hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
海洋生態系・同位体分子種モデルで解明する海洋N2O排出プロセスの気候変動への応答

平成30年度は、前年度に測定を行った、南部チリ沖の硝酸の窒素・酸素同位体比について、他の物理・化学・生物観測項目も含めた詳細な同位体解析を行い、当海域の窒素循環について考察した。また、平成30年11月平成31年1月に行われた学術研究船「白鳳丸」のKH-18-6 Leg2・Leg3航海に参画し、ベンガル湾の南北側線とWOCEーI10側線において、N2O関連化合物の同位体・同位体分子種比測定用の試料の採取と、硝化・硝化脱窒・脱窒速度測定用の船上培養実験を行った。さらに今年度は最終年度であるため、本課題で開発した「海洋生態系・同位体分子種モデル」を全球海洋へ拡張した。前年度までに硝化プロセスの改良と窒素固定と脱窒過程の導入を行ったYoshikawa et al.(2016)のモデルと、あらかじめ大気海洋結合モデル(MIROC3.2)によって計算された産業革命前の海洋物理場を用いて、オフライン計算を行い、各種同位体・同位体分子種比の全球分布を推定した。また、文献値と今年度までに測定されたN2O関連化合物の同位体・同位体分子種比、硝化・硝化脱窒速度を、モデルと比較可能な形式へまとめ、モデルの評価を行った。モデルで計算した表層水中の硝酸と沈降粒子の窒素同位体比の全球分布は、窒素固定が起こっている亜熱帯海域で低く、水柱の脱窒が起こっている東部熱帯太平洋で高い値を示し、観測された窒素同位体比と良く一致した。平成29年度は、東部インド洋のWOCE-I10側線と南部チリ沖で採取したN2O関連化合物の同位体・同位体分子種比、硝化・硝化菌脱窒の測定を行い、「海洋生態系・同位体分子種モデル」を東部インド洋と南部チリ沖へ適応させた。今年度は、前年度までに採取した東部インド洋のWOCE-I10側線と南部チリ沖の海水について、硝酸の窒素・酸素同位体比測定を行った。東部インド洋で採取した海水については、N2Oの窒素同位体比測定も行った。東部インド洋については、他の観測項目も含めて詳細な同位体解析を行い、当海域の窒素循環について考察した。オーストラリア西岸沖の表層水は、窒素同位体比が低く、酸素同位体比が高い値を示し、リンに対して窒素が豊富だった。また亜表層水は、窒素酸素ともに高い同位体比を示した。当海域の表層水は、窒素固定の影響を受けている可能性が示唆された。また亜表層水は、大陸棚起源の海底脱窒の影響を受けている可能性が示唆された。また、東部インド洋と南部チリ沖で採取した懸濁粒子について、一次生産者の窒素同位体比に相当する、植物プランクトンとクロロフィルの窒素同位体比測定を行った。さらに、前年度にYoshikawa et al.(2016)の硝化プロセスを改良した「海洋生態系・同位体分子種モデル」へ、本年度は新たに窒素固定と脱窒の過程を追加し、東部インド洋や南部チリ沖へ適応可能なモデルへ拡張した。東部インド洋と南部チリ沖の同位体測定とモデルの拡張を、当初の予定通りに行った。南部チリ沖の解析は、当初の予定から若干遅れているが、東部インド洋の解析は、当初の予定通り完了した。概ね順調に進展しているので、今後も当初の予定通りに海洋観測とモデル開発を行う。概ね順調に測定でき、データはそろいつつあるので、今後は得られたデータの論文化と、モデルの改良・拡張を重点的に行う予定である。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。概ね順調に測定でき、データはそろいつつあるので、最終年度はモデルの全球への展開を行う予定である。
植物内生放線菌を利用した病害抵抗性組織培養苗の育成に関する研究

本研究で、病原菌拮抗性のStreptomyces galbus R-5株を利用して耐病性のシャクナゲ組織培養苗を作出し、省農薬馴化過程を目指す技術開発を目的としている。未検討であった土壌伝搬性の根腐病に対する耐病性効果を検討するため、R-5株処理苗に根腐病菌を接種したところ、殺菌剤(ベノミル・マンゼブ混合剤)散布と同程度の発病抑制効果が認められた。この結果から、化学農薬による防除が困難な土壌病害にもR-5株処理が有効であることを実証できた。また、本年度の馴化栽培試験でも、土壌移植したR-5株処理苗の耐病性持続が確認できた。未同定であったR-5株が生産する抗生物質を化学分析し、アクチノマイシンX_2およびフンギクロミンと同定した。シャクナゲ組織培養苗内でのR-5株の増殖と宿主細胞の抵抗反応を光学・電子顕微鏡観察した。R-5株菌糸は葉内部の細胞間隙で増殖し、本菌株の菌糸が接触した細胞には抵抗反応の一種であるwall appositionが形成されることを見出した。シャクナゲにおける病害抵抗性遺伝子とファイトアレキシン様物質の解析が困難であったため、R-5株の宿主範囲に含まれるシロイヌナズナを用いてこれらの解析を行ったところ、R-5株処理シロイヌナズナでは抵抗性遺伝子の一種であるPDF1.2の発現量とファイトアレキシンのカマレキシン量が顕著に増加することを突き止めた。これらの結果は、R-5株処理により宿主植物に抵抗性が誘導されることを示唆している。現在、抵抗性遺伝子の発現およびファイトアレキシン量の増加、R-5株が生産する抗生物質耐病性化との関連について詳細に解析を進めている。
哲学的解釈学を中心とした一般教養の理論に関する研究

