hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
感性・IC技術援用による公園リニューアル統合化指標の開発

本年度は研究最終年度であり、研究成果は以下の2点に大別される。以下、項目毎に成果を整理する。(1) CGデータ(仮想空間)の視覚的評価本年度は、昨年度に作成した偕楽園公園CG(仮想空間)と現実空間の経路選択比較実験を行った。これは人間が持つ感性(五感)のうち、特に視覚に着目したものである。実験の結果、多くの部分で仮想空間と現地の経路選択結果の一致を確認したが、現実空間では水辺の有無が重要な経路選択要因であることも把握された。(2)感性資源データの整備と総合評価手法の提案昨年度に整備した音環境調査による聴覚データ、GPSを用いた花木・草花調査による嗅覚データ、施設配置調査による味覚データ、今年度整備した視覚データ全てに位置座標を付与し、感性資源データの整備・統合化を行った。これにより人間の五感に着目した新たな公園整備評価手法の提案が可能となり、具体的に、感性資源データによる回遊ルート提案やリニューアル手法の提案、効果的な施設整備手法の提案を行った。なお、研究目的の一つとして挙げられていたICタグとセンサを用いた通行人数のカウントについて、通過人数を取得するセンサ機器は一般的に市販されているが、進行方向・探知範囲の課題から、独自にシステム開発が求められることがわかった。また、その後の検討により回遊データには、通過人数だけではなく多くの属性データを含む重要性が再認識された。そのため本研究では、利用者回遊データの把握において四季を通じたアンケート調査方法を選択した。本年度の研究内容は、以下の3点に大別される。(1)新たな偕楽園回遊行動データの取得と、土地利用の観点からの公園ゾーン区分の検討従来までの偕楽園公園回遊行動調査は、梅祭り期間に限定されたものであった。この時期は、いわゆる特別な環境下であり、回遊特性の把握の一般化には課題を残すものであった。このため、公園リニューアルの分析方法の提案に備えて、定常時の休日における回遊行動調査を実施した。また、公園の魅力向上に向けたゾーン区分の分析方法を考えることが重要であり、この点について、公園の土地利用,施設・上記回遊行動調査データの3つを分析対象として、そもそもリニューアルや園路のサイン等が必要とされる地域を大まかに絞り込むための分析を行った。(2)CGを用いた回遊行動分析方法の基礎検討指標の提案に基づき、新たな公園施設等を提案する際には、仮想空間において仮定型の公園映像を作成し、施工前に効果を分析しておく必要がある。この観点から、偕楽園公園のCG画像を作成し、経路選択検討に広く利用されている現地写真に基づくQTVRと効果を比較し、CGの効用と限界について比較検討を実施した。(3)ドップラーセンサを用いた来園者カウントシステムの基礎検討本年度は、センサによるデータ特性を分析するには至らなかったが、上下方向の来園者すれ違いの特性等を計測区分できる可能性のあるドップラーセンサを選定し、データ取り込みソフトの開発に着手した。本年度の研究の研究内容な以下の3点に大別される。(1)平成18年度に取得した回遊行動データの分析と、公園施設位置情報の把握従来、偕楽園公園における、ベンチや東屋等の正確な公園施設位置や数量は不明であった。そのため、公園リニューアル分析方法の提案に備えて、ベンチや東屋、トイレ、史跡いった公園施設を対象にGPS観測による現地調査を実施した。平成18年度に取得した、偕楽園公園回遊行動調査の分析結果と、公園施設の利用形態、公園施設位置情報を勘案し、効果的な施設整備方法に関する提案を行った。平成18年度に取得した回遊行動データの分析と、花木・草花の季節変化によるゾーニング偕楽園公園は、梅だけではなく四季を通じてさまざまな花木や草花が楽しめる公園であるとPRされているが、これまで花木や草花などの正確な位置や数量、樹種は不明であった。そのため、公園リニューアル分析方法の提案に備えて、ベンチや東屋と同様に花木・草花を対象としたGPS観測による現地調査を実施した。平成18年度に行った、季節を通じた偕楽園公園回遊行動調査の分析結果と、花木・草花位置、樹種情報を用いて、公園の魅力向上に向けた花木の季節の変化に依るゾーニングや効果的な施設整備、PR方法に関する提案を行った。CGを用いた偕楽園公園仮想空間の作成新たな施設整備を行う際、施工前に仮想空間による整備効果を検証しておく必要がある。この視点に加え、新たな魅力あるルート提案においても仮想空間による検証が有効であると思われる。そのため本年度は、平成18年度に作成した偕楽園公園CG画像の精度を、より充実させたバーチャル空間の作成に着手した。(2)感性資源データの整備と総合評価手法の提案

昨年度に整備した音環境調査による聴覚データ、GPSを用いた花木・草花調査による嗅覚データ、施設配置調査による味覚データ、今年度整備した視覚データ全てに位置座標を付与し、感性資源データの整備・統合化を行った。これにより人間の五感に着目した新たな公園整備評価手法の提案が可能となり、具体的に、感性資源データによる回遊ルート提案やリニューアル手法の提案、効果的な施設整備手法の提案を行った。なお、研究目的の一つとして挙げられていたICタグとセンサを用いた通行人数のカウントについて、通過人数を取得するセンサ機器は一般的に市販されているが、進行方向・探知範囲の課題から、独自にシステム開発が求められることがわかった。また、その後の検討により回遊データには、通過人数だけではなく多くの属性データを含む重要性が再認識された。そのため本研究では、利用者回遊データの把握において四季を通じたアンケート調査方法を選択した。
並列処理計算機の構成方式, 言語及びアルゴリズムに関する総合的研究

