hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
南極産菌類の極限環境下における生存戦略の解明と有用な二次代謝産物の探索

極地に生息している菌類は氷点下でも細胞が凍る事無く、生存する事が可能なことから有機物の最終分解者として極地における物質循環に重要な役割を果たしている。南極のような極限環境下で生存している菌類が、氷点下という低温ストレスに晒された場合、代謝産物の生合成にどのような影響が出るのかは不明であった。そこで本年度は、昭和基地周辺から分離した担子菌類Mrakia属菌とCystobasidium属菌さらにTausonia属菌を低温ストレス条件下で培養した場合、代謝産物の生産にどのような影響が出るのかをメタボローム解析により調べた。その結果、低温での生育に優れたMrakia属菌では、大きな代謝産物の変化は見られなかったが、Cystobasidium属菌ではATP合成阻害物質の分泌量が大きく減少し、Tausonia属菌では細胞分裂の促進する効果があるサイトカイニンの分泌量が大幅に増加した。このことから南極の同じ地域に生息している菌類でも、低温ストレスに対し属ごとに全く異なる反応を行っていた。また、南極域は微生物資源調査の最後のフロンティアとされている。菌類の二次代謝産物は成長や生殖には直接、関与していない代謝産物であるが、新規の医薬品や化学原料の候補として考えられている。そこで、昭和基地周辺から分離した菌について、有用な二次代謝産物の探索を行なった。その結果、エタノール吸収阻害剤のカメリアサポニンB、気管支拡張薬のPirbuterol、抗悪性腫瘍薬のアルトレタミンなどと類似の有用と思われる二次代謝産物を分泌していた。これらのことから、南極産菌類は微生物資源として有用であることが明らかなとなった。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。日本の南極観測の拠点である昭和基地周辺では、担子菌酵母の一種Mrakia属菌が培養可能な菌類の優占種となっている。そこで、この地域の湖底堆積物及び土壌から約50株のMrakia属菌を分離し、菌類の分類に広く用いられているITS領域(Internal transcribed spacer)と26SrDNAのD1/D2領域の配列を基に種の同定を行った。その結果、これらの菌株はM. bollopis, M. gelida, M. robertiiの3種に分類することができた。取得した各菌株の至適増殖温度と-3°Cでの増殖速度を計測したところ、M. blollopis, M. gelida, M. robertiiそれぞれの種に低温での成長が優れている株とあまり成長しない株に分けることが分かった。そこで、それぞれの種から低温での成長能が異なる株を選抜し、全ゲノム解析を行った。その結果、低温での成長に優れた株はゲノムサイズが約30Mbであったのに対し、低温であまり成長しない株ではゲノムサイズが約60Mbと2倍大きいことが分かった。さらに低温であまり成長しない株ではペントースリン酸経路の遺伝子がの部分配列が繰り返し挿入されている可能性があることが分かった。今年度は昭和基地周辺の試料から研究材料となるMrakia属菌を十分な数、分離することができた。また、これらの株について低温での成長能の調査やゲノムの抽出及び全ゲノム配列の解析も終えることができた。さらに取得した全ゲノム配列の中でも特にペントースリン酸経路に関連する遺伝子の塩基配列も終えることができたことから、順調に研究が進展していると考えている。日本の南極観測の拠点である昭和基地周辺では、担子菌類酵母の1種であるMrakia属菌が菌類の優先種として知られている。今年度はまず、Mrakia属菌の全ゲノム解析のデータを分析し、このMrakia属菌は不凍タンパク質の遺伝子を持っていないだけでなく、低温ストレスから細胞を守るのに欠かせないグリセロール合成系遺伝子の一部を持っていないという従来の極地産菌類の常識とは異なる特徴を持っていることを明らかにした。その後、昨年度昭和基地周辺の試料から分離したMrakia属菌について、温度別培養試験を行い、この属には同種でも氷点下での成長能に優れた株と氷点下ではあまり成長できない株の2つに分けられることが分かった。そこで同種でも氷点下での成長能が異なる2株を用い、至適増殖温度である10°Cで培養し続けた場合と10°Cで培養したのち-3°Cに温度を下げて培養した場合、それぞれの温度での代謝産物蓄積量の変化をメタボローム解析の中でも特にキャピラリー電気泳動ー質量分析法(CE-MS)により解析を行なった。その結果、低温でも高い成長能も持つ株は氷点下に晒されると芳香属アミノ酸やポリアミン類など細胞分裂や成長、細胞膜の生成に必要な代謝産物を高濃度に蓄積するが、氷点下であまり成長しない株では、このような物質の細胞内における蓄積は認められなかった。特に芳香属アミノ酸は生合成に大量のATPを必要とすることが知られていることから、Mrakia属菌はエネルギー源のATPを犠牲にしながら、氷点下で生存をしていることを明らかにすることが出来た。今年度は昭和基地周辺から分離したMrakia属菌について温度別培養試験の結果、Mrakia属菌には氷点下での成長能が異なる2つのグループに分けられることを明らかにできた。また、氷点下で成長能が異なる同種のMrakia属菌についてメタボローム解析を行なった結果、この菌はATPを大量生産することで低温への適応を行なっているという結果を得ることが出来たため、順調に研究が進展していると考えている。

極地に生息している菌類は氷点下でも細胞が凍る事無く、生存する事が可能なことから有機物の最終分解者として極地における物質循環に重要な役割を果たしている。南極のような極限環境下で生存している菌類が、氷点下という低温ストレスに晒された場合、代謝産物の生合成にどのような影響が出るのかは不明であった。そこで本年度は、昭和基地周辺から分離した担子菌類Mrakia属菌とCystobasidium属菌さらにTausonia属菌を低温ストレス条件下で培養した場合、代謝産物の生産にどのような影響が出るのかをメタボローム解析により調べた。その結果、低温での生育に優れたMrakia属菌では、大きな代謝産物の変化は見られなかったが、Cystobasidium属菌ではATP合成阻害物質の分泌量が大きく減少し、Tausonia属菌では細胞分裂の促進する効果があるサイトカイニンの分泌量が大幅に増加した。このことから南極の同じ地域に生息している菌類でも、低温ストレスに対し属ごとに全く異なる反応を行っていた。また、南極域は微生物資源調査の最後のフロンティアとされている。