本研究は、ガダマー(Gadamer, H.-G., 1900-2002)の哲学的解釈学に依拠しつつ、現代のグローバル化社会における一般教養の教育の可能性を提示した。一般教養は、現代社会の様々な課題に対し、学習者が自ら問いを立て、対話によって答えを模索していく過程を意味する概念として捉えることができる。その教育の本質は、学習者の問いを喚起し、判断形成を促すという点にある。今後検討すべき課題は、学校で教育できる一般教養と、生涯にわたる人間形成の課題としての一般教養を区別したうえで、一般教養の教育の内容とその有効な方法を検討することである。本研究の目的は、ガダマー(Gadamer, H.-G., 1900-2002)の哲学的解釈学を中心とした現代の解釈学を人文主義と啓蒙主義の再評価という観点から再検討することにより、グローバル化した社会における一般教養の教育の可能性を提示することにある。その主要な論点は、次の三点である。一、「知識人と大衆」という二項対立が失効した現代において一般教養の語り方を探る。二、差異や異質性の経験を内包したポストモダン的世界において、異なる伝統文化を背景とする他者と連帯しつつ共生可能な社会を実現するために、一般教養の教育の可能性を探る。三、他者との対話という観点から、哲学的解釈学の現代的意義を再検討する。このような研究目的を達成するため、本研究ではまず、ドイツにおける一般教養の理論に関する先行研究を収集し検討した。特に、OECD-DeSeCoのキー・コンピテンシーの構想やPISAのリテラシーの構想がドイツの一般教養の理論に対して与えた影響について、クラフキー、テノルト、ヘレカンプスの諸論を翻訳しつつ解明した。次に、哲学的解釈学に基づく一般教養の理論に関する資料を収集し翻訳した。特に、フェアフィールド編『教育、対話、解釈学』(2011)を手がかりに、哲学的解釈学に基づく一般教養の理論の意義と問題点を明らかにした。そして、このような作業を通して、異なる伝統文化を背景とする他者との対話という視点から、一般教養の教育の理論を新たに構想するための基盤づくりを進めた。本研究の目的は、ガダマー(Gadamer, H.-G., 1900-2002)の哲学的解釈学に依拠しつつ、グローバル化社会における一般教養の教育の可能性を提示することである。そのため、本研究では次の課題に取り組んだ。一、ガダマーの一般教養論の現代的意義を検討する。その際に有力な手がかりとなるのが、ガダマーの講演「今日、一般教養とは何か」(1995)である。当時の講演記録はマールバッハのドイツ文学資料館に保存されている。この未刊の遺稿を手がかりに、ガダマーの一般教養論の可能性と限界を明らかにする。二、グローバル化社会に求められる一般教養の概念を、時代の隔たりや異文化間の差異を媒介する実践、すなわち「多元的意味世界における対話」として捉え、その可能性を探求する。具体的には、哲学的解釈学に依拠した教授学の理論(Musolff/Hellekamps 2003)を参考にしつつ、異なる文化的背景を持つ他者と対話しつつ共生していく社会を実現するための一般教養の教育の可能性を検討する。以上の作業を通して明らかになった主な点は次の二点である。一、ガダマーの一般教養論の意義は、現代社会の様々な課題に対し、学習者が自ら問いを立て、対話によって答えを模索していく過程を意味する概念として、一般教養を再定義している点にある。学習者の問いを喚起し、判断形成を促すことが一般教養の教育の本質であるという趣旨の指摘は、現代のグローバル化社会における一般教養の教育の可能性を示唆するものである。二、ガダマーの一般教養論の問題点は、大学のような教育機関で教育できる一般教養と、学校の教授学習過程にはなじまない一般教養とが区別されていない点である。学校で教育できる一般教養と、生涯にわたる人間形成の課題としての一般教養を区別したうえで、一般教養の教育の内容とその有効な方法を検討することが今後の課題である。教育哲学国内で入手できる資料については収集・整理を終えた。現在は収集・整理した資料の翻訳を進めつつ、次の作業に取り組んでいる。一、ドイツにおける一般教養の教育に関する現状と課題の解明。二、哲学的解釈学に基づく一般教養の理論の検討。三、ヴァッティモやハーバーマスやデリダによる哲学的解釈学に対する批判の検討。四、他者との対話による一般教養の概念、内容、方法の検討。しかしながら、スケジュールの不調によりドイツのベルリン教育史図書館やハイデルベルク大学附属図書館等で情報・資料収集ができなかったため、ガダマー晩年の講演記録「今日、一般教養とは何か」、「今日、人文主義とは何か」については入手できていない。よって、やや遅れていると評価される。

昨年度不調に終わったドイツでの情報・資料収集を今年度は実現する。特に国内で入手できなかった資料については、ベルリン教育史図書館やハイデルベルク大学附属図書館を訪問するなど、現地で収集する。ドイツにおける一般教養の教育の議論については、ミュンスター大学教授のS.ヘレカンプス氏(専門:教育科学・一般教授学、解釈学)より、情報提供していただく。そのためのスケジュール調整は早めに行う。ガダマーの哲学的解釈学やその周辺に関する最新の研究成果については、日本ディルタイ協会が開催している研究会等において、積極的に情報交換する。前年度9月に予定していたドイツでの情報・資料収集が大学の行事と時期が重なったため次年度に延期した。結果として、その分の旅費が未使用のままとなった。また、購入予定の図書のうち、国内で安く入手できるものについては私費で購入したため、その分の図書経費が未使用のままとなった。次年度使用額494,000円と翌年度分として請求した額100,000円を合わせた594,000円の使用計画は次のとおりである。ドイツでの情報・資料収集に関連する旅費400,000円、国内の専門学会での発表や情報交換に関連する旅費100,000円、解釈学や教養教育に関連する図書経費80,000円、その他消耗品、資料複写費、通信費として14,000円。
酸素四面体を基本構造とする環境親和型強誘電体の新規開発

本研究では、層状シリケート型新強誘電体であるBi2SiO5の強誘電性発現機構の解明を通して、地殻に豊富に存在する酸素四面体型酸化物を用いた環境に優しい強誘電体の設計原理の創出に成功した。また、そこで得られた知見に基づいて充填トリジマイト型酸化物および充填ソーダライト型酸化物における機能性誘電体材料開発に取り組んだ。これらの物質系においては、強誘電性相転移に伴う誘電率の発散的な増大を伴わない外因性強誘電性の制御に成功し、特に充填ソーダライト型酸化物においては、焦電型赤外線センサとして現行のPZTに匹敵する特性の創出に成功した。成25年度の実施計画に沿って、酸素四面体一次元鎖を有する化合物系における新規物質開発取り組んだ。具体的には、充填トリジマイト型酸化物であるBaAl2O4、BaCoSiO4、及びBaMGeO4(M=Zn,Co,Ni,Mn)、さらに充填ソーダライト型酸化物(Ca,Sr)8(Al12O24)(WO4)2の合成及び物性評価を行った。BaAl2O4では、外因性強誘電性相転移の制御に成功し、それに伴うナノドメイン構造の変化を透過型電子顕微鏡観察によって捉えた。BaCoSiO4では、可視光照射の下で300%にも及ぶ誘電率変化を示す光誘電率効果の創出に成功した。また、BaZnGeO4は実際に外部電場による分極反転が確認された数少ない充填トリジマイト型酸化物であるが、本研究ではこの物質におけるZnサイトの遷移金属元素置換に初めて成功し、それによる誘電特性及び相転移挙動の変化を明らかにすることで酸素四面体型強誘電体の物性制御における重要な知見を得た。平成24年度の実施計画に従って、Bi2SiO5の単結晶育成を行った。合成した単結晶を粉砕してSpark Plasma Sintering法によって焼結し、セラミックス試料における誘電率の温度依存性を計測した。その結果、約400°C近傍において、強誘電性相転移に起因する誘電率のピークを確認した。さらに、多結晶試料をダイヤモンドカッターによって切り出して適宜整形し、結晶劈開面内および面直方向の誘電率の温度依存性を測定した。その結果、誘電率のピークは面内方向の分極揺らぎに起因することを明らかにした。続いて、面直方向のPーEヒステリシスの観測を実施した。その結果、明瞭な分極反転の観測に成功し、Bi2SiO5が強誘電体であることを実証した。次に、Bi2SiO5の強誘電性発現のメカニズムを明らかにするために、ラマン散乱、透過型電子顕微鏡(TEM)観察、第一原理計算、およびSPring-8による放射光粉末X線回折を実施した。ラマン散乱においては、低振動数領域に400°Cの相転移温度に向かってソフト化する強誘電性ソフトモードを発見した。また、第一原理計算によって、この強誘電性ソフトモードがBi2SiO5中の酸素四面体一次元鎖の屈曲揺らぎに起因することを明らかにした。TEM観察においては、従来報告されていたBi2SiO5の室温における斜方晶の結晶構造が誤りであることを発見し、実際には単斜晶の結晶構造を有することを明らかにした。ここで得られた結晶構造を手がかりとして、精密な放射光構造解析を実施した結果、Bi2SiO5の強誘電性相転移が、ラマン散乱と第一原理計算に結果と一致する、酸素四面体一次元鎖の屈曲によって生じることを明らかにした。平成26年度の研究実施計画に沿って、酸素四面体を基本構成要素とする新規経誘電性酸化物物質系の創出に取り組んだ。具体的には、前年度に引き続き充填トリジマイト型酸化物であるBaCoSiO4における光誘電率効果の研究と、充填アルミネートソーダライト型酸化物であるCa8(Al12O24)(WO4)2-Sr8(Al12O24)(WO4)2固溶体系の相図作成および物性測定を行った。BaCoSiO4における研究では、前年度に見出した光誘電率効果のメカニズム解明に向けて、主に光吸収測定によるバンドギャップの評価と第一原理計算によるバンド構造の評価を実施した。その結果、光照射によって強く局在化したコバルトのd軌道へ励起された電子が、BaCoSiO4の光誘電率効果において重要な役割を果たすことを示す結果を得た。本成果は、Journal of Applied Physics vol.115 (2014) 164103において公表した。またCa8(Al12O24)(WO4)2-Sr8(Al12O24)(WO4)