本研究では,多様な分野の研究者の英知を結集して,並列処理におけるソフトウェアの諸問題を理論的・実際的立場から研究し,それらを並列処理ハードウェアに反映させ,効率のよい並列処理システムの構築を図るための基盤研究を行った.すなわち,並列処理に共通の並列アルゴリズム,並列処理言語,同期問題,データ構造,制御機構などの理論的研究を行うと共に,いくつかの並列処理計算機の上にこれらのソフトウェアの実装実験を各分担者の協力のもとで行い,以下のように,実用性の高い汎用性のある並列処理システムや超高速専用並列システムを開発するための基盤研究を進めて,数々の研究成果を得た.1.階層構造型汎用並列計算機の上での並列プログラミング・システムに関する研究. 2.並列処理環境での汎用言語の実装および使用法に関する研究. 3.プログラムから並列プログラムを生成する並列コンパイラに関する研究. 4.マルチプロセッサ型高機能ワークステーション用機能分散型オペレーティング・システムの構築方法に関する研究. 5.画像/グラフイックス処理用高多重並列計算機の基本ソフトウェアの研究と開発. 6.並列処理計算機,分散処理系におけるプログラミング環境,テスト手法に関する研究. 7.並列アルゴリズムの並列処理計算機による実現とその評価に関する研究. 8.並列アルゴリズムの記述法と並列プログラムの検証に関する研究. 9.人工知能用並列計算機上での並列論理型言語プログラムの動作解析. 10.科学技術計算用並列アルゴリズムと汎用並列計算機の適合性に関する研究.また,これらの研究成果の集約の場として研究発表会を3回開催し,各担当者の研究発表および総合的討論によって,並列処理の基本問題について明らかにした.さらに,研究成果のまとめを分担者全員で行い,研究成果報告書を作成した.本研究では,多様な分野の研究者の英知を結集して,並列処理におけるソフトウェアの諸問題を理論的・実際的立場から研究し,それらを並列処理ハードウェアに反映させ,効率のよい並列処理システムの構築を図るための基盤研究を行った.すなわち,並列処理に共通の並列アルゴリズム,並列処理言語,同期問題,データ構造,制御機構などの理論的研究を行うと共に,いくつかの並列処理計算機の上にこれらのソフトウェアの実装実験を各分担者の協力のもとで行い,以下のように,実用性の高い汎用性のある並列処理システムや超高速専用並列システムを開発するための基盤研究を進めて,数々の研究成果を得た.1.階層構造型汎用並列計算機の上での並列プログラミング・システムに関する研究. 2.並列処理環境での汎用言語の実装および使用法に関する研究. 3.プログラムから並列プログラムを生成する並列コンパイラに関する研究. 4.マルチプロセッサ型高機能ワークステーション用機能分散型オペレーティング・システムの構築方法に関する研究. 5.画像/グラフイックス処理用高多重並列計算機の基本ソフトウェアの研究と開発. 6.並列処理計算機,分散処理系におけるプログラミング環境,テスト手法に関する研究. 7.並列アルゴリズムの並列処理計算機による実現とその評価に関する研究. 8.並列アルゴリズムの記述法と並列プログラムの検証に関する研究. 9.人工知能用並列計算機上での並列論理型言語プログラムの動作解析. 10.科学技術計算用並列アルゴリズムと汎用並列計算機の適合性に関する研究.また,これらの研究成果の集約の場として研究発表会を3回開催し,各担当者の研究発表および総合的討論によって,並列処理の基本問題について明らかにした.さらに,研究成果のまとめを分担者全員で行い,研究成果報告書を作成した.本年度は、ハードウェア、ソフトウェア、応用の各側面から、理論的かつ実験的に研究を進めた。研究成果は、3回に渡って開催した研究発表会で集約し、多角的に検討を加え、並列処理計算機の基本問題を解明した。具体的な研究成果としては、次の4点が挙げられる。1.並列処理計算機の構成方式に関する研究成果:(1)複数命令ストリーム単一データストリームの計算機における関数的プログラミング法の提案、(2)並列Prolog計算機の開発、(3)並列コントロールフロー計算機の開発、(4)科学技術計算用並列計算機の開発、(5)ユニバーサル・ホスト計算機における低レベル並列処理方式の評価と改善、(6)非決定型並列計算機における永久遅延の発生問題の提示、(7)二進木並列計算機による関係演算方式の提案。2.並列処理言語に関する研究成果:(1)Lispにおける並列動作機構の実現、(2)視覚的プログラミング言語におけるアイコンの解釈機構の提案と開発、(3)並列処理言語の提案と実現。3.並列処理アルゴリズムに関する研究成果:(1)決定性モデルにおけるスケジューリング・アルゴリズムの評価、(2)分散型単一化アルゴリズムの提案、(3)待ち行列における入力規制制御方式の解析、(4)シストリック・アルゴリズムの関係型表現法の提案。4.並列処理システムのオペレーティング・システムに関する研究成果:(1)C言語によって記述したオペレーティング・システムのアーキテクチャとその開発環境の実現、(2)計算機システムの処理能力と資源管理方式の評価、(3)並列処理システムにおけるオブジェクトとアドレス空間の管理方式の提案。また本研究の結果は、情報処理学会から1987年1月に出版された「並列処理マシン」特集号の核となる4件の解説論文(総論、並列処理マシン開発の現状、記号処理マシン、数値処理マシン)としても結実している。
NOMの固体EEMデータベース構築とIn-situファウリング観察技術の開発

本研究では、従来では溶液にのみ適用してきた3次元励起蛍光分析法(EEM)を固体サンプルにも適用できるようにすることで、In-situかつOn-timeで膜面に蓄積した膜ファウリング物質を検出する技術を開発することを目的としている。本研究では、固体へのEEM測定のことを、Solid-phase fluoresence EEMと称し、SPF-EEMと記載する。膜表面には、自然水中の有機物(NOM:Natural Organic matter)が蓄積するため、実質的には、膜面に堆積したNOMをSPF-EEMによって明らかにする必要がある。これまでに粉末状のNOMについてSPF-EEM測定した結果はなかったことから、まずは江戸川、霞ヶ浦および下水2次処理水から回収したNOMを親水性(HPI)、疎水性(HPO)、両親媒性(TPI)に分画した後に、粉末化したサンプルについてSPF-EEM測定した。すべてのサンプルにおいて、HPOの粉末では全くスペクトルが得られなかった一方で、TPIおよびHPI画分については、顕著なピークが観察された。さらに、このHPI画分のLPF-EEM測定を実施した結果、SPF-EEMとは全く異なる位置にピークを有することが明らかとなった。本研究ではじめてHPI画分のSPF-EEMスペクトルの測定に成功し、SPF-EEMのピーク位置からHPI有機物の特徴付けが可能となった。続いて、河川水をPVDF製MF中空糸膜を用いて膜ろ過しながら、SPF-EEMにより膜表面を連続的に観察した結果、HPIをSPF-EEM測定した際に観察されたピークが顕れることが明らかになった。また、LPF-EEMに特徴的なタンパク質様成分のピークも観察された。これらの試験により、膜ろ過中における膜ファウリング物質の観察が可能になることが実証された。計画において、多様な水源からNOMを回収し、分画し、SPF-EEM測定を実施することになっており、概ね計画通りに測定がすすんでいる。また、SPF-EEMによる膜面連続観察の装置も完成し、膜ろ過しながらSPF-EEMの観察も成功している。以上のことから、概ね順調に研究が進展していると判断した。今年度はさらに多様な水源からNOMを回収し、分画し、SPF-EEM測定を実施する予定である。また、これまでに得られた知見についてまとめて、学術誌にも発表する予定である。さらに、まとめた結果について、HPなどを通して、広く広報する予定である。本研究では,自然水中に含まれるNOMについて,固体蛍光分光(solid-EEM)スペクトルデータベースを構築するとともに,solid-EEMを用いた膜ファウリングモニタリングシステムを構築することを目的とした。本年度は,江戸川の水を採水し,水中に含まれる有機物を回収するとともに,回収した有機物を親水性,両親媒性,疎水性に分画した後に,solid-EEM分析に供した。江戸川に含まれる疎水性画分(HPO-edo)は,液体では長波長側に強い蛍光を示した一方で,固体ではほとんど蛍光を示さなかった。HPO-edoの褐色特性により,励起光が吸収され,スペクトルが得られなかったものと推測する。一方で,親水性画分(HPI-edo)は,水中よりも強い蛍光特性が見られた。また,アルブミン(BSA)を測定した時と同様に,新たに長波長側に,solid-EEMスペクトル特有のピークが複数観察された。solid-EEMでのみ観察されたピークは,恐らく凝集によって蛍光強度が強化されるAIE成分,もしくは結晶構造に得意的なピークであると推測される。興味深いことに,分画前の有機物を対象としてsolid-EEM測定を実施した結果,HPO-edoと同様にほとんどピークが検出されなかった。おそらく,サンプル中に含まれるHPO-edo成分によって,HPI-edoの蛍光がクエンチングされたことによると推測する。今後,さらに多様な水域について同様の分析を実施することで,NOM特性がsolid-EEM分析に及ぼす影響を明らかにしたい。光ファイバーを接続したSolid-EEM分析装置を用いて,淀川表流水を連続膜ろ過している最中の膜表面のEEMスペクトルを連続的に観察した結果,膜ファウリングの進行にともなって,スペクトルが連続的に変化する様子を観察することに成功した。今後は,得られたデータの定量的な解析方法を検討する。昨年度は,(1)河川水中のNOMを回収する手法を確立すること,(2)1種類の河川水について,solid-EEMスペクトルデータを得ること,(3)連続モニタリングシステムを構築することを目的として研究を実施した結果,ほとんどすべてを予定通りに実行できた。特に,NOMの回収,特性分析にあたっては,多くの装置が必要となり,半年をかけて機器の導入とセットアップに時間を費やした。また,有機物の分画もXAD樹脂の洗浄に時間がかかかったが,前期の内にすべての準備を整えることに成功した。後期に,江戸川を採水し,有機物の分画が実施できることを確認している。概ね予定どおりに進んでおり,研究も順調に発展していると判断した。

