hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
水分子を解離する触媒機能電極の開発と超純水電解加工プロセスへの応用

前年度に研究を行った官能基修飾電極を用いる方法をさらに発展させ、水分子を解離する機能を有する官能基で修飾された微粒子を超純水中に分散させ、これを加工液として用いる方法を提案し、基礎的研究を行った。その成果をまとめると以下のようである。(1)電極間距離や電極位置をサブミクロンオーダで制御することが可能な精密ステージおよび制御用コンピュータ、超純水送水装置、防振ユニット、微粒子分散液ろ過装置などを新たに購入し、基礎実験:装置を製作し、これを既存設備であるクリーンルーム内に設置した。(2)4級アンモニウム基で修飾された平均粒径30nmの超微粒子を超純水に分散させ、さらにこれを透析膜によりろ過することで分散液内の金属不純物レベルをppbオーダにまで低減した。この加工液を用いて、Siウエハの平滑表面創成実験を行ったところ、(001)表面では市販ウエハと同等のRa=0.1228nmの粗さ、(111)面においては市販ウエハよりもより平滑なRa=0.064nmの粗さの加工面が得られ、本研究で提案した電気化学加工法により従来技術と同等以上の超平滑表面を創成できることを実証した。(3)4級アンモニウム基修飾微粒子を分散させた超純水中で負電極材料を加工する場合の電極間の電界分布シミュレーションを行った結果、正に帯電している微粒子は負電極表面に吸着すること、OH^-イオンは負電極表面に作用しないことがわかった。(4)(3)の結果から、Si表面にはH^+イオンが大量に作用していることが予測されたため、新規に購入したクラスターコンピュータシステムを用いて、Si(001)表面反応の第一原理シミュレーションを行った。その結果、H原子と水分子とSi表面原子の反応によりSi-OH結合が形成されることでSi原子のバックボンド強度が低下し、加工されることが予測できた。前年度までの研究では、官能基修飾微粒子を分散させた超純水を加工液として用いる方法を新たに提案し、実用レベルの平滑表面をSiウエハ上に創成することに成功した。さらに、電極間の電界分布や加工現象の第一原理分子動力学シミュレーションを行い、本加工法の加工機構を明らかにすることができた。そこで、今年度(最終年度)の研究では、官能基修飾微粒子を用いた対抗電極形状の転写加工の可能性について検討した。さらに、今後、水分子を効率的に解離することが可能な修飾表面、表面ナノ構造あるいは官能基を新規に設計・開発する必要があるものと考え、分子鎖やナノ構造体の電子輸送シミュレーションに着目し、シミュレーション手法に関する基礎研究とシミュレーションプログラムの開発を試みた。その結果、以下に示す成果を得た。(1)官能基修飾微粒子を分散させた超純水を用いる電気化学加工法を、Cu,Al,WなどSi以外の材料に適用し表面創成実験を行った結果、粒子径を大きくすることで対抗電極形状の転写性能が向上することを見出した。この結果により、平滑表面だけでなく、3次元構造の創成加工も可能であることがわかった。(2)水分子を解離する機能を有する分子鎖やナノスケール構造を予測し、設計・開発することを目的として、時間依存シュレディンガー方程式を用いた電子輸送シミュレーション手法の研究、およびシミュレーションプログラムの開発を行った。(3)昨年度導入したクラスターコンピュータシステムに、さらにクラスターエレメントを追加購入し、ナノ構造体モデルの電子輸送シミュレーションを行った。その結果、多様な形状のナノ構造体に対する電子輸送特性を極めて効率的にシミュレーションすることが可能であることが明らかになり、触媒機能表面の設計・開発に利用可能な第一原理電子輸送特性シミュレーション手法を確立することができた。
1982年6月溶岩湖の出現したニイラゴンゴ火山の地球物理学的調査(第3回)ー調査総括ー

1988年8、9月にニイラゴンゴ、ニアムラギラ火山において、火山の深部および浅部の熱的構造、火山活動と地溝帯運動の関連性を研究するため、地震、地磁気の観測、比抵抗の測定、辺長、水準測量および火山岩の採集を実施した。1989年4月のニアムラギラの噴火をうけて、総括研究の一部を変更し、同年6月に地震、辺長、水準測量の項目について再調査を実施した。両年度にわたる調査・解析・分析結果は下記のように要約される。1.ニイラゴンゴ火山の溶岩湖活動1982年6月21日再現した溶岩湖の表面温度は数度程度であり変化が認められない。しかし、火口底からの噴気量が増大していることから、溶岩湖は近い将来再活発化すると考えられる。2.地溝帯の地震活動火山下15Km20Kmに発生する長周期地震の発生頻度は依然高い水準にある。1988年には、ニアムラギラ火口の南東部での地震活動が活発であった。この場所に1989年の噴火が発生したことは、噴火の前兆活動を捕えた事になる。3.ニアムラギラ火口の辺長変化1984年までの変化は山体の膨張傾向を示していたが、1986年の噴火後は、NEーSW方向にのみ縮みが見られる。4回の噴火を挾んでの変動量は1x10^<-5>のオ-ダ-であった。1989年の噴火の一つは山頂割れ目噴火であったが、噴火後の火口の歪は南北方向に大きく、その量は10^<-4>に達する。4.地溝帯を横断する辺長変化変動量は、4年間で0.5-2x10^<-5>と小さく、現在のところ地溝帯の拡大傾向は認められない。ニアムラギラの山体の膨張の影響による南北方向の収縮が、ニアムラギラの南の地域に認められた。5.地溝帯の熱構造マシシ、ルエンゲリ、ニアムラギラ山頂などで行なった地磁気観測と1986年の観測により得られたより詳細なインダクションベクトル図から、1900年代の噴火地点の連なりに沿って内部に誘導電流が流れている、即ち、電気伝導度が高いことが明らかとなった。さらに地磁気変化と関係のない地電流の流れの方向からもこの結果が確認された。高温であると考えられる良導体は地下2Kmから9Kmの深さにあると推定される。6.火山岩の組成変化1976年1988年のこの地域で発生した噴火による噴出岩はいずれもtephritic phonoliteであるこれはPorphyritic typeとAphyric typeの2種類に区分できる。後者のK_2Oは年代が若くなるにしたがって、3.60%から3.0%に減少し、Na_2Oも減少した。これに対し、MgO,CaOは増加した。この噴出物の組成変化は、マグマが次第に未分化になる傾向を示しており、深部のマグマ溜まりからもたらされたものであると考えられる。上記の結果は、地溝帯深部のマグマ活動が活発であり、今後ニイラゴンゴの溶岩湖活動の再活発化や噴火が頻発する可能性を示している。