2固溶体系の研究においては、SPring-8を用いた粉末X線回折実験によって、X線回折パターンの温度変化を詳細に計測することで、正確なCa8(Al12O24)(WO4)2-Sr8(Al12O24)(WO4)2固溶体相図を得た。また、焦電測定及び誘電率測定によって得た焦電係数及び誘電率の値より、本系の赤外線センサとしての性能指数を見積もった。その結果、充填アルミネートソーダライト型酸化物が現行のPZTに匹敵する性能を有することが明らかになった。この成果は、2015年度日本物理学会年次大会において口頭発表し、現在論文執筆中である。固体物理学、無機材料科学、光散乱分光学平成25年度に実施予定であった結晶構造中にBi2SiO5と同様の酸素四面体一次元鎖を有する化合物系における強誘電性の創出に関して、当初予定していた充填トリジマイト型酸化物に加えて、充填ソーダライト型酸化物に関しても新規物質開発を行った。その結果、歪みを第一秩序変数とし、歪-分極結合によって強誘電性を発現する外因性強誘電体の新規開発や、可視光照射によって誘電率が大きく変化する光誘電率効果の創出に成功した。これらの結果の全てにおいて、学術会議や論文誌、あるいは特許出願が進められており、当初の計画以上の進展が得られた。平成24年度に実施予定の、1試料合成、2ラマン散乱、3第一原理計算、4透過型電子顕微鏡観察、および5放射光X線粉末回折をすべて実施し、その結果として酸素四面体一次元鎖の屈曲に起因する、まったく新しい強誘電性発現のメカニズムを明らかにすることができた。これは、予定していた研究目標を超える成果であり、この結果を基にして現在、新たな強誘電体設計を実施している。平成26年度は、平成25年度に創出した充填トリジマイト型酸化物BaCoSiO4における光誘電率効果に関して、波長可変励起光源を用いた光誘電率効果の波長依存性や物性計測システム(PPMS)による温度依存性測定によって、発現メカニズムの解明に取り組む。それと並行して、異種遷移金属置換によって光誘電率効果の増強にも取り組み、将来的な応用を見越した物質開発を進める。また、外因性強誘電性相転移を示す充填ソーダライト型酸化物Ca8(Al12O24)(WO4)2-Sr8(Al12O24)(WO4)2固溶体において、現時点においては室温以上の相図を明らかにしているが、平成26年度においては物性計測システム(PPMS)を用いた低温における誘電測定を実施し、相図を完成させる。それと並行して焦電流測定による自発分極値の計測を行い、誘電体デバイス素子としての材料特性を評価する。得られた結果は、適宜、学術会議・論文誌、及び特許等によって公表する。平成24年度に得た成果に基づいて、結晶構造中にBi2SiO5と同様の酸素四面体一次元鎖を有する化合物系における強誘電性の創出に取り組む。特に、酸素一次元鎖が互いに連結したフレームワーク構造と呼ばれる構造を有する化合物に着目して研究を実施する。具体的には、充填トリジマイト型化合物のセラミックス試料および単結晶試料を合成し、誘電率の温度依存性より強誘電性相転移の評価を行う。また、ラマン散乱および第一原理計算より相転移を駆動するソフトモードの探索を行う。さらに、TEM観察および放射光構造解析によって相転移前後の構造を決定し、ラマン散乱と第一原理計算によって得られた結果と比較・検討することで、強誘電性のメカニズムを明らかにする。得られた結果は随時学術会議や学術論文等において公表する。平成25年度4月に東京工業大学より名古屋大学に転任して研究環境が大きく変化したため、名古屋大学における1年間の研究を通じて本研究の効率的な推進のための予算の効果的な用途を再検討し、平成26年度に予算執行調整を実施するという計画に基づいて、次年度使用額が生じた。
ショウジョウバエ概日時計関連タンパク質の検索

概日機構の分子レベルでの解析をめざし、PERと相互作用するタンパク質を分離するために酵母two hybrid systemを用いたcDNAライブラリスクリーニングを行った。しかし、残念ながらpossitive cloneを得ることはできなかった。そこで、われわれが新たに分離した時計突然変異系統から突然変異遺伝子を分離し、その遺伝子のコードするタンパクがPERと相互作用するかどうかをtwo hybrid systemを使って検定することにした。突然変異誘発に利用したトランスポゾンP-elemntの末端部分の配列を使って、lnverse PCR、Anchor PCRなどの方法によりトランスポゾン挿入部分周辺のgenomic DNAをシークエンスした。いまだ、最終的な結論は得られていないが、以下のことがわかった。われわれが新たに分離した突然変異体は、以前から報告されている時計遺伝子Andanteのalleleであること。しかし、クローニングした配列は既知のものとはホモロジーがなかった。今後の課題として、cDNAの全長クローニングおよび、PERとの相互作用の有無の確認が挙げられる。
「犠牲結合原理」の普遍性の証明と多様な犠牲結合による高靭性・高機能ゲルの創製