膜表面には、自然水中の有機物(NOM:Natural Organic matter)が蓄積するため、実質的には、膜面に堆積したNOMをSPF-EEMによって明らかにする必要がある。これまでに粉末状のNOMについてSPF-EEM測定した結果はなかったことから、まずは江戸川、霞ヶ浦および下水2次処理水から回収したNOMを親水性(HPI)、疎水性(HPO)、両親媒性(TPI)に分画した後に、粉末化したサンプルについてSPF-EEM測定した。すべてのサンプルにおいて、HPOの粉末では全くスペクトルが得られなかった一方で、TPIおよびHPI画分については、顕著なピークが観察された。さらに、このHPI画分のLPF-EEM測定を実施した結果、SPF-EEMとは全く異なる位置にピークを有することが明らかとなった。本研究ではじめてHPI画分のSPF-EEMスペクトルの測定に成功し、SPF-EEMのピーク位置からHPI有機物の特徴付けが可能となった。続いて、河川水をPVDF製MF中空糸膜を用いて膜ろ過しながら、SPF-EEMにより膜表面を連続的に観察した結果、HPIをSPF-EEM測定した際に観察されたピークが顕れることが明らかになった。また、LPF-EEMに特徴的なタンパク質様成分のピークも観察された。これらの試験により、膜ろ過中における膜ファウリング物質の観察が可能になることが実証された。計画において、多様な水源からNOMを回収し、分画し、SPF-EEM測定を実施することになっており、概ね計画通りに測定がすすんでいる。また、SPF-EEMによる膜面連続観察の装置も完成し、膜ろ過しながらSPF-EEMの観察も成功している。以上のことから、概ね順調に研究が進展していると判断した。昨年度は想定通り,河川水を用いた実験でも,液体と固体のEEMスペクトルが異なることが明らかになり,今後も昨年度と同様に,異なる水域を対象としてNOMを回収し,solid-EEMスペクトルのデータベースを充実していきたい。特に,今年度は,湖沼,清澄な河川,都市下水を多く含む河川の3箇所について採水し,親水性・疎水性画分についてsolid-EEMスペクトルを得たい。Solid-EEMによる膜ファウリングセンサーの開発については,今年度は,昨年度取得したデータの整理方法を検討するとともに,得られたデータを定量化する手法を確立したい。また,水域を変えてろ過試験を実施することで,センサーによる膜ファウリングの有効性を確認する。これまでに得られたデータをまとめて,今年度は論文に投稿し,solid-EEMによる膜ファウリングについて,国際誌に発表したい。今年度はさらに多様な水源からNOMを回収し、分画し、SPF-EEM測定を実施する予定である。また、これまでに得られた知見についてまとめて、学術誌にも発表する予定である。さらに、まとめた結果について、HPなどを通して、広く広報する予定である。
バイオテクノロジーを駆使した人工筋組織による新原理アクチュエータの創製