5.地溝帯の熱構造マシシ、ルエンゲリ、ニアムラギラ山頂などで行なった地磁気観測と1986年の観測により得られたより詳細なインダクションベクトル図から、1900年代の噴火地点の連なりに沿って内部に誘導電流が流れている、即ち、電気伝導度が高いことが明らかとなった。さらに地磁気変化と関係のない地電流の流れの方向からもこの結果が確認された。高温であると考えられる良導体は地下2Kmから9Kmの深さにあると推定される。6.火山岩の組成変化1976年1988年のこの地域で発生した噴火による噴出岩はいずれもtephritic phonoliteであるこれはPorphyritic typeとAphyric typeの2種類に区分できる。後者のK_2Oは年代が若くなるにしたがって、3.60%から3.0%に減少し、Na_2Oも減少した。これに対し、MgO,CaOは増加した。この噴出物の組成変化は、マグマが次第に未分化になる傾向を示しており、深部のマグマ溜まりからもたらされたものであると考えられる。上記の結果は、地溝帯深部のマグマ活動が活発であり、今後ニイラゴンゴの溶岩湖活動の再活発化や噴火が頻発する可能性を示している。
薬毒物の毒性発現におけるマイクロRNAの変動解析とその安全性評価への応用

本研究は、肝毒性、精巣毒性、胎盤毒性を有する薬毒物による各組織のマイクロRNA変動やその標的mRNA変動を解析し、毒性発現機構から安全性評価への応用を目的とするものである。肝毒性ではカニクイザルへのアセトアミノフェン静脈内投与後で変動したmiRNAをRT-PCRでの追加検証を行った結果、マイクロアレイで得られた変動との完全な整合性が確認できなかった。アカゲザルでの論文データ情報でカスタム作製し、使用したアレイの開示配列の信頼性、アカゲザルとカニクイザルの系統差の問題やカニクイザルの個体差などが出現など解決すべき問題点が出原し、今後の検討が必要である。エチレングリコールモノメチルエスエル投与後の精巣毒性では、病理変化の著明菜2000mpg投与群では,miR-760-5p, miR-188-5p, miR-134, miR-320は210倍の増加、及びmiR-92aとmiR-449a(精巣で最もい)発現は半減した。同時に、標的となるインヒビンBの変動の可能性、Bc12mRNA発現の上昇、ヒストン脱アセチル化酵素4の減少と5の上昇などが認められた(本研究内容はほぼ完成し、投稿原稿作成も終了し、投稿予定)。妊娠ラットへの6-メルカプトプリン誘発胎盤毒性では胎児四肢の発達障害、胎盤重量の減少傾向、マイクロRNA変動とカスパーゼー3抗体陽性細胞の迷路層での検出、血中へのマイクロRNAの放出などが明らかになった。各臓器毒性に伴うマイクロRNAの変動と標的mRNA変動の関連を一定程度示唆できることが可能となった。本研究は薬毒物の毒性発現と各臓器のマイクロRNA変動解析を行い、安全性評価への応用を目的とする。肝毒性は、カニクイザルにアセトアミノフェン(APAP、600mg/kg)を静脈内投与し、24時間後の肝臓を採取するが、個体差があるため、肝生検を用いて投与1ヶ月前の肝臓を事前に採取しておき、同一個体で経時的な比較可能な実験系を確立した。現在別途に、カニクイザルmiRNA用カスタムアレイの作製中である。また、同一個体(4個体)の肝臓を用い、投与前及びAPAP投与24時間後のmiRNAの発現をマイクロアレイスキャナーで検出し、現在、データを比較・解析中である。胎盤毒性については、6-メルカプトプリン(6-MP投与群野妊娠ラットへの投与では,剖検時腹水がみられ、胎盤重量のの顕著な減少傾向を示、胎盤で発現変化が大きいmiRNAがいくつか見られた(2倍)、アポトーシスに関連していると思われるmiRNAが変化していた。発現量の最も高かったのはmiR-21であった。さらに、精巣毒性学的なマイクロRNAの役割を検討するため、エチレングリコールモノメチルエステル(EGME)を2000mg/kg及び50mg/kgをラット(一群N=5)に単回経口投与後6及び24時間後の精巣を採取し、miRNasey mini kitにてマイクロRNAを含んだ総RNAを抽出し、Aglient社製のマイクロアレイにてDuplicateで解析を行った。その結果、EGME 2000mg/kg群で対照群に比し、発現が増加したマイクロRNA、miR188、125a-3p、760-5p、および発現の減少したmiR34b、34c、449a、92aが見出された。これらのマイクロRNAは全て精子形成に関与するメッセンジャーRNAとの結合が示唆されており、これらのマイクロRNA発現の変動が精巣毒性に関与している可能性が示された。
低酸素環境下でのシスプラチン抗腫瘍効果‐イオンおよび細胞可視化による評価‐

本研究は、癌細胞周囲の微小環境とくに低酸素環境下における癌細胞の制癌剤に対する感受性の変化を検討することと、低酸素により誘導されるCA9(Carbonic Anhydrase 9)の阻害剤(アセタゾラミド)を化学療法施行時に併用することで、治療効果の底上げが可能であるか検討することが目的である。初年度の実験計画としては、食道癌細胞株における低酸素状態下でのシスプラチン感受性の変化と大気マイクロPIXEを用いて低酸素状態での細胞および核内へのシスプラチンの移行状況を可視化し評価することである。細胞株を用いる検討においては、食道癌細胞株(TE-2)を用いて通常酸素状態下と低酸素状態下でのMTT assayに先立ち細胞株におけるシスプラチンのIC50の検討を行った。コントロールから100mmolまでの濃度で検討したが、増殖曲線が一定せず現在もIC50を求める検討を行っているとことである。一方、大気マイクロPIXEでの評価では、食道癌細胞株(TE-2)を主に用いて検討を行っているが、通常酸素状態下と低酸素状態下で可視化により評価した結果、細胞そのものに取り込まれるシスプラチンの濃度は低酸素下において有意に低下している結果であった。また、シスプラチンの作用部位である核への取り込みは両者で有意な差は認めなかった。しかしながら、大気マイクロPIXEの検討では実験装置の感度の観点から、通常細胞株の実験で用いるシスプラチンに比し高濃度の容量が必要なこと、癌細胞が死滅してしまう為、抗がん剤と細胞株の接触時間が極端に短いことから通常の臨床とは状況が異なるため、MTT assayによるin vivoでの検討も必要であると思われる。今後IC50の検討の結果を待って、通常酸素環境下と低酸素環境下で腫瘍増殖曲線に有意な違いがでれば、大気マイクロPIXEでの結果を支持するものとなると考えられる。
温和な条件で達成されるフェニルラジカル発生法の開発と有機合成反応への応用

