出すことが出来る性能を持っていることが確認できた。サンブリンク容器について検討を進めたところ、一般的なブラスチックボトルは数ヶ月の保存では密度の上昇が見られ、水分の蒸発が起こっでいることが示唆された。一方、ガラス製バイアル瓶では密度の上昇が起こらず、かつ複数本測定した場合の繰り返し精度も0.002kg m-3程度に保たれた。一方で、実際の海水の測定を行っていくうちに、様々な問題点も浮上した。低温での測定における機器の結露、振動管の汚れ、気泡の発生による密度変化の可能性、などである。これらの点について、問題点を整理し、来年度には解決手法を提示することを目標とする。海水の密度測定法について、H22年度の検討により抽出された問題点等について、解決手法を確立することを目標に検討を行った。・測定の安定性向上:サンプル導入容器としてプラスチックディスポシリンジを用いていたが、容器からなんらかの物質が溶出する可能性があり、不適当であることが確認された。ガラス製シリンジではそのような現象はなく、高精度に測定出来る。サンプル導入ラインが密度計内の振動管に干渉し、密度測定値が安定しない場合があることがわかった。台座つきのバルブを用い、測定時にはサンプル導入ラインと密度計を切り離す事とした。・溶存ガスの処理:海水の密度に対する溶存ガスの影響について、シリンジを用いて海水中の溶存ガスを逃がして測定を行ったところ、有意な差が見られなかった。従って、通常の測定温度(2025°C)まで試料温度を上げたとしても、影響は無いことが確認された。・保存可能性のチェック:サンプル保存容器としてガラスバイアルやテフロンコーティングバイアルを用いて検討を行った。いずれも常温で長期保存を行った場合、ガラス成分がサンプルに溶出し、密度測定値に影響を与える可能性があることが示された。冷蔵保存の場合、いずれの瓶でも数ヶ月の保存が可能であったが、テフロンコーティングバイアルの方がガラス成分の溶出が少なく、より適当であることが示唆された。水銀添加した場合も冷蔵保存であれば良好な保存性が確認された。上記結果より、水銀を加えなくても通常の外洋レベルの海水であれば数ヶ月保存できることが示唆されているが、水銀添加が微少量であれば密度測定値に影響を与えないため、生物活性の高い試料については一定の効果があるものと思われる。船上測定については、観測期間中の船舶動揺がそれほど大きくなく、明らかな不具合は生じなかった。海水の密度測定法について、昨年度までの検討により高精度な測定が可能となったため、この手法を用いて実サンプルの測定を進めた。これと並行して、より実用的な手法の可能性について検討を行った。手法の改善点として、常温で保存可能な容器について、検討を行った。現状で採用しているテフロンコーティングガラスバイアル瓶ではガラス質からのケイ素溶出のため、長期の常温保存が出来ないことが確認されたため、シリコン、ウレタンなどのコーティングについて検討を行った結果、いずれもテフロンコーティング以上のケイ素溶出抑制は確認できなかった。そこで、ガラス瓶をサルファー処理した後、テフロンコーティングを施したところ、テフロンコーティングのみの場合よりも若干ケイ素の溶出が抑制された。

併せて、オートサンプラーの使用についても検討した。オートサンプラーは密度計のオプション機器のうち、空気圧でサンプルを送り込むタイプのものを使用した。その結果、良好な状態では、ほぼマニュアル測定と同程度の精度で測定が行えることが確認できた。しかしながら、長期の使用中には不安定な結果も得られており、その使用については常に最高の状態を保ち、かつ標準試料測定の頻度を増やして機器の状況をチェックするなどの注意が必要なことが示唆された。船上測定についても再度検討したところ、船の動揺によって明らかに値が変動することが確認された。したがって、船上の測定については相当の振動対策が必要と思われ、高精度測定が必要な場合には推奨出来ない。西部北太平洋における観測を行い、亜寒帯域から亜熱帯域を横切る南北断面について、密度の測定サンプルを採取し、測定を行った。