本研究では、我々が近年提唱した「壊れやすい結合を柔軟なゲルに導入することで強靭化する」という全く新しい「犠牲結合原理」の実証とそれに伴う強靭な機能性ゲル材料の創製を目的とした。壊れやすい結合として共有結合、イオン結合、疎溶媒結合などをゲルに導入した結果、化学種・犠牲結合種のバリエーションを有する一連の強靭ゲルの合成に成功し、本原理がゲルの強靭化に普遍的に適用できることを明らかにした。また導入した犠牲結合の化学種に応じて自己修復性、異方性、構造色などを強靭ゲルに付与することに成功し、犠牲結合原理が多様な機能性ゲルの強靭化に有効であることを示した。我々は、高延伸ゲルに脆い結合(犠牲結合)を導入すると、変形時、亀裂進展に先立ってこのような結合が広範囲に亘って破壊されるため、破壊に要するエネルギーが増大することを提唱している。本研究の目的は、多種多様な犠牲結合をデザインし、それらをゲルに導入することにより、ゲルの破壊靱性を劇的に向上させ、さらにそれに伴う新たな機能を付与することである。(1)中性網目による犠牲結合中性ゲルに強電解質高分子またはミセルを添加することで膨潤度を増大させ、その内部で別の中性ゲル網目を合成することにより、前者を犠牲結合とする強靭な2重網目ゲル(St-DNゲル)を合成した。本方法はいかなる化学種の高分子にも適用可能であるため、多様な化学種、機能を持つSt-DNゲルが合成可能である。現在、生体適合性高分子と天然高分子からなるSt-DNゲルの医療材料としての応用研究を行っている。(2)ゲル微粒子による犠牲結合強電解質ゲル微粒子存在下で中性ゲルを合成することにより、ゲル微粒子を犠牲結合とする高靱性ゲル(MR-DNゲル)の合成を行った。本ゲルは極めて強靭であること、その強度は加えた微粒子の濃度にほぼ比例して増大すること、また自由成型性を持つことが示された。本ゲルの破壊時には、延伸に伴ってゲル微粒子がスピンドル状に変形、崩壊していく様子が観察された。応用として、MR-DNゲル薄膜を1ステップで固体にコーティングする方法を確立した。本ゲルは低免疫反応性や海洋生物付着阻害効果を持つことから、生体適合性や生物付着阻害効果を付与する塗料としての応用が期待される。さらにMR-DNゲル重合時に局所的に電場・磁場を加えることで、ゲル内部における微粒子の分布制御に成功した。本ゲルは高靱性に加え、微粒子の配置や外部刺激に応じた多種多様な形態変化(らせん状、筒状等)が観察されており、高強度ゲル運動素子としての応用が期待される。本研究では、多種多様な脆い結合(犠牲結合)をデザインし、これらを高伸長ゲルに導入することにより、ゲルの破壊靱性を劇的に向上させるとともに新たな機能を付与することを目的としている。本年度は、アニオン性とカチオン性のモノマーを電荷比1:1で共重合させることにより、イオン結合によって架橋された超高強度ゲルを作製した。本ゲルはポリイオンコンプレックスからなるにも関わらず均一であり、極めて高い強度、延伸性、破壊靱性を示した。本ゲルを希薄な塩溶液に浸漬すると、膨潤度は殆ど増加しないのに力学物性が大きく低下することから、本ゲル内部のイオン結合はゲルの高強度化に極めて重要であることが分かった。動的粘弾性測定やDSC測定の結果、本ゲル中には強と弱の2種類のイオン結合が見出された。以上のことから、本ゲルの高強度化は、変形した際に弱いイオン結合(犠牲結合)が強いイオン結合の破壊に先立って広範囲に壊れることで、破壊に要するエネルギーが大きく増大するために起こることが示唆された。また本ゲルの特性として、いったん切断されても、破断面をしばらく接触させておくことでイオン結合が再形成し、自己修復するという、Self-healing現象を示した。本healingは室温下で起こり、条件によっては元の強度を完全に回復出来るという優れたものである。並行して、前年度の成果をさらに発展させ、電解質生体高分子(例えばプロテオグリカン、ヒアルロン酸)存在下で中性高分子ゲルを重合し、本ゲルの内部で再度同一化学種の中性高分子ゲルを合成することにより、超高強度かつ生体適合性を有するダブルネットワークゲルを作製した。本ゲルは、従来のダブルネットワークゲルと同程度の強度を有する上、優れた細胞培養能、生体内での低免疫反応性を示した。現在、医学部と共同して関節軟骨再生誘起材料としての応用研究が行われている。本年度は、特に以下の3点を研究した。1.ポリイオンコンプレックスゲルの創製:これまでに、アニオンとカチオン両モノマーの共重合により、高靱性と自己修復性を併せ持つ両性イオン性電解質ゲルを重合した。本年度は、アニオンポリマー存在下でカチオンモノマーを重合させ、ポリイオンコンプレックスゲルを重合した。本ゲルも同様に高靱性と自己修復性を有する他、一度塩溶液に溶解させて純水で透析することにより、高靱性なゲルの再形成にも成功した。リサイクルが容易な高強度ゲルとして期待される。2.第1網目に超構造を導入したDNゲル:剛直高分子を添加したゲルの異方的膨潤に伴う超構造形成を研究した。局所的なマスキングによってゲルの膨潤度を空間的に変調させ、異方的膨潤を導入したところ、剛直性高分子PBDTを膨潤によって自由自在に配列出来た。この超構造はイオン相互作用で固定され、大変安定である。