*昨年、白金触媒を用いた炭素ー水素結合の直接ホウ素化反応を見出し、引き続きその関連研究に取り組んでいる。これは設定した研究課題とは異なるものの、研究課題と同等およびそれ以上に解決の望まれる課題であり、その発展は基礎から応用まで広範にインパクトのある、追及すべき研究であると考えたためである。昨年に引き続き、白金触媒を用いた芳香族炭素ー水素結合の直接的ホウ素化反応の検討を行った。昨年、白金触媒がC-H結合のホウ素化反応に活性を持つことを見出した。白金触媒は、従来達成が困難であった立体障害の大きな位置にあるC-H結合のホウ素化が可能な、非常に興味深い触媒系であることがわかった。しかし、白金触媒の反応性は低く、効率の良い反応の為には、溶媒量の反応基質が必要であり、本触媒系の実用的な使用において、これは大きな制約となっていた。本年度は白金触媒の反応性の向上にむけた検討を中心に行った。白金錯体の配位子として用いているN-ヘテロサイクリックカルベン(NHC)の構造修飾を行い、触媒効率の向上を目指した。その結果SIPr配位子を用いることで、溶媒量の反応基質を必要とせず、反応が進行する条件を見出した。この条件の改善をもとに、種々の立体的に混み入った基質のホウ素化反応を行った。本ホウ素化はグラムスケールで実施可能であり、今回の反応条件の改善により、立体障害の大きなアリール基を持つホウ素化合物の実用的な合成法を提供できたと考えている。本年度の研究はBull. Chem. Soc. Jpn.誌に発表され、その注目度の高さからBCSJawardarticleに選出された。28年度が最終年度であるため、記入しない。本年度私は、ニッケル触媒を用いた芳香族炭素ー水素結合の直接ホウ素化反応の開発に取り組んだ。特別研究員の研究課題に取り組む中で、研究課題とは異なるものの、ニッケル触媒が炭素ー水素結合のホウ素化反応に活性を持つことを見出した。これは研究課題と同等及びそれ以上に新規性とインパクトの大きな発見であると考え、その追求を行った。炭素ー水素結合のホウ素化反応は、多段階の反応や余分な廃棄物を副生せずに、直接的に合成化学的に非常に有用なホウ素官能基を導入できることから、非常に実用的な反応として、合成化学や材料化学などの広い分野で基礎から応用まで精力的に研究が行われている。本分野において、最も効果的な触媒としては貴金属のイリジウム触媒が知られている。近年になってイリジウムに代わる卑金属触媒の利用が進められており、鉄、コバルト錯体の触媒活性が報告されている。しかしこれらの触媒系は再酸化剤や光化学条件の必要性や基質適用範囲等にいまだ改善の余地が残されている。研究課題遂行中に見出したニッケル触媒の利用は、これらに代わる新たな卑金属触媒としてニッケルを提案できると考えその追求を行った。種々の条件検討を行った結果、触媒量のニッケル存在下、N-ヘテロサイクリックカルベンのICy配位子を用いることで、ベンゼンの炭素ー水素結合の直接ホウ素化が効率よく進行することを見出した。本研究では単純なベンゼンの炭素ー水素結合の官能基化をニッケル触媒で達成した非常に珍しい例といえる。さらに本触媒系はインドール誘導体に対して特に高い活性を持つことを見出し、グラムスケールで2位がホウ素化されたインドールの合成を達成し、実際的な合成有用性を示した。研究課題の検討を行う中で、昨年度は「ニッケル触媒による芳香族化合物の炭素ー水素結合のホウ素化反応」を見出し、その検討を行った。これは研究課題とは異なるものの、それと同等以上に重要な研究課題であると考え、引き続き検討を行っている。本年度は、ニッケル触媒に引き続き、より重い同族元素である白金触媒のホウ素化反応への活性を検討することとした。白金触媒はこれまでホウ素化反応への活性が報告されておらず、その反応性に興味が持たれる。種々検討の結果、我々は、白金が芳香族化合物の炭素ー水素結合のホウ素化反応を触媒することを初めて見出した。見出した白金触媒の特徴として、反応基質の立体障害に対して許容性が高い点が挙げられる。炭素ー水素結合のホウ素化反応に有効な触媒としてイリジウム触媒が広く用いられているが、イリジウム触媒は立体障害に対して敏感であり、立体障害の大きな基質では反応は進行しない。本白金触媒系は従来のイリジウム触媒に対して相補的な手法となることが期待できる。またその他の反応性として、フッ素官能基のオルト位で反応しやすい、フッ素の配向効果を観測している。これもホウ素化反応においては数例しか報告されていない反応性である。これまでの検討の中で、研究課題とは異なるものの、ニッケル、及び白金触媒による炭素ー水素結合のホウ素化反応を見出している。これは、これまでホウ素化反応に用いられていなかった金属の新たな活性を見出した例で基礎学術的に非常に興味深い。また応用、実用的な観点からも、例えば見出した白金触媒系は、立体障害に強く、従来広く用いられているイリジウム触媒系とは異なった特徴的な反応性を持っている。これは従来法の課題点を解決する相補的な触媒系として魅力的であり、ホウ素化反応の応用利用を促進する方法論を提示できたと考えている。

これは設定した研究課題とは異なるものの、研究課題と同等およびそれ以上に解決の望まれる課題であり、その発展は基礎から応用まで広範にインパクトのある、追及すべき研究であると考えたためである。昨年に引き続き、白金触媒を用いた芳香族炭素ー水素結合の直接的ホウ素化反応の検討を行った。昨年、白金触媒がC-H結合のホウ素化反応に活性を持つことを見出した。白金触媒は、従来達成が困難であった立体障害の大きな位置にあるC-H結合のホウ素化が可能な、非常に興味深い触媒系であることがわかった。しかし、白金触媒の反応性は低く、効率の良い反応の為には、溶媒量の反応基質が必要であり、本触媒系の実用的な使用において、これは大きな制約となっていた。本年度は白金触媒の反応性の向上にむけた検討を中心に行った。白金錯体の配位子として用いているN-ヘテロサイクリックカルベン(NHC)の構造修飾を行い、触媒効率の向上を目指した。その結果SIPr配位子を用いることで、溶媒量の反応基質を必要とせず、反応が進行する条件を見出した。この条件の改善をもとに、種々の立体的に混み入った基質のホウ素化反応を行った。本ホウ素化はグラムスケールで実施可能であり、今回の反応条件の改善により、立体障害の大きなアリール基を持つホウ素化合物の実用的な合成法を提供できたと考えている。本年度の研究はBull. Chem. Soc. Jpn.誌に発表され、その注目度の高さからBCSJawardarticleに選出された。今年度行ったニッケル触媒を用いた芳香族炭素ー水素結合の直接ホウ素化反応の開発は、当初計画していた研究課題とは異なった種類の反応開発であるが、その新規性とインパクトは大きく、研究課題同等、それ以上に重要な研究であると言える。研究の進行状況も良好であり、当初の計画とはことなるものの、違った方向性で十分な進展があったものと考えている。今後は、見出した白金触媒系のさらなる反応効率の改善を目指し検討を行う。現在、効率的な反応の進行の為に、過剰量の反応基質が必要であり、複雑骨格を持つ基質への適用には制限が多い。そこで、配位子および反応条件のチューニングを行うことで、さらなる効率改善を行う。また、新規の白金触媒の反応性はその反応にも興味が持たれる。今後より詳細な反応機構の解析を目指し、種々の分光学的および速度論的な検討を行い、反応機構に関する知見の収集を行っていく。28年度が最終年度であるため、記入しない。今年度見出したニッケル触媒を用いたホウ素化反応は、従来の研究計画とはことなるものの、研究課題の解決と同等、それ以上に重要な研究成果であったと考えている。また、今年度の研究により、ニッケル触媒を用いたホウ素化反応の分野においてさらに興味深い研究課題も見つかっており、来年度もこちらの研究を主体として進めていく計画を立てている。当初設定した研究課題と違いはあるものの、十分に問題解決に向けて取り組む意義のある課題であると考えている。
ヒト化マウスモデルにおけるＨＩＶー１潜伏感染形成機序に関する研究