結果として、塩分と水温から計算される密度と実測密度の差はほぼ-5+25ppm以内であり、表層ではマイナス(実測密度の方が小さい)であり、水深の増加に伴いプラスに転じ、増加する傾向であることが示された。海水の密度測定のための試料保存容器の検討を行った。アルカリ性の海水に対し、ガラスからのケイ素の溶出が起こらない事を目指した。年度当初検討を行った管瓶(硬質ガラスの管をガスバーナーで成型して作られたもの。安価なソーダライムブローガラス瓶と比べ、アルカリ溶出やガラスの腐食が少ない)に薄膜のテフロンコーティングを施した瓶については、特段の改善がみられず、常温から40°Cの環境では数週間で密度の測定に影響を及ぼすほどの珪酸塩濃度増加が起こることがわかった。これは、1μm以下の薄膜コーティングのため、ピンホールが無数に存在し、海水がガラス面に直接触れるためと考えられた。そのため、ガラス瓶の内面に厚膜のコーティングを施すことを試みた。コーティング専門メーカーとの検討の結果、100μm前後の厚膜テフロンコーティングを施すことが出来た。溶出試験を行ったところ、室温から40°Cの環境下で数ヶ月間、ケイ素の溶出は起こらなかった。一方で、耐久性のテストも行ったところ、常温で海水を入れて半年程度でコーティングがガラス面から剥がれることがわかった。しかしながら、厚膜コーティングのため、テフロン膜が剥がれ落ちたりゆがんだりすることはなく、形状が保たれているため、海水密度測定用試料の保存瓶としての機能は長期間保持できることが示唆された。これまでに蓄積した太平洋周辺海域の密度測定データについて、硝酸塩、リン酸塩、珪酸塩といった栄養塩濃度と全炭酸、アルカリ度との関係を解析した結果、これまでのデータ空は空白域においても珪酸塩濃度との間で最も高い相関が認められ、先行研究で提唱されていた関係式によりこれらの海域でも密度の推定が可能であることが示唆された。密度の測定法について、より標準的かつ汎用的な方法にするための検討を継続しているものの、基本的な部分はほぼ確立されており、ほぼ当初の予定通り、実海洋のサンプル測定まで行うことが出来ている。24年度が最終年度であるため、記入しない。関連する化学パラメータのデータ整理を行い、先行研究の観測結果との比較を通して、密度偏差の推定式の評価を行う。
油|水|半導体電極の三相界面を利用したナノワイヤーの電解形成

電極上に互いに混合しない油水界面を乗せると、電極相|液相および油相|水相界面が出会う三相界面ができる。三相界面は面と面との交線であるから、数学的には無限小幅の線、現実には分子幅の線になるはずである。この線上で電子導電体を析出させれば、幅がナノメートルのワイヤーができる。そのためには、反応する界面が定常状態となることが必要だが、これまでは油中にイオンが拡散してしまうので、定常状態が得られていなかった。新しい発想として次の条件を考えた。(a)油相にのみ、電荷を持たない酸化還元種があること、(b)油相の酸化還元種は水相のイオンと出会って始めて電極反応すること、(c)水相のイオンが油相に移動しないこと。これら条件を本研究室で開発した界面の操作法およびイオン移動の制御・測定法を応用することにより、定常状態が達成できる可能性を見出した。(1)フェロセンを含むポリシロキサンの滴を電極に置き、そこに支持電解質を含む水相を入れる測定装置を作製した。(2)陰イオンの種類を種々変えてボルタモグラムを測定し、定常状態となる実験条件を求めた。(3)一定の種々の電位において、三相界面近傍のビデオを撮影した。界面の幅を測定した。(4)定電位電解による電流時間曲線およびCVの電位掃引速度の変化による測定値を、物質移動電流の式を基にして解析し、三相界面の反応幅を算出した。(5)油相に塩を溶解し、3相界面にエマルションの形成が見られた。三相界面反応を応用するには定常状態となることが必要だが、これまでは油中にイオンが拡散してしまうので、定常状態が得られていなかった。つまり、幾何学的な反応界面を利用してナノメートル幅の反応場、およびその結果であるナノメートル幅で長さがセンチメートルもある析出層を半導体表面に構築を試みる。(1)電極の上に油滴がある系のビデオ(既設品)を撮れる電気化学セルを設計・作製した。