hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
楕円フーリエ・主成分分析による粒子形状の定量と古波浪強度解析の新指標

この結果は、粒子形状から波浪強度を見積もるという本研究の当初目的に反するが、次の新事実も明らかになった。SEFの値は、釧路・苫小牧などの開けた海岸線で値が高く、唐津・久慈などの閉じた内湾性の海岸線で値が低くなる傾向を示した。今回利用した全国港湾海洋波浪情報網の波浪データは遠洋域に設置されている波浪計から得られたデータであり、地形特性が異なる各沿岸域に到達する実際の波浪とは実情が異なっている可能性が高い。今後は遠洋域における有義波高を波浪の指標とするよりも、吹走距離(fetch)などの地形特性を加味した波浪指標の利用が肝要となる。この方針転換が成功すれば、粒子形状から海岸地形を推察するプロキシの提示が可能となる。白亜系波浪堆積物への応用につては、解析途中である。薄片写真では、粒子輪郭がぼやけてしまい楕円フーリエー主成分分析に適した画像の獲得が難しいことが判明した。砂岩粒子への応用については、SEM-CLによる撮影などの画像獲得に一工夫が必要である。前年度までの研究成果によって、波浪営力と砂の形状には弱い相関しか検知されないという課題が存在することが明らかになった。そこで、前浜堆積物の形状は、海水営力のみならず、大気営力による影響も被っていると考えて、論理展開の軌道修正を図った。すなわち、波浪営力と風成営力を、粒子形状決定の説明変数として設定した。この結果、粒子の伸張度指標は有義波高と相関があり、円摩度指標は平均風速と相関があることが分かった。すなわち、粒子の巨視的な形状は波浪営力によって、微視的な表面構造は風成営力によって決定されていたことがわかった。この成果を踏まえて、形状指標(REF1・SEF)とフェッチ(地形)・平均風速・平均有義波高・うねりの出現率の主成分分析をおこなった。第1主成分は波浪営力を検出し、伸張指標と高い相関を示した。また、太平洋側の海岸は正の値、日本海側の海岸は負の値を示した。したがって、この潜在変数は、うねりの多い大海洋に面した海岸では、砂粒子が円形になることを示している。第2主成分は風成営力を検出し、円摩度指標と高い相関を示した。また、浜堤平野が発達している海岸でのみ高い負の値を示した。したがって、この潜在変数は、砂丘の発達度合いを検知しており、砂丘が発達している場所では粒子が円摩されていることを示している。今回の主成分分析結果を応用すれば、対象海岸が大きな海洋に面しているか否かと、砂丘の発達の有無を判別することができる。今後は、未知試料に対しても適応できるのかを検証する必要があり、この方法によって真に、粒子形状から海岸地形特性を推察できるのかを吟味する。本研究では、20地点の前浜の砂を採取し、粒子形状指標と波浪営力・風成営力の関係を検証した。主成分分析の結果、第1主成分は波浪営力を検出し、伸張指標と高い相関を示し、太平洋側・日本海側の海岸で対照的な値を示した。したがって、この潜在変数は、うねりの多い大海洋では、粒子が円形になることを示している。第2主成分は風成営力を検出し、円摩度指標と高い相関を示し、砂丘の存在する地点で高い値を示した。したがって、この潜在変数は、浜堤平野の発達度合いを検知しており、そのような場所では粒子が円摩されていることを示している。この結果を応用すれば、粒子形状から海洋の規模と、砂丘の発達を判別することができる。今後は、北陸・東北日本海側・四国で同様のサンプリングと砂粒子の形状解析を実施する予定である。科研費取得前の助走研究において、山陰・東海の浜堤砂サンプリングが終了しているので、上記地域のサンプリングを実行すれば、日本列島を網羅した前浜堆積物のサンプリングが完結する予定である。
セラミックス粒界における原子結合強度とドーパント添加効果の解明