菌類の二次代謝産物は成長や生殖には直接、関与していない代謝産物であるが、新規の医薬品や化学原料の候補として考えられている。そこで、昭和基地周辺から分離した菌について、有用な二次代謝産物の探索を行なった。その結果、エタノール吸収阻害剤のカメリアサポニンB、気管支拡張薬のPirbuterol、抗悪性腫瘍薬のアルトレタミンなどと類似の有用と思われる二次代謝産物を分泌していた。これらのことから、南極産菌類は微生物資源として有用であることが明らかなとなった。今後も各実験・分析において、研究の中断または大きな変更を求められるような重大なトラブルが生じる可能性は低いため、基本的には当初の計画通りに研究を推進して行く予定である。今後も核実験・分析において、研究の中断または大きな変更を求められるような重大なトラブルが生じる可能性は低いため、基本的には当初の研究計画通りに研究を推進して行く予定である。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
蛍光マウスを用いたＸ染色体不活性化のバイオイメージングと幹細胞研究

哺乳類の雌の発生に必須であることが知られている「X染色体不活性化」は、現在、幹細胞の多能性を評価することができる指標としても注目を集めている。しかし、これまで簡便なモニター法は報告されていない。本基盤研究ではX染色体の不活化状態に注目しそれを可視化することにより、幹細胞の状態を、細胞を生かしたまま評価することができる新しい系の構築を行った。これら成果は、X染色体不活化機構の解析などの基礎生物学研究以外に、体細胞の「リプログラミング」の実態の解明などにも役立ち再生医療にも貢献すると考える。申請者はX染色体にGFP遺伝子を組み込むことにより、X染色体の不活化の状態を細胞を生かしたまま簡便に見分ける方法を編み出すとともに、X染色体上に新規のインプリント遺伝子が存在することを発見している。X染色体不活化は現在、幹細胞の多能性を評価することができる指標としても注目を浴びるようになったが、これまで簡便なモニター法は報告されていない。本基盤研究では「リプログラミング」の実体を遺伝子レベルで可視化するという、新しい領域に踏み込み研究を行おうとするものである。X染色体の不活化を連続的にLive imagingとして検出する方法は申請者の独創的な試みであり、研究の成果はヒトなどのES細胞の効率的な作製などにも寄与するものと期待でき、再生医療の発展にも大きな影響を与える可能性がある。本研究ではこれまでの手法を更に発展させ、蛍光タンパク質のノックイン型のターゲティングベクターを作製し、XYおよびXXのES細胞を用いて、標的部位に相同組み換えにより蛍光タンパクを挿入し、不活化状態を検出する予定である。前年度では、2種類の核移行シグナル(NLS)をGFPタンパクに融合させ、その蛍光強度、および細胞内の局在パターンを検討し、最適なNLSを選択した。これら蛍光蛋白をコードする遺伝子を細胞に染色体に挿入する時には、挿入位置や挿入方向が発現に及ぼす影響を及ぼす可能性が考えられる。今年度は、これらの点について評価するため、複数のベクターを作製し比較検討を行った。得られたES細胞について未分化状態及び、分化誘導をかけた状態での蛍光強度の観察を行い、蛍光強度の変化の有無を調べた。この解析により、蛍光強度変化の少なく安定して蛍光が観察出来る組み替えES細胞を絞り込むことに成功した。モニタリングシステム完成のための準備が進行し、研究の基盤が順調に整いつつある。本基盤研究ではX染色体の不活化状態に注目しそれを可視化することにより、幹細胞の状態を、細胞を生かしたまま評価することができる新しい系の構築を試みた。この系を応用することにより、「リプログラミング」の過程を追跡することが可能となる。研究の成果はヒトなどのES細胞の効率的な作製などにも寄与するものと期待でき、再生医療の発展にも大きな影響を与える可能性がある。本研究では、XYおよびXXのES細胞を用いて、標的部位に相同組み換えにより蛍光タンパクを挿入し、不活化状態を検出することを試みた。これまでの成果により、1、2種類の核移行シグナル(NLS)をGFPタンパクに融合させ、その蛍光強度、および細胞内の局在パターンを検討し、最適なNLSを選択した。2、蛍光蛋白をコードする遺伝子を細胞に染色体に挿入する時には、挿入位置や挿入方向が発現に及ぼす影響を及ぼす可能性が考えられる。この点について評価するため、複数のベクターを作製し挿入位置における蛍光タンパクの発現への影響を、顕微鏡観察及びFACSにて検討した。3、得られたES細胞について未分化状態及び、分化誘導をかけた状態での蛍光強度の観察を行い、蛍光強度の変化の有無を調べた。調べた範囲では、この系は上手く不活化状態をモニタリングできることが確認できた。申請者はX染色体にGFP遺伝子を組み込むことにより、X染色体の不活化の有無を細胞を生かしたままで簡便に見分ける方法を編み出すとともに、X染色体上に新規のインプリント遺伝子が存在することを発見している。X染色体不活化は現在、幹細胞の多能性を評価することができる指標としても注目を浴びるようになってきたが、これまで簡便なモニター法は報告されておらず未開拓のまま残されていた。本基盤研究では「リプログラミング」の実体を遺伝子レベルで可視化するというこれまで誰も手を付けてこなかった領域に踏み込み研究を行おうとするものである。

X染色体の不活化を連続的にLive imagingとして検出する方法は申請者の独創的な試みであり、研究の成果はヒトなどのES細胞の効率的な作製などにも寄与するものと期待でき、再生医療の発展にも計り知れない影響を与える可能性がある。実験計画では、蛍光タンパク質のノックイン型のターゲティングベクターを作製し、XYおよびXXES細胞を用いて、標的部位に相同組み換えで蛍光タンパクを挿入する予定である。細胞内で蛍光タンパクを定量的に観察するには、蛍光タンパクを核に局在させると良い。まず最初に、2種類の核移行シグナル(NLS)をGFPタンパクに融合させ、その蛍光強度、および細胞内の局在パターンを、293T細胞にベクターをトランスフェクションすることにより観察した。最終的に核内に局在し、より蛍光強度が強いNLSを選ぶことにした。次に、蛍光タンパクを染色体に挿入する時には、挿入位置や挿入方向が発現に及ぼす影響を及ぼす可能性が考えられる。これらの点について評価するため、複数のベクターを作製し比較検討を行っている。H23年度は、幾つかの種類のベクターでES細胞相同組み換え体が得られた。モニタリングシステム完成のための準備が順調に整えられている。昨年度は、2種類の核移行シグナル(NLS)をGFPタンパクに融合させ、その蛍光強度、および細胞内の局在パターンを検討し、最適なNLSを選択した。