hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
クローン病患者に対する新しい治療法の導入によるＱＯＬへの影響

クローン病は若年者に多く発症し、再燃を繰り返しやすい炎症性の腸疾患である。現在、栄養療法を主体とした治療から抗TNF-α抗体療法が普及しつつある。今回の調査から、治療に対する患者の主観的評価は高いが、治療の有無別に比較すると不確かさやQOLに大きな差はなかった。治療の効果を感じるほどQOLや食事満足度、セルフコントロール感は向上していたが、無効例や効果減弱例では著しくQOLが低下していた。効果の有無に関わらず、多くの者が効果の持続や治療継続、副作用への不安を持っていた。本研究は、抗TNF-α抗体製剤による新しい治療法を受けるクローン病患者のQOLについて、(1)従来からの経腸栄養法中心の治療を受ける患者との比較、および(2)新しい治療法を受けたあとの経時的な変化の追跡調査により、治療法の変化が患者のQOLにどのような影響を及ぼすかを明らかにするものである。クローン病の治療は、これまで経腸栄養法を基本とした治療方針をとっていたが、現在抗TNF-α抗体製剤が多くの患者に用いられようとしている。抗TNF-α抗体療法は緩解維持効果が高いと報告される一方、副作用や無効例、継続投与による無効化など課題も残されている。今後患者それぞれの治療方針を定めるためには、新しい治療によるアウトカム評価が重要である。本研究では臨床結果だけではなく、幅広く患者の生活についてQOLを視点として評価することに意義があると考える。また研究に先立って、患者も研究に積極的に参加するシステムとして「患者参画型研究プロジェクト」を結成する。これにより患者個々の情報が集約され、患者は研究結果としてまとめられたデータをダイレクトにホームページを通して閲覧することができ、自らの意思決定に役立てることができる。22年度は、まず研究の基盤となる「患者参画型研究プロジェクト」の構築を行った。ホームページを作成し、Web上でアンケートの回答ができる方式を取り入れ、合わせて患者からの研究テーマの募集や研究結果を開示し、すぐに結果を閲覧できるシステムを作成した。前述の(1)を目的としたQOL調査の調査票の作成準備、(2)を目的とした研究の予備調査として抗TNF-α抗体製剤療法を受けた患者の聞き取り調査を実施し、質的に分析した結果、治療法の導入によって体験したことのプロセスを明らかにした。23年度は、「患者参画型研究プロジェクト」の運営を軌道に乗せる作業を行いながら、研究のデータ収集を進めていく。若年者に多く発症し、再燃を繰り返しやすい難治性の疾患であるクローン病は、現在治療方法の変革期にある。そこで、新しい治療法である抗TNF-α抗体製剤infliximab投与を主体とした治療法を受ける患者のQOLについて(1)従来からの経腸栄養法中心の治療を受ける患者との比較、(2)新しい治療法を受けた後の経時的な変化を追跡調査し、治療法の変化が患者のQOLにどのような影響を及ぼすかを明らかにすることを目的に研究を行っている。1.患者参画型『みんなの研究プロジェクト』の結成:初年度予算により、ホームページ上で患者が研究に参画する新しいシステムとして「IBD患者参画型『みんなの研究プロジェクト』」を結成した。患者が経験を提供することで集合知を作り、治療法の選択や生活における意思決定を行う上で参考にすることができるヘルスリテラシーを目指したWebシステムを構築している。2.QOL調査:1)新しい治療法と従来の治療法を受ける患者のQOLの横断的比較および経時的比較:23年度第1回目のデータ収集を行い、治療法の違いによるQOLの横断的比較を行った。アンケート結果については、対象者にホームページ上で公開しており、学会での発表と患者向け報告書を冊子にまとめ配布することを予定している。引き続き、本年度も同様の調査を行い、経時的評価を行う。2)新しい治療法によるQOLの経時的変化:前年度、予備調査としてデータ収集を行った新しい治療法を受けている事例のインタビュー内容を分析し、結果を発表した。QOLに関連する身体的、心理的、社会的側面への影響についてのインタビュー調査、治療法に関する体験記の分析の結果を元に、新しい治療法の選択による生活への影響に関する項目を設定し、データ収集を開始する。1.QOL調査1)新しい治療法(抗TNFーα抗体療法)に対する評価:抗TNFーα抗体療法(以下IFX)に対する主観的な評価と治療決定の要因、治療を受けることによる身体的、心理的、社会的側面への影響に関する質問紙調査を実施した。質問紙の回収を終了し、データ分析を進めている。2)新しい治療法によるQOLへの影響:治療法の違いによるQOLの影響について横断的比較に関するデータ分析を終え、QOLへの影響と「不確かさ」の視点から分析を行った。従来の治療法を受けている患者とIFX治療を受けている患者を比較すると、IFX治療患者の方が、食事満足度が高いがQOLに大きな違いはなく、むしろIFX治療を受けている者の方が、今後についての不安がやや高い結果が得られた。現在、論文執筆中である。