α-Al2O3中の小傾角粒界に種々の元素を添加し、粒界原子構造をTEMにより解析した。粒界には転位が配列しており、添加元素は転位の引張ひずみ領域に選択的に偏析することが明らかとなった。また、偏析分布は元素のイオン価に相関が見られたことから、イオン性結晶における偏析現象は弾性的相互作用に加え電気的相互作用に強く依存することが示唆された。高精度TEMその場機械試験の実現を目指し、駆動機構を有するMEMSデバイスを設計し性能評価を行った。また、本デバイスに用いる微小試料片の作製方法を検討した。デバイス性能は良好であったが、試料作製方法についてはさらなる改善を要することが明らかとなった。当該年度は以下の項目について重点的に取り組んだ。(1)アルミナ粒界のTEMその場破壊実験代表的構造用材料であるアルミナの粒界破壊挙動に関する知見を得るため、TEMその場ナノインデンテーション法を用い粒界破壊実験を行った。アルミナΣ13粒界を含む双結晶を作製し、TEMナノインデンテーション用試料へと加工した。粒界に平行に圧子を挿入したところ、粒界に沿って亀裂が伝播したことが確認された。その後、粒界破面および亀裂先端部の原子構造を走査型TEMにより詳細に解析した結果、亀裂は粒界の特異な原子結合を切断するように伝播したことが明らかとなった。第一原理計算により粒界構造を評価したところ、粒界亀裂は相対的に原子結合数の少ない面に沿って起きていることがわかった。このことより、アルミナにおける粒界破壊パスは原子結合数によって説明できることが示唆された。(2)小型駆動デバイスを用いたTEMその場機械試験法の開発TEMによる微細構造解析では、結晶方位と観察方位を適切に選択することが重要である。このため、通常観察用試料ホルダーは2つの傾斜軸を有している。一方、その場機械試験用試料ホルダーは、機械駆動部による制約から傾斜軸を1つしか有しないものが一般的であり、解析上の制限が大きいことが問題となっている。そこで、小型の駆動デバイスを2軸傾斜試料ホルダー先端部に組込むことにより、高精度の構造解析と機械試験を両立させる新たな実験系と付随する要素技術の開発を行っている。駆動デバイスについては協力研究者と共同で試作機の設計と動作試験を行った。2軸での傾斜およびデバイスの動作が確認されたものの、デバイスの発生荷重と試料の変形・破壊荷重との間に隔たりがあり、両荷重のマッチングが課題となった。このため、デバイスの設計変更により発生荷重の増大を図るとともに、最適な試料形状と微細加工方法を模索している。当該年度は添加元素(ドーパント)を含まないアルミナ粒界を対象とし、モデル粒界作製、その場粒界破壊試験、原子構造観察といった一連の実験と理論計算を含めた解析を実施できており、他の方位関係を有する粒界やドーパント添加系への拡張が可能な段階に至ったため。また、新たな実験系の開発に着手しており、今後の展開が期待できるため。本年度の主な研究成果は下記の通りである。粒界における局所的な機械的応答を評価するには、透過型電子顕微鏡(TEM)その場機械試験が有効である。これまでは、TEMその場ナノインデンテーション法による解析研究を行ってきたが、応力測定の定量性や空間分解能の制約が問題となっていた。このため本年度は、新たなTEMその場機械試験装置の開発と実証を行った。既存の高精度電圧印加ホルダーに適合する小型荷重負荷デバイスを作製し、TEM内において動作テストを行ったところ、原子分解能観察に耐え得る安定性を有していることが確認された。ついで、本デバイスに試料を固定して実験を行ったところ、試料形状に対してデバイスの最大負荷荷重が小さく、試料の変形および破壊挙動を確認するには至らなかった。現状においてはデバイスの改造による最大負荷荷重の増加と、試料形状の最適化が課題となっている。本成果の一部は国際学術論文にて報告している。なお本項目は一部共同研究として執り行った。粒界強度特性を評価するためには粒界構造に関する知見が必須である。代表的な構造用材料であるアルミナ{1-100}/<11-20>粒界に配列する転位ならびに積層欠陥構造を環状明視野走査TEM(ABF-STEM)により詳細に解析した。ABF-STEM観察の結果、粒界転位は3本一組の部分転位となっており、それらの間には{1-100}面上の積層欠陥が2種類形成されていることが分かった。さらに理論構造計算ならびにABF-STEMシミュレーションを行い、積層欠陥の原子構造を同定した。この結果は本粒界の強度特性を検討する上で基礎的な知見となると言える。なお、本成果の一部は国際会議での講演ならびに国際会議紀要集にて報告している。小型荷重負荷デバイスを用いたその場TEM機械試験法に関して、未だいくつかの課題が残されているものの、実験に使用可能な程度の安定性を有していることが確認された。本手法は粒界強度特性の評価に用いることができると考えられ、従来手法では達成が難しい精度での計測実験が可能になると期待される。また、その他の研究項目についてもおおむね計画通りに進行しており、成果発表も一定程度なされている。構造用セラミックスであるアルミナにおいて、小傾角粒界中のドーパント原子の振舞いを明らかとするため、双結晶法にてSr, Ni, Er, Ti, Zrをそれぞれ添加したアルミナ小傾角粒界を作製し、それらの原子構造を走査透過型電子顕微鏡(STEM)にて解析した。

粒界には2本一組の部分転位対が周期的に配列しており、いずれのドーパントも転位芯下部に局所的に偏析していた。転位芯下部には引張歪が生じており、いずれのドーパントもAlイオンより大きいことから、この偏析傾向は弾性相互作用に起因していると示唆された。一方、対を成す2本の部分転位への偏析量は一定ではなく、その量比はドーパントのイオン価との相関が見られた。過去の報告より、2本の部分転位対はそれぞれ正と負に帯電していることが示唆されていることを踏まえ、転位芯とドーパント間に電気的相互作用が生じていると仮定すると観察された偏析傾向をよく説明できることがわかった。つまり、イオン性結晶における転位へのドーパント偏析は弾性的および電気的相互作用の両方に影響されると考えられる。また、原子分解能STEM内でのその場機械試験の実施を目指し、微小電気機械システム(MEMS)を応用した小型荷重負荷デバイス上での試料作製法を検討した。本デバイスはnmオーダーで試料を精密に駆動できる一方、試料サイズはサブμmオーダーとしなければならず通常の試料加工法は適用できない。そこで、集束イオンビーム装置(FIB)を用いることとした。小型荷重負荷デバイスに結晶片を固定し荷重負荷可能な形状へと加工、観察部分をさらに薄膜化したものをテスト試料としSTEM観察を行ったところ、当該システムが十分な安定性を有していることが確認された。粒界を含む試料を用いたSTEMその場機械試験の実施には未だ課題が残されている状況であるが、本研究にて得られた知見を活用し今後展開していきたい。α-Al2O3中の小傾角粒界に種々の元素を添加し、粒界原子構造をTEMにより解析した。粒界には転位が配列しており、添加元素は転位の引張ひずみ領域に選択的に偏析することが明らかとなった。また、偏析分布は元素のイオン価に相関が見られたことから、イオン性結晶における偏析現象は弾性的相互作用に加え電気的相互作用に強く依存することが示唆された。高精度TEMその場機械試験の実現を目指し、駆動機構を有するMEMSデバイスを設計し性能評価を行った。また、本デバイスに用いる微小試料片の作製方法を検討した。デバイス性能は良好であったが、試料作製方法についてはさらなる改善を要することが明らかとなった。現状の実験系を用いた粒界破壊実験を引き続き実施し、対象を方位関係の異なる粒界やドーパント添加系粒界へと展開させていく計画である。また、小型駆動デバイスを用いた実験系の開発を重点的に進め、新しいTEMその場機械試験法の確立を目指し、粒界破壊実験への応用を検討する。新たに開発を開始した小型荷重負荷デバイスを用いたその場TEM機械試験法の課題解決を早期に図る計画である。具体的には、デバイスの設計変更により最大負荷荷重の増加を図ること。また、試料作製方法の見直しにより小さな負荷荷重で変形および破壊が進行する試料形状とすることである。これらは大幅な計画変更をすることなく実施できる見込みである。研究年度内上期中にこれらの課題を解決し、下期では本手法を用いた粒界破壊現象の直接観察に注力する。
遷移金属触媒を用いる有機ジスルフィド交換反応の開発と展開