さらに本ゲルを第1網目とした高強度DNゲルを作成したところ、超構造を保ちつつ、それを反映した異方的な力学物性を有していた。3.ラメラ構造ゲルの色応答速度の劇的な向上:これまでに、ポリアクリルアミド(PAAm)ゲルの中に重合性のラメラ脂質二分子膜を積層させ、美しい構造色を示すゲルを合成した。本ゲルは、ラメラ層の疎水性相互作用が犠牲結合として働くために高靱性である他、外部刺激に応答した色変化を示す。しかし本ゲルは、ラメラ層の粘性のために色変化の応答速度が遅かった。そこで、二分子膜をゲルの膨潤作用で寸断させ、高靱性はそのままに応答速度の向上を試みた。ゲル内部のPAAmを一部加水分解して浸透圧を上昇させ、ゲルの膨潤に伴って二分子膜を細断した。結果、構造色と強靭性を保ちつつ応答速度を100万倍速めたほか、最大3kPaの小さい圧力で、赤青のフルカラー色変化を実現出来た。無電力ディスプレイなどへの応用が可能である。本年度は、まず水素結合を犠牲結合とする強靭ゲルを創製した。カルボキシル基とアミド基の強い水素結合を利用し、ポリメタクリル酸(PMAA)ゲルを第1成分、ポリアクリルアミドを第2成分としたダブルネットワーク(DN)ゲルを創製したところ、両成分間の水素結合の効果により強靭なゲルが得られた。さらに、本ゲルの第1成分をポリメタクリル酸ブチル(PBMA)-PMAA-PBMAトリブロックコポリマーに変更し、本DNゲルに疎水性相互作用をも導入することで、破断応力10MPa、引裂エネルギー2850 J/m2などの極めて優れた力学物性を実現した。またウラニル基を有する水素結合ゲルの創製にも成功している。ウラニル基を有するモノマーを架橋剤なしで重合したところ、高分子鎖間に水素結合が形成されて弱いゲルが得られた。本結合を強化するためにウラニル基およびカルボキシル基を有するモノマーを様々な比率で重合させたところ、ある混合比において引裂エネルギー20,000 J/m2に達する極めて強靭なゲルが得られた。さらに、ラメラ超構造を有するゲルについて、ラメラ層の構造制御を行った。これまではシート状のラメラ層含有ゲルのみが合成されていたが、ゲル合成時のシェア印加法やゲルーラメラ層間相互作用を戦略的に利用することにより、円筒状ラメラ層を有するチューブ状ゲル、玉葱状ラメラ層を有する板状ゲルなどの作り分けに成功した。これらのゲルは、そのラメラ構造に由来する特異な膨潤挙動を示した。例えば円筒状ラメラ層を有するゲルは、膨潤すると体積・直径は増加するが長さは減少するという異方的膨潤を示し、玉葱状ラメラ層を有するゲルは、良溶媒中でも全く膨潤しないという結果を得た。これは3次元網目であるゲル層と2次元流体であるラメラ層の変形エネルギーの兼ね合いによるものと考えられ、現在理論構築を行っている。当初の計画通り、水素結合を犠牲結合とするゲル、またゲル内のラメラ超構造の制御を実現した。さらに、創製された各種ゲルは、我々の想定を超える高い力学物性、機能性を示した。例えば、水素結合系において得られた引裂エネルギー20,000 J/m2は、これまでに報告されてきた水系ゲルの引裂エネルギーを凌駕するものである。水素結合は、イオン結合と違って塩環境で比較的安定であるので、本ゲルは生体内などの塩存在下で利用可能な極めて強靭な含水材料となることが期待される。
放射線変異操作のためのマイクロレーザー衝撃による植物細胞膜のマイクロ加工

衝撃工学はこれまで火薬銃あるいは爆ごうを利用した研究が主体であったが、最近のレーザーの発達により、自在に超高圧パルスを発生させ、ミニフライヤーを用いて、対象試料に反復的に高圧パルスを負荷することが原理的に可能となってきた。本研究では、YAGレーザーならびにmJレベルのマイクロレーザを用いて、Cuフライヤーによる反復的に超高圧パルスを発生させる実験を中心に、マイクロ加工の可能性を検討した。本プロセスの特徴は、レーザー光を集光させ、Al薄膜(光吸収と温度保持のためのアモルファス炭素コーティング)のプラズマ化により、その上に接着した任意の物質をフライヤーとして加速することが可能である。現在の開発段階では、レーザー光強度に応じて、1-2km/sまで銅フライヤー(厚み:数10μm、直径:5mm)を加速することが可能である。マイクロ加工では、2つの要件が問題となる。1つはレーザー加速フライヤーによる超高圧パルスの精度、他は微細加工のためのフライヤーの微細化である。加速に関しては、レーザー光をμmオーダーに絞っても、数%程度のばらつきでほぼ同一の平均速度まで加速させることが可能である。一方、微細加工性に関しては、レーザー集光で決まるため、現行の装置では、1μmがフライヤー寸法の下限であり、これ以上の径のフライヤーであれば、X-Y-Z軸制御の条件で、視野内の任意の位置に繰り返し微細フライヤーを打ち込むことが可能である。本年度は、これまでルザー衝撃負荷、イオンビーム衝撃負荷、磁場パルス負荷装置の原理、衝撃パルス特性・応用展開性について総括し、特にマイクロ加工を対象とした場合の各負荷様式におけるfeasibilityを検討した。その検討を踏まえ、以下の2点について解析/実験による考察、設計を行った。(i)マイクロフライヤー/ミニフライヤー特性・Cu膜を利用した衝撃セルを開発し、直径数μm数mm、厚さ1μm100mmまでのフライヤー加速に成功した。ただし、直径/厚さ比が1に近づく場合、測定速摩(実時間での精度)には課題があり、次年度で検討をさらに加える。(ii)マイクロフライヤーの加工性・フライヤーは自分の内部衝撃伝播により形状を変化させることも考えられ、Autodyn2Dによるミニ/マイクロフライヤー形状の加速中変化を解析した。・衝撃セルからターゲットまでの距離に応じて、ターゲットに貫入する形状が変化するため、加工性評価実験では、実験セルの設定がきわめて重要となることがわかった。
機械的外力が破骨細胞の形成時における骨芽細胞の機能に及ぼす影響に関する研究

0,1250または5000個/wellの頭蓋冠由来の骨芽細胞と,75万個/wellの長管骨由来の骨髄細胞とを混合培養した.非加圧条件下ではPTH10^<-8>Mを添加すると数十個の破骨細胞様細胞が誘導されるが,骨芽細胞の混合比率による差は認められなかった.一方,これらの培養系に600g/cm^2の静水圧を96時間作用させると,1250個の骨芽細胞を混合した条件で,培養8日目の破骨細胞様細胞の形成数が23倍に増加した.この条件での培養8日目での混合培養系の培養stageはsubconfluentであった.しかし,混合した骨芽細胞数が0あるいは5000個/wellの条件下では静水圧の促進効果は認められなかった.また後者の場合、培養stageは培養6日目で既にconfluentとなっていた.加圧刺激による促進効果は10^<2-5>Mのindomethacinの添加により抑制された.また,PGE_2をindomethacinと同時に添加すると,静水圧の効果は再び認められるようになった.以上のように、骨芽細胞と骨髄細胞の混合培養系に静水圧を持続的に作用させると、破骨細胞様細胞の形成が促進されることが,培養stageがsubconfluentの状態でこのような促進作用がみとめられること、そしてこの促進効果にprostaglandinが関与していることが明らかになった.以上の結果は95年度の日本矯正歯科学会および96年度のIADR総会で発表し投稿中である.また現在,細胞に大して伸展刺激を加える系を開発し,機械的伸展を受けた骨芽細胞の培養上清が,PTH存在下での骨髄細胞からの破骨細胞様細胞の形成を促進することも明らかにしている.今後この新しい系を用いてさらに詳細な検討を加える予定である.0,1250または5000個/wellの頭蓋冠由来の骨芽細胞と,75万個/wellの長管骨由来の骨髄細胞とを混合培養した.非加圧条件下ではPTH10^<-8>Mを添加すると数十個の破骨細胞様細胞が誘導されるが,骨芽細胞の混合比率による差は認められなかった.一方,これらの培養系に600g/cm^2の静水圧を96時間作用させると,1250個の骨芽細胞を混合した条件で,培養8日目の破骨細胞様細胞の形成数が23倍に増加した.この条件での培養8日目での混合培養系の培養stageはsubconfluentであった.しかし,混合した骨芽細胞数が0あるいは5000個/wellの条件下では静水圧の促進効果は認められなかった.また後者の場合、培養stageは培養6日目で既にconfluentとなっていた.加圧刺激による促進効果は10^<2-5>Mのindomethacinの添加により抑制された.また,PGE_2をindomethacinと同時に添加すると,静水圧の効果は再び認められるようになった.以上のように、骨芽細胞と骨髄細胞の混合培養系に静水圧を持続的に作用させると、破骨細胞様細胞の形成が促進されることが,培養stageがsubconfluentの状態でこのような促進作用がみとめられること、そしてこの促進効果にprostaglandinが関与していることが明らかになった.以上の結果は95年度の日本矯正歯科学会および96年度のIADR総会で発表し投稿中である.また現在,細胞に大して伸展刺激を加える系を開発し,機械的伸展を受けた骨芽細胞の培養上清が,PTH存在下での骨髄細胞からの破骨細胞様細胞の形成を促進することも明らかにしている.今後この新しい系を用いてさらに詳細な検討を加える予定である.
情報セキュリティの情報バリアフリー化