経時的評価については、データ数が不十分であり、分析するためには引き続きデータ収集が必要である。結果については報告書としてホームページ上に公開している。3)クローン病を対象としたQOL尺度の開発:これまでに使用してきているQOL関連要因の質問項目から尺度開発を目指した分析を行っている。今年度は尺度の信頼性を検証するために再テスト法によりデータ収集を行った。尺度の信頼性と妥当性の検証を完了させ尺度を完成させる。2.患者参画型『みんなの研究プロジェクト』患者が自らの経験を提供することで集合知を作ることを目的とした「IBD患者参画型『みんなの研究プロジェクト』」を構築した。23年度25年度は研究参加ができるWebシステムを作成し運営を行った。患者からの体験談や情報を集約し、個人情報を保護した上でホームページ上で公開し、患者相互に共有できるWebを目指している。H26年はWebによる研究参加は終了し、新たに情報交換の場となるホームページへ改変していく予定である。1.患者参画型『みんなの研究プロジェクト』患者が自らの経験を提供することで集合知を作り、治療法の選択や生活における意思決定を行う上で参考にすることができる「IBD患者参画型『みんなの研究プロジェクト』」Webシステムを構築している。24年度はホームページを更新し、患者からの情報を共有しやすくする形式としてミニアンケートのページを追加作成した。2. QOL調査1)新しい治療法と従来の治療法を受ける患者のQOLの横断・縦断比較:23年度のデータについて分析し、新しい治療法と従来の治療法を受けている患者を横断的に比較したところ、新しい治療法により主観的健康感や食事満足度は上がっているものの、生活満足度に差はなく、薬物療法を続ける不安があることが明らかになった。この結果は報告書にまとめ、協力施設および患者会に配布し、ホームページ上でも公開した。またデータ収集に用いた「不確かさ尺度」の項目について尺度の信頼性と妥当性を検証し、炎症性腸疾患患者に尺度が適応できることを確認した。続いて「不確かさ尺度」とQOL関連項目との因果関係や、治療法の違いによる差を明らかにするための分析を行った。25年度は学会発表後、論文としてまとめる。経時的評価については2年続けてのデータが少なく分析はできなかった。2)新しい治療法によるQOLの経時的変化:治療の経験についてインタビューおよび記述式アンケートの結果を質的に分析し、効果が持続している患者、効果が減弱している患者、それぞれの体験について学会にて発表した。この分析結果を基に、治療による生活への影響に関する項目を設定し、治療開始時、4週間後、8週間後、半年後、1年後、2年後、計6回分の質問紙の作成が完了した。3)QOL評価尺度の開発:これまでに用いてきたQOL関連要因項目を基に、統計的な手法により質問項目の精選を行った。1.新しい治療法の導入によるQOLへの影響:抗TNF-α抗体療法に対する主観的評価、およびQOLの実態調査のデータ収集を完了し、分析を行った。結果以下の点が明らかになった。
スキーマ情報を自動的に発見可能な半構造データベースシステムに関する研究

ネットワーク管理、考古学、国文学などの研究分野において扱われる半構造データは、データベーススキーマの決定が困難であり、格納されたデータを利用することも難しい。このため、半構造データの管理システムには、大きく分けて以下の二つの機能が必要とされる。1)段階的にスキーマを決定しデーベースを構築する機構。2)蓄えられたデータ群から共通構造や関連を検出する機構。1)について申請者は、すでに、集合を基盤としたデータモデルを提案し、そのシステムの開発を行っていたが、2)に関しては未解決であった。本研究では、蓄えられたデータ群からデータ間の構造や関連を検出して、データの整理・分類を行う方法論を確立することを目的とし、以下のような方針で研究を行った。1.これまでに提案した半構造データモデルを検証し、既存のデータモデルで表現する。2.半構造データモデルを採用した管理システムを商用のDBMSを用いてシステムを実装する。3.データの型情報、オブジェクト間の関連情報を格納する方式を検討する。4.データベース操作言語を定義し、半構造データの共通構造や関連を検出する機構を設計する。1.2.3.に関しては12年度に、これまでの研究におけるシステムの実装方針を見直し、新たにシステムのプロトタイプを作成した。また、3.については、既存の半構造データの構造を表現するための機構であるシェイプエントリとシェイプを拡張したシェイプグラフを提案した。その結果に基づき、13年度はシェイプグラフを格納するシステムを実装し、シェイプグラフを作成するために必要なコストがどれくらいであるかを実際のデータをデータベースに格納することにより測定を行った。また、その結果を用いて、シェイプグラフの構成方法の検討を行しい、動的にスキーマ情報を得るためユーザインターフェースの実装を行った。半構造データを扱うシステムには、(1)段階的にスキーマを決定し、データベースを構築する機構と、(2)蓄えられたデータ群から共通構造や関連を検出する機構、の2つが必要とされる。今年度の研究では、半構造データの構造を表現するための概念を拡張し、その概念と半構造データを格納するためのプロトタイプシステムの作成を行った。半構造データの構造を表現するための機構としては、これまでにシェイプエントリとシェイプが存在したが、今年度の研究において、これらを用いたシェイプグラフを提案した。シェイプグラフは、シェイプから構成され、シェイプをデータベースの要素ごとに取りまとめる役割を持つ。シェイプグラフを用いることで、半構造データベースの構造を表現することが可能になり、半構造データの共通構造や関連を検出する機構を実現に必要な情報を得ることができる。また、プロトタイプシステムは、商用のオブジェクトリレーショナルDBMSであるUniSQL/Xを用いて実装している。実装にあたっては、DREAMモデルをUniSQL/Xのデータモデルで表現し、DREAMモデルの要素をUniSQL/Xのデータベース上で管理している。また、格納したデータを操作するためのAPI関数の設計と実装も行った。現在は、作成したプロトタイプシステムに半構造データのサンプルを格納し、シェイプグラフの構築とその検索機構の実現を行い、その性能評価を行おうとしている段階である。
無尾類におけるmtDNAの分子進化とゲノム情報に基づく高次分類群の系統関係の推定