これら蛍光蛋白をコードする遺伝子を細胞に染色体に挿入する時には、挿入位置や挿入方向が発現に及ぼす影響を及ぼす可能性が考えられる。この点に関しては、今年度の解析結果より、蛍光強度変化の少なく安定して蛍光が観察出来る組み替えES細胞を絞り込むことに成功した。モニタリングシステム完成のための準備が進行し、研究の基盤が順調に整いつつある。ライブイメージングに必要なES細胞の相同組み替えによるターゲティング実験の目処がついた。海外の研究室に依頼していた相同組み替えに使用するES細胞の入手が、予定より時間がかかり計画がずれ込んだいが、それ以外の実験は順調に進んでいる。入手したES細胞も順調に増殖し、ノックインに用いるターゲティングベクターも完成したので、おおむね研究は順調に進んでいると考える。今後、組換えES細胞からキメラマウス作製し,個体で不活化が正確に検出来るかどうかについて、モニタリング系の評価を行うとともに、組換えES細胞についてリプログラミング過程を追跡する。分化状態から未分化状態、またその逆の過程について細胞を用いた系を用いて解析することにより、リプログラミング時に、何が起こっているのかを明らかにする。解析時に用いる指標としては、遺伝子発現、エピジェネティックマークの変化を計画している。今後、残りのノックインベクターの相同組み替えを行う予定である。全ての組み替え体が完成した後、細胞において、蛍光蛋白の強度を評価し、最も安定し、明るく蛍光が観察出来る組み替え体を選び出す予定である。また、続いてXX型の雌ESを用いてターゲティングを行う。XX型ES細胞は既に分担者である阪大・岡部らにより樹立されている。消耗品として、培養細胞用試薬、実験用試薬及び実験動物に60万円。国内研究打ち合わせ、に10万円。外部委託に50万円使用する計画である。
地域在住脳卒中患者の転倒予測システムの開発

本研究の目的は,単一の動作課題を組み合わせたバランス能力と歩行能力の評価が,複数の動作課題から構成されるBerg Balance Scaleと比較して,高い精度で退院後の転倒を予測できるかどうかを明らかにすることであった。対象は,回復期リハビリテーション病棟に入院していた歩行可能な脳卒中患者78名であった。研究デザインは前向きコホート研究として,退院6ヵ月間の転倒状況を調査した。その結果,単一の動作課題である非麻痺側の下肢荷重率とFour Square Step Testの組み合わせは,Berg Balance Scaleより,退院後の転倒を高い精度で予測できることが明らかになった。本研究の目的は,回復期リハビリテーション病棟を退院する脳卒中患者を対象に,簡便・安価な検査・測定方法を用いて,在宅での転倒を予測することが可能かどうかを,多施設共同研究で検討することであった。平成27年度の研究成果は,回復期リハビリテーション病棟を有する1施設を対象に,ベースラインデータの測定および退院後の転倒状況の調査を開始した。具体的には,入院脳卒中患者を対象に,ベースラインデータとして下肢筋力,バランス能力,歩行能力,認知機能などの測定を退院時に行い,退院後の転倒状況の調査も実施している。また,上記以外の研究対象施設として,回復期病院3施設を候補に,研究実施の手続きを進めている最中である。3施設中,2施設は平成28年度から研究実施が可能となり,1施設は病院内の倫理審査申請中である。また,研究対象施設の一つが,診療の中で継続的に測定していたデータを用いて事前研究を行い,本研究結果の傾向を事前に明らかにすることで,本研究における調査項目の調整作業を行った。本研究のデザインは前向きコホート研究であり,複数の研究施設に継続した退院後調査を依頼するため,研究協力者および対象者に時間と手間を要する。研究の進捗は,研究協力者・対象者への研究依頼方法(対象者の選定方法・同意の方法・データの測定手順など)や対象者に配慮すべき倫理事項(個人情報保護の方法,インフォームドコンセントの方法など)が施設間で異なっていたため,当初の予定より若干進行の遅れを認めた。しかし,研究対象施設長および協力者に対する,丁寧な説明と個々の施設に応じた研究手順の提案,調査項目の調整などを行うことで正式に研究協力が得られ,研究基盤を確立することができた。本研究の対象施設は計4施設であり,平成28年度からは,本格的に全ての施設でデータ測定を行い,データ収集を行っていく予定である。平成28年度からは,本格的に全ての施設でデータ測定を行い,データ収集を行っていく予定であり,平成27年度の遅れを十分取り戻すことが可能である。平成28年度は,回復期病院入院中の脳卒中患者を対象に,転倒に関連する退院時の身体・精神機能および能力の測定と,在宅での転倒状況の調査が行われた。対象者の選定方法は,担当医が取り込み基準に準じて候補者を選定し,対象者に研究協力者を紹介して良いかどうかの確認をした。取り込み基準は,脳卒中発症前に歩行が可能であった患者, Mini-Mental State Examinationが24点以上,歩行障害に明らかに関連する脳卒中以外の神経筋疾患や筋骨格系疾患を有していない患者,自宅復帰予定の患者であった.除外基準は,入院期間が1ヶ月以内の患者,インフォームでコンセントが得られなかった患者,自宅復帰しなかった患者,死亡や住所変更などにより1年間の追跡調査が困難であった患者とした。転倒に関連する退院時の身体・精神機能および能力は,両側の下肢荷重率,Sit to Stand Test,両側の片脚立位時間,Four Square Step Test,Timed Up and Go Test(単一課題),Timed Up and Go Test(認知課題:100-1),Falls Efficacy Scale,Berg Balance Scaleの計8項目であった。在宅での転倒状況は,退院時に転倒した日をカレンダーや日記帳などに記載するように研究協力者が指導を行い,研究協力者が退院後3ヶ月に一度,電話にて追跡調査を行った。現在までに,統計解析に必要な症例数は確保できていないが,研究対象4施設で継続的に測定をすすめている。調査対象施設は4施設であり,施設間で研究の進捗状況に若干の相違はあるが,全ての施設で継続的に測定が実施されている.対象は,在宅復帰した患者であり,退院後の追跡期間を6ヵ月とした.平成29年度は,平成28年度同様に,対象者のリクルートと転倒を予測するバランス能力と歩行能力の評価の実施,退院後6ヵ月の転倒状況の有無の調査を行った.研究の進捗状況は,研究の開始期間の遅れや対象者のリクルートの問題などがあり,当初予定していた症例数の確保が困難であったが,最終的に仮説の検証ができる程度の症例数は確保することができた.

