hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
コレラ菌のキチン誘導型形質転換におけるシグナル伝達機構

GlcNAcのポリマーであるキチンはコレラ菌のDNAコンピテンスを活性化し,形質転換を引き起こす。本研究は,キチンのシグナル伝達における膜貫通型DNA結合蛋白質TfoSの役割を解明する目的で行われた。その結果,1)TfoSはコンピテンスレギュロンの発現に必須なsmall RNA遺伝子(tfoR)の転写を活性化すること,2)TfoSは二成分制御系の蛋白質ではないにも関わらず,その活性はキチン反応型の二成分制御系センサーキナーゼChiSに支配されること,3)ChiSからTfoSへのシグナル伝達は既知のリン酸基転移とは異なる機構で進行することが示唆された。キチンの分解産物(GlcNAc)2はコレラ菌のDNA取り込み能(コンピテンス)を活性化するシグナル分子である。本研究は,(GlcNAc)2のシグナル伝達に関わる因子として新たに見出された蛋白質であるTfoS(VC2080)の機能を解明することを目的とする。前年度までの解析によって,1)TfoSはnon-coding RNAであるTfoRの発現誘導を介してコンピテンスを活性化すること,2)TfoSは内膜に局在することが明らかになるとともに,3)(GlcNAc)2のTfoSに対する作用は直接的ではない可能性が示唆された。当該年度は以下の2点について解析を行い,得られた知見を学術論文・集会で発表した。1)TfoSによるtfoRの転写活性化能TfoSのDNA結合ドメインを精製し,in vitro転写解析を行った。精製蛋白質はtfoRのプロモーターを特異的に活性化した。また,ゲルシフトアッセイとDNase IフットプリンティングによってTfoSが結合する塩基配列を特定した。2)二成分制御系センサーキナーゼChiSの関与ChiSは(GlcNAc)2反応型のセンサーキナーゼとして以前から知られていた。意外なことに,TfoSは二成分制御系レスポンスレギュレーターと相同性がないにも関わらず,その活性はChiSに支配されることがわかった。また,ChiSによるTfoSの活性化には,センサーキナーゼ間で保存されるリン酸基転移部位が不要であった。キチンの分解産物(GlcNAc)2は,コレラ菌のDNA取り込み能(コンピテンス)を活性化するシグナル分子である。本研究は,(GlcNAc)2のシグナル伝達に関わる因子として見いだされた蛋白質TfoS(VC2080)の機能を解明することを目的とする。TfoSは膜局在型の転写因子と推定されており,その遺伝子を欠失させると(GlcNAc)2によるコンピテンスレギュロンの活性化能が失われる。当該年度は以下の4点について解析を行った。1)TfoSの局在性の解析:コレラ菌の細胞質,内膜,ペリプラズムおよび外膜のうち,TfoSは内膜に局在することが示された。2)TfoSの欠失解析:TfoSはペリプラズムドメイン,膜貫通ドメインおよびDNA結合ドメインの3つのドメインをもつ。レギュロンの上位に位置する遺伝子tfoR(tfoR-lacZ転写融合)の発現活性化能を指標にして,各ドメインの役割を調べた。DNA結合ドメインはtfoRの発現に必須であった。ペリプラズムドメインおよび膜貫通ドメインを欠失させるとtfoRの発現が構成的になったことから,両ドメインはTfoSの活性を負に制御する役割をもつと考えられた。4)TfoSの精製:全長蛋白質は発現量が低くかつ不溶化するために精製できなかったものの,DNA結合ドメインはマルトース結合蛋白質と融合することで可溶化し,うまく精製することができた。当該年度の目標は,1)TfoSの膜局在を確認する,2)TfoSの各ドメインの役割を理解する,3)シグナル伝達経路(GlcNAc)2→TfoS→tfoRにおいて各因子間の相互作用が直接的なものかどうか確認する,4)今後のin vitroでの解析に備えてTfoSの精製を行う,という4点であった。このうち,1)と2)については目標を達成し,TfoSが膜局在型蛋白質であることを示すとともに,(GlcNAc)2応答に必要なドメインを大まかに特定することができた。3)については,大腸菌における再構成系を用いた結果から,TfoSそのものが(GlcNAc)2応答に関わる可能性は低くなったものの,TfoSがtfoRの転写を直接制御していることを示唆できた。4)については,全長蛋白質は精製できなかったが,DNA結合ドメインを精製することに成功し,TfoSによるtfoRの転写活性化機構をin vitroで解析するための系が完成した。以上の成果から,研究はおおむね順調に進展していると判断した。翌年度以降は以下の4点について解析する。