無尾両生類におけるmtゲノムの分子進化のプロセスを推定すると共に、ゲノム構造を指標として高次分類群の系統関係を明らかにすることを目的に研究を実施した。本年度は、無尾類mtDNAのユニバーサルプライマーを用いて、クチボソガエル科とフクラガエル科のmtDNAの全領域の増幅を行い、昨年増幅済みの7科のカエル(クサガエル・サエズリガエル・スキアシヒメガエル・アベコベガエル・ヤドクガエル・ユビナガガエル)と共にmtDNAの塩基配列決定を行った。この内、クサガエル科とサエズリガエル科の種について全塩基配列を決定した。クサガエル科のイロカエクサガエルとサエズリガエル科のケガエルのmtDNAのゲノムサイズは、22.6kbpと21.4kpで、通常の脊椎動物の16kbpと比べ非常に大きいものであった。両者のゲノムを大きくしている要因は、付加的なコピー領域が存在するためであり、前者は、ND2蛋白遺伝子とコントロール領域と1つのtRNA遺伝子が、後者では、ND5蛋白遺伝子-コントロール領域と6つのtRNA遺伝子がコピーされていた。さらに、クサガエル科とサエズリガエル科のmtDNAでは、tRNAAla遺伝子とtRNAAsn-L鎖複製起点の位置が入れ替わっているという特徴が見られた。この特徴は、クチボソガエル科とも共通していたため、tRNA遺伝子とL鎖複製起点の位置の置換わりは、少なくともこれら3科の共通祖先で生じたと考えられた。ミトコンドリア遺伝子の塩基アミノ酸配列に基づく解析も本仮説を支持した。この研究成果については、日本動物学会第77回大会にて発表し、論文を準備中である。さらに、研究期間の知見から以下の点が明らかになった。(1)カエル類の中でも進化的なグループのカエル亜目では、幾つかの科で独立にミトコンドリアゲノム構造が大きく変化した。(2)カエル亜目の各科の分岐年代は、超大陸パンゲアの分断に先立つ場合が多く、世界的分布を示す科の分布域形成の一部は、大陸移動イベントが関与した。無尾両生類におけるmtDNAの構造の多様度と分子進化のプロセスを推定すること、並びに、ゲノム構造を指標として無尾類の高次分類群の系統関係を明らかにすることを目的として研究を実施した。本年度は、無尾類16科のサンプルを収集し、そのうち、ヒキガエル・アマガエル・アオガエル・ヒメアマガエル・マダガスカルガエル科のサンプルについて、mtDNAの全塩基配列の決定を行った。その結果、進化的なグループとされる、カエル亜目(Neobatrachia)に属する種のmtDNAでは、全て4つのtRNAの遺伝子配置が共通して変化していることが明らかとなった。ミトコンドリアゲノム全遺伝子の塩基・アミノ酸配列に基づく分子系統解析の結果、カエル亜目は単系統群になることが示されたので、4つのtRNA遺伝子の移動は、本グループの共通祖先において生じたものと結論できた。さらに、アオガエル科とマダガスカルガエル科においては、ND5蛋白遺伝子のコントロール領域下流への移動が共通して見られ、この遺伝子配置変化は、両科の単系統性を裏付ける証拠と考えられた。マダガスカルガエル科の系統的位置に関しては、長年議論が続いていたため、この結果は非常に興味深い。さらに、マダガスカルガエル科の中では、比較的近縁なグループ間で、大規模なゲノム構造の変動が生じていることが示唆された。このような例は、これまでにほとんど知られていないため、今後このグループの解析を進めることで、mtDNAゲノム多様化のメカニズムについて、詳細かつ、新たな知見が得られると期待される。現在、上記の結果のうち、アオガエル科のシュレ-ゲルアオガエルと、マダガスカエル科のハイレグアデガエルのmtDNAについて、日本動物学会第75回大会で発表を行い、さらに論文を準備中である。本年度は、昨年決定したmtDNAの全塩基配列情報から、19種類の縮重プライマーを作成した。プライマーは、mtDNAの全領域を10-15程度の領域(15kbp)、に分けて増幅できる様にデザインした。本プライマーを用い、無尾類6科(クサガエル・サエズリガエル・スキアシヒメガエル・アベコベガエル・ヤドクガエル・ユビナガガエル)について、LA-PCRを行った所、全科においてmtDNAほぼ全領域の増幅が確認できた。なお、本プライマーの特筆すべき点として、nested-PCRを必要としないことが挙げられる。また、上記のPCRフラグメントから、後者4科の遺伝子配置は、他の無尾類と同じか、変化していたとしてもごく僅かであると考えられた。しかし、クサガエル科のマダラクサガエルでは、ND1からCO1蛋白遺伝子までの領域が3kbp程長くなっており、さらに、本領域において、tRNA-AsnとtRNA-Alaの位置が置き換わっていることが分かった。また、サエズリガエル科のケガエルでは、ND4からCytb蛋白遺伝子までの領域が通常より4kbp程長くなっていた。現時点では、本領域の伸張はND5遺伝子の重複によるものと推測される。今後は、クサガエル科・サエズリガエル科の種で見られた特徴的なゲノム構造は、(1)複数の科に渡ってみられる、(2)科内のみで共通する、(3)それぞれの科の一部の種だけに見られる特徴、のいずれに当たるのか明らかにする必要がある。

さらに、本年度は、昨年度の成果のうち、アオガエル科・シュレーゲルアオガエルの論文を公表し、マダガスカルガエル科のハイレグアデガエルのmtDNAについて、国際爬虫両生類学会で発表を行い、論文を公表した。無尾両生類におけるmtゲノムの分子進化のプロセスを推定すると共に、ゲノム構造を指標として高次分類群の系統関係を明らかにすることを目的に研究を実施した。本年度は、無尾類mtDNAのユニバーサルプライマーを用いて、クチボソガエル科とフクラガエル科のmtDNAの全領域の増幅を行い、昨年増幅済みの7科のカエル(クサガエル・サエズリガエル・スキアシヒメガエル・アベコベガエル・ヤドクガエル・ユビナガガエル)と共にmtDNAの塩基配列決定を行った。この内、クサガエル科とサエズリガエル科の種について全塩基配列を決定した。クサガエル科のイロカエクサガエルとサエズリガエル科のケガエルのmtDNAのゲノムサイズは、22.6kbpと21.4kpで、通常の脊椎動物の16kbpと比べ非常に大きいものであった。両者のゲノムを大きくしている要因は、付加的なコピー領域が存在するためであり、前者は、ND2蛋白遺伝子とコントロール領域と1つのtRNA遺伝子が、後者では、ND5蛋白遺伝子-コントロール領域と6つのtRNA遺伝子がコピーされていた。さらに、クサガエル科とサエズリガエル科のmtDNAでは、tRNAAla遺伝子とtRNAAsn-L鎖複製起点の位置が入れ替わっているという特徴が見られた。この特徴は、クチボソガエル科とも共通していたため、tRNA遺伝子とL鎖複製起点の位置の置換わりは、少なくともこれら3科の共通祖先で生じたと考えられた。ミトコンドリア遺伝子の塩基アミノ酸配列に基づく解析も本仮説を支持した。この研究成果については、日本動物学会第77回大会にて発表し、論文を準備中である。さらに、研究期間の知見から以下の点が明らかになった。(1)カエル類の中でも進化的なグループのカエル亜目では、幾つかの科で独立にミトコンドリアゲノム構造が大きく変化した。(2)カエル亜目の各科の分岐年代は、超大陸パンゲアの分断に先立つ場合が多く、世界的分布を示す科の分布域形成の一部は、大陸移動イベントが関与した。
新しい自由エネルギー分割法を用いた分子内環境自己制御法の開発