(2)フェロセンを含むニトロベンゼンの滴を電極に置き、そこに支持電解質を含む水相を入れた。逆に、始めに水相を作っておき、その後に油滴を置いた系も作った。(3)陰イオンが過塩素酸であるときには、三相界面ができ、電極に近いところからフェロセンが還元されて、色の分布ができた。(4)支持電解質として、油相に移動しにくい硫酸イオンを用いたところ、電流電位曲線に定常状態が現れ、三相界面反応の電流であることがわかった。(5)その写真より、三相界面の反応領域は極めて薄いリングの形をしていて、これをリング状バンド電極に近似した。(6)電位掃引速度の変化による測定値から、三相界面の反応幅(30μm)を算出した。(7)界面ではエマルションが生成していることがわかった。界面の幅を測定した。
IgA単独欠損症におけるILー5、TGFーβ2遺伝子導入療法の試み。

平成元年、平成2年の科学研究費を使用した研究から、遺伝子導入細胞としてストロ-マ細胞の優秀性を証明してきた(J.Immunol.,J,Exp.Med.)。これらの研究からリンパ系幹細胞への遺伝子導入と導入リンパ系幹細胞の増殖分化にストロ-マ細胞の存在が必須うであることが判明した。平成3年度は、IgA単独欠損症のリンパ系幹細胞へのILー5およびTGFーβ2遺伝子の導入とこれを育成するストロ-マ細胞の培養系の確立を試みた。1)リンパ系幹細胞の樹立:CD34陽性の多岐分化能を保有する幹細胞をストロ-マ細胞上に長期培養することによりリンパ系幹細胞を樹立した。繊維芽細胞増殖因子(FGF)及びGMーCSFを基本的に添加培養し、B系細胞はILー7を、T系細胞はILー5とILー2を添加することにより誘導することが出来た(J.Immunol.,J.Exp.Med)。2)ストロ-マ細胞の樹立:パコ-ル比重遠沈法により40%層以上に母細胞が濃縮される。この細胞を磁力線培養装置でFGFおよび内皮細胞増殖因子(ECGS)存在下で培養することにより約2週間で大量のストロ-マ細胞の単層培養が形成され、4週間で多層培養層が式成された。3)遺伝子導入:IgA単独欠損症のリンパ系幹細胞にILー5及びTGFーβ2の遺伝子をパルス導入装置を使用して導入した。この細胞をストロ-マ細胞上で培養することにより多量のIgA含有細胞まで誘導するこに成功したが分泌細胞まで誘導することはできなかった。考案リンパ系幹細胞にILー2及びILー5の遺伝子導入及び導入細胞の増殖分化までは比較的簡単に実施し得たが分泌細胞への誘導が困難であった。今後の研究は如何にして分泌細胞へ誘導できるかが鍵となろう。しかし今後の臨床応用に関してはILー5、TGFーβ2及びインタ-フェロンのサイトカインカクテル療法の開発が急務となろう。
ゲノム編集技術を用いた甲状腺機能低下症原因遺伝子の新規機能解析系の確立

先天性甲状腺機能低下症(CH)は3000-4000出生に1名の頻度で認められる最も高頻度の先天性内分泌疾患である。CHを来す原因に甲状腺ホルモン合成障害があり、原因遺伝子としてDUOX2、DUOXA2、TPOがある。従来の遺伝子変異機能解析は、非甲状腺細胞を用いた一過性強制発現系という非生理的条件下での検討であった。本研究の目的は「内因性甲状腺ホルモン産生機構を利用したin vitroにおける甲状腺ホルモン合成遺伝子の新規機能解析系を樹立すること」である。つまりゲノム編集技術を用いてラット甲状腺濾胞細胞由来培養細胞株FRTL-5(内因性甲状腺分子としてDUOX2、DUOXA2、TPOが発現)の目的遺伝子を破壊したノックアウト(KO)細胞株を樹立し、変異解析系を確立する。この研究により、生体内での甲状腺ホルモン合成分子の働きをin vitroで観察し得る系の樹立を目指したいと考えた。研究計画・方法としてIからVまでを考案した。I.予備実験としてFRTL-5を用い、TSH刺激下でのH2O2産生能、TPO活性を測定する。II. CRISPR/Cas9によるゲノム編集技術を用いてDuox2 KO-FRTL-5、Duoxa2 KO-FRTL-5、Tpo KO-FRTL-5細胞株を作成する。III.