本研究では、四肢の随意的な運動が難しい肢体不自由者が情報通信機器を自由に使えることを目的とする「情報バリアフリー」において、特には「情報セキュリティ」機能を追加することを目的としている。実際、情報通信機器を利用していれば、必ずID・パスワードを入力する場面に遭遇するが、一般的なキーボードを利用できない肢体不自由者はこれらの入力が困難である。そこで常時介護者が傍にいて画面を見られたとしても、秘密が漏れることなくパスワード等の秘密情報の入力を可能とする方式の提案を行った。これまでの研究において、英文字及び数字からなる好きな構成・長さのパスワードを利用でき、入力装置としては単純な「二択入力装置」を採用して、画面だけを盗み見られてもパスワードが推測されることはない入力方式を提案した。昨年度までに基本案をまとめあげ、今年度からは押しボタンをはじめとした具体的な入力デバイスを用いた検証を開始した。特には肢体不自由者でも操作しやすい押しボタンスイッチを用い、押下時間の短い/長いで判別する1key方式をとることで、足で踏んでもひじで押し付けても操作が可能とした。これにより随意的な運動機能が狭い範囲に限られる肢体不自由者でもパスワードの安全な入力が可能となった。スイッチについても、押下面が広いことで様々な障害に対応可能な大型スイッチや、手のひらに収まるほどの極小スイッチなど様々な取り揃えが可能である。さらに加えて「息吹きスイッチ」(息を吹きかけるとONになるスイッチ)「視線入力装置」「足踏みスイッチ」を使って検証を行い入力時間や成功率等の基礎的なデータの取得を行った。なお本年度はこれら検証結果を踏まえて発表論文を作成し、具体的な対外実績として、国際会議2本、国内の研究会1本にて発表を行った。年度発表した電子情報通信学会論文誌論文「肢体不自由者向けパスワード入力方式の研究」(電子情報通信学会論文誌(D),Vol.J101-D,No.02 , pp.386-394, 2018.2)に加えて、国際会議にて[1] “Password Input Method using Simple Device", Springer "Intelligent Computing", pp.1244-1252,2018. [2] “Input password method with Simple device", Springer, Proceedings of the Future Technologies Conference (FTC) 2018,pp.1097-1105,2018.を発表した。[1]は二択選択方式を用いた基礎提案の発表である。入力機器として利用できる機器の例を紹介したうえで、実験結果についてはキーボード上の2keyを利用したものを示した。実際に実機を持ち込みデモンストレーションを行うことで文字盤の配列についての貴重なアドバイスを得た。[2]は[1]の結果を受けて入力装置として押しボタンスイッチを採用した方式としての提案を行った。入力時間の計測についても押しボタンスイッチを用いた検証結果を示した。なお今年度「息吹きスイッチ」を用いた検証も実施したが、この結果は次年度に国際会議で発表予定である。また他のスイッチとは大きく異なるが「視線入力装置を用いた秘密情報入力」についても研究を行った。これはまばたきを用いることで文字盤選択を行う方式である。まだ成功率等の精度は低いが今後様々な方式への展開が可能な方式である。視線入力装置を用いた初歩的な研究成果は[3]"視線入力装置を用いた秘密情報入力方式の提案",第81回情報処理学会,2019.3.にて発表した。基本案の展開・検討については複数種文字盤の比較検証や固定配置と乱数配置の比較検証が挙げられる。加えて引き続き様々な入力デバイスによる検証を行うが、今後特に選んで検証するものとしては「息吹きスイッチ」「折り曲げスイッチ」「圧迫スイッチ」「接触スイッチ」がある。特に「接触スイッチ」は人体に触れることでONになるので、頬やおでこなどを用いた操作が可能になり、可動範囲が狭い肢体不自由者のサポートが可能となる点が期待できる。ただしその場合、操作動作が傍観者からわかりやすいため入力内容の推測が簡単になりやすい。このためそれらデバイスを用いながら、遮蔽する手段の方法の検討も合わせて行う。また「視線入力装置」についても引き続き検証を行うが、視線で入力する場合はこれまで提案してきたような文字盤選択によるパスワード入力だけでなく、画像上を視線でなぞることで認証したり、特定点を見つめることで入力したりすることが可能である。よって視線に関連するこれら機能を用いた新たなバリアフリー認証方式を検討する。さらにVR装置の活用についても検討を行う。VR装置は本来は仮想現実空間を見るためのディスプレイ装置であるが本研究においては「自分だけが見ることができるディスプレイ」として肢体不自由者にとってのショルダーハッキング対策・遮蔽装置として機能できる。本研究においてはVR装置を用いることで入力文字盤はランダムにする必要性が減り、固定文字盤を使うことで入力速度及び成功率の向上が期待できる。VR装置を使えば肢体不自由者においてもコンピュータをまさに「パーソナルなコンピュータ」として自身に完全に閉じて秘密に使うことができるため、肢体不自由者の新たな電脳世界の構築が期待でき、これは単なるバリアフリー以上の展開も可能である。なお今年度は以上に挙げた方式提案及び検証の成果を複数の国際会議あるいは国内研究会にて発表を行う。