近年、多剤耐性菌により抗生物質が効かなくなる現象が社会問題化しており注目を集めている。この状況を打開するため、本研究では量子化学計算(QM)と力場計算(MM)を組み合わせたQM/MM法および独自に開発したCharge and atomic dipole response kernel (CDRK)法を組み合わせたQM(CDRK)/MM法を提案し、理論計算科学の立場から解決策を提案することを研究の目的とした。その結果、抗生物質の一つであるセファロチンと、それを分解する細菌由来のbeta-lactamaseの複合体において、抗生剤分解反応の自由エネルギープロファイルと相互作用に関して詳細な知見を得ることに成功した。研究期間全体を通して、実施計画に記載した1. beta-lactamaseがセファロチンを分解するメカニズムを原子対の相互作用として分割解析することに成功した。2.セファロチンに対し、分解の遷移エネルギーを上昇させるために分子内の分極を活用することが有効であることを明らかにした。抗生剤分解の抑制に重要である。具体的には抗生物質を構成する原子毎に活性化自由エネルギーへの寄与が異なっていることから、置換基導入によって生じる分極が活性化自由エネルギーを数kcal/mol変化できる可能性があることを明らかにした。最終年度は、これらの解析手法と知見を多数存在する多剤耐性菌のメカニズム解明に対して高速かつ汎用に適用しうることを目指して発展を試みた。我々の手法では自由エネルギー面上の反応経路を最適化する必要があるが、広く用いられるNudged-Elastic band法では最適化の収束にいたるまでにかなり時間が要していた。そこで、最適化手法を改善するための新しいfast path optimization法を提案したことで予定以上の実績が得られた。本研究の目的は、耐性菌が産生するベータラクタマーゼによる抗生物質の分解反応を抑える抗生剤の開発を目指して、耐性菌による分解反応メカニズムを解明することである。これを達成するための研究実施計画として、当該年度に自由エネルギー面上の高速な反応経路の最適化および量子化学計算の信頼性を有する新しい自由エネルギー分割法を確立することを計画した。当該年度の目的は良好に達成できたと評価している。行った研究の具体的内容を以下に示す。1.独自に開発した分子軌道計算から得られる分極を定量的に再現することができるCharge and atom Dipole Response Kernel (CDRK)法を量子化学(QM)領域と力場(MM)領域に分割するスキームに適用したQM(CDRK)/MM法を提案した。これにより、もっとも計算コストがかかるQM領域を信頼性が高いCDRK法で近似することから信頼性を保ったまま、劇的に高速化することに成功することができた。次に、自由エネルギー勾配(FEG)法と最小エネルギー経路を最適化することが可能なNudged Elastic Band(NEB)法を組み合わせた手法に適用し、自由エネルギー面上の反応経路を最適化することに成功した。2. CDRK法の特色のひとつに自由エネルギー成分を原子間の寄与に分割することが可能である点があげられる。実際に自由エネルギー成分分割の定式化を行い、ベータラクタマーゼによる抗生物質の分解反応経路に適用し、反応に重要な役割を果たす8残基を突き止めた。本研究の意義は、従来の信頼性が高い分子軌道法を用いた場合には、相互作用を原子間の寄与に分割することが困難である一方、本手法では定量的に分割可能になる点である。重要なこととして、反応制御のための分子設計指針を明確化できる点である。これらの結果は当該年度に論文で発表した。ベータラクタム系抗生物質が耐性菌から受ける分解反応メカニズムの解明のため、初年度中に自由エネルギー面上の分解反応経路を最適化することを目指していたが、計画通りに最適化を完了することができた。この研究を進めるうえで鍵になるのは、活性中心をQM領域としたときに周囲のMM領域の動的な構造変化に対して、QM領域内の力の変化とエネルギーの変化がCDRK近似のみを用いて、定量的に分子軌道計算の結果を再現できるかどうかにあった。独自に提案した原子分極を考慮することで、1 nsecにわたるMM領域の構造変化に対し、両者を正しく再現することが確認できたことで、我々の方法の信頼性が確認できた。したがって、QM(CDRK)/MM法の計算機シミュレーションを用いて高い信頼性で自由エネルギー面の勾配を得ることに成功したといえる。これにNEB法を併用することで、当初の研究計画であった自由エネルギー面上の反応経路を活性中心の構造変化とともに明らかにすることに成功した。つぎに、CDRK法は原子対毎の相互作用の和でQM領域が受ける影響を近似したものであるため、その発展として反応経路に沿った自由エネルギー変化を原子間の相互作用の成分に分割する定式化を行った。これにより、耐性菌の構造を形成するアミノ酸残基の空間配置から、抗生物質がうける相互作用を原子間相互作用成分に分割することができ、活性点を中心とする8個のアミノ酸残基からの抗生剤の分解反応への寄与が最も大きいことを明らかにすることに成功した。この情報は、新しい抗生物質の分子設計指針を検討するうえで十分な知見を与えるものであることから、おおむね順調に研究が進展していると自己評価した。すでに量子化学計算(QM)と力場計算(MM)を組み合わせたQM/MM法と独自に開発したCharge and atomic dipole response kernel (CDRK)法を組み合わせたQM(CDRK)/MM法を提案している。

これを用いて、生体分子内の化学反応が生じる領域に存在する各原子にかかる自由エネルギー勾配(FEG)を分子動力学法をもちいて高速かつ高い信頼性で計算することに成功した。実用段階では、相関係数0.99以上で量子化学計算による結果を再現しつつ、時間は1000倍以上高速となった。本年度は、この手法を抗生物質の一つであるセファロチンと、それを分解する細菌由来のbeta-lactamaseの複合体に適用することで、抗生剤を分解する際の反応プロファイルについて詳細を得ることに成功した。beta-lactamaseは、細菌が抗生剤を分解するために産生されるため、分子修飾の主体は抗生分子のセファロチンに限定される。一方、より耐性菌に強いセフォチアムに代表される第二世代の抗生剤には、セファロチンに含まれるチオフェン基に代わり、2-アミノチアゾール基が用いている点が大きな違いである。二つの分子を分子軌道計算を用いて比較検討した結果、2-アミノチアゾール基は置換基部位に含まれる一つの共有結合両端に位置する原子間で大きな分極が生じていることを明らかにした。そこで、FEGとCDRK法を活用することで実現可能となった、独自の自由エネルギー寄与解析法を用いて、遷移状態に着目し置換基内の電荷の違いによる自由エネルギープロファイルへの影響を解析した。その結果、分極にかかわる二つの原子の影響が大きく異なることから、結果的に自由エネルギー障壁を2kcal/mol程度高くする効果があることを突き止めることに成功した。昨年度にQM(CDRK)/MM法を扱うための計算プログラムを独自に開発するとともに、並列化が高いことを確認した。これにより計算機性能の向上のメリットを十分に享受することができる。実際、FEGを得るために要する時間は1000倍以上高速となった。実用上の問題を克服することができたと結論できる。数式の導出と自由エネルギー寄与解析法の定式化は、昨年度にすでに論文で公表してきた。本年度は、beta-lactamaseとセファロチンについて本手法を適用した結果、自由エネルギー障壁への寄与が大きな周辺アミノ酸は、予想通り近距離にある電荷をもった残基であることを確認した。さらに、本研究課題の到達点の一つとして、セファロチンよりも分解されにくい抗生剤を理論的に設計・提案することがある。当該年度内で、基本的な分子設計のための指針を確立することに成功した。既存の抗生分子中の各原子からくる自由エネルギー障壁への寄与を自由エネルギー寄与解析法で明らかにした。遠距離で重要なのは静電的な相互作用なので、既存原子の電荷調整をシミュレーションすることで自由エネルギーへの影響をコントロールすることが可能であることを示した。この手法の実用性を確認する目的で、セファロチンにつぐ第二世代の抗生剤を比較対象として検討した結果、第二世代の抗生剤で導入された置換基が自由エネルギー面上の遷移状態を明らかに引き上げる働きをしていることを示した。これにより、分解の反応速度を2ケタ低下させているのである。本成果は査読付き論文として公表した。
テルライト系材料の誘電特性に関する計算研究