炭素-水素結合を炭素-イオウ結合に変換する遷移金属触媒反応は、有機イオウ化合物を合成する上で有用である。先に当研究室では、ロジウム触媒によって1-アルキンと有機ジスルフィド化合物からチオアルキニル化合物を与えることを見出した。これはロジウム錯体がアルキン炭素-水素結合とイオウ-イオウ結合を活性化し、炭素-イオウ結合を生成する反応である。今回、芳香族炭素-水素結合から炭素-イオウ結合に変換する反応について検討した。ビス(4-メトキシフェニル)ジスルフィドと4.5当量の1,3,5-トリメトキシベンゼンを酢酸パラジウム(20mol%)存在下、DMF中加熱還流下作用させると、4-メトキシフェニル2,4,6-トリメトキシフェニルスルフィドが収率14%で得られることを見出した。パラジウム錯体の添加は必須であり、2,3-ジクロロ-5,6-ジシアノ-1,4-ベンゾキノン(DDQ)を添加すると収率が77%に向上する。ここでDDQはパラジウム活性種を再生する酸化剤として作用する。さらにテトラクロロ-1,4-ベンゾキノンを用いると、触媒回転率61を与えることがわかった。この反応は脂肪族ジスルフィドにも適用できる。遷移金属触媒を用いる芳香族スルフィド化合物の合成は、芳香族ハロゲン化物もしくはイオウハロゲン化物を用いる置換反応が報告されている。これに対し本反応は、入手容易な芳香族化合物と有機ジスルフィド化合物から芳香族スルフィド化合物を与える簡便な方法である。経済性と環境調和性に配慮して、安価で入手容易な水を用いる遷移金属触媒反応が検討されている。しかし、水と有機溶媒の混合均一系あるいは不均一系反応が多く、水のみを用いる均一系の遷移金属触媒反応についてはあまり調べられていない。本研究では遷移金属触媒を用いるジスルフィド交換反応を完全水溶媒中で検討し、タンパク質のジスルフィド結合部の修飾化を行った。グルタチオンとビス(3-ヒドロキシプロピル)ジスルフィドをRhH(PPh_3)_4とCF_3SO_3Hに水中に作用させると、水溶性ロジウム錯体が生成し、水中での均一系ジスルフィド交換を触媒することを明らかにした。これは遷移金属触媒を用いるジスルフィド交換反応が完全水中で行えることを示す。しかし、触媒活性が低いので、さらにロジウム錯体を検索した結果、RhCl_3・3H_2Oが高い活性を有することを見出した。ジスルフィド交換は平衡反応であり、平衡状態に達した後もジスルフィド交換をし続ける。なおRhCl_3触媒は1日以上の寿命を持つ。この方法は、インスリンのジスルフィド結合部を修飾することも可能である。RhCl_3・3H_2O錯体存在下、インスリンとビス(カルボキシメチル)ジスルフィドを水中室温で2時間作用させると、ジスルフィド結合部が一か所および二か所修飾したインスリン誘導体をそれぞれ与えることをESI-MSで確認した。ジメチルジスルフィドを用いる不均一系ジスルフィド交換反応についても調べた。ここでは、基質の水またはジメチルジスルフィドに対する溶解性によって、反応系が変化することを明らかにした。即ち、脂溶性の基質はジメチルジスルフィド中で、水溶性の基質は水中で反応を起こす。これは、不均一系反応の機構は複雑で、反応を制御するためには数多くの要因を考慮する必要があること示す。
心筋虚血再潅流障害の発生機序の解明、特に心筋細胞障害と血管内皮障害の相関について

心筋虚血再潅流時にみられる可逆性心機能障害の発生機序については幾つかの成因が考えられている。本研究ではその成因を血管内皮細胞の機能障害と心筋細胞の高燐酸化合物レベルおよびカルシウムイオンの変動の面より検討を行った。1.血管内皮細胞機能の指標としてEDRFおよびEndothelin1の産生能を用いた。ウシ大動脈の血管内皮細胞を培養し、これを潅流した液を張力ストレンゲ-ジにつるしたラット大動脈リング標本に滴下する回路を作成し、ブラヂキニン刺戟による血管内皮細胞よりのEDRF分泌能を検討した。(1)培養血管内皮細胞のみを20分間低酸素下におき再酸素化を行い虚血再潅流モデルとした。この群ではEDRF産生がみられた。(2)低酸素中PMAにて刺激戟した多核白血球を血管内皮細胞に作用させると再酸素化を行ってもBKによる弛緩反応は043%、平均24.5%と減弱しEDRF産生能は著しく低下した。(3)白血球と共にSODを作用させるとEDRF産生能は著明に改善した。(4)潅流液中のETー1濃度は白血球添加群では20pg/mlと高値を示したがSODを添加した群では3.2pg/mlであった。以上より血管内皮細胞機能障害は虚血再潅流時に白血球が血管内皮に粘着し産生されるフリ-ラジカルにより惹起され、EDRFの産生能の傷害およびETー1の産生増加によりno reflow現象が起ることによるものと結論された。2.心筋細胞についてはラット摘出心を用い、4°C6時間単純浸漬保存後再潅流を行った時高エネルギ-燐酸の推移( ^<31>PーMRSを用いて測定)心筋内カルシウム量と心機能の関係を検討した結果、心筋内βーATAは正常の70%まで回復を示すが心機能もほぼ60%の回復に止まっており細胞内高エネルギ-燐酸の低下がStunned myocardiumの一因と考えられたがカルシウム拮抗薬投与により心機能の改善がみられることにより、虚血再潅流障害にはCa influxも重要な因子であることが結論された。1、ラット単〓心筋細胞を用いた低温低酸素下24時間保存再潅流実験においてCa^<++>拮抗薬ニカルジピンの心筋細胞保護効果を検討した結果、ニカルジピンの保存液および再潅流液への添加は心筋細胞内カルシウムの増加を抑制し生存細胞数を増加させた。この機序はカルシウムチャンネルブロッカ-と共にCa^<++>ーPDE阻害剤として作用し、cーGMPを増加させることによることを明らかにした。2、低温保存再潅流時に発生するstunned myocardiumの原因を心筋内高燐酸化合物から檢討するため、MRS裝置を用いラット心を3時間低温浸漬保存、再潅流中の高燐酸化合物を連続測定した。その結果βーATPはβATPの回復に有効であった。