本研究は、ヒト免疫不全ウイルス(HIV)の潜伏感染形成機序についてヒト化マウスモデルでの解析によりその解明を目指した。ヒト化マウスにCXCR4指向性(X4)およびCCR5指向性(R5)ウイルスをそれぞれ単独あるいは混在で接種したところ、R5ウイルスはX4ウイルスの有無に関わらず活性化メモリーCD4陽性T細胞を主たる感染標的としていた。一方、X4ウイルスは全てのCD4陽性T細胞亜集団を感染標的とするものの、R5ウイルス混在下では活性化メモリーCD4陽性T細胞に対する感染効率が低下した。本結果から、X4・R5ウイルスについて、それぞれ異なる細胞亜集団からリザーバーが構築されると考えられた。H23年度までの解析結果から、ヒト化マウスにR5・X4 HIV-1を同時に感染させた際、急性期(感染後5週以内)ではR5 HIV-1は血中に恒常的に認められるのに対し、X4 HIV-1の検出は一過性であり、同時に、CCR5+ CD4+ T細胞に対するX4 HIV-1の感染性の低下が認められた。このことから、個体レベルでのR5ウイルス優位性にはCR5+CD4+ T細胞に対するX4 HIV-1の感染性の低下が関与するものと考えられた。そこでH24年度は、CCR5+ CD4+ T細胞に対してR5・X4 HIV-1同時感染を行い、細胞侵入から宿主ゲノム挿入に至るR5・X4 HIV-1それぞれの定量的解析をex vivoにて行った。その結果、細胞への侵入はR5ウイルスの方がX4ウイルスよりも速やかに進行することが明らかとなった。しかしながら、ゲノム挿入前の逆転写ウイルスDNA量、また、宿主細胞ゲノムに挿入されたプロウイルス量についてはR5・X4ウイルス間での明確な相違は認められず、細胞侵入の際の量的差異がそのままこれらのウイルスDNA量に反映されることが推察された。さらに、ヒト化マウスを用いてin vivoでのHIV-1の全身伝播性について評価した。ヒト化マウスにR5 HIV-1を感染させ、その後の血中ウイルス量の経時的変動を解析した結果、CD4+ T細胞の絶対数は少ないものの骨髄系細胞の分化頻度の高いマウスでは、CD4+ T細胞の絶対数は多いものの骨髄系細胞の分化頻度の低いマウスに比べ、速いHIV-1の全身伝播を認めた。このことから、HIV-1初期感染の全身伝播に骨髄系細胞(特に樹状細胞)が重要な役割を担っていることが推察された(PLoS ONE, 8, e53495, 2013)。ヒト免疫不全ウイルス(HIV)感染症は、HIVゲノムが標的宿主細胞のゲノムへ取り込まれることで潜伏化が成立する点が他の感染症とは異なる大きな特徴であり、静止期CD4+メモリーT細胞がHIV潜伏感染の主要なリザーバーであると考えられている。しかしながら、潜伏感染の形成機序に関しては明らかにされていない。そこで本研究ではHIV-1感染ヒト化マウスモデルにおけるin vivoでの解析を中心に行い、HIV-1潜伏感染形成機序を明らかにすることを目的とした。まず、CXCR4指向性(X4)ウイルスとCCR5指向性(R5)ウイルスについてそれぞれ異なる蛍光レポーター遺伝子(EGFPおよびDsRed)を組み込んだウイルスを作製し、フローサイトメトリーによるウイルス感染細胞の同定が従来のp24抗原染色法と比較して簡便かつ確実となり、また、レポーターの蛍光シグナル強度がウイルス複製量の評価に有用であることも示した(Terahara et al., Front. Microbiol., 2012)。さらに、ヒト化マウスへのHIV-1感染実験の解析から、活性化メモリーCD4陽性T細胞がR5ウイルスの主たる標的であり、その活性化レベルが血中ウイルス量に反映されることを示した。加えて、樹状細胞やマクロファージなどの骨髄系細胞の分化レベルがウイルス伝播の効率に関与することも示唆された(Terahara et al., PLoS One, 2013)。さらに、ヒト化マウスにおけるX4およびR5ウイルスの感染性を評価した結果、CCD5陽性CD4陽性T細胞に対するX4ウイルス感染がR5ウイルス共存下で抑制されることを認めた。この結果は感染急性期におけるR5ウイルスの優先的な増幅・潜伏化に対する一つの要因を示すものと考えられた(Terahara et al.投稿準備中)。まず、ヒト化マウス由来CD4 T細胞のHIV-1感染性についてin vivo・in vitroでの評価を行なった。in vitroでのfusion assayからX4 HIV-1はナイーブ、メモリーサブセットいずれのCD4 T細胞に侵入可能であるのに対し、R5 HIV-1の宿主細胞への侵入はCCR5を発現するCD4 T細胞メモリーサブセットに特異的であることが認められた。このようなR5・X4 HIV-1それぞれの感染指向性はヒト化マウスにおけるin vivoでの解析においても確認された。