本研究では,簡便・安価に実施可能な単一の動作課題であるバランス能力と歩行能力の評価を組み合わせることで,複数の動作課題から構成されるBerg Balance Scaleと比較して,退院後の在宅脳卒中患者の転倒を高い精度で予測できることが明らかになった.本研究の目的は,単一の動作課題を組み合わせたバランス能力と歩行能力の評価が,複数の動作課題から構成されるBerg Balance Scaleと比較して,高い精度で退院後の転倒を予測できるかどうかを明らかにすることであった。対象は,回復期リハビリテーション病棟に入院していた歩行可能な脳卒中患者78名であった。研究デザインは前向きコホート研究として,退院6ヵ月間の転倒状況を調査した。その結果,単一の動作課題である非麻痺側の下肢荷重率とFour Square Step Testの組み合わせは,Berg Balance Scaleより,退院後の転倒を高い精度で予測できることが明らかになった。平成28年度からは,本格的に全ての施設でデータ測定を行い,データ収集を行っていく予定であり,平成29年度まで測定を継続して行っていく。研究計画の変更はなく,当初の予定通り研究を実施する。今後研究を実施する上での課題としては,多施設共同研究という側面上,各施設で統一した調査が困難になり,信頼性の高いデータの収集が難しくなることが予想された。平成27年度は,今後想定されるデータの信頼性の問題を危惧し,直ぐに調査を実施せず,各研究協力者が協議を繰り返し,統一したデータ測定が可能なよう調査マニュアルを作成した。そのため,平成27年度は予定より若干の遅れを認めたが,27年度で課題への対応を行えたことで,今後は多施設研究でも,信頼性の高いデータの入手が可能になると考えられる。平成28年度以降は,各対象者がマニュアル通り測定されているかどうかを確認しながら,データ収集を行っていく。本研究のデザインは前向きコホート研究であり,今年の10月をベースラインデータの最終月に設定しているため,10月までに多くの症例数を確保できるよう,研究チームとミーティングを繰り返し行っている.応用健康科学平成27年度は研究協力者を選出し,調査方法の統一や個々の施設に応じた測定手順の検討などを行ったが,遠隔通信技術を用いたミーティングを行ったため(スカイプ),移動費の大幅な削減が可能であった。また,事前研究を行うことで,本研究の傾向を事前に明らかにする作業を行ったが,事前研究の結果から,本来測定予定であった調査項目が数項目不要となり,物品費が削減された。本研究は他施設共同研究であり,会議や物品の移動など研究に必要な経費を旅費として予定していたが,会議はWEB会議を中心に行ったため,経費の削減につながった。平成28年度は,本格的に全ての施設でデータ測定を実施する。遠隔通信では対応困難な内容も増加するため,研究代表者の移動費に使用する予定である。また,一部のデータにおいては,学会や論文などで公表を予定しており,出版・発刊に必要な経費を計上する予定である。次年度は最終年度になるため,本研究をまとめて学会発表および海外雑誌への投稿を行う予定である。次年度の費用は,最終測定に必要な物品と結果公表のための費用に用いる予定である。
不規則媒質中のランダムウォークの漸近挙動の研究

本研究では,ブラウン運動が定める筒型集合(これはWiener sausageとよばれている)の体積の期待値についての研究を行った.これは,熱伝導問題に関連して長年研究されてきている.まず,時刻tまでのWiener sausageの体積の期待値のtがゼロに近づくとき挙動と無限大に発散するときの挙動が得られた.さらに,ブラウン運動の半径方向の運動を一般化したベッセル過程とよばれる確率過程の到達時刻がt以下となる確率を,変形ベッセル関数とよばれる特殊関数とその零点を用いて表示した.この表示から, tが大きくなるときの漸近挙動も得られた.ここで用いられた手法を修正することにより, Wiener sausageの体積の期待値も変形ベッセル関数とその零点で表示することができた.このことにより, tが増大するときの漸近展開を与えることに道筋がついた.本研究は,ランダム媒質中のランダムウォークが再帰的となるための必要十分条件を与えるために,均質媒質中のランダムウォークの多重点の個数に関する大偏差原理を確立させることを目的とするランダムに不純物を含む1次元正方格子上のランダムウォークが研究され,再帰的であるための必要十分条件が与えられた.しかし,均一な媒質の中のランダムウォークの挙動からは想像もできない結果が示され,世界の多くの研究者が興味を持ったこの結果が多次元ランダム媒質中のランダムウォークの再帰性の研究の出発点となり,これまでに多くの研究者がこの問題に取り組んできたが,満足いく形で解決しているわけではない.また,均一媒質中の,いわゆる古典的なランダムウォークの道の詳しい性質を調べることによって問題を解決しようという試みが,小谷を中心とした研究者の間で提唱され現在に至っている.特に,ランダムウォークの標本路の多重点の個数に関する大偏差原理を確立することによって問題解決の糸口を掴もうと研究されているが,その問題自身もそれほど詳しくわかっているわけではないしかし,訪問点の個数に関しては詳しく調べられており,近年の研究において,部分的にではあるが大偏差原理が成立することがわかっている.そこで,重要なのはエントロピー関数の決定であり,訪問点の個数に関する大偏差原理を「完全に」解決することが,多重点の個数に関する大偏差原理を確立することへの布石となる.そしてそこで用いられた手法を改善することにより,多重点の個数に関するエントロピー関数を決定することができると考えている本研究では,ブラウン運動が定める筒型集合(これはWiener sausageとよばれている)の体積の期待値についての研究を行った.これは,熱伝導問題に関連して長年研究されてきている.まず,時刻tまでのWiener sausageの体積の期待値のtがゼロに近づくとき挙動と無限大に発散するときの挙動が得られた.さらに,ブラウン運動の半径方向の運動を一般化したベッセル過程とよばれる確率過程の到達時刻がt以下となる確率を,変形ベッセル関数とよばれる特殊関数とその零点を用いて表示した.この表示から, tが大きくなるときの漸近挙動も得られた.ここで用いられた手法を修正することにより, Wiener sausageの体積の期待値も変形ベッセル関数とその零点で表示することができた.このことにより, tが増大するときの漸近展開を与えることに道筋がついた.ランダムに不純物を含む多次元格子上のランダムウォークの再帰性の問題を解決するにあたって,多重点の個数に関する大偏差原理を考える必要がある.その前段階の,訪問点の個数に関する大偏差原理も未解決となっているが,この問題を解決するために,比較的計算が容易な連続対応のWiener sausageの体積について,エントロピー関数の決定を当面の目標に設定して,本年度は,時刻tまでのWiener sausageの体積の期待値に関する漸近挙動を研究した.時刻tが増大するときの体積の増加率は,古くから研究されており,自由エネルギー関数の原点での挙動に関係していることが知られているが,これはエントロピー関数の決定の視点に立つと上からの評価を与えたことになっている.そこで,時刻tがゼロに減少する場合のWiener sausageの体積の期待値挙動が自由エネルギー関数の上からの評価に関係し,それがエントロピー関数の下からの評価を与えることから,時刻がゼロに近い場合の体積の期待値の漸近挙動や級数展開を研究した.ここで考えているWiener sausageは,球体をブラウン運動の道に沿って動かしたときに得られる図形である.その結果,次元に関わらず,時刻tの平方根と同等の減少率であることがわかり,係数に動かした球の表面積が現れることもわかった.これは,一次近似であるが,奇数次元の場合は,さらに高次の近似を得ることができる.実際に,Wiener sausageの体積の期待値は,時刻tの平方根に関する冪級数に展開できることが証明できた.以上,Wiener sausageの体積の期待値に関して得られた結果を論文にまとめ,学術雑誌に投稿した.ランダムに不純物を含む多次元格子上のランダムウォークの再帰性の問題を解決するにあたって,多重点の個数に関する大偏差原理を考える必要があり,問題を解決するために,前年度に引き続きブラウン運動の標本路の定める筒型集合(いわゆる,Wiener sausage)の体積について,エントロピー関数の決定を当面の目標に設定して,期待値に関する漸近挙動を研究した.時刻tが増大するときの体積の増加率は,古くから研究されており,自由ェネルギー関数の原点での挙動に関係していることが知られているが,これはェントロピー関数の決定の視点に立つと上からの評価を与えたことになっている.