以上の2つの実験から心臓の長時間単純浸漬保存後のstunned myocardiumの発生機序としてCa^<++>の細胞内蓄積とこれに伴うATP産生障害が重要な因子であり、ニカルジピンはこれらを改善する作用を有することとその作用機序を明らかにした。3、ラット大動脈リング状標本を用い血管内皮温存群と内皮障害群を作り、低温低酸素下にニカルジピン添加modified KB液中に672時間保存その後KB液にて再潅流を行い、圧トランスジュ-サ-を用い等尺性靜止時張力、phenylephrinによる収縮反応およびacethylcholineによるEDRF性弛緩反応を測定した結果、収縮反応は内皮障害群で平滑筋の傷害による収縮力低下がみられた。内皮温存群はEDRFによる弛緩反応も正常に維持されており、走査電顕にても内皮の配列、形態に著変は認められなかった。從って再潅流障害が内皮細胞に発生するためには血液との接触が重要な因子と考えられる。現在培養内皮細胞、内皮障害血管ストリップ、白血球の組合せでEDRFを指標に再潅流障害と血管内皮細胞の相関について検討を行っている。心筋虚血再潅流時にみられる可逆性心機能障害の発生機序については幾つかの成因が考えられている。本研究ではその成因を血管内皮細胞の機能障害と心筋細胞の高燐酸化合物レベルおよびカルシウムイオンの変動の面より検討を行った。1.血管内皮細胞機能の指標としてEDRFおよびEndothelin 1の産生能を用いた。ウシ大動脈の血管内皮細胞を培養し、これを潅流した液を張力ストレンゲ-ジにつるしたラット大動脈リング標本に滴下する回路を作成し、ブラヂキニン刺戟による血管内皮細胞よりのEDRF分泌能を検討した。(1)培養血管内皮細胞のみを20分間低酸素下におき再酸素化を行い虚血再潅流モデルとした。この群ではEDRF産生がみられた。(2)低酸素中PMAにて刺激戟した多核血白球を血管内皮細胞に作用させると再酸素化を行ってもBKによる弛緩反応は043%、平均24.5%と減弱しEDRF産生能は著しく低下した。(3)血白球と共にSODを作用させるとEDRF産生能は著明に改善した。(4)潅流液中のETー1濃度は血白球添加群では20pg/mlと高値を示したがSODを添加した群では3.2pg/mlであった。以上より血管内皮細胞機能障害は虚血再潅流時に白血球が血管内皮に粘着し産生されるフリ-ラジカルにより惹起され、EDRFの産生能の傷害およびETー1の産生増加によりno reflow現象が起ることによるものと結論された。2.心筋細胞についてはラット摘出心を用い、4°C6時間単純浸漬保存後再潅流を行った時高エネルギ-燐酸の推移( ^<31>PーMRSを用いて測定)心筋内カルシウム量と心機能の関係を検討した結果、心筋内βーATAは正常の70%まで回復を示すが心機能もほぼ60%の回復に止まっており細胞内高エネルぎ-燐酸の低下がStunned myocardiumの一因と考えられたがカルシウム拮抗薬投与により心機能の改善がみられることにより、虚血再潅流障害にはCa influxも重要な因子であることが結論された。
排除可能な公共財の供給問題に関するメカニズムデザインの研究

本研究は、排除可能な公共財の供給問題に関する研究である。現実社会には、原理的には排除可能であっても、何らかの理由から、利用者を排除しないことがある。その理由を、メカニズムデザインの手法を用いて明らかにすることが、本研究の目的である。
ライシジン合成酵素を標的とした抗生物質の開発

研究代表者は、tRNA修飾酵素の研究から、抗生物質のターゲットとして最もふさわしい酵素を発見した。ライシジン(Lysidine;L)は側鎖にリジンを持ったシチジンの誘導体であり、バクテリアのAUAコドンを解読するイソロイシンtRNAに特異的に存在する。Lはアンチコドン1字目に存在し、tRNAが転写後にCからLへ修飾されることで、遺伝暗号解読能がAUGからAUAへと変化すると同時に、アミノ酸受容能がメチオニンからイソロイシンへとスイッチすることが知られている。したがって、AUAコドンの翻訳にはLの修飾が不可欠であり、Lを合成する修飾酵素遺伝子も必須遺伝子である。我々は3年程前から、機能未知遺伝子群の中から網羅的にRNA修飾遺伝子を同定するプロジェクト(リボヌクレオーム解析)を開始し、ライシジン合成酵素遺伝子(tRNA^<Ile> lysidine synthetase=tilS)を同定することに成功した[Mol Cell, 12,689-698.]。この遺伝子は必須遺伝子であり、全てのバクテリアに共通に存在する。またヒトを含め動物には存在しないことが知られている。したがってこの遺伝子あるいは酵素を阻害する薬剤は、原理的に最も副作用の少ない抗生物質であると考えられる。今年度は、ライシジン合成酵素TilSによるライシジン生合成の触媒メカニズムを詳細に検討した結果、二段階の独立した反応で構成される事を明らかにした[Ikeuchi et al., Mol Cell, 19,235-246(2005)]。また、TilSによるtRNAの基質認識機構を解析した結果、TilSはイソロイシンtRNAのアンチコドンループとアクセプターステムの2つの塩基対合(4-69/5-68)を厳密に認識することを明らかとした。さらに、東工大の濡木理教授との共同研究により、Aquifex aeolicusのTilSの結晶構造を明らかにし[Nakanishi et al., Proc.Natl.Acad.Sci.USA,21,7487-7492(2005)]、TilSとATP,リジン、tRNAとの相互作用様式が推定された。これらの基礎的研究は、Tilsの阻害を作用機序とした抗生物質の開発に有用な知見である。申請者は、tRNA修飾酵素の研究から、抗生物質のターゲットとして最もふさわしい酵素を発見した。ライシジン(Lysidine ; L)は側鎖にリジンを持ったシチジンの誘導体であり、バクテリアのAUAコドンを解読するイソロイシンtRNAに特異的に存在する。我々は3年程前から、機能未知遺伝子群の中から網羅的にRNA修飾遺伝子を同定するプロジェクト(リボヌクレオーム解析)を開始し、ライシジン合成酵素遺伝子(tRNA^<Ile> lysidine synthetase=tilS)を同定することに成功した[Mol Cell,12,689-698.(2003)]。本プロジェクトでは、試験管内ライシジン合成反応を用い、ライシジン生合成の分子メカニズムの解明と、阻害剤をスクリーニングすることによって、抗生物質のリード化合物を得ることを目的としている。ライシジン合成酵素に対する阻害剤をスクリーニングするためには、試験管内ライシジン合成反応を簡便にかつハイスループットで解析する系を構築する必要がある。今年度は、MALDI-TOF質量分析計を用いた試験管内ライシジン合成反応系を構築した。ハイスループットスクリーニングに対応するため、反応系の微量化と測定条件の最適化を図り、現時点で0.1pmolの基質tRNAを用いたスクリーニング系を構築した。実際に、ATPのアナログであるATP[α-S]を阻害剤として用いることで、本スクリーニング系でライシジン合成の反応阻害を観測することに成功した。現在、ライシジン合成反応の阻害効果のあるリジン誘導体の探索を開始した。