1)TfoSによるtfoRの転写活性化能の解析:精製した蛋白質がtfoRの転写を活性化するかどうかをin vitro転写系を用いて解析する。2)TfoSのDNA結合能の解析:精製した蛋白質がtfoRプロモーターに結合するかどうかをゲルシフトアッセイをで解析する。さらにDNase IフットプリンティングによってTfoSのDNA結合配列を特定する。3)TfoSによるグローバルな遺伝子発現制御の解析:野生株とtfoS欠失株におけるコレラ菌全遺伝子の発現を,DNAマイクロアレイを用いて比較し,コンピテンスレギュロンに属する既知遺伝子の発現変動を確認する。また,この結果とDNase Iフットプリンティングによって得られたTfoSの結合配列を比較することにより,TfoSの新規なターゲット遺伝子を予測する。4)TfoSを制御する因子の同定:現在までの解析から,(GlcNAc)2のTfoSに対する作用は間接的であると考えられるため,この間を介在する因子を遺伝学的に同定する。tfoR-lacZおよびtfoSをもたせた大腸菌に,コレラ菌ゲノムライブラリープラスミドを導入し,(GlcNAc)2存在下でtfoR-lacZの転写活性が上昇するクローンを選択する。ポジティブなクローンが得られれば,その遺伝子を欠失させ表現型を調べるとともに,蛋白質の発現・局在性を解析する。また,蛋白質を精製し,(GlcNAc)2ゲルを用いたアフィニティクロマトグラフィーによって(GlcNAc)2との結合能を解析する。さらに,この蛋白質とTfoSの結合をプルダウン等で調べる。以上の手順により,候補因子が(GlcNAc)2→TfoSの間をリンクさせる役割を担うことを確認する。引き続いて基本的な実験操作(核酸,蛋白質などの取り扱い,細菌の培養等)に必要な酵素類・キット類もしくはプラスチック製品を購入する。また,(GlcNAc)2ゲルを購入するための費用,DNAマイクロアレイ遺伝子発現解析を行うための費用および核酸のラベルに必要なラジオアイソトープを購入するための費用にも充てる。さらに,研究成果を発表するための経費(国内外の学会等に参加するための費用,論文投稿に必要な費用)として使用する予定である。
新生児期集中治療による腸内環境変化の解析

生後早期の腸内細菌叢において、栄養法や抗菌剤の使用などの要素がその形成に影響を与える可能性が示唆される。16S rRNAPCRアッセイを用い、早産児の糞便検体より代表菌の変化を解析した。早産児33症例を対象とし、糞便検体よりDNAを抽出し代表的4菌種をRT-PCR法で解析した。結果、抗菌剤投与の有無で4菌種ともにコピー数の相違を認めなかった。プロバイオティクス群と完全母乳群では生後早期よりBifidobacteriumが認められ、完全母乳群では生後7日で黄色ブドウ球菌を認めなかった。早産児では、プロバイオティクスと母乳栄養が良好な腸内細菌叢形成に有効な可能性が示唆された。昨年度に引き続き、本年度は、1各病棟と外来(1ヶ月健診)での糞便回収及び承諾取得、2各菌種の特異的プライマーの設計と確認、3NICU入院児の糞便検体を用いた代表4菌種の解析、を施行した。1に関して、昨年度同様に、NICU入院児の検体回収及び承諾取得はスムーズであった。本年度は特に、昨年様々な問題が多かった正常新生児の検体回収を施行した。入院時での検体回収の説明及び配布資料を改善させ、関連する助産師らと協力することで、正常新生児検体の回収は増加した。2に関して、昨年度解析系を確立したBifidobacteria、Enterococci、Enterobacteriaceae、Staphylococcus aureusの4菌種の解析系での結果を、別の試薬(taqman probe)を用いたRTーPCR解析と比較した。結果、2つの試薬での結果に差はなく、引き続き検体の解析を行うこととした。3に関して、昨年解析した33症例の入院児に加え、NICU入院児30例、正常新生児群30例の検体の解析を施行中である。一方、実験計画した高圧液体クロマトグラフィーによる有機酸・短鎖脂肪酸解析は、基礎実験の結果、今回低出生体重児から回収した必要糞便検体では、実験に必要な糞便量が足りないことが判明した。このため、正常新生児で回収量の多いサンプルを用い、系の確立を目指す。さらに、昨年研究発展のために通常培養では解析が困難な嫌気性菌の解析を検討したが、糞便検体の嫌気的回収が困難なことがわかり、本手法では不可と判断した。今後も他菌種解析が可能か検討予定とする。本年度は、1各病棟と外来(1ヶ月健診)での糞便回収及び承諾取得、2各菌種の特異的プライマーの設計と確認、3NICU入院児の糞便検体を用いた代表4菌種の解析、を主に施行した。1に関して、NICU入院児の検体回収及び承諾取得はスムーズであった。当初、重症患者への検体回収は困難が予想されたが、回収日齢に幅を持たせることで概ね回収可能であった。一方、正常新生児の検体回収は、一ヶ月時の外来で、同意を得た保護者が検体を忘れて来ることが多く、検体回収が難航した。入院時での検体回収の説明及び配布資料を改善し、今後も目標検体数の回収を目指す。2に関して、Bifidobacteria、Enterococci、Enterobacteriaceae、Staphylococcus aureusの4菌種のRT-PCRを用いた解析系を確立させた。この系を用い、研究予定日齢で糞便検体を回収できた33症例の入院児に関して、臨床症状に対応した検出菌種の解析を行った(3)。この結果、今回の糞便検体から代表4菌種の定量的解析が可能なこと、さらに臨床症状や管理により各群で異なる菌種分布を呈する可能性が示唆された。最終年度5月まで正常新生児の検体採取を行い、過去2年間の臨床検体とあわせて解析を行った。さらに、S.aureus評価をより詳細にするため、mecA遺伝子領域のプライマーを用い、院内環境で多く認められるMRSA判定を行い、臨床における一般培養検査の結果とあわせた検討を行った。最終的に承諾が得られ、適切に検体採取された正常新生児42名、NICU入院児48名、あわせて90名で検討を行った。16の結果が得られた。1検討した4菌種(Bifidobacterium, Enterococci, Enterobacteriaceae, S. aureus)は出生時に比べ生後1カ月で増加していた。2菌数はBifidobacteriumが最も多かった。3NICU群では正常新生児に比べ出生時の菌数が有意に少なかった。4栄養法での比較において、母乳使用と人工乳使用で生後1カ月時におけるBifidobacterium数に差はみられなかった。5分娩方法では、NICU群の帝王切開出生児は生後1カ月時におけるS.aureusuが多い傾向がみられた。