生体の筋肉に近い性質および性能をもつ動力素子(アクチュエータ)はロボット工学などの分野に新しい展開を生み出すと考えられる。我々は、磁力を用いた三次元組織構築技術(Mag-TE法)を利用して、高密度で配向した筋芽細胞からなる三次元組織を構築し、さらに遺伝子導入および電気刺激培養により機能を高めて、電気刺激に応じて収縮運動する人工筋組織(バイオアクチュエータ)を構築することに成功した。現行の機械的なアクチュエータと比較すると、生体内の筋肉はきわめて高いエネルギー効率を有している。本研究では、研究代表者が今までに開発してきた「磁力を用いた三次元組織構築技術」を応用して、高密度の筋芽細胞からなる三次元組織を構築し、さらに遺伝子導入により機能を高めて、電気刺激に応じて収縮運動する人工筋組織(バイオアクチュエータ)を構築することを目的として研究を行った。平成23年度は研究実施計画に基づいて主に以下の2つの研究課題に関して研究を行った。1.磁力を用いた三次元筋組織の構築正電荷脂質に磁性ナノ粒子を包埋することで、マグネタイトカチオニックリポソーム(MCL)を作製し、MCLを添加することで磁気標職した筋芽細胞を磁力で中空糸型バイオリアクター内に集積させることで、中空糸を含む三次元細抱組織を構築した。さらに中空糸内に筋分化誘導培地を還流して培養することで、多核化筋細胞からなる三次元筋組織を作製した。中空糸を毛細血管網と見立てることで、厚みのある三次元組織の構築が可能となったことから、本方法は筋組織作製において有用であると考えられる。2.Bcl2遺伝子導入筋組織の機能評価筋組織をアクチュエータとして使用する場合には、遺伝子導入によって筋芽細胞の能力を高めることが可能になると考えられる。Bcl2はミトコンドリアにおける抗アポトーシス作用を発揮するタンパク質として知られている。Bcl2遺伝子を導入したC2C12筋芽細胞(C2C12/Bcl)は、Bcl2の抗アポトーシス作用によって、組織構築後の細胞の高密度化に伴う低酸素状態でも細胞の生存率が向上し、筋組織の発生する力が約2倍に増強された。これらの結果から、Bcl2遺伝子導入はバイオアクチュエータ構築に有用であることが分かった。本研究では、研究代表者が今までに開発してきた「磁力を用いた三次元組織構築技術」を応用して、高密度の筋芽細胞からなる三次元組織を構築し、さらに遺伝子導入および電気刺激培養により機能を高めて、電気刺激に応じて収縮運動する人工筋組織(バイオアクチュエータ)を構築することを目的として研究を行った。平成25年度は最終年度の取りまとめとして、研究実施計画に基づいて、主に、遺伝子導入と電気刺激培養の組み合わせによって、さらなる高機能人工筋組織構築法の開発に関する研究を行った。前年度までに、磁力を用いた三次元組織構築技術で、電気刺激によって収縮する筋組織を作製し、電気刺激のプログラムを筋力トレーニング用に変更して電気刺激培養を行ったところ、0.3V/mm, 1Hz, 4msの電気刺激条件で培養した場合に最も効果が高く、電気刺激培養なしの場合と比較して約5倍強い力を発生する人工筋組織を作製することに成功した。また、骨格筋細胞増殖および分化を促進するIGF-Iあるいは抗アポトーシス効果のあるBcl2の筋芽細胞への遺伝子導入によって、それぞれ人工筋組織の収縮力増強効果(約1.5-2倍)が見いだされた。平成25年度は、IGF-IおよびBcl2遺伝子を共導入した筋芽細胞を用いて三次元筋組織を構築し、さらに電気刺激培養を行ったところ、約8倍もの強い力を発生する人工筋組織を作製することに成功した。これらの結果から、人工筋組織における収縮力の増強には、IGF-IおよびBcl2遺伝子導入および電気刺激培養の組み合わせが非常に有用であることが分かった。平成24年度は研究実施計画に基づいて主に以下の2つの研究課題に関して研究を行った。1.人工筋組織の電気刺激培養前年度までに、磁力を用いた三次元組織構築技術で、電気刺激によって収縮する筋組織を作製することに成功している。電気刺激のプログラムを筋肉トレーニング用に変更して電気刺激培養を行った。印可電圧・周波数・パルス幅を変えて条件検討を行ったところ、0.3V/mm, 1Hz, 4msの電気刺激条件で培養した場合に最も効果が高く、電気刺激培養なしの場合と比較して約5倍強い力を発生する人工筋組織を作製することに成功した。

2.培養筋芽細胞のタイムラプス解析基底膜などの細胞外マトリクスの影響を調べるために、コラーゲンタイプI,コラーゲンタイプIV,ラミニン,フィブロネクチンがコートされた培養皿を用いて、前年度で人工筋組織の収縮力増強に効果がみられたIGF-1遺伝子を導入したマウス筋芽細胞株C2C12の細胞遊走速度、増殖速度および分化度への影響を調べたところ、コラーゲンタイプIV上で培養した際に、最も効果が高い結果が得られた。これらの結果から、人工筋組織の作製にはコラーゲンタイプIVの添加が有効であることが示唆された。申請書に記載した通りの実験計画のタイムスケジュールで、それぞれの担当学生の努力により研究が進んでいる。初年度の成果として論文を発表できたことと、さらにもう1報投稿することができた(投稿中)ことは当初の計画以上だが、作製した人工組織の筋疲労の解析など、チャレンジングな解析ではやや遅れているため、全体的に見ると概ね順調であるといえる。25年度が最終年度であるため、記入しない。申請書に記載した通りの実験計画のタイムスケジュールで、それぞれの研究計画を担当する学生たちの努力により研究が進んでいる。二年目の年度の成果として論文を2報(Yamamoto Y et al. Journal of Chemical Engineering of JapanおよびSato M etal. Tissue Engineering Part A)発表できたことと、さらにもう1報を投稿準備中であり、学会発表も精力的に行った。作製した人工組織の機能強化については、成果が着々と出ている。特に電気刺激培養に関しては、印可電圧・周波数・パルス幅といった3つの電気刺激条件をそれぞれ変えるといった、今までに例のない詳細な方法で培養を行い、人工筋組織に最適なトレーニングプログラムを見いだすなど、重要な知見が得られた。また、電気刺激だけでなく、マイルドな加温(39°C)を人工筋組織に与えながら培養することで、人工筋組織の収縮力増強に効果があることも見いだした。さらに、人工筋組織の収縮力強化のために導入する遺伝子として、フォリスタチンを新たな筋肥大関連遺伝子として検討に加えるなど、当初の計画以上に進んだ部分もあると考えられる。一方で、「人工筋組織の自己再生能解析」といったチャレンジングな分野での解析では、平面培養での筋芽細胞の遊走・増殖・分化を解析するにとどまり、未だ三次元の人工筋組織での解析に至っていない点は、やや遅れていると判断される。こういった見地から、全体的に見ると概ね順調であると言えるのではないかと考えられる。来年度も申請書の計画の通り、研究を進めていく。今年度に修士課程の学生1名が卒業するので、人員を1名、卒業研究生から新たに補充して、引き続き研究を推進していく。また、現在解析中の遺伝子(IGF-I,Bcl-2,PGC-1 alpha)において、期待されたほどの筋組織機能増強効果が得られない場合には、研究計画書に記載したように、随時新しい候補遺伝子を選択して、研究を進めていく。今後も申請書の計画の通り、研究を進めていく。修士課程の学生1名が修了するので、人員を2名、卒業研究生と修士課程の学生から新たに補充して、引き続き研究を推進していく。次は最終年度として、これまでの研究のまとめを行う。
Sーcarboxymethylーcysteineの光学分割のための晶析現象