この遺伝子は必須遺伝子であり、全てのバクテリアに共通に存在する。またヒトを含め動物には存在しないことが知られている。したがってこの遺伝子あるいは酵素を阻害する薬剤は、原理的に最も副作用の少ない抗生物質であると考えられる。今年度は、ライシジン合成酵素TilSによるライシジン生合成の触媒メカニズムを詳細に検討した結果、二段階の独立した反応で構成される事を明らかにした[Ikeuchi et al., Mol Cell, 19,235-246(2005)]。また、TilSによるtRNAの基質認識機構を解析した結果、TilSはイソロイシンtRNAのアンチコドンループとアクセプターステムの2つの塩基対合(4-69/5-68)を厳密に認識することを明らかとした。さらに、東工大の濡木理教授との共同研究により、Aquifex aeolicusのTilSの結晶構造を明らかにし[Nakanishi et al., Proc.Natl.Acad.Sci.USA,21,7487-7492(2005)]、TilSとATP,リジン、tRNAとの相互作用様式が推定された。これらの基礎的研究は、Tilsの阻害を作用機序とした抗生物質の開発に有用な知見である。
高齢者介護政策と家族介護のジェンダー構造

本研究の目的は、高齢者介護に関わるジェンダー構造を高齢者介護政策と家族介護の問題を包括的に明らかにすることである。具体的には、公的介護サービスのあり方と家族介護におけるジェンダー平等の関連を明らかにすることを目指している。前年度は、日本を含む先進国7カ国の高齢者介護政策の国際比較を行った。その結果、社会保障制度と家族介護のジェンダー構造との関連を捉える上では、支出規模と制度内容の両面での比較が必要であることが提案された。それを踏まえた上で今年度の進捗は大きく以下の2点である。1点目に先進諸国のインフォーマルケアの状況に関する国際比較を行った。昨年度の成果では、社会保障制度がインフォーマルケアに与える機能として、ケア労働の社会化とケア費用の社会化という2つの方向性で公私関係を捉える必要性を論じた。その観点で各国の現状を比較した際に各国がどのように位置づけられるか、日本はどのように評価されるかを論じた上で、両方の観点で日本の現状は不十分であるという結論を得た。2点目に、マルチレベルモデルによる介護政策とインフォーマルケアの関係の推定を行った。大陸ヨーロッパのサーベイ調査である、Survey of Health, Ageing and Retirement in Europe (SHARE)のデータを取得し、ヨーロッパ12ヶ国の国際比較を行った。インフォーマルケアの提供を被説明変数にし、個人レベルでの制度利用と、国レベルの社会保障の寛大さを別々に考慮して推定した。日常生活に支障のある回答者をベースに親子ダイアドを作成し、それに国レベルを加えた3階層のマルチレベルモデルにより推定を行った。分析により、子から親へのインフォーマルサポートが提供される確率に対する、子の属性や状況、親の公的制度の利用状況への影響を確認した。28年度が最終年度であるため、記入しない。平成27年度の研究課題は概ね順調に進展しているが、いくつかの点では順序を入れ替えて実行しており、今後課題が残る部分もある。本年度の研究実績は大きく2点である。1点目に、主に今年度は先進国の高齢者介護政策の国際比較を進めた。具体的には、日本を含む7ヵ国の介護政策について、特に現金給付政策の比較を行った。結果として、家族介護のジェンダー構造との関連を捉える上では、支出規模と制度内容の両面での比較が必要であることが提案された。以上の内容は“Contradictory functions of long-term care policy in gender issue"として中央大学(韓国)で口頭報告を行い、松田亮三・鎮目真人編『社会保障の公私ミックス再論ー新しい視座を求めて』(ミネルヴァ書房)に収録された。2点目に、日本において家族介護の役割がどの程度存在しているのかを分析した。具体的には、NFRJ-08Panelのデータを用いて、親へのサポート提供と子の就労の関連を分析した。従来のような1時点の情報のみの横断データでは、親への援助をすることで就労が短くなっているのか、就労が短いから親に対する援助に時間を使っているのかを判別することが難しかった。本研究では2時点の情報を用いて分析を行うことで、親への家事・看護のサポートの増加が子の就労時間、特に娘の就労時間を減らす作用があることを明らかにした。以上の内容は、共著書として、筒井淳也・水落正明・保田時男編『パネルデータの調査と分析・入門』(ナカニシヤ出版)に収録される(2016年刊行予定)。本年度の研究では主に各国の質的な情報収集を優先したため、政府統計データの点検・加工や個票データの分析には着手できておらず、これらは次年度の課題となる。本研究は、高齢者介護サービスを普遍的かつ効率的に保障するための家族介護支援政策と、社会における家族介護場面でのジェンダー不平等の関係を明らかにすることである。最終的な目的はデータ分析により上記の関係を検証することにあるが、それに先立ち、理論的な仮説と分析に用いる指標を構築する必要がある。本年度は各国の制度内容の国際比較を行うことで、理論的に重要な比較のポイントを抽出することから始めたが、高齢者介護における現金給付政策は、制度内容やその政策的意図、歴史的背景などにおいて多様であり、先行研究においても理論的な概念区分についての議論が続いている。本年度は、そうした先行研究についての批判的検討を加え、上記の記述的情報を収集し整理することを優先し、データ分析に先立つ理論的な概念区分について検討を行った。以上の理由から実際のデータ分析作業は本格的には次年度から着手することとなる。