本研究では、両手が使えない肢体不自由者が、PCを用いたアプリケーションあるいはサービスを使おうとして,「ID・パスワードを入力してください」と要求された場面を想定し、常時の付き添いが必要な重い障害をもった人においても、周囲に秘密が漏れることなく本人確認の手段におけるパスワード等の秘密情報の入力を可能とする方式の実現を目的としている。本年度は、画面表示される文字列マトリックスにおいて、入力したい文字が含まれている領域を分割されるたびに選択することで文字指定を行う基本案の研究・検証を行い、特にはもっとも基本をなす「二分割二選択方式」について考案・検証を行った。検証においては、複数の被験者で実証実験を行うことで、入力時間及び認証成功率の計測を行い認証方法としての実現性について確認できた。なお基本案として、ユーザは英文字及び数字からなる好きな構成・長さのパスワードを利用できる方式の提案を行い、更に単純な押下スイッチや足・息・瞼等による簡単な動作を入力とする機器を入力装置として利用できる方式として提案を行った。この方式に従えば、入力方式が簡単なため容易に入力場面を隠すことが可能となり,セキュリティ向上に貢献できる.また傍観者によるアタック攻撃の検証もあわせて実施した。アタック攻撃とは入力者のすぐそばで観察する攻撃者が、いま被験者が入力している文字を推測するアタックである。本アタック検証では足元におき毛布をかけた足ふみスイッチを用いて入力した場合、アタック成功数はゼロであり、セキュリティが高いことが証明できた。なお本年度は具体的な対外実績として、本基礎案部分を電子通信学会の論文誌論文1本、及び国際会議1本、国内の研究会1本にて発表を行った。肢体不自由者向けのパスワード等の秘密情報の入力方式として「二分割二選択方式」を提案し、方式の基礎的部分を固めた。本方式基本案については電子情報通信学会の論文誌論文にて「肢体不自由者向けパスワード入力方式の研究」(電子情報通信学会論文誌(D),Vol.J101-D,No.02 , pp.386-394, 2018.2)としてまとめ、発表した。本研究においては「分割領域選択方式」をベースとし、入力画面方式と入力装置方式の案について考案・検証を行った。入力画面方式としては「QWERTY配列キーボード」及び「アルファベット文字列マトリックス」を採用し検証を行った。候補に挙がっていた「テンキー方式」「ランダム文字列マトリックス方式」については検討初期段階から効果が期待できなかったため検証対象からはずした。また「分割領域選択」についてはもともと検討していた「上下左右の交互分割」方式だけではなく、学会・論文発表においてのコメントを受け、様々な分割パターンを考案・検証したうえでそれら優劣を確認できた。入力装置については「フットペダル」「押しボタン」装置について主に検証を行い、それら機器を用いた場合の入力時間及び認証成功率を検証できた。本結果については国際会議(IWSEC2017)においてポスター及びデモ発表を行うことで有識者の意見を集めた。
培養神経幹細胞および遺伝子導入線維芽細胞を用いた末梢神経再生の研究

近年、手術や外傷などにより末梢神経が切除された場合の再建方法の一つとして自家神経移植に代わりティッシュエンジニアリングを用いた神経再生の方法が期待されている。今回われわれは、細胞組込型人工神経の開発のため、生体吸収のコラーゲン製のチューブ作製し、移植後の切断された神経の再生に及ぼす影響について検討した。作製したチューブは、ウシI型アテロコラーゲンよりなる不織構造のチューブで、内径1.0mm、全長10mm、表面のコラーゲン厚さ0.5mmとした。チューブ内を中空にしたものを(仕様1)、チューブ内をコラーゲン線維で満たしたものを(仕様2)とし、(仕様2)には神経増殖因子(NGF)を添加したものも作製した。移植は全身麻酔下にWistar系雄性ラット5週齢の左側脛骨神経のみを7mm切除し、同部にコラーゲンチューブを縫合した。対照群として同種脛骨神経移植群、および欠損のみの群を作製した。この結果、術後3週のWTAではNGF使用群において早期の改善傾向が認められた。また、術後8週においてはその他のチューブ移植群でも欠損のみと比較し有意に早い回復が認められた。組織学的評価においてコラーゲンチューブ移植群では移植後16週において、中枢側から末梢側にかけたPGP9.5陽性線維が観察でき、神経線維の再生が示唆された。一方、欠損のみの対照群では、神経断端は末端神経腫様の構造を呈しており、神経線維の連続性は全く確認できなかった。今回の結果より、われわれの用いたコラーゲンチューブは移植後16週目までに神経線維の再生を促進することが確認できた。この所見は同種神経移植にはやや劣るものの、対照群が全く神経の連続を認めなかったことと比較すると、その効果については明らかであった。今後、これらのチューブ内に神経細胞、神経増殖因子や遺伝子導入を行った細胞を組み込みより高性能な人工神経の検討を行っていく予定である。
環の構造と表現

1.任意の0でない(右)イデアルによる剰余加群が有限であるような環を(右)剰余有限環という。右剰余有限環は右全有界なネーター環であることを示し,また特徴付けを与えた。それを用いて、多項式関係を持つ無限環が右剰余有限環であることはそれが剰余有限非零因子環であることに他ならないことを示した。また剰余有限環の環拡大について考察し,剰余有限環多くの例を得た。特に右ネーター素環Rの有限正規化拡大になっている素環Sを考えたとき、Rが剰余有限環であることとSがそうであることが同値になることを示した。また、剰余有限環の0でないイデアルに対して、ノルムを定義し、任意の自然数nに対して、ノルムがn以下であるイデアルは有限個しかないことを示した。結論として、剰余有限環のイデアルは可算集合をなすことを示した。2.任意の0でないイデアルによる剰余環が0以外に零因子を持たないような環の特徴付けを与え、その加法群の構造を決定した。また任意の自然数nに対して、このような環で真のイデアルの個数が丁度nであるような環の例を与えた。3.フォン・ノイマンの意味の正則環は、任意の加群が平坦であるような環として特徴付けられる。そこで、任意の右単純加群が平坦であるような環は正則環になるか、という問題が考えられる。任意の左原始剰余環がアルチン的であるような環に対しては、この事が正しいことを示した。従って、多項式関係を持つような環に対しては、この事が正しいことになる。更に、この結果を一般化して、任意の非正則左単純加群の零化イデアルによる剰余環がアルチン的である場合にも、上の事が正しいことを示した。この問題を一般化すると、環の弱大域次元とその単純加群の平坦次元の上限が一致するかどうかを問うことになるが、これに対しては反例を与えた。
ネコロタウイルス様ヒトロタウイルスの起源の解明