本研究課題ではsーcarboxymethyーcysteine(SCMC)を対象に、光学分割プロセス開発の立場で核化・成長・結晶の高純度化現象について考察し、以下に挙げる定量モデルを提出した。1.回分式撹拌型晶析装置を用い、NaCl添加系DLーSCMC過飽和溶液中でのLーSCMC種晶の成長実験を行い微結晶の生成速度と粗大晶表面上への付着速度を実測した。さらに、目印をした粗大結晶表面に付着した微結晶の観察も行った。以上の実験より、微結晶付着速度は(1)過飽和溶液中への微結晶の生成速度、(2)付着微結晶が粗大晶中に埋没するまでの時間および(3)付着係数の3つの変数で表される微結晶の付着モデルを提出し、成長開始93時間以内の実測値に対しては本モデルが適用できることを示した。また、この操作時間以降では付着速度は見かけ上0となったが、これは粗大晶表面中の付着微結晶の占有面積率と密接な関係があることを示した。2.撹拌流動槽を晶析槽とし、NaCl添加系DLーSCMC過飽和溶液中でのLSCMC種晶の成長実験を行った。ここでは、特に懸濁微結晶と種晶表面上の付着微結晶の内D体に着目し微結晶の付着と結晶純度について考察した.その結果D体はまずL体種晶表面上に実測され、その後懸濁微結晶中にD体が実測された。これをD体のheterogeneous nucleationモデルで表し種晶表面上のD体質量は種晶の成長時間の4乗で増加することを示した。成長初期では実測値はこの理論式に従うが、その後実測値が小さくなった。これに対し、Heterogeneous Nuclei量には飽和量があると考えに基づき提出した理論式は実測値と良く一致することを示した。以上の成果は、ラセミ溶液中のL体種晶の成長速度と核発生速度および不純物混入量の関係を、微結晶の付着現象に基づき明かにできたもので本研究課題により光学分割のための操作条件設計は可能であると考える本研究課題ではsーcarboxymethyーcysteine(SCMC)を対象に、光学分割プロセス開発の立場で核化・成長・結晶の高純度化現象について考察し、以下に挙げる定量モデルを提出した。以上の成果は、ラセミ溶液中のL体種晶の成長速度と核発生速度および不純物混入量の関係を、微結晶の付着現象に基づき明かにできたもので本研究課題により光学分割のための操作条件設計は可能であると考える晶析法により光学分割を行なうには対掌体が析出しない許与範囲で種晶を成長させることが有効であると考え、塩化ナトリウム添加系のSCMCラセミ過飽和溶液中での光学活性体種晶懸濁系の晶析実験を行なった。まず、種晶の成長速度と微結晶の生成速度を実測し、それぞれについて操作過冷却度との間に相関式を得た。また懸濁微結晶は、操作過冷却度が5から15Kでは、95%以上が種晶と同じ光学活性体であったのに対して、20K以上では20から30%の割合でその対掌体が生成していた。一方、種晶は懸濁微結晶の付着を伴いながら成長していくのを確認した。そこで成長実験後、種晶中に取り込まれた不純物量を実測した結果、操作過冷却度が5から10Kでは0。5%以下であったが、15から30Kでは5.6から14.5%であった。この不純物中に塩化ナトリウムは検出されなかったため、本操作条件では母液の包含は無視できると考えた。さらに成長実験後の結晶を種晶と同じ光学活性体の飽和溶液中に浸積すると結晶表面に付着した微結晶の一部は溶け、浸積後の種晶中には不純物がほとんど検出されなかった。

このことより、高操作過冷却度の条件下では不純物となる光学活性体が成長種晶表面上に二次元核発生してくるものと考えた。この付着現象を種晶の成長速度と純度との関連で検討するため固定単一結晶の成長表面のその場観察を行なった。この実験では微結晶の付着効果を検討するため、ラセミ過飽和溶液中に微結晶を含ませた場合と過飽和溶液のみの場合の二つの実験を行った。前者では微結晶が付着しており、その成長速度は多結晶懸濁系のものとほぼ一致していた。しかし、後者では比較的滑らかな表面のまま成長し、その速度は前者より10%から50%小さかった。以上の結果は、微小結晶の付着現象を制御することによって、高純度の製品を得る操作法を見いだすことが可能であることを示唆するものと考えている。本研究課題ではsーcarboxymethylーcysteine(SCMC)を対象に、光学分割プロセス開発の立場で核化・成長・結晶の高純度化現象について考察し、以下に挙げる定量モデルを提出した。1.回分式撹拌型晶析装置を用い、NaCl添加系DLーSCMC過飽和溶液中でのLーSCMC種晶の成長実験を行い微結晶の生成速度と粗大晶表面上への付着速度を実測した。さらに、目印をした粗大結晶表面に付着した微結晶の観察も行った。以上の実験より、微結晶付着速度は(1)過飽和溶液中への微結晶の生成速度、(2)付着微結晶が粗大晶中に埋没するまでの時間および(3)付着係数の3つの変数で表される微結晶の付着モデルを提出し、成長開始93時間以内の実測値に対しては本モデルが適用できることを示した。また、この操作時間以降では付着速度は見かけ上0となったが、これは粗大晶表面中の付着微結晶の占有面積率と密接な関係があることを示した。2.撹拌流動槽を晶析槽とし、NaCl添加系DLーSCMC過飽和溶液中でのLSCMC種晶の成長実験を行った。ここでは、特に懸濁微結晶と種晶表面上の付着微結晶の内D体に着目し微結晶の付着と結晶純度について考察した。その結果D体はまずL体種晶表面上に実測され、その後懸濁微結晶中にD体が実測された。これをD体のheterogeneous nucleationモデルで表し種晶表面上のD体質量は種晶の成長時間の4乗で増加することを示した。成長初期では実測値はこの理論式に従うが、その後実測値が小さくなった。これに対し、Heterogeneous Nuclei量には飽和量があると考えに基づき提出した理論式は実測値と良く一致することを示した。以上の成果は、ラセミ溶液中のL体種晶の成長速度と核発生速度および不純物の混入量の関係を、微結晶の付着現象に基づき明かにできたもので本研究課題により光学分割のための操作条件設計は可能であると考える。
生物学分野における計測画像の解析手法に関する研究