昨年度の成果では、社会保障制度がインフォーマルケアに与える機能として、ケア労働の社会化とケア費用の社会化という2つの方向性で公私関係を捉える必要性を論じた。その観点で各国の現状を比較した際に各国がどのように位置づけられるか、日本はどのように評価されるかを論じた上で、両方の観点で日本の現状は不十分であるという結論を得た。2点目に、マルチレベルモデルによる介護政策とインフォーマルケアの関係の推定を行った。大陸ヨーロッパのサーベイ調査である、Survey of Health, Ageing and Retirement in Europe (SHARE)のデータを取得し、ヨーロッパ12ヶ国の国際比較を行った。インフォーマルケアの提供を被説明変数にし、個人レベルでの制度利用と、国レベルの社会保障の寛大さを別々に考慮して推定した。日常生活に支障のある回答者をベースに親子ダイアドを作成し、それに国レベルを加えた3階層のマルチレベルモデルにより推定を行った。分析により、子から親へのインフォーマルサポートが提供される確率に対する、子の属性や状況、親の公的制度の利用状況への影響を確認した。今後の研究では引き続き各国の高齢者介護政策の制度内容の記述を拡充しつつ、政府の集計データと個票データの統計分析を行っていく。その際には平成27年度までに収集したデータや情報を適宜再構成しながら、制度内容、制度の歴史的発展過程、社会・文化的な現状を考慮して家族介護におけるジェンダー平等度合いを規定するメカニズムを検証する。具体的には以下の4点に取り組む。1点目に、各国の高齢者介護政策の制度内容を検討し、博士論文全体で用いる理論仮説の考察を進める。本研究では、介護サービスの普遍的保障に向けて家族介護者が呼び出される側面に着目し、普遍的なサービス供給と家族内でのジェンダー不平等の関係に社会保障制度が及ぼす関係を検証する。本研究では上記の関係性を捉える理論を提出することをめざし、引き続き理論的な検討を進める。2点目に、昨年度に続き、OECDや世界銀行などのデータベースから、関連する政府統計を収集し、制度内容や個票データと関連させた情報整理を行う。高齢者介護政策だけでなく、年金や医療などの他の社会保障制度についてのデータを補足し、個票データの分析で用いられるように情報整理を行う。3点目に、本研究で用いる個票データを再度選定し、データの取得と加工、分析を行う。また、必要に応じてデータの扱いについて専門機関に相談を仰ぐ。これらの個票データと政府統計を統合したデータセットを用いて、マルチレベル分析を行う。以上の分析により各国の制度が家族介護の担われ方に及ぼす影響を分析する。4点目に、アジアにおけるう社会保障制度とジェンダー不平等について分析を行う。日本と韓国のパネルデータを用いて分析を行い、上記の仮説を検証する。社会的背景の類似点が多い韓国との比較を通し、日本における家族介護者と社会保障の関係を明らかにする。28年度が最終年度であるため、記入しない。
シリアスゲームを取り入れた卒前医療安全教育の教材開発

学生がチーム医療やエラー予防を疑似体験できる、卒前医療安全教育用のゲーム及び教育方法を開発した。2コマの授業で、既存のグループ対抗ゲーム「マシュマロチャレンジ」を実施し、新規作成した振り返りシートでチームパフォーマンスを振り返り、引き続いて講義、有害事象に関するグループディスカッション、講師からのフィードバックを行うという教育方法を開発した。3大学の医学生等に対して実施し、高い教育効果が得られた。また、類似外観や名称による医薬品のとり間違いを経験するシリアスゲームを開発し、16名の医療従事者らで試行した。ゲーム上での失敗及び上達が、臨床の実際と似ていることやエンターテイメント性が確認された。我が国の医学部・医科大学における医療安全教育の現状に関する調査を行い、卒前医学教育の医療安全教育には、ヒューマンファクターズ領域(認知心理学や人間生活工学等の観点からエラー発生メカニズム)に関して専門家による教育の実施や利用可能な教材の確保が容易でないことが明らかになった。一部の大学では、クイズやグループ討議等の学生参加型教育を取り入れることにより、エラー等に関する学生の関心と理解が高まることが経験されていた。また、医療系学生へのアンケート調査では、学生がデジタルやアナログゲームを用いた学習方法に関心を有していることが示された。教育におけるゲームの活用については、ゲーミフィケーションと呼ばれるゲーム性を取り入れたグループワーク(貿易ゲームやマシュマロチャレンジ等)、一人もしくは複数名で行うアナログゲーム(すごろく等)やデジタルゲーム(ミニゲームやロールプレイゲーム等)があり、教育教育目的に合わせたゲームの選択、到達目標(○○ができる)及び到達度の測定方法を予め設定しておく必要性が確認された。ヘルスケアに関する教育においてシリアスゲームの開発・利用が進んでいるオランダ、アメリカ等でのコンテンツは、医療従事者を対象とした専門的知識(救急医療における問診や初期治療等)、患者を対象とした医学・医療知識(入院生活、MRI検査の持ち込み禁止物品、がん化学療法等)に関するものが中心であり、新規性の高い領域として医療従事者のストレス管理やコミュニケーション技術に関するものも開発されている。しかし、実行、記憶、状況認識・判断に関するエラーのメカニズムと回避方法を習得させるコンテンツはいまだ開発されていないことが明らかになった。チーム医療におけるノンテクニカルスキルの重要性を習得する教材及び教育方法開発の一環として、前年度に医療従事者に対して試行した教育ゲーム「マシュマロチャレンジ」の知見をもとに、ゲーム後の振り返り用ディブリーフィングシートを開発した。さらに、医療系学生の医療安全教育(弘前大学医学部5年生、大阪大学医学部5年生、兵庫医科大学4年生、兵庫医療大学看護学部2年生)において本ゲームを実施し、2コマ(90分×2コマ)の講義におけるゲームのインストラクション、ゲーム成績の発表、各グループにおける振り返り、振り返りの結果にもとづく全体へのフィードバック、ノンテクニカルスキルの臨床との関連性に関する説明等に関する具体的な方法を開発した。また、前年度に開発した医薬品の外観や名称類似に起因するエラーを体験させるデジタルゲーム「Medication Catch」(パズル系ゲーム)を医療従事者で試行し、エラー発生機序及び正しい手順の習得に関して臨床との関連づけが明確になるよう内容を改良した。さらに、人工呼吸器トラブルの診断(位置異常・閉塞・気胸・機器異常)と対処を疑似体験できるゲーム用のシナリオを作成し、デジタルゲーム「DOPE」を開発した。医療系学生に対する医療安全教育として、人間の判断・行動の特性や人間の認知能力の限界等に関するデジタルゲームのプロトタイプを複数作成した。日常生活におけるエラーを経験するミニゲームとして、認知能力及びノンテクニカル((状況認識や意思決定等)に関するゲーム7種類を開発した。医療におけるシリアスゲームとしては、医薬品の外観や名称が異なるために生ずる実行上のエラー(スリップ)を経験させる「Medication Catch(仮称)」を開発した。このゲームでは、プレイヤーは、薬剤取り違えのメカニズムやエラーパターンに関してフィードバックが得られるようになっている。また、「人工呼吸器トラブルへの対処」に関する臨床シナリオを作成した。これは来年度にゲーム化する予定である。また、マシュマロチャレンジ(スパゲティ、テープ、紐を用いて18分間で高いタワーを作成し高さを競うゲーム)を医療従事者のグループワークにおいて試行し、短時間で医療チームのノンテクニカルスキルの重要性を実感できる教育方法として有用であることが明らかになった。さらに、ゲームプレイのみを通じて学習目標に到達することは困難であると考え、教育コンテンツの提示方法の基本枠組みとして、「到達目標」「クイズ(動画を含む)」「ゲーム」「症例」「ミニレクチャー」を装填することとした。今年度(平成23年度)に計画していた国内外の卒前医学教育における医療安全教育の状況の把握、ゲームを用いた教育に関する国内外の知見の収集等については、計画どおり順調に進捗している。一方、シリアスゲームのコンテンツを開発し、それをデジタル化することに関しては、今年度の研究を通じて、アナログ段階でのゲームデザインの専門家を交え、詳細な検討を行わなければ開発が困難であることが明らかになったため、この部分については翌年度(平成24年度)に繰り越すこととした。25年度が最終年度であるため、記入しない。平成23年度から平成24年度に繰り越した経費により開発を計画していたデジタルゲームコンテンツ1点を作成した。