そこで,その評価に対する精密化の意味で,漸近展開を研究した.その結果,奇数次元の場合は,時刻tの半整数の負冪で展開できることが証明できた.さらに,各項の係数が,第2種変形ベッセル関数の零点で表現できることも得られた.ここで用いた毛法は,昨年度に得られたtの半方根による冪級数展開における係数を決定するすことにも適用され,各項の係数が,やはり,第2種変形ベッセル関数の零点で表現できることがわかった.以上,これらの結果を整理し,論文の執筆にとりかかった.漸近挙動の問題の起源は,1960年代に遡り,今から約20年前に精密化が行われたが,漸近展開に関する研究は,全くなされておちず,その解決が待たれていたが,時代の流れとともに,Wiener sausageは主な研究対象から外れてしまっていった歴史がある.今回,ランダム媒質の問題の研究とともに,再ひ,研究の表舞台に出てきた意義は大きい.昨年度,投稿した論文は,日本数学会発行の査読付き学術雑誌(欧文)への掲載が内定したことを付記しておく.ランダムに不純物を含む多次元格子上のランダムウォークの再帰性の問題を解決するにあたって,多重点の個数に関する大偏差原理を考える必要があり,一昨年度から目標設定を行ったブラウン運動の標本路の定める筒型集合(いわゆるWiener sausage)の体積のエントロピー関数の決定を引き続き研究した.時刻が増大するときの体積め増加率は,自由エネルギー関数の原点での挙動に関係していることが知られているが,これはエントロピー関数の決定の視点に立つと上からの評価を与えたことになっている.問題は下からの評価であるが,そのためにはWiener sausageの体積の期待値を求めることが必要になると考え,昨年度に得られた奇数次元の結果と合わせて,偶数次元の場合にも公式を与えることにした.しかし,第2種変形ベッセル関数の性質が異なるため.証明方針の根本的な変更が必要となった.そこで,Wiener sausageの体積の期待値は,ベッセル過程の到達確率の出発点での積分あることに着目して,ベッセル過程の到達確率に関する公式を与えることにした.この到達確率は,変形ベッセル関数の比で表示されることが知られており,出発点が到達点よりも内側の場合は第1種,外側のときは第2種を用いて表される.前者の場合は第1種ベッセル関数とその零点で,後者では第2種変形ベッセル関数とその零点で表示できることがわかった.後者については,近年,ポーランドの研究者によって研究が進められているが,形が複雑で公式としては難解なものになっている.しかし.今回得られた結果は.複雑な形をしていないので理解しやすい.以上,これらの結果を整理し,論文の執筆にとりかかった.また,昨年度末に執筆にとりかかったWiener sausageに関する論文は,今年度完成し,現在,改訂稿の査読が終了していることを付記しておく.
球体化防御姿勢の進化形態学的研究：動きが関わる生物の形作り

外骨格を球状に丸める球体化防御姿勢は,過去5億年にわたって多くの節足動物が独自に採用してきた効果的な防御様式である。この成立には,異なる骨格部位に位置する凹凸を咬合させることが必要である。しかし、骨格の形状はそれぞれが独自にそして不可逆的に決定してゆくため、球体化を見越した凹凸を備えることは遺伝子の作用のみでは不可能である。現生甲殻類と化石節足動物の三葉虫は、咬合部位に接触感覚毛もしくはその痕跡を必ず伴っており、さらに、脱皮に伴う骨格硬化の遅速が、遠隔凸凹の形状に対応することが明らかとなった。つまり、骨格形状の最終決定には,その直前に知覚システムのフィードバック機構が介在することを示唆する。骨格の形とその動きによって成立する球体化防御姿勢は,分節化して形を決定してゆく遺伝子による働きに加えて,近位および遠位の骨格パーツが,どのように動くことで咬合関係になるか,その関係を知覚して球体化を可能にする副次的な機構が必要である.本研究の目標は,形と動きが演出する形態形成機構のモデル化である.初年度は形態学的検討を行うため,球体化防御姿勢の獲得で最初期となるカンブリア紀中期において,同系統内で球体化姿勢の構築には相反する特徴を持つ球体化するエリプソセファルス三葉虫(Ellipsocephalus属)と球体化しないパラドキシデス三葉虫(Paradoxides属)を研究対象として,これらの外骨格上の知覚器官に関わる微細構造の分布を明らかにして,比較検討を行った.隣接する近位の骨格パーツは,関節を介して動く際に伏臥する領域を備える.検討対象の両種において,伏臥領域には知覚器官が並列する稜線構造が,パーツ間で斜交関係となる同様の分布様式を示した.一方の遠位の骨格パーツ間では,稜線構造がパーツ間で同様の分布様式となった.さらに遠位の骨格パーツ間の咬合関係は,稜線構造の分布範囲が狭い骨格パーツと分布が広く複数の骨格パーツに跨がる組み合わせとなっていた.近位と遠位の骨格パーツ間における知覚器官の分布様式の異質性は,恒常的な動きと、球体化する突発的な動きのそれぞれに対応すると考えられる.近位のパーツ間で知覚器官の配列が斜交関係となれば,交叉の程度によって常に動きの程度を常に知覚できる.さらに,交叉が最大の際に近位のパーツは球体時の位置関係に収まる.一方で,遠位のパーツ間で認められた知覚器官の同様の分布様式で分布領域の極端な相違は,球体化の際に狭領域に広領域の一部が咬合すればよいといった,動きの突発性に対応した安全率の確保を意味していると説明できる.骨格や硬皮の形とその動きによって成立する球体化防御姿勢は,節足動物のみならず他の動物グループでも度々採用されてきた効果的な防御様式である.この防御様式が成立するには,様々な部位の骨格の凹凸が互いに咬合することが求められる.しかし,それぞれの骨格形状を決定する遺伝子は,細分化した動物体の特定の部位にはたらく一方向的な作用であり,異なる部位で凹凸が咬み合うようにははたらかない.