また、in vivoにおいてCD4 T細胞セントラルメモリーサブセットがR5 HIV-1の感染・複製を規定する重要な細胞群であることが明らかとなった。また、R5・X4 HIV-1同時感染ヒト化マウスにおける感染様式の解析において、R5 HIV-1は血中に恒常的に認められるのに対し、血中におけるX4 HIV-1の検出は一過性であり、ヒト化マウスにおいてR5 HIV-1優勢な感染形態が確認された。そして、細胞レベルでの解析から、CCR5発現CD4 T細胞におけるX4 HIV-1の感染性がR5 HIV-1共存下で抑制されることを見出した。なお、R5 HIV-1の感染様式はX4HIV-1共存下でも影響を受けなかった。さらに、これまで我々が開発した蛍光レポーター発現HIV-1の更なる有用性について検討した結果、蛍光レポーターのシグナル強度がウイルス複製量を反映することが明らかとなった。また、ウイルス複製進行中の感染細胞の同定において、従来のHIV-1 Gag発現を指標とするよりも蛍光レポーターを指標とすることが感度・信頼性の点で優れていることが明らかとなった(Terahara et al., Front. Microb. 2012, 2, 280)。HIV-1感染動物モデルとしてのヒト化マウスの妥当性について評価した結果、1)R5 HIV-1の複製レベルは活性化CCR5+ CD4+ T細胞の頻度に反映されること、2)初期感染時の全身へのウイルス伝播にはCD4+ T細胞ではなく骨髄系細胞の分化頻度が重要であること、が明らかとなり、本成果を学術雑誌上にて公表した(PLoS ONE, 8, e53495, 2013)。また、H24年度はH23年度に掲げた「HIV-1潜伏感染プール形成についての解析」、ならびに「HIV-1潜伏感染プール形成における樹状細胞を介したHIV-1伝播の影響についての解析」について更に深く追求することとした。その結果、HIV-1潜伏感染プールとしてCCR5+ CD4+ T細胞の重要性を示唆するに至り、現在、学術雑誌へ投稿準備中である。申請当初に掲げた計画通りには進行できていないものの、個々に掲げた課題に対して予想以上の知見が得られ、現在執筆中のものも含めその成果を学術雑誌等で公表するに至っていることから、総じて本研究はおおむね順調に進展しているものと考える。平成23年度に掲げた計画のうち、研究実績の概要で述べた課題については非常に重要な知見が得られ、既に1報の研究論文を公表するに至り、他にも現在、2報の研究論文を執筆中である。平成23年度の計画では他に「HIV-1潜伏感染プール形成についての解析」、ならびに「HIV-1潜伏感染プール形成における樹状細胞を介したHIV-1伝播の影響についての解析」を掲げており、これらについては現在進行中であるものの、先の研究結果を踏まえることにより、当初の実験計画よりも洗練された実験が遂行可能となった。
PPRネットワークから理解する植物ミトコンドリアのRNA制御メカニズム

植物オルガネラであるミトコンドリアと葉緑体の遺伝子発現は多くの核コード因子によって厳密に制御されており、その中でもpentatricopeptide repeat (PPR)タンパク質が中核的な役割を担っている。本研究はPPRの分子機能を明らかにすることで、オルガネラ遺伝子の発現制御メカニズムの解明を目的としている。本年度は、PPR遺伝子破壊株の作製、標的RNA分子の同定および結合RNA領域の特定を行った。(1)RNA編集PPR因子が持つDYWドメインがRNA編集反応を触媒するシチジンデアミナーゼである可能性が高いこと、そして編集部位の認識に寄与していることを明らかにした。(3)ミトコンドリア局在型PPR KO株を取得し、解析を行った。KO株は著しい生育遅延を示し、ミトコンドリア全mRNA遺伝子の発現量をリアルタイム定量RT-PCRで調べた結果、KO株では呼吸鎖複合体Iのサブユニットをコードするnad7 mRNAの蓄積量が低下していることを見出した。さらにノーザン解析からKO株では成熟nad7 mRNAが蓄積していないことが観察され、このPPRがnad7 mRNAの安定化に関与することを明らかにした。(4)2種のミトコンドリア局在型PPRが特定の遺伝子のRNAスプライシングに関与することを明らかにし、結合RNA領域も特定した。DYWドメインの機能解析とPpPPR_21の機能解析の成果をPlant and Cell Physiology誌とPlant Journal誌にそれぞれ発表した。また新たに複数のPPR遺伝子破壊株を取得し、そのうち3種のPPRの標的RNAと分子機能を明らかにすることができたので、進捗状況としてはおおむね順調に進展していると考えている。(1)新たなPPR変異株の解析を行う。これまで取得したPPR変異株を用いて葉緑体NDH活性のスクリーニングを行ったところ、NDH活性欠損株を複数取得することに成功した。今後は葉緑体コードの11種のndh遺伝子のRNAレベルを調べ、標的RNAを同定する。(2)ミトコンドリア局在型PPRについてはqPCRやマイクロアレイを用いて変異株における遺伝子発現レベルへの影響を網羅的かつ定量的に調べる。当初予定していたキットの購入費と旅費が安く済んだため。
人工衛星による全球観測データを用いた大気中アンモニア濃度の時空間分布の解明

本年度は、昨年度構築したリトリーバルシステムを用いてGOSATによって観測された5年分のデータの解析結果をMetop衛星に搭載されたハイパースペクトル熱赤外サウンダーであるIASIによるアンモニア気柱量のプロダクトとの比較を行った。近年、衛星搭載下方視型サウンダーデータによるアンモニア濃度の解析はGOSAT, IASI以外にもTES, AIRS, CrISなどのセンサーを用いて行われているが、衛星プロダクト間の相互比較は本研究によるものが初めてである。両者によるアンモニア濃度の分布をみると、高濃度が見られる地域はよく整合しており、また、それらの地域でのアンモニア濃度の時系列変化を見ても、その変動パターンはよく似ていることが確認された。しかし、バックグラウンド濃度や高濃度地域でのピークの値には違いも見られた。これらの違いを生じる原因は、スキャンパターン、観測時間、波数分解能、測定精度、仮定したアンモニアのプロファイル、雲・エアロゾルスクリーニングの違いなどが考えられる。特に、アンモニアは大気中での寿命が短く、濃度の時間変化が大きいため、このことがピーク濃度の違いに大きく寄与していると考えられる。ただし、中央アフリカでは特に違いが大きく、濃度の時系列変化にもピーク時期のずれが見られた。この差異はダストエアロゾルによる影響が大きいと考えられ、今後、同時推定パラメーターやスクリーニング方法にさらなる検討の余地がある。当初は2年目にGOSATデータの解析を行い、アンモニア濃度の全球分布と時系列変化を明らかにすることを予定しており、本年度までにそのことに加えて、衛星間相互比較を行うことができたため、順調に進展していると考えられる。2018年10月にGOSATの後継機であるGOSAT-2が打ち上げられた。GOSAT-2の主センサーであるTANSO-FTS-2はGOSATの主センサーであるTANSO-FTSに比べてアンモニアの吸収帯での測定精度が非常に良いと報告されている。そのため、GOSAT-2データではアンモニアに対する情報もGOSATデータに比べて多く含有していることが期待されることから、GOSAT-2データを用いた解析では鉛直濃度プロファイルのリトリーバルを行うこととし、上記の同時推定パラメーターやスクリーニング方法の検討も含め、これまでに構築したリトリーバルアルゴリズムの改良を行う。本年度はGOSATによって取得された熱赤外スペクトルデータを用いた気温・水蒸気の鉛直分布とアンモニアの鉛直積算量を推定するリトリーバルシステムの構築を行った。当初は、アンモニアの吸収帯での理論スペクトルと観測スペクトルとの輝度温度差をアンモニア濃度に変換する簡易的な方法(輝度温度差法)と、誤差を考慮し、他の推定パラメーターとアンモニア濃度をスペクトルのフィッティングによって同時に推定する方法(Optimal Estimation法)の2つの手法を用いてアンモニア濃度を推定する予定であったが、輝度温度差法では、誤差要因となるパラメーターをOptimal Estimation法と同様の方法で推定したのちにアンモニアの濃度を推定しなければ誤差要因による影響を大きく受け、推定精度が十分でないことが分かった。その場合、システム全体としての計算時間には大きな違いがみられず、計算コストの面での優位性がほとんど無いため、精度の高いOptimal Estimation法のみを用いて観測データの解析を行うこととした。このリトリーバルシステムを用いて、GOSATデータの解析を行い、アンモニア濃度の全球分布を導出した。その結果、アメリカ中央部、南米、ヨーロッパ、中央アフリカ、南アフリカ、ロシア西部、中央アジア、インド、東南アジア、中国東部の10地域で高い濃度が観測された。また、濃度の高かった10の地域での時系列変化を求め、アンモニア濃度の季節変動を導出した。バイオマスバーニングによるアンモニアの排出が卓越する地域でのアンモニア濃度とMODISによるプロダクトを用いたバイオマスバーニングによる排出インベントリとの時系列を比較したところ、両者はよく整合しており、バイオマスバーニング起源のアンモニアが観測できていることが示された。1年目の作業として予定していた、観測スペクトルで使用するチャンネルの決定とアンモニア以外のパラメーターの導出アルゴリズムの開発を行った。それに加えて、アンモニアの鉛直積算量の推定を上記のアルゴリズムに組み込み、アンモニアの鉛直積算量推定のための解析システムの構築が完了した。当初予定していた2つの手法を一本化したことにより、アルゴリズム開発の作業量が減り、当初の見積もりよりも開発の進捗は大きくなった。また、GOSATによる実観測データの解析に着手できたこともあり、順調に進展していると言える。