また、平成24年度に計画していた内容(ヒューマンファクターズに関するシリアスゲームのプロトタイプの開発、ゲーミフィケーションを取り入れたグループゲームの実施とアセスメント、医療安全教材としての全体デザインの特定)については、予定どおり進んでいる。本研究の研究成果物の一つとなるデジタルゲームコンテンツ開発については、ゲーム開発専門家チーム(ゲームデザイナー、プログラマー、グラフィッカー等)との協力が不可欠であるため、現在の研究者(医療、認知心理、人間工学)に加え、研究分担者や研究協力者としてゲーム開発専門家に参画してもらうようにする予定である。25年度が最終年度であるため、記入しない。平成25年度は最終年度となるため、医療安全教育の学習領域として、WHO患者安全カリキュラムガイド多職種版にあるトピックス、もしくは航空産業で知られているDirty Dozon(13のハイリスク領域)に関してコンテンツを充実させ、研究分担者らとともに、複数の大学の医学生や医療従事者に対する教育で利用し、検証を行う予定である。
マルチメディアデータベースに基づく先天性異常症の意思決定・教育支援システム

平成8年度において、まず従来の厳密なる集合論理的な公理系の条件を少し弛めて、あいまいな集合の形成を扱えるように論理的な集合論を拡張したラフ集合理論理論をさらに確率的命題が扱えるような形にした。我々は上記のラフ集合理論を確率的に拡張するために、二つの指標:正確度、被覆度を用いた。正確度は、関係記述Rをみたす時、あるクラスdに所属する確率を示し、被覆度は関係記述Rをみたすサンプルがあるクラスを占める割合を示している。平成8年度においてこの二つの指標、特に被覆度に着目し、新たなサンプルが加わった時に確率的な規則を導出していくアルゴリズムを開発し、計算機上に実装した。次に、この実装したプログラムを髄膜炎のデータベース(99例)を使用して、repeated 10-fold cross-validation(反復回数:100回)で分類の正確度、ルールの生成数、領域使用量、計算時間とを一括型のルール導出システムPRIMEROSE及びShanとZiarkoの決定行列による方法と比較した。結果として、従来の漸増型学習システムに比べて、性能の良いルールを導出することができたが、そのために一括型学習システムに比べて、領域と時間計算量を犠牲にしなければならないことがわかった。当初目標とされていたシステムの開発と評価についてはすべて行なうことができた。しかしながら、実装したシステムでは計算に要した総時間量は1027秒程度必要だったのに対して、一括型ルール導出システムでは521秒程度、また計算に必要だった領域量も今回開発したシステムが1240セル程度であったのに対し、一括型システムでは210セル程度であり、実装したシステムは時間計算量及び計算に必要な領域の量から考察すれば一括型システムの方が性能がよいことがわかった。これは確率的な規則の導出を考慮しているために、すべての属性に関する情報を保持し、それぞれの正確度と被覆度の値を考慮しながら、規則の改訂を行なうためであり、標本の量が少ない場合に、かなりの計算量が必要であることがわかった。また、ある例によって、規則の構造が大きく変わる場合、その例を加えて、漸増学習するよりも、一括して規則を導出する方が計算が簡単である場合も存在し、このような計算コストの改善が必要である。
イネ離層組織の形成・崩壊過程の形態学的ならびに生理・生化学的解析

1.日本水稲品種農林29号とその脱粒性準同質遺伝子系統を用い、代表的なイネの脱粒性遺伝子であるsh-2の形質発現を調べた。その結果、この脱粒性遺伝子は幼穂の生殖細胞形成期に発現し、籾の護穎基部に離層を形成させることが明らかになった。離層組織の細胞は、出穂期にはほぼ細胞伸長を終了していたが、しかし実際に籾が穂から脱落し始めるのは出穂約3週間後であった。この脱落開始には籾の成熟が密接に関連し、登熟によって発芽能力を獲得した種子が脱落し、未熟な種子は脱粒しにくい傾向がみられた。2.農林29号と同質遺伝子系統の護穎基部からタクパク質を抽出し、二次元電気泳動法を用いて泳動像の差異を比較した。出穂期には泳動像に差は認められなかったが、出穂後10日目では2つのスポットに違いが認められた。このタクパク質は、等電点がp15.3で、分子量は42.3KDaと25.0KDaであった。3.日本産ならびに外国産のイネ6品種を用い、離層組織の崩壊に関与すると考えられた細胞壁分解酵素であるセルラーゼとペクチナーゼの活性を調査した。その結果、イネの小枝梗でのセルラーゼに関しては、大きな品種間差がみられ、活性の最も低い品種と高い品種の間には6倍以上の差異があった。一方、ペクチナーゼは品種間差が認められたが、セルラーゼと比較してその差異は小さく、また活性が著しく低く検出できない品種もあった。4.本研究によって、イネの脱粒には離層組織の形成の他に、籾の登熟に伴う生理・生化学的変化が重要な役割を果すことが推察された。今後、今回特定された要因と脱粒との関係を明らかにする予定である。
公民連携の促進/阻害要因-地縁型団体・テーマ型団体・地方政府の連携パターン分析