そのため,異なる部位の凹凸関係を知覚する副次的なメカニズムが,形態形成にフィードバックすることが求められる.この知覚フィードバックによる形態形成が化石・現生節足動物ともに認められるか検証を行ってきた.化石節足動物の三葉虫では,二種類の咬合様式を確認した.ひとつは,関節付近の隣接する咬合部位であり,防御姿勢時以外の通常の動物体の動きにも必要な自己受容領域である.一方の遠隔位置にある咬合部位は,通常時は外界との接触を感知する領域である.隣接咬合部位は,発生過程におけるパラセグメント領域に位置しており,形状としては異なる位置にあるが,同一の神経支配領域に位置する.遠隔咬合部位は,神経支配領域も離れているが,脱皮のタイミングが異なる体領域にあるため,その時間差を用いて接触状態を感知することで咬合が成立すると推察できる.現生節足動物においても,同様の隣接・遠隔咬合部位を認め,その知覚システムも三葉虫で認められたものに即していた.高次系統が異なる化石および現生節足動物グループにおいて,球体化防御姿勢は知覚フィードバックが介在する共通の形態形成機構であることが明らかとなった.さらにこの効果的な防御様式は,節足動物が通常必要な動きを制御・監視する知覚神経機構の外挿的な進化として成立しうることを示唆している.骨格や硬皮の形とその動きによって成立する球体化防御姿勢は,過去四億年にわたってさまざまな節足動物で度々採用されてきた効果的な防御様式である.この防御様式が成立するには,さまざまな部位の凹凸が互いに咬合することが求められる.しかし,それぞれの骨格形状を決定する遺伝子は,動物体の細分化された特定の体節にのみはたらく一方向的な作用であり,異なる領域の凹凸が咬み合うように両者を取りもつようにははたらかない.そのため,咬合関係の成立には,両者の形状を捉えて形態形成にフィードバックする知覚システムが介在することが求められる.このような調節機構が化石・現生節足動物ともに認められるか検証を行ってきた.検討対象は、遠い系統関係にあり,さらに体制・球体化様式が大きく異なる現生甲殻類ハマダンゴムシと化石三葉虫エリプソセファルスを用いた.咬合部位には,機械受容を行う感覚毛もしくはそれを支える神経孔があり,咬合関係成立を知覚できる形質状態であった.

現生・化石種ともに隣接する体節間と遠隔体節間の二タイプの凹凸の咬合関係があり,この二タイプを組み合わせて球体を構築することを見出した.また,隣接する体節間の咬合関係は同一神経支配領域(parasegment発現領域)に対応しており,一方の遠隔体節間は脱皮の境界が咬合における凸と凹の転換境界に対応していた.高次系統が異なる化石および現生節足動物グループにおいて,球体化防御姿勢は機械受容の知覚が介在して形態形成にフィードバックする機構を内在していることが明らかとなった.さらにこの効果的な防御様式は,知覚神経機構と脱皮様式が整合することが必要であり,節足動物の形態形成にはその高い可能性が内包されていることが示唆される.外骨格を球状に丸める球体化防御姿勢は,過去5億年にわたって多くの節足動物が独自に採用してきた効果的な防御様式である。この成立には,異なる骨格部位に位置する凹凸を咬合させることが必要である。しかし、骨格の形状はそれぞれが独自にそして不可逆的に決定してゆくため、球体化を見越した凹凸を備えることは遺伝子の作用のみでは不可能である。現生甲殻類と化石節足動物の三葉虫は、咬合部位に接触感覚毛もしくはその痕跡を必ず伴っており、さらに、脱皮に伴う骨格硬化の遅速が、遠隔凸凹の形状に対応することが明らかとなった。つまり、骨格形状の最終決定には,その直前に知覚システムのフィードバック機構が介在することを示唆する。三年計画の二年目となる平成26年度は,現生甲殻類ハマダンゴムシ(Tylos graniliferus)を試料として,球体防御姿勢に関わる咬合部位の特定,感覚器(知覚器官)の分布様式の解明を行い,これらの神経系と脱皮領域との対応関係を検討することを予定していた.十分な試料数も確保することができ,感覚器の分布様式の解明も滞りなく遂行することができた.一方,咬合部位における感覚器に連結する神経系について,骨格上の支配領域を解明する組織観察については外部委託し自らも取り組んだものの検討可能な結果を得られなかった.この解析方法は経験を蓄積した専門性が求められる一部,直接的な結果を得ることが適わなかったものの,神経生物学や発生遺伝学分野の一般論と整合することが明らかとなったため,総合的に仮説を立証できる結果を取り揃えられたと判断できる.計画立案時の情報収集に至らない点があったが研究の方針を転換する必要は全くないため,達成度を概ね順調とした.進化古生物学・機能形態学初年度の化石試料および次年度の現生試料について,予定していた形態学的解析は最終段階であり,論文公表に向けて掲載写真の選定や再撮影など,結果の整理を行ってゆく.化石および現生節足動物の球体化防御姿勢の成立は,検討結果にもとづくと、知覚システムが介在したうえで,脱皮時の骨格硬化の時間差を用いた形態形成機構となる.これは節足動物全般的に共通する形成機構と示唆されるため,検討試料以外の節足動物グループにおいて,同様の機構の存在が示唆できるのか,神経学,神経行動学分野の先行研究から対応事例を探ってゆく.同様に,発生遺伝学的な裏付けを数多く探してゆき,動きが関わる生物の形作りの信憑性を高めてゆく.初年度の平成25年度は、研究対象のエリプソセファルスとパラドキシデス三葉虫の試料収集、それらの比較形態学的検討、さらに三次元形態立体構築の手順確立を予定していた.試料収集と形態学的検討については目標を達成した.立体構築は、生物体骨格を可動させるシミュレーションする際に極めて有効である.