一般に、生物学分野における画像解析システムは特徴抽出手法と識別手法からなる。ここで、適用する問題設定に合わせた特徴抽出手法を選択・適用できれば、識別性能の向上が期待できる。しかし、数理・情報科学的知見の乏しい生物学系研究者等が、この手法を取捨選択するのは非常に困難である。そこで本研究では、数理・情報科学的知見を持たなくとも識別性能向上効果が期待できる特徴量変換手法を提案した。本研究の提案手法と、既存の特徴量変換手法を医用画像の識別問題に適用・評価したところ、提案手法は安定した識別性能向上効果を示した。平成26年度の研究開始当初、申請した研究計画に基づき、画像データの非負性に着目し、色ヒストグラムを近似する確率密度関数を物理的制約条件として導入した統計的特徴抽出手法に関する検討を行っていた。しかし、病理診断用画像中における細胞単位での病変部位検出などに検討中の手法を適用した場合、細胞毎の「見え」の変化が大きいため、検出・識別性能に大きな向上が見られなかった。本研究の目的である「ユーザーが数理・情報幾何的な知見を持たなくても、好適な特徴抽出と、識別(類別)結果の直感的解釈を可能にする画像解析手法の提案」を実現し、かつ上述の識別問題における識別性能を向上させるためには、「見え」の変化に対応するための特徴量変換手法を検討・提案する必要がある。そこで、本年度は、半教師あり機械学習手法の枠組みで、「見え」の変化に対応できる特徴量変換手法の提案を行った。本年度提案した特徴量変換手法は、基礎的な多変量解析手法へと立ち返り、主成分分析、および線形判別分析をレイリー商の形式で定式化した後、半教師あり機械学習手法の枠組みで統合することで、学習データに関するサンプル分布の分散を最大化し、かつ、(ガン・非ガン等の)クラスラベルを付与された教示ラベル付きデータに関するサンプル分布を判別基準の意味で最適に変換できる手法とした。ベンチマークデータセットを用いて、提案手法と、複数の一般的な多変量解析手法を比較したところ、提案手法を用いて変換した特徴量は、比較手法を用いたものよりも高い物体認識性能を示したため、この成果を査読付き国際会議に投稿した。その他、生物学系研究における統計的手法の重要性を情報工学系研究者に周知するべく、第10回広島画像情報学セミナーにて講演を行った。平成27年度は、本研究の目的である「ユーザーが数理・情報幾何的な知見を持たなくても、好適な特徴抽出・識別(類別)結果の直感的解釈を可能とした画像解析手法の提案」を実現し、かつ上述の識別問題における識別性能を向上させるために、「見え」の変化にも対応可能な特徴量変換手法を検討・提案し、国際会議における発表を行った。当該年度に発表した特徴量変換手法は、基礎的な多変量解析手法へと立ち返り、主成分分析、および線形判別分析をレイリー商の形式で定式化した後、半教師あり機械学習手法の枠組みで統合することで、学習データに関するサンプル分布の分散を最大化し、かつ、(ガン・非ガン等の)クラスラベルを付与された教示ラベル付きデータに関するサンプル分布を判別基準の意味で最適に変換できる手法とした。また、提案手法は、入力サンプル間の類似度を任意に設定する必要が無く、たとえば、数量化IV類のように類似度の選択が解析性能に大きく影響する可能性を抑えることができた。本提案手法は、「見え」の変化にも対応できることを検証する為に、個人同定手法を検討するためのベンチマークデータセットを用いて、複数の一般的な多変量解析手法と同定性能の比較実験を行った。この比較実験において、提案手法を用いて特徴量変換を行った場合、他の既存手法を用いた場合よりも、個人同定性能が向上することを示せた。この研究成果は、査読付き国際会議である、2015 IEEE International Conference on Systems, Man, and Cyberneticsにて発表を行った。平成27年度は所属機関変更に伴い、当初予定していたエフォートを研究に割り当てる事が出来ず、研究の進捗にやや遅れが出ている。しかし、このような状況の中でも、本年度の実施研究では、特徴量変換手法の提案し、国際会議における発表を行った。発表を行った際の評価実験では、入力画像に対して、直接、提案した特徴量変換手法を適用し、良好な個人同定性能を達成することができた。この結果より、広義における特徴抽出手法の提案が出来たと考えられる。また、本提案手法は、判別分析などと同様に1層のニューラルネットワークであるとみなすこともできる。これは、当初の研究計画である「新たな特徴抽出手法を用いたディープラーニングの提案」において、本提案手法が容易に拡張可能であることを示すものである。さらに、本年度では、提案した特徴量変換手法の改良も実施しており、マウスの組織画像を用いた識別実験への適用と、査読付き学術論文誌への投稿準備を行った。以上から、平成27年度の研究において、「生物学系研究者の負担軽減・解析精度向上の実現に資する、新たな画像解析手法を確立する」ための特徴抽出(特徴量変換)手法が提案できたと考えており、平成28年度の研究は、本年度の進捗遅れを取り戻すとともに、着実に進展する事が見込める。本研究は、実施期間全体を通じて、目的である「ユーザーが数理・情報幾何的な知見を持たなくても、好適な特徴抽出・識別(類別)結果の直感的解釈を可能とした画像解析手法」を実現する為、入力データ(特徴量)の統計的な特性を可視化することができる多変量解析手法を軸とした特徴量変換手法の提案と、識別結果の確からしさを確率的に表現できる確信度推定手法の検討を行った。

平成28年度は、「識別結果を直感的に理解可能とするためのDistance metriclearningの枠組みによる確信度推定手法の検討」と、「入力特徴量に依存せずに識別性能を向上させるための特徴量変換手法の提案」を行った。当該年度に検討した確信度推定手法は、特徴空間内におけるサンプル間の距離関係がマハラノビス汎距離で表現できる場合を仮定し、この距離基準の下、判別的な確信度を推定できるものとした。この検討した確信度推定手法を査読付き国際会議であるThe 16th IEEE International Conference on Data Miningに投稿したが、不採録となってしまったため、提案手法のさらなる改善と再実験等を実施するものの、外部発表は一時保留とした。その他、本年度は、昨年度の研究成果である「主成分分析、および線形判別分析を半教師あり機械学習手法の枠組みで統合した特徴量変換手法」の改良と、医用画像解析への応用を実施した。手法の改良では、制約条件において任意の値となるバランス項の数理的意味を解析し、当該バランス項の自動決定の枠組みを導入する改良を行った。改良した提案手法を生理検査画像の識別問題に適用したところ、提案手法は、他の既存手法と比較し、安定した識別性能向上効果を示した。この研究成果は、オンライン国際学術論文誌であるPLOS ONEに投稿し、採録された。一般に、生物学分野における画像解析システムは特徴抽出手法と識別手法からなる。ここで、適用する問題設定に合わせた特徴抽出手法を選択・適用できれば、識別性能の向上が期待できる。しかし、数理・情報科学的知見の乏しい生物学系研究者等が、この手法を取捨選択するのは非常に困難である。そこで本研究では、数理・情報科学的知見を持たなくとも識別性能向上効果が期待できる特徴量変換手法を提案した。本研究の提案手法と、既存の特徴量変換手法を医用画像の識別問題に適用・評価したところ、提案手法は安定した識別性能向上効果を示した。平成26年度の実施研究は、特徴量変換手法の検討・提案となったが、広い意味での特徴抽出手法の提案ができており、当初の研究計画を大きく変更することなく進捗できているものと考える。これは、本研究の目的である「生物学系研究者の負担軽減・解析精度向上の実現に資する、新たな画像解析手法の確立」を達成するための、(自動)特徴量変換手法を検討し、査読付き国際会議への投稿が完了していることからも明らかである。また、平成26度の研究において、画像情報を用いたデータ解析に関する下記の知見が得られており、平成27年度の研究も着実に進展する事が見込める。1.数量化IV類における類似度の選定はデータ依存性が高く、類似度の選択が解析性能に大きく影響する。2.入力データの共起性などに着目した方が、安定した解析手法の提案が可能である。平成27年度までに得られた知見・研究成果を活かし、識別結果の“確からしさ"を推定することが可能な、半教師あり確信度推定手法を提案する。また、前年度までに提案した特徴抽出手法を統合して、画像解析手法も提案する予定である。
オホーツクプレート運動の地球物理学的検証とそのテクトニクスの研究