高非線形光学特性が期待される材料として、テルライト系ガラスや結晶物質が注目されている。合成分野においては、本材料の高特性化、実用化に向けて組成最適化研究が行なわれている。その一方で、理論的な研究においては、その研究の殆どが純テルライト結晶についてのみ行われており、合成研究へGuiding Principleを提供するレベルの成果が十分に出されているとは言いがたい。そこで我々は、合成研究あるいは非線形光学実験へのフィードバックを目指して、テルライト系ガラスおよび結晶にかかわる実験事実の再現、高非線形光学現象の解明、さらには仮想物質の物性予測を第一原理分子軌道法を用いて試みている。本年度は、我々が提案中の局所超分極率計算法を非常に小規模なモデルに適用して、既存のワークステーション上で準備的計算を行なった。純テルライト系のみならずコンベンショナルなガラス系の光学特性シミュレーション結果は、小規模なクラスターモデルを用いての誘電率計算であったにも関わらず、実験結果の傾向を説明するに足るものであった。特に3次非線形光学効果の大きさを示す値であるX^<(3)>(3次非線形感受率)については、その値が絶対値としては実験結果よりも小さな値でしか得られなかったものの、純テルライトがコンベンショナルガラス材料の母材であるシリケート、ボレートに対して非線形光学材料としてかなり有用であることが示された。本成果は、局所超分極率計算法的なアプローチが実験事実を再現し、現象の解明に大いに役立つことを示唆するものであり、次年度に納入される計算専用ワークステーション上で行われる本格的な中規模クラスターモデル計算の基礎、比較対象となるものである。前年度に行った局所分極率計算法の小規模なモデルへの適用による典型的なガラス形成物質の(超)分極率の(半)定量的な再現の成功[S.Suehara, et al., Physical ReviewB73,092203(2006)]を踏まえ、本年度は、最小構造単位から、より大きなクラスターへと発展させたモデル計算を、本研究の目的物質であるテルライトに関して行った。その結果、屈折率に直接寄与する線形分極率、3次の非線形光学効果に関与する2次超分極率の局在化成分は、ともに、構造単位のpolymerizationが進行するにつれ大きくなった。これはローレンツの関係として知られる局所電場(補正)に対応する結果であると解釈できた[0.Noguera, et al., Ferroelectrics,347,162(2007)]。我々が開発した局所超分極率計算法は、これまで線形分極率と2次超分極率に限ったものであったこと、また、より一般の分子・クラスターに応用できるように改良した方が応用が利くなどといった理由から、本年度納入したワークステーション上で計算コードを一新し、ユーザーが多く世界的に広く用いられている量子化学計算コード"GAMESS"(アイオワ州立大学、M.S.Gordon, M.W.Schmidtらによって無料で配布されている)に組み入れた。現在、本研究で開発中のプログラムの一部は、"GAMESS"の機能の一部となって一般公開されており、局在化(超)分極率計算を行いたい研究者は、"GAMESS"を入手することで自由にその計算を実行することができるようになっている。
火山災害の規模と特性

各種火山噴出物の一般的な特性を明らかにして噴出物のデ-タベ-スを作ろうとする研究が溶岩流,降下火砕物,火砕流,火砕サ-ジ,デブリアバランシュ等を対象として進められている.シミュレ-ションの手法を向上させるのにはどのような噴出物の分布特性の把握が必要か検討した.またデ-タベ-スの試作版をデブリアバランシュについて作成して,他の噴火様式への応用,及び公表の手法を検討中である.比較的研究成果の蓄積のある幾つかの活火山を選んで,噴火史をより定量化した形で示す研究も進行している.選定した火山は屈斜路,十勝,恵庭,那須,草津白根,富士,八丈島,阿蘇,姶良等である.新しい年代測定値や化学組成情報を得て噴火様式の推移や,噴火頻度が述べられ,今後の火山活動の頻度や噴火様式の見積を示すのが狙いである.火山噴出物移動過程のシミュレ-ションについては,火砕流,デブリアバランシュ及び火山泥流について従来の方式を改良する試みが続けられている.地形・地質の研究によってどのような情報が得られれば,シミュレ-ションの精度が向上するかを示し,実際にそのようなデ-タの収集に勤める努力が進行している.年度途中の11月末に計画研究『噴火メカニズムと災害』との合同研究集会を2日間にわたって開き,この時点までの研究成果を発表させ,討論した.この集会の講演要旨集は中間報告書として印刷した.各種火山噴出物の一般的な特性を明らかにして噴出物のデ-タベ-スを作ろうとする研究が溶岩流,降下火砕物,火砕流,火砕サ-ジ,デブリアバランシュ等を対象として進められている.シミュレ-ションの手法を向上させるのにはどのような噴出物の分布特性の把握が必要か検討した.またデ-タベ-スの試作版をデブリアバランシュについて作成して,他の噴火様式への応用,及び公表の手法を検討中である.比較的研究成果の蓄積のある幾つかの活火山を選んで,噴火史をより定量化した形で示す研究も進行している.選定した火山は屈斜路,十勝,恵庭,那須,草津白根,富士,八丈島,阿蘇,姶良等である.新しい年代測定値や化学組成情報を得て噴火様式の推移や,噴火頻度が述べられ,今後の火山活動の頻度や噴火様式の見積を示すのが狙いである.火山噴出物移動過程のシミュレ-ションについては,火砕流,デブリアバランシュ及び火山泥流について従来の方式を改良する試みが続けられている.地形・地質の研究によってどのような情報が得られれば,シミュレ-ションの精度が向上するかを示し,実際にそのようなデ-タの収集に勤める努力が進行している.年度途中の11月末に計画研究『噴火メカニズムと災害』との合同研究集会を2日間にわたって開き,この時点までの研究成果を発表させ,討論した.この集会の講演要旨集は中間報告書として印刷した.
かげのしくみに着目した「月・惑星の運動」の学習に関する研究