歯髄治癒法の開発〜歯髄の治癒力を促進する方法

歯髄細胞は未分化の細胞であり、歯髄前駆細胞、歯髄幹細胞からなっている。そのため、環境や周囲細胞の状況によって様々なシグナルを受けて分化することとなる。骨髄よりも容易に得られる歯髄細胞については組織再生に応用が期待され、当分野の有用性は高いことが予想される、研究を進めている。よって、安定した性質を示す細胞の採取、培養、継代は困難であり、これはプライマリーな細胞を採取する環境、培養条件の微細な変化に影響されるためと考えられる。また、げっ歯類は切歯が伸び続ける特性を持つため、部位によって細胞の性質も異なると考えられる。しかし、これら歯髄細胞はサイトカインの作用によって明らかに活性化した。大腸菌由来のrecombinant humanbone morphogenetic protein(rhBMP-2)の添加によって石灰化の促進がみられ、アルカリフォスファターゼ活性上昇、カルシウムの産生が上昇した。さらに、オステオネクチンの発現はコントロールと差がなく、石灰化の促進と歯髄細胞の増殖促進は相関関係がないことが示唆された。また、線維芽細胞を活性化するbasicfibroblast growthfactor(bFGF)を作用させると、細胞増殖の促進が確認された。血管新生作用のあるサイトカインであるため、血管の新生の状態はin vivoにおいて検討をすすめたいと考えている。以上のように、未分化であり、多分化能を有する歯髄細胞は様々な性質を発揮する可能性を持っており、応用法をさらに吟味することによって歯髄を健康に保ち、ひいては歯牙の寿命を長くする方法の開発へつながると考えられる。本年度は、臨床にて応用可能な歯髄保護法の開発へ次年度に向けてつなげることを目標に、歯髄細胞をラットより採取、培養、増殖の実験系確立と歯髄細胞の特性の確認、考察を行った。雄ラット(4週齢)を屠殺、下顎骨ごと切除し、軟組織を除去後、生理食塩水、アルコールで洗浄しながら、骨を除去、切歯を摘出し、根尖の歯胚を取り除き、明示された根尖孔からクレンザーを用いて歯髄組織を引き出し、直ちにカナマイシン添加10%FCS含有α-minimum essential mediumに浸し、37°Cにて培養、細胞を伸展させた。線維様の細胞の増殖が観察され、それらを数回の継代の後、アルカリフォスファターゼ活性、カルシウム含有量、オステオカルシン量などの生化学的分析データにて分析を進めている。これまでに骨形成と骨吸収において、その制御をになう破骨細胞分化因子(ODF,RANKL)や破骨細胞形成抑制因子(OCIF,OPG)の関わりが注目されているが、骨系の細胞と挙動が類似する象牙芽細胞においてもこれらの関わりが大きいと考えられるため、これら因子についても考察を行っている。さらに近年、歯髄細胞の多分化能が注目され、研究されつつあり、骨髄よりも容易に得られる歯髄細胞については分化の観点においても研究を進めている。これらの基礎的データをもとに、次年度は臨床の場で簡便に用いることの可能な歯髄を保護する方法を開発する予定である。昨年度、臨床にて応用可能な歯髄保護の第一歩として、歯髄細胞の採取、培養、増殖の実験系の確立を目指し、本年度は歯髄細胞の保護法の具体的な検討行なった。大腸菌由来のrecombinant humanbone morphogenetic protein(rhBMP-2)の添加によって石灰化の促進がみられ、アルカリフォスファターゼ活性の上昇、カルシウムの産生が上昇した。

さらに、オステオネクチンの発現はコントロールと差がなく、石灰化の促進と歯髄細胞の増殖促進は相関関係がないことが示唆された。また、線維芽細胞を活性化するbasicfibroblast growthfactor(bFGF)を作用させると、細胞増殖の促進が確認された。血管新生作用のあるサイトカインであるため、血管の新生の状態はin vivoにおいて検討をすすめたいと考えている。以上のように、未分化であり、多分化能を有する歯髄細胞は様々な性質を発揮する可能性を持っており、応用法をさらに吟味することによって歯髄を健康に保ち、ひいては歯牙の寿命を長くする方法の開発へつながると考えられる。
頭頸部癌の化学放射線療法において低栄養を引き起こす危険因子の解明

(1)多周波生体電気インピーダンス法により体組成の経時的変化を検討した。治療前に比し、治療後8週の体重、骨格筋量は有意に減少したが、体脂肪量に有意差はなかった。(2)治療前クレアチニン身長係数high群とlow群に分け、治療中の有害事象、治療中断、予後を比較した。low群では、治療中に深刻な血液毒性を認める割合が高く、放射線治療中断日数が多く、治療後生存率が低かった。本研究では筋肉量減少と関連する因子の解明には至らなかったが、治療前の筋肉量低値は治療中の血液毒性や治療中断と関連する可能性が示された。本研究は、頭頸部癌の化学放射線療法において、低栄養を引き起こす因子を解明することを目的とする。治療前の栄養状態の評価として、従来の評価法である主観的包括的栄養評価(Subjective global assessment; SGA)および身体計測(身長、体重、上腕周囲長、上腕三頭筋皮下脂肪厚)に加え、Bioelectrical impedance analysis (BIA)法により測定した骨格筋量などの各種パラメータを用いて栄養評価を行う。治療中の栄養摂取状況、有害事象の重症度、筋力、活動量についても併せて調査し、低栄養(体重減少、筋肉量減少)に影響を及ぼす因子を解明する。本年度は後ろ向き観察研究として、データ収集施設において過去に化学放射線療法を受けた数十例の患者のSGA、体重、栄養摂取状況等についてのデータベースを作成した。完成後は低栄養の因子について解析予定である。前向き研究としては体制整備が主となった。必要機材としてInbodyを購入し、測定条件の検討を行った。有害事象の評価に使用する調査票について検討を重ね、使用の準備を整えた。倫理審査委員会の承認を得るとともに、対象者の抽出および測定スケジュール等について研究協力者と打ち合わせを重ね、現在数十例のデータが蓄積されたところである。主観的包括的栄養評価、身体計測、BIA法による体成分分析、治療中の栄養摂取状況の評価、有害事象の評価、筋力測定、活動量測定についてすべて問題なく実施できている。今後は、症例数を増やし、解析を進めていく予定である。1.後ろ向き観察研究(治療開始時の筋肉量が治療中の有害事象や予後におよぼす影響の検討)頭頸部癌の化学放射線療法において、治療開始時のBMIが高い患者では予後が良いという報告はあるが、筋肉量と予後との関係は明らかとなっていない。そこで、治療開始時のクレアチニン身長係数(creatinine height index:CHI)を筋肉量の指標として用い、CHI>80%のHigh群、CHI≦80%のLow群の2群に分類し、有害事象や死亡について比較した(対象者36名)。治療中の有害事象(Grade3以上の貧血、好中球数減少、リンパ球数減少を認めた患者の割合)はHigh群ではLow群より有意に低かった。放射線治療中断日数もHigh群で少なく、治療後生存率はHigh群で有意に高かった。これらのことから、治療前にCHIが高い、すなわち筋肉量が多い患者では、治療中の有害事象、放射線治療中断日数、死亡が少ない可能性が考えられた。2.前向き観察研究(治療中の体組成変化の検討)頭頸部癌の化学放射線療法では治療中に体重減少を生じるが、体組成変化については明らかとなっていない。