上記3種類のKO株の表現型の検討を行う。IV.上記3種類のKO株にヒトcDNA発現ベクター(野性型)を導入し、表現型を検討する(救済実験)。V.上記3種類のKO株ににヒトcDNA発現ベクター(変異型)を導入し、表現型を検討する。H28年4月より本年度の実施目標であるI.、II.を開始した。I. FRTL-5を培養し、野生型FRTL-5による至適細胞数、至適TSH濃度、刺激時間を検討した。細胞を播いた24時間後、TSH 0100 U/L添加し、添加後Amplex Red試薬を用いてH2O2産生能、TPO活性を測定した。II. CRISPR/Cas9によるゲノム編集を行うため、Duox2 KO-FRTL-5、Duox2/DuoxA2 KO-FRTL-5のガイドRNA作成を試みた。I.、II.ともに研究途中であったが、研究代表者留学のため、本科研費による研究継続を断念した。
子供達のライフスタイルからみた口腔環境と健康に関する歯科・教育保健学的総合研究

(1)男女大学生(計1477名),男女60-80歳(計319名)を対象とし,それぞれの小学生時,20歳時の歯科保健意識について世代間で比較検討した。20歳時には大学生の方が高年代者より甘味に対する制限をしているが,逆に間食は多い。時代背景から高年代者は,小学生時のかかりつけ歯科医が非常に少なく,早期治療も行き届かなかった。また,小学生時に歯磨き無しも約25%みられるなど,歯科保健意識の不十分さが認められた。また,8020に自信のある大学生男子は33%,女子は24%と差がみられた。(2)高校生について同様の調査を行い,学校保健委員会で活用した。調査により,高校生の健康への意識は全体的に向上していることがわかったが,歯および歯疾患への関心が薄いようであった。これを全学的に紹介し,歯科保健意識の啓蒙活動としたした。(3)歯科保健指導を実践した小中学校(13校)へ訪問し,養護教諭からその内容を聞き取り調査した。その結果,重点的に行われているのは,学校行事,委員会活動,学級活動,個別指導の順であった。3項目以上にわたって指導効果ありと評価したのは6校であり,中には,多くについて効果なしの評価もみられた。また,家庭での指導に保護者の多くが参加したのは1校のみであり,家庭での歯科保健の啓発の必要性を認識した。(4)子供達に好まれている嗜好飲料(清涼飲料,乳性飲料,ジュース,スポーツドリンク,コーヒーなど)のグルコース・シュクロース量を分析し,同一商品の1981年,1985年の成分データと比較した。その結果,.糖質量はほとんど変化ないが,シュクロース量の減少がみられた。このことは,砂糖の低減化,低カロリー化,甘味料の普及を反映している。(1)20歳代の女性(全国6大学の女子大生)約700名を対象に,小学生時・中学生時・高校生時・現在のライフスタイル-主として,生活習慣,栄養摂取,嗜好,歯に対する健康意識ーをアンケート調査した。また,約170名に対しては現在の歯検診も行った。さらに,これらの結果と先行研究の80歳代女性の20歳代時点との調査結果を,特に20歯以上保有者で比較検討した。その結果,現在20歳代の方が,「かかりつけ歯科医院ある」「早期歯科治療を行う」割合が高く,また,「甘い食品」や「間食」に気をつけている者も多いなど,むしろ社会的経済的な生活環境による差がうかがえた。しかし,20歳代の対象者が「80歳代時点で歯が20本あることに自信がある」と答えたのはわずか20%であり,幼児・学童期の歯科保健指導の重要性を確認した。(2)子供達に好まれている嗜好飲料(清涼飲料,乳性飲料,ジュース,スポーツドリンク,コーヒーなど)のグルコース・シュクロース量を分析し,同一商品の1981年,1985年の成分データと比較した。その結果,糖質量はほとんど変化ないが,シュクロース量の減少がみられた。(3)従来,歯科医師が読み上げ,養護教諭や担任が書き込んでいた健診結果を,健診時に直接パソコンに入力できるソフト"たえちゃんII"を開発した。その結果,集計処理に要する時間と労力の短縮でき,生徒自身も画面を見ることができ,保健指導に活用できることを確認した。また,養護教諭からの反響もあり,有用であると思われる。(東海学校保健学会口頭発表1997.9)