本研究の目的は、国内外における「月・惑星の運動」に関するカリキュラムの系統性や、これまでの「月・惑星の運動」の学習の実践を分析し、その特質の知見を踏まえて、日本の小・中・高校生における「月・惑星の運動」に関する認職の実態を解明し、「月・惑星の運動」に関する教授法の開発、試行および評価を行い、学習方略の開発の視点を解明することである。研究方法では、小・中・高校生における「月・惑星の運動」の認識についてのアンケート調査及びインタビュー調査を行った。児童・生徒が持つ「月の満ち欠け」、「金星の満ち欠け」、「食現象」、「惑星の視運動」に関する認識の特質を、これらの調査から明らかにした。中・高校生の食現象に関する調査からは、日食と月食の混同、または月の満ち欠け現象と食現象の混同、なびに食現象におけるかげのしくみの認識の低さが明らかとなった。小学校の授業実践では、様々な物体にできる影の形の観察、太陽と月に見立てたライトとボールによる反射物と陰の再現、ならびに児童自らが太陽、月、地球役を行い、3者の相対的な位置関係の再現から、月の満ち欠けの表現活動等の授業実践を行うことで、4割程度であった月の満ち欠け現象に関する理解度が、授業後には約9割へと大幅に増加した。中学校では、金星の望遠鏡での継続的観察や、金星の満ち欠けや大きさの変化を調べるための回転円盤と光源・ボールを用いたモデル化、ならびに星座の中を移動していく金星を、地球・金星のモデルと星座図を使用し表現する活動、ならびに、高等学校では、惑星の視運動に関して、宇宙の広がりを認識させるための星座を三次元的に表現する星座空間モデルや、教室全体を使用した惑星の見え方観察モデルを生徒が自作し、観察体験を通じて、空間認織の形成を図る授業実践を行った結果、多くの生徒に「月・惑星の運動」に関連する視点移動能力や空間認識能力の高まりが確認できた。
情報化社会における経営酸略-「円環的経営戦略論」の実証を研究-

情報化社会において経営戦略をどのように構築するかといった場合、無形資産に注目することが必要である。とりわけ、研究開発や教育、知識、ノウハウ、情報といった無形資産が重要な生産要素になっているからである。しかも、これらの資産は国内だけではなく、海外にも自由にフローすることができる資産であり、従来の物的資産とは大きく異なっている。日本企業は本国で研究開発と製品開発をおこない、そこで生産し、海外子会社はそれを販売するパイプラインとして当初は位置づけていた。そこでは規模の経済性を利用することができた。一方、日本の激しい競争環境は、成熟した製品はすぐに海外に移転し、日本の工場は「工場センター」として位置づけられ、海外工場のための技術支援部隊となっている。そこでは、多様な製品の開発のための試作なども行われており、いわば、範囲の経済性を有効に利用することができる。こうした、規模と範囲の経済性は事業部サイドの規制を受け、進出先の規制を大いに受ける領域となっている。現在、日本企業が研究開発の拠点を海外に設立することにより、競争優位を獲得しようとしている領域はネットワークの経済性と呼ばれるものである。すなわち、基礎研究であればあるほど知識やノウハウの移転可能性が高く、それを利用するユーザーが多ければ多いほど、その財の効用が高まるというものである。いわば、使用者が増えるほど「便益」が高まるという特性をもっている。換言すれば、規模・範囲の経済性が費用面であるのに対して、ネットワークの経済性は商品の便益面、ひいては収益面の効果である点に注目しなければならない。まさに、日本企業は、規模・範囲の経済性を追求すると同時に、海外に研究開発の拠点をつくることによって、ネットワークの経済性を享受しつつある点に経営戦略の特徴がみられるのである。
ヒトヘルペスウイルス６感染に必須である受容体の同定と機能解析