この差異はダストエアロゾルによる影響が大きいと考えられ、今後、同時推定パラメーターやスクリーニング方法にさらなる検討の余地がある。当初は2年目にGOSATデータの解析を行い、アンモニア濃度の全球分布と時系列変化を明らかにすることを予定しており、本年度までにそのことに加えて、衛星間相互比較を行うことができたため、順調に進展していると考えられる。本年度構築したリトリーバルシステムを用いて数年分のGOSATデータの解析を行った結果を、アンモニアの排出インベントリ、他のサウンダーのプロダクトと比較する。具体的には、人為現排出インベントリであるEDGARとバイオマスバーニングによる排出インベントリであるGFEDのデータから、インベントリと解析結果の分布の違いを調査する。また、IASI/Metopのアンモニアプロダクトと鉛直積算量の相互比較を行い、得られた濃度分布や時系列の妥当性を評価する。本年度で開発したリトリーバルシステムでは、アンモニアの鉛直積算量を推定対象としたが、濃度の鉛直分布、または特定の高度での濃度の導出が可能かの検討も行う。2018年度打ち上げ予定のGOSAT-2でもGOSATと同様にアンモニアの吸収帯を含む観測スペクトルが得られる。そのため、GOSAT-2打ち上げ後の観測データの解析の準備も行う予定である。これにより、GOSATの打ち上げ時から長期間の連続的な全球濃度分布データセットを作成できる。2018年10月にGOSATの後継機であるGOSAT-2が打ち上げられた。GOSAT-2の主センサーであるTANSO-FTS-2はGOSATの主センサーであるTANSO-FTSに比べてアンモニアの吸収帯での測定精度が非常に良いと報告されている。そのため、GOSAT-2データではアンモニアに対する情報もGOSATデータに比べて多く含有していることが期待されることから、GOSAT-2データを用いた解析では鉛直濃度プロファイルのリトリーバルを行うこととし、上記の同時推定パラメーターやスクリーニング方法の検討も含め、これまでに構築したリトリーバルアルゴリズムの改良を行う。購入した計算機は使用していた計算機クラスターに組み込む形で利用したが、購入した計算機用のUPSやデータ保存のためのハードディスクを当該年度中はクラスターのもので賄えたため、繰り越しが生じた。次年度はデータ保存用のストレージ、学会参加費、論文投稿料などとして使用する予定である。当該年度内に予定していたRAIDの購入を行わなかったことと、論文投稿が予定よりも遅れたことから、繰り越しが生じた。次年度は使用している計算機に障害が生じたため、その対応やストレージデバイスの購入、論文投稿費に使用予定である。
新規ヘリックス構造の創出:ハイブリット型ペプチド鎖の設計,合成および機能評価