(1)調査対象の男女大学生をさらに追加し(計1477名)、男女60-80歳対象者(計319名)とそれぞれの小学生時、20歳時の歯科保健意識について世代間で比較検討した。20歳時には大学生の方が高年代者より甘味に対する制限をしているが、逆に間食は多い。時代背景から高年代者は、小学生時のかかりつけ歯科医が非常に少なく、早期治療も行き届かなかった。また、小学生時に歯磨き無しも約25%みられるなど、歯科保健意識の不十分さが認められた。また、8020に自信のある大学生男子は33%、女子は24%と差がみられた。(2)高校生について同様の調査を行い、学校保健委員会で活用した。調査により、高校生の健康への意識は全体的に向上していることがわかったが、歯および歯疾患への関心が薄いようであった。これを全学的に紹介し、歯科保健意識の啓蒙活動としたした。(3)歯科保健指導を実践した小中学校(13校)へ訪問し、養護教諭からその内容を聞き取り調査した。その結果、重点的に行われているのは、学校行事、委員会活動、学級活動、個別指導の順であった。3項目以上にわたって指導効果ありと評価したのは6校であり、中には、多くについて効果なしの評価もみられた。また、家庭での指導に保護者の多くが参加したのは1校のみであり、家庭での歯科保健の啓発の必要性を認識した。他に、ビデオによる歯科保健実践校から資料を得、その活用について検討した。
先天異常子牛の疫学と遺伝学的、形態学的、ウイルス学的解析

2000年から2005年にかけて鹿児島県内各地から535例の先天異常子牛が収集された。疫学、臨床、病理、ウイルスの各検査によって、2000年初めには水無脳症と関節彎曲症を主とするアカバネ病が、2002年初めには水無脳症と小脳形成不全を主とするチュウザン病が、さらに2003年初めには矮小脳と小脳形成不全を主とするアイノウイルス感染症の流行が、南九州地方に発生したことが確認された。その後の3年間はこれらアルボウイルスの大きな流行はない。多くのアルボウイルスを一度に検出できる方法として、1試験管mRT-PCR法が開発された。これによりチュウザン、イバラキ、ブルータング、アカバネ、ピートンの5種のウイルスの高い精度の検出が可能となった。また子宮内の胎子に直接アイノウイルスを接種する特殊な方法を用いて、異常が再現され、病原性が確定された。心奇形の研究では、結合心、卵円孔早期閉鎖、部分的肺静脈結合異常、房室中隔欠損などの異常が次々と明らかにされた。本研究の研究者が中心となって、「カラーアトラス牛の先天異常」が出版された。本書には現在までに日本で認められているほぼすべての先天異常例が、鮮明なカラー写真とともに、詳細に解説されている。内容は総説に続いて、遺伝的な異常、ウイルス性の異常、各器官系統別の異常が網羅されており、海外を含めた牛の先天異常が一覧表にまとめられている。牛の先天異常に関するわが国初の図書であり、研究者、臨床獣医師、畜産関係者のバイブルとなることが期待されている。2000年1月から2003年6月の期間に鹿児島大学に375例の先天異常子牛が収集された。病理解剖学的に分類すると、発育不良群(34%)が最も多く、ついで中枢神経系異常群(23%)、骨格・筋・関節系異常群(21%)が多かった。疫学的な解析とウイルス抗体価測定により、2000年初めには水無脳症と関節彎曲症を主とするアカバネ病が、2002年初めには水無脳症と小脳形成不全を主とするチュウザン病が、さらに2003年初めには矮小脳と小脳形成不全を主とするアイノウイルス感染症の流行が南九州地方に発生したことが確認された。シンブ群ウイルスのアカバネ、アイノ、ピートンの各ウイルスの中型RNA断片の配列を解析したところ、いずれも1個の大きな骨格を持っており、アミノ酸数はそれぞれ1401、1404、1400であった。この変異は各ウイルスの抗原性に関係しており、進化の過程で再配列が生じていた。牛の結合体54例の心大血管系の形態を検索したところ、二顔体21例はすべて単一心であったが、他の結合体では様々な心奇形を伴う分離心が主であった。