オホーツクプレート運動の検証のために、平成8年度から10年度まで、カムチャカ・サハリン・ハバロフスクにGPS観測点を順次設置し,それらの観測点において可能な限りの連続観測を継続した.それによると、まづ、オホーツクプレートの東側にアムールプレートの存在が明らかになり,アムールとオホーツクのプレート収束速度が従来考えられていたよりも数倍大きい約2cm/yであることを明らかにした.本研究から得られたサハリンの速度ベクトルデータから,サハリン南部ではモネロン島西方を通ると考えられていたアムールプレートの東の境界が、サハリン中軸部よりも東に存在し,サハリン南部から北海道北部にかけての陸域がアムールプレートとオホーツクプレートの衝突境界になっていることが明らかになった.北サハリン地震震源域で各年において臨時地震観測を継続し、余震活動と地震断層の変位分布との関係を解析した結果,大きい変位を生じた場所のb-値は小さく、より大きな応力降下を示す場であったこと,地震断層の西側は、b-値は大きく破砕度のおおきい場が誘発的な地震活動を発生させたことが明らかになった.南サハリンでの、1995年から毎年夏期の臨時地震観測によると、ユジノサハリンスクのすぐ西側に、活動的な地震帯が南北に連なっており、これは、北海道北部の地震活動帯の延長のように見え,これらの活動帯がオホーツクとアムールプレートの境界である可能性は高い.カムチャッカ半島内のGPS観測網は、1996・1997年に設置されたが,カムチャッカ半島中部での地震観測を含めて,この地域の、長期的・広域的な変動とプレート境界を明らかにするには期間が短く十分な結果は得られなかったが、データ蓄積・解析中であり,それにより,オホーツクプレートの運動が決定しつつある.オホーツクプレート運動の検証のために、平成8年度から10年度まで、カムチャカ・サハリン・ハバロフスクにGPS観測点を順次設置し,それらの観測点において可能な限りの連続観測を継続した.それによると、まづ、オホーツクプレートの東側にアムールプレートの存在が明らかになり,アムールとオホーツクのプレート収束速度が従来考えられていたよりも数倍大きい約2cm/yであることを明らかにした.本研究から得られたサハリンの速度ベクトルデータから,サハリン南部ではモネロン島西方を通ると考えられていたアムールプレートの東の境界が、サハリン中軸部よりも東に存在し,サハリン南部から北海道北部にかけての陸域がアムールプレートとオホーツクプレートの衝突境界になっていることが明らかになった.北サハリン地震震源域で各年において臨時地震観測を継続し、余震活動と地震断層の変位分布との関係を解析した結果,大きい変位を生じた場所のb-値は小さく、より大きな応力降下を示す場であったこと,地震断層の西側は、b-値は大きく破砕度のおおきい場が誘発的な地震活動を発生させたことが明らかになった.南サハリンでの、1995年から毎年夏期の臨時地震観測によると、ユジノサハリンスクのすぐ西側に、活動的な地震帯が南北に連なっており、これは、北海道北部の地震活動帯の延長のように見え,これらの活動帯がオホーツクとアムールプレートの境界である可能性は高い.カムチャッカ半島内のGPS観測網は、1996・1997年に設置されたが,カムチャッカ半島中部での地震観測を含めて,この地域の、長期的・広域的な変動とプレート境界を明らかにするには期間が短く十分な結果は得られなかったが、データ蓄積・解析中であり,それにより,オホーツクプレートの運動が決定しつつある.(1)カムチャッカ半島内に4点及び北サハリン地域に3点,GPS観測点を新設し,観測を開始した.今後23年の連続観測により,観測点付近の地殻変動が明らかになると期待される.(2)7月末から8月にかけて第1回日ロ共同観測を実施した.カムチャッカ班は(笠原,宮町,高橋[研究協力者])とサハリン班(瀬野,木股,三浦,勝俣)は,各々の観測点にGPS受信器を設置し,連続観測を開始した.また現地オペレーターの訓練を行った.(3)両地域で取得された2週間分のGPSデータを解析した.またデータ処理,解析方法をロシア側研究者に教授した.(4)カムチャッカ半島内のカリムスキー火山周辺に臨時の小規模地震観測網を展開し地震観測を行った.この観測網のデータとロシア側の定常観測点データとの併合処理を行った。その結果,カリムスキー火山周辺の地震活動が今までよりも精度良く決定できた.(5)1995年サハリン北部地震の震源域で,1996年7月末から8月にかけて余震観測を再度実施した.その結果,1995年より余震の発生頻度は低下してる,余震域の広がりはほとんど変化していない,余震が集中して発生している場所とあまり発生していない場所がある,等が明らかとなった.(6)ロシア側研究者を札幌へ招へいした.彼らが持参したロシア側の最近6ヶ月のデータと日本側データを合わせて,高精度共同解析を実施した.(6)国内研究者が札幌に集合し,観測結果についての検討と,次年度の観測計画についての打ち合わせを行った.カムチャッカ半島(ベーリング島を含む)に6点,サハリン島に3点、極東シベリア1点の観測網が完成し,連続的に稼動している.これらのうち,1997年末までのデータ解析により,オホーツクプレートは,瀬野の指摘のとおり,存在が確認され,その極はオハ(サハリン島北部)付近にあることが確かめられた.