PNAの発見以来,アンチセンス分子の開発を念頭に,アミノ酸のα位や窒素上に核酸塩基をぶら下げたペプチドの合成が盛んに行われるようになっている。私は,新規なハイブリッド型ペプチドとして,アミノ酸の窒素上にp-フルオロフェネチル基やp-フルオロベンジル基を持つペプチドに興味を持った.フルオロベンゼン類はベンゼン環などの芳香族化合物と強いスタッキング作用を起こすため,PNA構造に組み込めば,3次構造に顕著な影響を与えると予想できる.またフルオロトルエンは核酸塩基のチミンのイソスターになることが知られていることから,フルオロトルエンを組み込んだペプチドは,アンチセンス分子になる可能性が高い.そこで,標的として,ジペプチドの窒素原子にp-フルオロフェネチル基を持つ化合物1と,αおよびβ-アミノ酸からなるジペプチドの窒素原子にp-フルオロベンジル基を付けた化合物2を設計し,それらの合成法を検討した.N-p-フルオロフェネチルペプチドの合成は,N-メチルペプチドの合成法なとが適応可能であると考えられるが,工程数が多く良い方法とはいえない.私は短工程で実施できる合成法を種々検討した結果,Ugi反応を利用する1ポット合成法を見出した.すなわち,N保護α-アミノ酸とイソニトリル,p-フルオロフェネチルアミン類およびアセトンをメタノール中で撹拌すると,4つの成分が縮合して,一挙にジペプチド1を与えた.また,原料にN保護β-アミノ酸とp-フルオロベンジルアミン類を用いた場合には,2が首尾良く得られることがわかった.アミノ酸にフッ素が導入されると,化学的性質やペプチド形成後の配座に大きく影響を与えると予想されるため,このような化合物(フルオロ-α-アミノ酸)は構造化学的視点からのみならず,生体反応研究の基質としても興味が持たれている.そこでまず,ハイブリッド型ペプチドの基本単位として,含フッ素アミノ酸が適当であると考えた.すなわち,ヘリックスを形成する各アミノ酸にフッ素原子を組み込み,新たに生じる水素結合を利用して極めて安定なヘリックス構造を作り出すということである.ところで,アミノ酸分子へのフッ素原子の導入位置については,ヘリックス構造を形成した際にもっとも大きな影響を与えると予想されるアミノ酸のα位,つまり不斉中心とすることにした.しかし,α位にフッ素原子を持つα-アミノ酸は不安定で存在しないことが確認されているので,結果的にその構成単位として含まれた形の含フッ素ジペプチドの合成法を,まず初めに検討することとした.既知化合物である2-(N-Boc-amino)-4-methyl-1-pentanolの水酸基をアジド基に変換し,アミノ基をさらにBoc化して1-azido-2-(N,N-di-Boc-amino)-4-methylpentaneを合成した.続いてアジド基を還元した後,ただちにBoc化を施して,1-(N-Boc-amino)-2-(N′,N′-di-Boc-amino)-4-methylpentaneへと導いた.このものは,ルテニウム酸化により,収率よく1-(N-Boc-amino)-2-(N′,N ́-di-Boc-amino)-4-methyl-1-oxopentaneへと変換することができた.最後にこのものをブロモフルオロ酢酸t-ブチルと縮合させることによって,目的のα-フルオロアミノ酸含有ジペプチドを合成することに成功した.PNAの発見以来,アンチセンス分子の開発を念頭に,アミノ酸のα位や窒素上に核酸塩基をぶら下げたペプチドの合成が盛んに行われるようになっている。私は,新規なハイブリッド型ペプチドとして,アミノ酸の窒素上にp-フルオロフェネチル基やp-フルオロベンジル基を持つペプチドに興味を持った.フルオロベンゼン類はベンゼン環などの芳香族化合物と強いスタッキング作用を起こすため,PNA構造に組み込めば,3次構造に顕著な影響を与えると予想できる.またフルオロトルエンは核酸塩基のチミンのイソスターになることが知られていることから,フルオロトルエンを組み込んだペプチドは,アンチセンス分子になる可能性が高い.そこで,標的として,ジペプチドの窒素原子にp-フルオロフェネチル基を持つ化合物1と,αおよびβ-アミノ酸からなるジペプチドの窒素原子にp-フルオロベンジル基を付けた化合物2を設計し,それらの合成法を検討した.N-p-フルオロフェネチルペプチドの合成は,N-メチルペプチドの合成法なとが適応可能であると考えられるが,工程数が多く良い方法とはいえない.私は短工程で実施できる合成法を種々検討した結果,Ugi反応を利用する1ポット合成法を見出した.すなわち,N保護α-アミノ酸とイソニトリル,p-フルオロフェネチルアミン類およびアセトンをメタノール中で撹拌すると,4つの成分が縮合して,一挙にジペプチド1を与えた.また,原料にN保護β-アミノ酸とp-フルオロベンジルアミン類を用いた場合には,2が首尾良く得られることがわかった.
イヌ組み換えIL-8による好中球のリーシュマニア原虫殺傷能の増強の試み

はじめに,生理活性を持つイヌIL-8 (cIL-8)の作製を行った.当初,マルトース結合蛋白(MBP)とcIL-8との融合蛋白(MBP-cIL-8)を作製・精製してそこからfactor XaによりcIL-8のみを切り出す予定であった.しかし,融合蛋白が酵素によって完全消化できないこと,および切り出されたcIL-8がクロマトグラフィーで融合蛋白と同じ分画に溶出されることから,cIL-8のみを精製することができなかった.そこで,大腸菌に導入し,グルタチオン-S-転移酵素(GST)とcIL-8の融合蛋白(GST-cIL-8)作製したところ,本蛋白は,factor Xaにより完全消化され,CMカラムにより,cIL-8のみの分画を得ることができた.得られたcIL-8を最終濃度が18ng/mlおよび180ng/mlとなるようにイヌ好中球に加えたところ,いずれの濃度においてもcIL-8の添加により好中球の形態変化が誘導され,得られたcIL-8生理活性を有することが示された.また,上記2つの融合蛋白を用いて,cIL-8に対するポリクローナル抗体(polyAb)およびモノクローナル抗体(monoAb)を作製した.polyAbは,ウサギをMBP-cIL-8で免疫し,その血清をGST-cIL-8を結合したセファロースカラムを通し,cIL-8に反応する抗体のみを精製した.得られたpolyAbは,ELISA法およびウエスタンブロッティング法においてcIL-8と反応し,さらに,ヒトIL-8とはELISAにおいてのみ反応した.また,このpolyAbは,cIL-8による好中球の形態変化は中和したが,ヒトIL-8による形態変化は中和しなかった.抗cIL-8monoAbは,マウスをMBP-cIL-8で免疫し,X63 Ag8ミエローマ細胞と融合し,得られたハイブリドーマ細胞の培養上清をGST-cIL-8抗原を用いたELISA法によりスクリーニングした.その結果,14クローンの抗cIL-8monoAb産生ハイブリドーマを得た.現在,抗cIL-8monoAbの中和活性,cIL-8測定系の確立およびcIL-8の好中球のリーシュマニア原虫貧食に対するcIL-8の効果を検討中である.はじめに,生理活性を持つイヌIL-8 (cIL-8)の作製を行った.当初,マルトース結合蛋白(MBP)とcIL-8との融合蛋白(MBP-cIL-8)を作製・精製してそこからfactor XaによりcIL-8のみを切り出す予定であった.しかし,融合蛋白が酵素によって完全消化できないこと,および切り出されたcIL-8がクロマトグラフィーで融合蛋白と同じ分画に溶出されることから,cIL-8のみを精製することができなかった.そこで,大腸菌に導入し,グルタチオン-S-転移酵素(GST)とcIL-8の融合蛋白(GST-cIL-8)作製したところ,本蛋白は,factor Xaにより完全消化され,CMカラムにより,cIL-8のみの分画を得ることができた.得られたcIL-8を最終濃度が18ng/mlおよび180ng/mlとなるようにイヌ好中球に加えたところ,いずれの濃度においてもcIL-8の添加により好中球の形態変化が誘導され,得られたcIL-8生理活性を有することが示された.また,上記2つの融合蛋白を用いて,cIL-8に対するポリクローナル抗体(polyAb)およびモノクローナル抗体(monoAb)を作製した.polyAbは,ウサギをMBP-cIL-8で免疫し,その血清をGST-cIL-8を結合したセファロースカラムを通し,cIL-8に反応する抗体のみを精製した.得られたpolyAbは,ELISA法およびウエスタンブロッティング法においてcIL-8と反応し,さらに,ヒトIL-8とはELISAにおいてのみ反応した.また,このpolyAbは,cIL-8による好中球の形態変化は中和したが,ヒトIL-8による形態変化は中和しなかった.抗cIL-8monoAbは,マウスをMBP-cIL-8で免疫し,X63 Ag8ミエローマ細胞と融合し,得られたハイブリドーマ細胞の培養上清をGST-cIL-8抗原を用いたELISA法によりスクリーニングした.その結果,14クローンの抗cIL-8monoAb産生ハイブリドーマを得た.現在,抗cIL-8monoAbの中和活性,cIL-8測定系の確立およびcIL-8の好中球のリーシュマニア原虫貧食に対するcIL-8の効果を検討中である.
マルチレベルのロバスト解探索による進化型多目的設計探査