ヒトヘルペスウイルス6 (HHV-6)の膜上には複数の糖タンパク質が存在し、感染において重要な役割を担う。その一つであるgBについては宿主因子が同定されておらず、その機能は不明である。本研究ではHHV-6感染におけるgBの役割の解明を目的とした。gBは膜アンカー部を境に、細胞外ドメインと細胞内ドメインに分けられる。gB細胞内ドメインを欠損させた変異体ウイルスを作製し、感染における機能を解析した結果、ウイルスの再構築が起こらず、gBの細胞内ドメインが感染に必須であることが示された。同変異体を培養細胞に発現させた結果、gBの細胞内での局在が変化したことから、gBの運搬に関与する事が示された。ヒトヘルペスウイルス6(HHV-6)は、ヒトT細胞に感染して増殖する。HHV-6の細胞への侵入時に働く糖タンパク質は、gH/gL/gQ1/gQ2複合体およびgBが中心であることは既に報告されている。gH/gL/gQ1/gQ2複合体は、受容体に結合するタンパク質であり、gHおよびgBは特に膜融合に必要であることが示唆されている。そこで、本研究では、gBに焦点を当て、ウイルス侵入時におけるその機能を解析した。gBは、ectodomain, transmembrane domain, cytoplasmic domainからなる糖タンパク質であるが、ウイルス感染におけるcytoplasmic tailの役割を解析した。cytoplasmic tailを欠失させたHHV-6変異体組換えウイルスゲノムを作製した。この組換えウイルスゲノムをウイルス感受性細胞に導入して、ウイルス再構築を試みたところ、ウイルスは、再構築されなかった、しかし、その復帰体は再構築された。すなわち、gBのcytoplasmic tailは、ウイルス感染に必要であることが明らかになった。そこで、cytoplasmic tailの役割を調べるために、cytoplasmic tailを欠失させたgBを作製して、293細胞に遺伝子導入し、その局在を調べた。結果、野生型gBとは異なった局在を示した。すなわち、野生型gBは、TGNに局在したが、変異体gBは、TGNには局在せず、ERらしきところに局在していた。本結果より、gBのcytoplasmic tailは、gBの輸送に関していることが示唆され、ウイルス感染には必須であることが、明らかとなった。HHV-6B糖タンパク質gBのcytoplasmictailが、ウイルス感染に必須であることを明らかにした。さらにcytoplasmic tailが、gBの輸送に重要であることも明らかにした。ヒトヘルペスウイルス6 (HHV-6)は、ヒトに感染するヘルペスウイルスであり、T細胞で増殖できるという他のヘルペスウイルスとは異なった興味深い特徴を持つ。そのエンベロープには、複数の糖タンパク質が、突き刺さっており、代表的なものにgH/gL/gQ1/gQ2複合体およびgBがある。gH/gL/gQ1/gQ2複合体は、T細胞表面に発現しているCD134と結合し、細胞への侵入時に重要な役割を果たすことを、既に、我々は、見出している。しかし、gBに結合する因子は未だ同定されておらず、その機能に関しては不明である。そこで、本研究では、gBが、HHV-6感染にどのような役割を果たしているかを明らかにすることを目的とした。HHV-6 gBは、膜アンカー部分をもち、アンカー部分を基点として、細胞外ドメインと細胞内ドメインに分けられている。細胞内ドメインについての役割は不明であるため、gB細胞内ドメインを欠損させたウイルスを作製し、感染における機能を解析した。結果、ウイルスは、再構築されず、gBの細胞内ドメインは、ウイルス感染に必須であることが明らかとなった。そこで、細胞内ドメイン欠損gBを作製して、293T細胞に遺伝子導入することによって、その局在を調べた。野生型gBは、Golgiに局在したが、細胞内ドメイン欠損gBは、ERに留まり、Golgiには局在しなかった。即ち、gBの細胞内ドメインには、ERからGolgiへの運搬に関与する機能が備わっていることが明らかとなった。他にも重要なモチーフが存在しており、現在それらのモチーフの変異体を作製し、その役割を解析している。1.gBと相互作用する宿主因子を同定して、感染における役割を解析する。2.cytoplasmic tailに関して詳細に解析して、どのアミノ酸がgBの機能に重要であるかを解析する。ウイルス学
省察的教育実践を促す対話型教育開発のアクションリサーチ

本研究では、申請者を含む大学・短大のFD担当者(ディベロッパー)あるいは高等学校等の教員研修担当者を対象にした質的研究を行う。対話によって為す個人と組織の省察的教育実践への介入の過程をアクション・リサーチに基づいて検証する。ファシリテーションによる対話型研修プログラムの開発と実践を通し、授業開発・組織開発の構築及びディベロッパーの対話資質の能力枠組に関する質的研究(アクション・リサーチ)から、次代の教育開発の在り方を提起する。また、本研究全体のリサーチクエスチョンである、RQ1)教育開発はFD担当者の個人の資質に頼っている状態にあるのではないか?RQ2)対話型教育開発による学習共同体は、対話の過程でどのように形成されるのか?に関して、国内外のディベロッパーとの議論と研修の参与観察、研修の共同実施と開発を通して実証的に探ることを目的としている。当該年度は、これまで行ってきたファシリテーション研修プログラムのデザインをふりかえり、教育ファシリテーションの技法を用いた教育実践の対話とリフレクション(省察)を促すための要素について、タフツ大学で行われている対話型研修枠組とディベロッパーとのディスカッションを通じて相対化を図るとともに、共同研究により研修プログラムの体系化を試みた。以上に加えて、授業に関する教育開発・研修にとどまらず、ディベロッパー及びFDセンターが組織開発に与える影響を検討する必要から、ボストン周辺の7つのFDセンターのディベロッパーへインタビュー調査を行い、ベンチマーク研究を行ない組織的な要素についても検討した。タフツ大学における研修参画と共同研究、多層的なFD研修プログラム群における参与観察によって、研修参加者間の対話による発達モデル(想定の保留に関するダイアローグ・サイクル)について分析し、研究代表者が行なってきた研修デザインの相対化とその体系化を図ることができた。その一部は、対話のプロセスを含むFDワークショップとして試行している。また、ボストン周辺の7大学(ハーバード、MIT、ノースイースタン、ボストン大学、ボストンカレッジ、サフォーク、シモンズ)のFDセンターの所属するディベロッパーへインタビュー調査を行い、FD担当者(ディベロッパー)とFDセンターにおける組織開発の要素についてベンチマーク研究を行い、検討を加えた。成果の一部は共同研究として発表準備が進んでおり、大学教育学会大会での自由研究発表を行う予定となっている。過去に開発してきたファシリテーション研修について整理・分析し、研修参加者の授業における教授過程(授業開発)の変容・省察的教育実践について、インタビュー調査及びフォローアップを行う。授業開発の質的研究にとどまらず、対話プロセスが組織に与える影響についても、アンケート調査及びフォーカス・グループ・インタビュー(FGI)調査を併用して時間的な変化を追跡する。結果として、FD担当者(ディベロッパー)の対話資質の能力枠組と組織開発の枠組を整理し、包括的な枠組(個人と組織変容に影響する教育開発の在り方)の検討を進めることを予定している。
高速連鋳−直送圧延時の鋳片表面割れ発生臨界条件の定量化と防止法の開発