また二頭体子牛1例の結合心は、3心房、3心室、3大血管で構成されていた。ホルスタイン種の三つ子の雌に性染色体のキメラと雄特異バンドが認められ、フリーマーチンと判定された。また黒毛和種雌牛1例に、未分化胚細胞腫と顆粒膜細胞腫が、それぞれ左右の卵巣に存在するという希有な症例に遭遇した。牛ネオスポラ症の可能性が疑われた黒毛和種41例の抗体を検査したところ、すべて陰性であった。他方、酪農家2戸のホルスタイン種では20-30%が陽性であり、垂直感染とともに水平感染も示唆された。牛の先天異常についての総説がなされ、特に飼養農家と獣医師に与える大きな影響が指摘された。

アイノウイルス感染が先天異常子牛をもたらすことは、十分予測されていたが、胎盤通過性が低いために、その再現試験はいずれも失敗していた。そこで5頭の妊娠中期の牛の子宮内の胎子に、特殊な手技を用いて、直接ウイルスを接種したところ、その後の妊娠は正常に維持された。しかし、予定日より早く、1頭の虚弱子と4頭の死産子が娩出され、いずれもアイノウイルス感染症の特徴である、関節彎曲症、水無脳症、小脳形成不全を示した。このことから、長年にわたって疑われていたアイノウイルスと先天異常との関係が見事に証明された。アカバネウイルスによって生じた血清中の抗体価の測定法として、従来から用いられている中和抗体価測定法に代わって、新規に開発されたC-ELISA法が、迅速で特異性の高い方法であることが証明された。多くのアルボウイルスを一度に検出できる方法として、1試験管mRT-PCR法が開発された。この方法では、同時に、チュウザン、イバラキ、ブルータング、アカバネ、ピートンの5種のウイルスの高い精度の検出が可能であり、アイノウイルスの検出率はやや低かった。このmRT-PCR法は、野外の多数の検体中のアルボウイルスのサーベイランスに、特異性が高く迅速な診断法として有用となる。黒毛和種とF1種の2例の子牛に、卵円孔の早期閉鎖が認められた。前者には左房室弁閉鎖が合併し、左心室は小さな心筋塊であった。後者には心室中隔欠損と両大血管右室起始が合併し、左心室の低形成は認められなかった。牛の常染色体性遺伝性疾患である、クローディン16欠損症は、尿細管の形成不全や組織の線維化を生じて、腎機能低下をもたらす。鹿児島県に発生した6例について、詳細な臨床的および病理組織学的検索がなされた。2003年7月から2005年6月までの2年間に、鹿児島県内各地から133例の先天異常子牛が収集された。病理解剖検査によって肉眼的な病変の認められなかった発育不良58例、虚弱26例を除いた49例について解析された。出生月は3月から5月にかけてが多く、性別ではやや雄が多く、産次数は5産が最も多く初産と2産が続いた。器官系統別では、骨格・関節系異常群が55%と最も多く、そのうち関節彎曲症の16%が目立ち、まれな異常として環椎後頭骨癒合、寄生肢、単眼症、一頭二顔体などがみられた。ついで中枢神経系が27%と多く、側脳室拡張症や髄膜瘤がみられた。他の異常はいずれも少数で、小眼球症、無眼球症、結腸閉鎖などのまれな異常も含まれた。この期間には、従来多発していたアルボウイルス性異常産の流行はなかったことが判明した。宮崎大学で収集された牛の奇形心687例中に5例の房室中隔欠損が認められ、いずれも共通房室口を持つ完全型房室中隔欠損であった。また希有な部分肺静脈結合異常も1例認められた。ウイルス学的研究では、アカバネウイルスの遺伝学的な解析がなされ、野外分離株における遺伝子再集合の可能性が示唆された。またこの手法を用いて、アカバネウイルスの分子疫学的解析も可能となった。本研究の研究者が中心となって、「カラーアトラス牛の先天異常」が出版された。本書には現在までに日本で認められているほぼすべての先天異常例が、鮮明なカラー写真とともに、詳細に解説されている。まず牛の先天異常の総説が記載され、ついで遺伝的な異常、ウイルス性の異常が続き、各器官系統別の異常が網羅されている。さらに海外を含めた牛の先天異常が一覧表にまとめられている。牛の先天異常に関するわが国初の図書であり、研究者、臨床獣医師、畜産関係者のバイブルとなることが期待されている。