工学設計の最適化では,解(設計)の評価値を改悪しても,ノイズの影響が小さいロバストな解を採用したい場合がある.本研究では,ノイズが生じる多目的最適化問題に対して,最終的な解を選ぶ意思決定者が,評価値のみならずノイズの影響の受けやすさも考慮できる進化計算による最適化法の構築に取り組んだ.まず,複数の目的とそれらの評価値に生じるノイズの間に存在する最適なトレードオフを近似する方法を構築した.次に,考慮する目的の増加に伴って最小化すべきノイズも増加するため,多数の目的を同時に最適化できる方法を構築した.さらに,複数の評価値とノイズからなる多次元ベクトルを意思決定者に効果的に提示する方法を構築した.工学設計の最適化では,解(設計)の評価値を多少改悪してもロバストな解を採用したい場合がある.本研究は,ロバストレベルの異なる最適解集合を進化計算によって効果的に一括獲得する多目的設計最適化システムを構築することを目的としている.平成26年度は,当初の研究計画の通り,ノイズ環境の設計最適化におけるロバスト解探索法の構築に取り組んだ.これまでのノイズ環境の最適化では,目的関数に一定ノイズが加わる定義と,設計変数に一定ノイズが加わる定義があった.評価値が環境から未知の影響を受ける場合と,製造に誤差が生じる場合を考慮している.これに対して,本研究では,設計変数によってノイズの大きさが異なる実問題を想定し,設計変数によって評価値に与えるノイズ量が変化する問題を定義した.評価値とノイズの大きさの間にトレードオフが生じるため,評価値は良好だがノイズが大きな解から,評価値は悪いがノイズが小さなロバスト解までを一括獲得し,意思決定者にロバスト性に関する多様な選択肢を示すことが重要である.平成26年度は,この定義に基づくベンチマーク問題を作成し,マルチレベルのロバスト解探索法を構築した.まず,提案法は,従来は許容不可能とされるノイズが大きい解も評価値が良ければ解集団に保持し,さらに解探索に活用する.また,評価値は良好だがノイズが大きな解から,評価値は悪いがノイズが小さな解まで,マルチレベルのロバスト解集合を一度の解探索で獲得可能にした.さらに,意思決定者が,ノイズレベルに選好を有する場合を考慮し,あるノイズレベルの解集合の最適化性能を高める選好探索法を構築した.また,ノイズの次元数は最適化する目的数の増加に伴って増えるため,従来の進化計算では最適化が困難になる.そこで,ノイズと評価値の多数次元のトレードオフ関係を有する問題を考慮した最適化アルゴリズムを構築した.工学設計の最適化では,解(設計)の評価値を多少改悪してもロバストな解を採用したい場合がある.本研究は,ロバストレベルの異なる最適解集合を進化計算によって効果的に一括獲得する多目的設計最適化システムを構築することを目的としている.平成27年度は,最適化する複数の目的に対する評価値のそれぞれに生じるノイズを独立に取り扱う多次元ノイズを有する多目的最適化におけるロバスト解集合の獲得法と,獲得した解集合の視覚化に取り組んだ.工学設計のような実世界の最適化では,相反する複数の目的を同時に最適化する必要があり,設計候補となる解は最適化する目的の数だけ評価値を持つ.さらに,それらの評価値が一定値に定まらずにノイズを含む場合,各評価値の最小化や最大化だけでなく,各評価値に生じるノイズの影響を最小化する必要がある.これには,変動する評価値に基づいて最適化する難しさと,目的数の二倍に増加した最適化対象を同時に考慮して最適化する難しさがある.本研究では,複数の評価値とそれらのノイズの間に存在する最適なトレードオフを近似する解集合を一度の解探索で獲得するための解探索中における効果的な解の比較方法を提案し,その有効性を検証した.さらに,目的数の増加に対して倍増する最適化対象に対処するため,多数の評価値を同時に最適化するための解の比較法と配置法を提案し,その効果を検証した.次に,複数の評価値とそれに伴う複数のノイズを最適化した解集合を意思決定者に提示する方法を提案した.提案法は,平行座標に基づくユーザインターフェースで,目的数が増大した場合にも,評価値とノイズの大きさを一度に表示でき,意思決定者に示すことが可能である.本研究により,解の評価値にノイズを伴う多目的最適化について,進化計算の活用の幅が拡大することが期待される.工学設計の最適化では,解(設計)の評価値を改悪しても,ノイズの影響が小さいロバストな解を採用したい場合がある.本研究では,ノイズが生じる多目的最適化問題に対して,最終的な解を選ぶ意思決定者が,評価値のみならずノイズの影響の受けやすさも考慮できる進化計算による最適化法の構築に取り組んだ.まず,複数の目的とそれらの評価値に生じるノイズの間に存在する最適なトレードオフを近似する方法を構築した.次に,考慮する目的の増加に伴って最小化すべきノイズも増加するため,多数の目的を同時に最適化できる方法を構築した.さらに,複数の評価値とノイズからなる多次元ベクトルを意思決定者に効果的に提示する方法を構築した.平成26年度は,研究計画通りの事項に取り組み,これまでの進化計算法では困難なマルチレベルのロバスト解の一括獲得法と,さらには,意思決定者の選好に基づいて特定のロバストレベルの解集合を獲得する方法を構築できた.また,多次元のノイズの同時最小化するためのアルゴリズムを構築できた.

これは,研究計画に示した平成26年度の目標を達成しており,現状,本研究課題は順調に進展しているといえる.進化計算平成27年度も,基本的に当初の計画通りに研究する.具体的には,評価値とロバストレベルによる二段階の意思決定支援システムの構築と,実問題を用いた提案法の総合評価を行う.ただし,平成26年度までに取り組んだマルチレベルのロバスト解探索法では,多数の目的の最適化が困難ため,多次元のノイズを足し合わせて扱っており,特に実問題の意思決定において多様な選択肢を獲得出来ない恐れがある.これに対処するために,平成27年度中に,多次元のノイズを別々に取り扱い,ノイズ間のトレードオフも近似し,最終的な意思決定に反映させる方法も合わせて研究することを予定している.