鉄鋼製造プロセスにおける省エネルギー、資源リサイクル技術の一つが鋳造-圧延直結化プロセスである。この技術の安定化のためには連続鋳造鋳片の表面割れの防止が不可欠である。本研究の目的は、表面割れ発生時の限界歪みの測定方法の開発である。温度傾斜場引張試験機を用いて、角棒状試験片(10mm幅×20mm厚×140mm長さ)の厚さ方向に温度勾配を付け[加熱面を延性温度(1100°C)、冷却面を脆性温度(700-950°C)]、10^<-4>/sの歪み速度で引張り加工を行った。冷却面に8mm間隔(標点間距離)で2本の線を刻印し、5秒毎にデジタルカメラで撮影し、画像上で標点間距離を測定して、引張り試験中の変位と歪みを求めた。また、割れ発生時の歪みの決定のため、5秒毎の歪み増分を引張り時間でプロットすると、ある時間tcを境にして歪み増分が急増することが分かった。tcの前後で試験を停止し、試験片の冷却面側に割れが有るかどうかを調べた。tcより前では割れは無く、後では割れが認められた。従って、tcを求めることにより割れ発生時の歪みを求めることができる。この方法を用いて、中炭素包晶鋼(炭素濃度0.1-0.16mass%)の連鋳スラブの表層部から切り出した試験片を使って横割れ発生時の限界歪みを測定した。試験片にはオッシレーションマークを模してV状のノッチを付けた。得られた結果を次に示す。(1)実験に用いた3種類の中炭素包晶鋼の熱間延性は800°Cで最小を示し、Nbを含有すると脆化温度が高温側に拡大する。脆化温度は700950°Cの範囲である。(2)ノッチの無い場合の限界歪みは35%であるが、0.3mm深さのノッチの場合の限界歪みは15%まで急激に低下する。ノッチ深さが増して1.5mm深さになると約10%まで低下する。V字状と半円状ノッチを付けて限界歪みに及ぼす形状の影響を調べたが、形状の影響は認められなかった。
レシオ変化型核磁気共鳴プローブによる核酸の同時並列的検出法の開発

複雑な生命現象における分子ネットワークを紐解くには、複数の標的生体分子を同時一斉に定量解析可能な新たな生体分子検出手法の開発が必要である。そこで本研究ではDNAを標的分子とし、単一の分子プローブで複数の標的DNAを検出可能な新たなDNA検出プローブの開発に挑戦した。検出法として複数の信号分離が容易な19F NMR法を採用し、オリゴDNA、並びにDNA結合性低分子を基本骨格とする数種類の分子プローブを合成し、その標的DNA検出能力を評価した結果、配列の異なる4種類の1本鎖DNA並びに2本鎖DNAを同時一斉に検出可能であることが明らかとなった。本研究では、遺伝子発現ネットワークを動的にとらえ、これを明らかにすることが可能な、「多種類の標的核酸を同時、定量的、かつリアルタイムに検出可能な新手法の開発」を最終目的としている。研究期間内に「10種類以上の標的DNA・RNAの同時・定量検出」が可能な新手法の確立を目指す。平成27年度は、既に開発済みの19F核磁気共鳴ケミカルシフトがレシオ変化する核酸検出プローブを足がかりに、いくつかのケミカルシフトの異なるフッ素化合物で修飾したヘアピン型オリゴDNAプローブを合成した。この19F NMRを測定した結果、プローブのみの場合、および相補的DNA添加後のケミカルシフトが、それぞれ修飾したフッ素化合物によって異なることを見出した。このことから、本手法により複数の標的核酸を同時に定量検出できる可能性が示された。また、DNA結合性の低分子蛍光プローブであるヘキスト33258にビストリフルオロメチルベンゼンを修飾した低分子プローブを合成した。この19F NMRを測定した結果、認識配列であるAATT配列を含む2重鎖DNAを添加した場合、プローブのみの場合とは異なるケミカルシフトが現れ、さらにこのケミカルシフトがAATTに隣接する塩基により異なることを見出した。これにより配列の異なる4種類のDNAを同時検出できることが明らかとなった。本研究では19F NMRスペクトル上での「10種類以上の標的DNA・RNAの同時・定量検出」を目的としているため、まずケミカルシフトの異なる核酸検出プローブを準備すること、また、そのケミカルシフトが標的核酸依存的に変化することが必須である。今年度は、新たに合成したヘアピン型DNAプローブがこの点を満たすことが明らかとなったことから、目指す検出システムの基本原理は確認できたものと考えている。また、フッ素修飾低分子蛍光プローブによるDNA検出では、標的核酸の配列に依存して、異なる位置に19F NMRシグナルを検出でき、4種類のDNAの同時・一斉計測が可能であることが明らかとなった。このことは19F NMR上でのピーク分離により複数の核酸の同時検出が可能であることを示しており、目的である「10種類以上の標的DNA・RNAの同時・定量検出」に確実につながる知見を得ることができた。以上のことから、研究は「概ね順調に進展している」ものと判断できる。研究期間内に「10種類以上の標的DNA・RNAの同時・定量検出」が可能な新手法の確立を目指した。いくつかのケミカルシフトの異なるフッ素化合物で修飾したヘアピン型オリゴDNAプローブを合成し、相補的DNA添加前後での19F NMRを測定した。結果、相補的DNAの添加によりケミカルシフトが変化すること、また、修飾したフッ素化合物により、ケミカルシフトが異なることが明らかとなり、数種類の相補的DNAの同時・定量検出が可能であることを見出した。一方、2重鎖の塩基配列検出を目指し、DNA結合性の低分子蛍光プローブであるヘキスト33258にビストリフルオロメチルベンゼンを修飾した低分子プローブを合成した。この低分子プローブの19F NMRを測定した結果、認識配列であるAATT配列を含む2重鎖DNAを添加した場合、プローブのみの場合とは異なるケミカルシフトが現れ、さらにこのケミカルシフトがAATTに隣接する塩基により異なることを見出した。さらに、AATT近傍にバルジ構造を持つ2重鎖DNAを添加した場合には、バルジアウトした核酸塩基に依存したケミカルシフトを示すことも明らかとなり、一塩基多型の同時一斉解析が可能であることが明らかとなった。目的である「10種類以上の標的DNA・RNAの同時・定量検出」を達成するには19F NMRケミカルシフトの異なる、少なくとも10種類以上のフッ素ラベルが必要となる。これを効率的に獲得するため、ポスト合成によりフッ素ラベルを導入可能な新たなプローブ合成法に挑戦し、ステムループ型DNAプローブを得る。これらのプローブに対して標的核酸混合溶液を加え、19F NMRを測定することで、目的である「10種類以上の標的DNA・RNAの同時・定量検出」を実証する。

生物有機化学平成27年度は主に低分子型の核酸検出プローブの開発に注力したため、DNA合成試薬やDNA精製に必要なHPLCカラム等の購入を見合わせた。これにより次年度使用額が生じた。平成28年度は、見合わせていたDNA合成試薬およびDNA精製に必要なHPLCカラム等の購入に充てる。