また,サハリン南部は,オホーツクプレートの運動とは一致せず,極東ロシアの一部として,すなわち,アムールプレートとして東進していることが新たに発見された.カムチャッカ半島は,少しデータが短いが,アリューシャン島弧とカムチャッカ海溝の結合部で複雑な変動が認められ,今後のデータの蓄積に期待される.北サハリン大地震(1995)震源域での地震活動は,断層周辺部に活動域が拡大していることが確かめられた.今後,余効的地殻変動との比較により,断層面での超低周波すべりモデルの検討を進めるデータが得られている.オホーツクプレート運動の検証のために、平成8年度以降10年度まで、カムチャッカ・サハリン・ハバロフスクにGPS観測点を展開した.この観測点は平成10年度には12点になり,それらの観測点において可能な限りの連続観測を継続した.得られたGPSデータを解析した結果,当初の目的にしていたオホーツクプレートの存在を明らかにすることができた.また,オホーツクプレートの東側に存在が提唱されていたアムールプレートの存在も明らかにし,その運動パラメータを求めることができた.本研究から得られたサハリンの速度ベクトルデータから,サハリン南部ではモネロン島西方を通ると考えられていたアムールプレートの東の境界が、サハリン中軸部よりも東に存在し,サハリン南部から北海道北部にかけての陸域がアムールプレートとオホーツクプレートの衝突境界になっていることが明らかになった.これらの研究成果は、オホーツクプレート・アムールプレートの存在が日本海東縁部における地震活動を考える上で重要であることを明らかにすると共に、アムールプレートとオホーツクプレートの収束速度が従来考えられていたよりも数倍大きい約2cm/yrであることを明らかにし、この地域の大地震の繰り返し間隔に新たな知見を与えた.また、北サハリン・南サハリンでの臨時地震観測結果によれば、GPSによる地殻変動と調和的な地震活動が観測された.カムチャッカ半島中部での地震観測によるとこの地域での地震活動度は低くプレート境界を示すような顕著な地震活動を検出することはできなかった.この間、プレート境界地震である1995年北サハリン地震断層域において地殻変動データを取得したほか,1998年カムチャッカ大地震による地震時地殻変動を捕えることができた.
時間分解ESR法とOW-ESR法とを用いたラジカル重合の研究

本研究ではCW-ESR法によって従来観測困難であったブタジエンなどジエン化合物の成長ラジカルのESRスペクトルの観測に成功した。超高圧水銀灯照射下で観測すると、ブタジエン、イソプレン、2-メチル-1,3-ペンタジエン等ではS/N,解像度ともに良いスペクトルが得られ、その超微細分裂定数からいずれのモノマーの成長ラジカルも非局在化したアリル型のラジカルになっていることを明らかにした。これらジエン化合物の重合速度を見積るために重合におけるモノマーの減少速度(消費速度)をガスクロマトグラフィーで追跡した。成長ラジカル濃度はESRスペクトルの2回積分から見積り、その濃度と重合速度とから成長速度定数(kp)を決定した。ジエンについては時間分解ESR法によってリン中心ラジカルの付加速度定数も見積った。また、スチレンなどのビニルモノマーの成長ラジカルのESRスペクトルも観測し、種々の温度におけるkpを決定するとともに、その結果から重合の活性化エネルギーも見積った。更に、スチレンのラジカル重合の系では光重合と熱重合との間でkpに差があることも見出した。嵩高い置換基を有するメタクリル酸誘導体では立体規則重合がおこることが知られているが、それらのモノマーの重合の活性化エネルギーを見積った。その活性化エネルギーがMMAの活性化エネルギーとほぼ同じことから、立体規則ラジカル重合は活性化エネルギーではなく、頻度因子に主として支配されて起こることを明らかにした。
院内感染症としてのグラム陽性菌性尿路バイオフィルムの病原的意義

本研究の目的は、尿路に形成された黄色ブドウ球菌ないし腸球菌のバイオフィルムに関して、病原性遺伝子および薬剤耐性遺伝子がもたらす基礎的・臨床的問題点を把握して、院内感染症の諸問題に対処するための方策を検討することであった。2)Enterococcus faecalis 352株(19912002年)を対象とした。そのうち315株が、病原性遺伝子asa1もしくはespを保有していた。ヘモリジン産生63株およびゼラチナーゼ産生167株の内、asa1およびesp両遺伝子保有株はそれぞれ59株,94株であった。またasa1およびesp両遺伝子保有株のバイオフィルム形成能は、いずれも保有しない株に比べて有意に高かった。asa1, cylA, aac(6')-aph(2")遺伝子は菌株間で伝達されており、これらの遺伝子はasa1およびesp両遺伝子保有株に集積していると考えられた。asa1, espのいずれかを保有する株は、カテーテル留置症例および非留置症例のいずれからも分離されていた。以上の成績より、病原性遺伝子を集積したE. faecalisはバイオフィルム形成能が高く尿路に定着するものと考えられた。本研究の目的は、尿路に形成された黄色ブドウ球菌ないし腸球菌のバイオフィルムに関して、病原性遺伝子および薬剤耐性遺伝子がもたらす基礎的・臨床的問題点を把握して、院内感染症の諸問題に対処するための方策を検討することである。今年度は、岡山大学泌尿器科における尿路感染症患者由来のメチシリン耐性黄色ブドウ球菌(MRSA)およびE.faecalisのバイオフィルム形成能を定量化し、その付着・定着・病原性に関与する遺伝子の保有状況および臨床背景との関連性についての検討を行い、下記の研究成果を得た。2)E.faecalis 362株(19912002年)を対象とした。asal, esp, cylA, gelE-sprEの保有率は、それぞれ82.6,71.8,47.2,87.0%であった。asal, esp保有の有無(4群間)で検討を行うと、cylA保有率は両遺伝子を保有する群において最も高かったが,gelE-sprEの保有率は4群間で差が無かった。asalないしesp保有株は非保有株に比して、バイオフィルム形成能が高かった。asalないしespの保有率は、カテーテル留置かつ複数菌分離症例から分離されたE.faecalisにおいて高かった。以上の成績より、尿路におけるE.faecalisの定着・感染にasal, esp遺伝子産物の関与が示唆された。今年度は、昨年度の研究成果を踏まえて、Enterococcus faecalisを中心とした研究を継続し、メチシリン耐性黄色ブドウ球菌(MRSA)とは異なる性状に関しても検討を行った。岡山大学泌尿器科で1991年から2002年までの12年間に、複雑性尿路感染症患者より分離されたE.faecalis352株(1症例1株)を対象とした。病原性に関与する遺伝子(asa1,esp, cylA, gelE-sprE)と薬剤耐性遺伝子(aac(6')-aph(2''))の保有状況およびその伝達性を検討した。またバイオフィルム形成能、ヘモリジンおよびゼラチナーゼの産生性についても検討し、臨床的背景との関連性についても検討を加えた。E.faecalis352株のうち315株がasa1もしくはespを保有していた。またasa1およびesp両遺伝子保有株のバイオフィルム形成能は、いずれも保有しない株に比べて有意に高かった(P=0.038)。asa1,cylA, aac(6')-aph(2'')遺伝子は菌株間で伝達されており、これらの遺伝子はasa1およびesp両遺伝子保有株に集積していると考えられた。

asa1,espのいずれかを保有する株は、カテーテル留置症例および非留置症例のいずれからも分離されていた。以上より、病原性遺伝子を集積したE.faecalisはバイオフィルム形成能が高く尿路に定着するものと考えられた。