本研究は,行財政リソースが縮減する時代において地域における公共サービスの提供を持続可能なものにするために,公民・民民の新しい連携のあり方を探ることを目的としている。具体的には,公共サービスの担い手として地域住民の参加を促す仕組みとなりうる,地域自治区制度に注目し, 3自治体への調査を行った。その結果,地域諸団体を結集した実行組織の制度化,実行組織への資金交付が,地域活動の活性化と地域協議会の機能向上にプラスに作用することを明らかにした。併せて,危機感の共有,費用負担への意識,地域課題の議論の場の重視,地域活動の重複の整理といった,地域の側の条件も地域活動のあり方を左右することを明示することができた。限られた資源で様々な公共サービスの提供を求められる基礎自治体にとって,公民連携のあり方が政策パフォーマンスを左右すると考えられる。すなわち,専門性や機能の異なる多様な主体が相互に連携し分担しながら公共サービスを提供する,協働のあり方に規定されるのである。だが,地域コミュニティの核であった地縁組織の弱体化が進む現在,協働を促進する仕掛けの構築が求められている。本研究では,地域自治区制度を仕掛けの一つと捉え,その成功例とされる上越市と宮崎市の取組みを検討した。二市は市町村合併を契機に地域自治区を導入し,地域課題を論じ市政に反映させる機関として地域協議会を設置した点で共通するものの,地域内の公共サービス提供促進に向けた取組みには違いが見られる。上越市では,旧上越市を除く13町村で地域住民組織を設け,地域自治区単位のまちづくりを推進する動きがあったものの,地域での組織の位置づけや活動内容には差がある。地域協議会委員選任の準公選制導入に見られるように,上越市では,意思決定への関与に重きが置かれ,公共サービス提供に向けた団体の組織化と連携という課題を残している。宮崎市では,地域自治区設置後,地域の財源に地域コミュニティ税を導入し,その交付先として地域まちづくり推進委員会を設立した。この組織は,メンバーに地域協議会委員を加え,様々な団体を結集し,地域内の課題を総合的にマネジメントしている。総じて見れば,サービス提供という執行面を重視した制度設計であり,地域での運用もそれに沿ったものである。二市の比較から,公民連携のあり方は自治体による制度デザインから決定的な影響を受ける可能性をもつことが確認できた。ここに独立変数としての制度が浮上するわけであるが,ヒアリング調査からは,同一市内での制度運用に違いが出ることもわかっており,その理由を明らかにし一般化することを次年度以降の課題としたい。近年,日本の地方政府の多くは,行政リソースが縮減するなかで,多様化する政策需要にいかに応えるかという課題に直面している。公民連携がさかんに求められるのも,行政が単独で担えなくなった公共サービスを維持する手段と位置づけられているからであるが,実態は不十分といえる。本研究は,地域における最適な公共サービスを選択し実行する仕組みをもつことが地域の諸団体間の連携を強め,公共サービスの提供を可能にするという仮説を採用し,実態を把握することを課題としている。ところが,日本は狭域における決定と執行に関する公式の制度を持たない。そこでこれと近似する地域自治区制度をもつ上越市と宮崎市の取組みを検討した。7つの地域自治区(上越市3,宮崎市4)を検討した結果,地域自治区という制度は,住民に地域の問題に目を向けさせ解決を求めること,既存の団体間の連携を促すことが確認できた。しかし,地域自治区は地域の課題設定を保障するものの,執行の制度を明示しない。このため,執行に向けた組織づくりができるかどうかにより,政策パフォーマンスが異なると思われる。執行の制度を備える宮崎市と備えない上越市の比較から,組織化が公共サービスの提供を可能にすることを明らかにした。以上のことから,決定と執行の制度を兼ね備えることが地域における公共サービスの提供を可能にすることがわかる。だがそのことは,大局的な見地や必要性の観点から選択された事業であることを保証しない。財政的制約を念頭に置けば,事業の選択と集中が求められるが,それを行っている地域自治区は例外的であることが二市の全地域自治区の事業から明らかになった。成功例から推察されることは,目前の危機や明示的な費用負担が長期的見通しを伴う事業選択を行う契機になるということである。この点を明らかにすることを次年度の課題としたい。本研究は,公民や民民の連携に着目して財政削減時代における公共サービスの新しいあり方を探ることを目的としている。行政資源の縮小に反して多様化する行政需要に応えるための新たな担い手として地縁組織やNPOなど市民社会組織への注目は高まる一方であるが,行政と各種団体,各種団体間の連携は難しい状況にある。本研究では,平成21・22年度に行った調査から団体間の連携を促進する制度の存在が鍵を握ることを明らかにした。

しかしながら,同一の制度をもちながらも,政策パフォーマンスに相違が生じる理由を究明することはできなかった。平成23年度においては,地域が提供する公共サービスの質や量は目前の危機や明示的な費用負担に対する理解により異なるという仮定のもと,引き続き上越市の調査を行った。上越市は平成22年度から地域活動支援事業を全市的に導入し,地域内の団体や個人が提案した事業を各地域協議会が独自に設けた採用基準に基づいて評価し,補助金を交付する試みを行っている。過去2年に採択された事業内容を総覧したところ,28の地域自治区の多くが地理的・団体間の均質性を重んじた採択を行う中で,ごく一部の地域自治区で選択と集中が行われていることが確認できた。その原因を明らかにするために市と地域自治区にヒアリングを行ったところ,危機意識や費用負担感の強さがそれを促したことが確認できた。また,浦川原区では,民民連携のためのしくみを独自に設けており,決定ではなく執行のための制度が団体間の連携を促し,その有無が差異をもたらすことがわかった。地方自治法による地域自治区制度は,事業実施のための制度を持たないが,選択と集中には利害関係者の理解が不可欠である。地域課題の共有と実施のための組織づくりに向けた新たな制度化が必要となろう。本研究で明らかにしたことは,連携のあり方を模索する地方自治体の施策の一助になると考える。