本研究では12名の患者を対象に、Bioelectrical impedance analysis (BIA)法により治療開始前、治療開始後8週の体重、骨格筋量、体脂肪量、位相角等を測定した。治療開始後8週の体重、骨格筋量は治療前に比し有意に減少したが、体脂肪量の変化は個人差が大きく、有意差はなかった。位相角は全員が有意に減少した。治療中の栄養評価は体重のみではなく体組成変化も評価することの重要性が示唆された。当初の計画では、BIA法による体成分分析をすぐに実施できるものと考えていたが、実際に機械を購入し測定を行ったところ、計測値にバラツキを認めたため、測定条件の検討に予想以上に時間を要してしまった。また、有害事象の評価用紙について検討を重ねたため、調査開始時期をずらす結果となってしまった。そのため現時点では当初予定していた症例数に到達していないため、達成度はやや遅れていると考える。臨床栄養対象者の抽出法、評価スケジュール、測定要件、有害事象の調査法などについてはほぼ確立できた。今後、研究協力者との連絡体制をさらに強化し、患者数を増やしていく。研究費を次年度に56,000円繰り越す理由は、研究開始時期が遅れたために測定のための消耗品を購入できなかったためである。次年度は測定数が増えることが予想されるため、測定のための消耗品が必要である。次年度使用額は備品費(パソコン)、消耗品費、国内・国外旅費(調査、研究成果発表)として使用予定である。
ヒト腸内細菌叢における遺伝子水平転移を介した共同体ゲノム進化機構の解明

本研究では、ヒト腸内細菌叢特有のゲノム機能(ゲノム形質)の進化シナリオをメタゲノミクス解析由来データのphylodynamics解析に基づき推測するというアプローチに着目し、推測されたゲノム形質進化と個々の機能遺伝子の水平転移との照らし合わせを行うことで、遺伝子水平転移というミクロな事象が細菌叢全体のゲノム機能進化というマクロな事象にどのように影響したのかを解明することを目的としてきた。このために最も必要とされたものが大規模系統樹における頑健かつ高速な祖先形質復元を可能にする手法であり、海外研究機関との共同研究のもと、様々なデータ解析環境に適用可能なオープンソースプログラム「PASTML」を開発した(1)。同プログラムをヒト腸内細菌叢由来メタゲノムデータに基づく大規模系統解析に適用し、腸内細菌叢ゲノム形質の進化シナリオを推測するまでには至らなかったが、本研究はPASTMLプログラムの更なる機能開発と並行して今後も引き続き行う予定である。メタゲノミクス由来データを含む種々の大規模遺伝子配列データに基づくphylodynamics解析において重要となる祖先形質復元手法の開発と汎用プログラムへの実装を行ったこと、また、当初予定していたものとは異なるが大規模ウイルス由来データ解析においてウイルス株の地理的拡散や薬剤耐性変異獲得プロセスなどの形質進化を頑健に推測し、ウイルスの進化疫学研究に有用な知見を提供できた(2)ことから、本研究における成果は十分にあると判断する。(1)ソフトウェアURL:https://pastml.pasteur.fr/平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の最終目的は、ヒト腸内細菌叢において共同体的にふるまうゲノム機能の進化機構を「機能遺伝子の水平転移」を軸に解明することである。研究初年度である平成28年度では、系統間での進化プロセスの不均一性を許容する置換モデルを実装した分子系統解析プログラム「NONHOMO」に対し、最新のGPUデバイスを搭載したスーパーコンピュータ上における並列化を行った。列化にあたり、筑波大学ハイパフォーマンス・コンピューティング・システム研究室との共同研究のもと、同研究室にて開発中であるGPUクラスタ用の並列プログラミング言語XcalableACCの実アプリケーション実装を行った。同大学計算科学研究センターの提供するGPUスーパークラスタ「HA-PACS」にて性能評価では、500種100,000塩基座位までのデータサイズに対し良好な速度向上を得た。またこれにより、ヒト腸内細菌の全ゲノムデータに基づき本生物群全体の進化系統樹を頑健かつ高速に推測することが可能となった。また、2016年6月よりOlivier Gascuel博士(LIRMM, Institut Pasteur)のもとで共同研究を進め、大規模系統樹上で最尤法に基づく祖先形質復元を高速に行う独自のプログラムを開発、各祖先形質の事後確率に基づく形質進化シナリオの発見的探索アルゴリズムと、推測された進化シナリオを評価する指標を新たに実装した。本手法はヒト腸内細菌ゲノムが独自にもつ代謝系などの機能(表現型)の進化経緯推測にも有用であり、次年度にて予定している水平転移遺伝子の網羅的推測結果と併せることで、本生物群におけるゲノム機能の進化プロセスを解明できるものと期待される。研究初年度である平成28年度では、次年度以降に予定しているゲノムスケールでのヒト腸内細菌叢由来遺伝子配列データに基づく大規模分子系統解析をスムーズに行うための、独自の手法開発やプログラムの最適化・高速化を予定していたが、これらの目標は年度内に達成された。さらにOlivier Gascuel博士と共同研究を行う中で、「分子系統解析によってヒト腸内細菌叢内で機能遺伝子がどのように水平転移したかを推測するだけでなく、ヒト腸内細菌叢独自の代謝系などの機能をphenotypeとし、系統樹上でそれらがどのように進化してきたかを推測することで、機能遺伝子の水平転移とゲノム機能の進化の関係をより具体的に解明することができるのではないか」という当初予期していなかった全く新しい発想を得ることが出来た。また、新しいアイデアに基づく手法およびプログラム開発もほぼ終了しており、これらの成果を次年度からの実データ解析に適用する準備は十分に出来ている。従って、研究計画はおおむね順調に進展していると判断する。本研究の目的は、ヒト腸内細菌叢において共同体的にふるまうゲノム機能の進化機構を「機能遺伝子の水平転移」を軸に解明することである。このためには、それぞれの機能遺伝子がどのゲノムからどのゲノムへ水平転移したかを推測するだけでなく、転移した複数遺伝子の発現によって機能する代謝系などのゲノムの「形質」が系統樹上でどのように進化してきたように「見える」のかを推測することが重要である。そこで、本年度では前年度に引き続きOlivier Gascuel博士(パスツール研究所)との共同研究体制のもと、ヒト腸内細菌叢由来の大規模メタゲノミクスデータ解析を想定し、巨大系統樹上での高速・高精度な形質進化復元と進化シナリオ可視化のための研究を方法論的・計算科学的視点から進めた。本年度の研究成果としては、まず分子系統樹上での形質進化シナリオの推測と可視化を可能にする統合的なソフトウェア「PASTML」を開発し、これをオープンソースとしてGitHubサービス上にて公開(https://github.com/saishikawa/PASTML)した。また、同プログラムによる祖先形質復元を様々な進化プロセスを想定したシミュレーションデータに基づき評価したところ、既存の手法に比べ頑健性を有意に示した。また、Olivier Gascuel博士の研究室にて中心的に進められているヒト免疫不全ウイルスサブタイプC(HIV-1C)