近年、国内外においてネコロタウイルスと類似の遺伝子型構成をもつロタウイルスがヒトから相次いで検出されているが、このようなネコロタウイルス様ヒトロタウイルスの起源は明らかとなっていない。本研究は、日本のネコから分離したネコロタウイルスの全ゲノム解析を行い、ネコロタウイルス様ヒトロタウイルスと比較することにより、ネコとヒトの間におけるロタウイルスの伝播と進化の過程を理解することを目的とする。平成30年度は、前年度に引き続き、日本国内のネコの糞便または直腸スワブから抽出したRNA中に含まれるロタウイルスゲノム上のNSP3遺伝子を標的とした定量RT-PCRによりロタウイルスを検出し、ロタウイルス陽性(Ct<40)と判断したサンプルについてそのG-P遺伝子型の同定を試みた。複数の遺伝子型を標的としたマルチプレックスPCRに加え、既知のネコロタウイルスに特徴的なG遺伝子(G3・G6遺伝子型)とP遺伝子(P[3]・P[9]遺伝子型)の塩基配列を基に設計したプライマーを用いて様々なPCR条件によりG-P遺伝子の増幅を試みたが、前年度までに検出したG6P[5]株およびG2株(P遺伝子型未同定)の他にはロタウイルスの遺伝子断片は増幅されなかった。また、培養細胞によるロタウイルスの分離を試みたが、前出のG6P[5]株以外には成功しなかった。結果として、本研究に用いた検体からはこれまでにネコからの検出が報告されているG3P[9]型、G6P[9]型又はG3P[3]型をもつロタウイルスは検出されなかった。平成27年度は、ネコから採取した糞便サンプルより抽出したRNAの解析中に、ヒトにおける感染例がありネコロタウイルスの関与が示唆されているG6遺伝子型をもつロタウイルス株を見出したため、その全ゲノム解析を遂行した。このG6株は西表島の野猫から検出されたものであり、既知のネコロタウイルスとは異なる遺伝子型構成(G6-P[5]-I2-R2-C2-M2-A13-N2-T6-E2-H3)を有していた。分子系統解析の結果、すべての遺伝子分節においてウシロタウイルスとの高い相同性を示し、本来はウシを宿主とする株がネコに種間伝播した例と考えられた。家猫を対象とした先行研究ではG6遺伝子型をもつネコロタウイルス株の検出が報告されているが、ウシロタウイルスに由来すると考えられる株の検出は例がない。本研究の結果は野猫と家猫の間の生息環境や行動の違いを反映しているものと考えられた。これは、ロタウイルスの進化と種間伝播に新たな示唆を与える新知見である。既知のネコロタウイルスとは異なる遺伝子型構成を有する株を見出し、その全ゲノム配列の決定および分子系統解析を行った。これにより、ロタウイルスの進化と種間伝播に新たな示唆を与える新知見が得られた。平成28年度は2016年4月28日2017年3月31日の期間に産前産後休業および育児休業の取得により研究を中断した。そのため、研究成果は1)ネコロタウイルスのG遺伝子(G3・G6遺伝子型)とP遺伝子(P[3]・P[9]遺伝子型)をPCRにより特異的に増幅するプライマーの設計、2)ロタウイルスの種間伝播に関する文献の検討、3)次世代シークエンサーによるロタウイルスの全ゲノム解析に関する情報の収集、にとどまった。近年、ブタロタウイルス様ヒトロタウイルスの検出が多く報告されており、本研究の目的であるネコロタウイルス様ヒトロタウイルスの種間伝播と進化の過程を理解するうえで重要な比較対象となる。平成29年度はネコロタウイルス特異的プライマーを用いてネコ糞便上清中に含まれるネコロタウイルスの検出を試みるとともに、次世代シークエンサーの使用によりネコロタウイルスとネコロタウイルス様ヒトロタウイルスの全ゲノム解析を効率的に進めたいと考えている。2016年4月28日2017年3月31日に産前産後休暇および育児休業取得により研究を中断したため。

平成29年度は、抽出RNA中のロタウイルスゲノムを標的とした定量RT-PCRによりロタウイルス陽性(Ct<40)と判断したネコ糞便サンプルについて、既知のネコロタウイルスに特徴的なG遺伝子(G3・G6遺伝子型)とP遺伝子(P[3]・P[9]遺伝子型)をPCRにより増幅することを目的として設計したプライマーを用いて、抽出RNA中に含まれるロタウイルスのG-P遺伝子型の決定を試みた。その結果、G3・G6遺伝子型やP[3]・P[9]遺伝子型をもつロタウイルスの遺伝子の増幅は見られなかったが、G2遺伝子型をもつロタウイルスのG遺伝子の断片が増幅された。これまで、既知のネコロタウイルスのうちG-P遺伝子型が決定されたものはすべてG3遺伝子型またはG6遺伝子型を有しており、ネコからのG2ロタウイルスの検出はこれが初めての例である。また、得られたG2遺伝子は既知のヒトロタウイルスとの相同性を示したことから、本来はヒトを宿主とするロタウイルスがヒトからネコへと種間伝播した例である可能性が考えられた。平成29年度に解析を行ったネコ糞便サンプル中に、全ゲノム解析の優先的な対象となるG3P[9]遺伝子型やG6P[9]遺伝子型をもつロタウイルスを同定できなかったため。また、平成29年12月28日から平成30年3月31日に産前産後休暇および育児休業取得により研究を中断したため。近年、国内外においてネコロタウイルスと類似の遺伝子型構成をもつロタウイルスがヒトから相次いで検出されているが、このようなネコロタウイルス様ヒトロタウイルスの起源は明らかとなっていない。本研究は、日本のネコから分離したネコロタウイルスの全ゲノム解析を行い、ネコロタウイルス様ヒトロタウイルスと比較することにより、ネコとヒトの間におけるロタウイルスの伝播と進化の過程を理解することを目的とする。平成30年度は、前年度に引き続き、日本国内のネコの糞便または直腸スワブから抽出したRNA中に含まれるロタウイルスゲノム上のNSP3遺伝子を標的とした定量RT-PCRによりロタウイルスを検出し、ロタウイルス陽性(Ct<40)と判断したサンプルについてそのG-P遺伝子型の同定を試みた。複数の遺伝子型を標的としたマルチプレックスPCRに加え、既知のネコロタウイルスに特徴的なG遺伝子(G3・G6遺伝子型)とP遺伝子(P[3]・P[9]遺伝子型)の塩基配列を基に設計したプライマーを用いて様々なPCR条件によりG-P遺伝子の増幅を試みたが、前年度までに検出したG6P[5]株およびG2株(P遺伝子型未同定)の他にはロタウイルスの遺伝子断片は増幅されなかった。また、培養細胞によるロタウイルスの分離を試みたが、前出のG6P[5]株以外には成功しなかった。結果として、本研究に用いた検体からはこれまでにネコからの検出が報告されているG3P[9]型、G6P[9]型又はG3P[3]型をもつロタウイルスは検出されなかった。少量のロタウイルスゲノムからの全ゲノム解析を行うにあたり、シークエンスの方法として当初予定していたサンガー法に代わり、次世代シークエンサーの使用を検討する。シークエンスの方法として当初予定していたサンガー法に代わり、次世代シークエンサーを使用する。設計したプライマーの有効性は確認済みであるので、G-P遺伝子型の決定を困難にしている要因として、ネコ糞便サンプル中に含まれるロタウイルスゲノムが少量であることと、夾雑物によるPCRの阻害が考えられる。ロタウイルス陽性サンプルについては、G-P遺伝子型が決定できない場合でも次世代シークエンサーによるシークエンスを行うことを検討する。
雑音畳込みニューラルネットワークの研究開発

学習済みCNNのパラメータの統計的解析に元づく雑音畳込みニューラルネットワーク(雑音CNN)を提案する。雑音CNNは畳込み演算の大部分を雑音の畳込みで代用してパラメータを最大で約90%削減できる。本研究では、雑音CNNの雑音畳み込み回路を開発し、組込み機器向けに専用チップを設計する。また、雑音CNNの学習時間を短縮するため、FPGAベースの高速学習クラスタを開発する。FPGAによるプロトタイプ実装でさらなる性能向上を明らかにする。