6全検体中、S.aureusuが検出され、MRSA株であった児は生後1カ月時のBifidobacteriumが有意に少ない。本研究のRT-PCRを用いた代表4菌種のRNA解析は、上記結果が得られた。今後他菌種の解析を行い、より詳細な生後早期腸内細菌叢形成における知見を増やす予定である。新生児学本研究の中心となる、正常新生児およびNICU入院児の糞便検体解析は、予定検体数に近づきつつあり、解析も順調である。引き続き、代表4菌種を用いたRT-PCR解析と、各臨床群における解析結果のまとめを施行する。一方、昨年研究発展のために通常培養では解析が困難な嫌気性菌の解析を検討したが、糞便検体の嫌気的回収が困難なことがわかり、本手法では不可と判断した。今後も他菌種解析が可能か検討予定とする。Bifidobacteria、Enterococci、Enterobacteriaceae、Staphylococcus aureusの4菌種のRT-PCRを用いた解析系を確立させた。この系を用い、研究予定日齢で糞便検体を回収できた33症例の入院児に関して、臨床症状に対応した検出菌種の解析を行った今後、目標検体数を回収し、各臨床群での統計学的解析を行う基礎が確立したと考える。本年度施行した研究結果を踏まえ、昨年度に引き続き臨床検体の同意取得及び検体回収を行う。臨床症状により分類した各群に対して、統計学的処理に必要なサンプル回収を目標とする。得られたサンプルのDNA抽出、RT-PCRによる解析を継続する。高圧液体クロマトグラフィーによる有機酸・短鎖脂肪酸解析は、基礎実験の結果、必要糞便検体量が足りないことが判明した。このため、正常新生児で可能な限り検体の量を増やし、上記RT-PCRの結果に加えた解析を行う予定である。本年度施行した研究結果を踏まえ、引き続き臨床検体の同意取得及び検体回収を行う。本年度系を確立した4菌種に加え、通常培養では検出が困難な嫌気性菌の検出が可能か検討する。さらに、計画した高圧液体クロマトグラフィーによる有機酸・短鎖脂肪酸解析の基礎実験を開始し、上記RT-PCRの結果を加えた解析を行う予定である。本年度、1か月健診施行の外来の都合で、正常新生児の検体回収を優先した。このため、解析実験に遅れが生じ、当初予定した消耗物品費が見積もりよりも定額であった。予定通り、実験解析を施行する。昨年度からの予算は、引き続き回収検体の解析に使用する。検体処理のため、DNA抽出キット・マイクロピペット・チューブの購入、RT-PCR関連物品の購入に使用。もうひとつの系である有機酸・短鎖脂肪酸解析の消耗物品の購入に使用予定。2013年6月に行われる第11回世界周産期学会(モスクワ)にて現段階の研究結果を報告し、今後の研究発展のための意見を求める。
IgA腎症患者末梢B細胞における、IgAクラススイッチ制御機構の特殊性について

末梢血B細胞をIL-4、TGF-β、LPS等存在下で72時間培養し、IgA germlinetranscriptを半定量的RT-PCRで解析、TgA腎症群、非腎炎群間で比較した。非刺激下培養ではgermline transcriptに患者群、正常群間で量的な有意差は無かったが、LPS刺激で患者群のgermline transcriptは有意に増加し、IL-4の追加刺激によってその傾向は更に顕著となった。TGF-βは単独で強いgermline transcriptの誘導能を示したが、IL-4他のサイトカインとの協調作用については観察されなかった。末梢血単核球よりDNAを調整しIgA germline Iα領域より5'側の上流約1,000bpに渡る領域を3箇所に分割後PCR-SSCP方で解析した。患者群では特に最上流に位置するnegative promotor領域で遺伝子の多型性が観察され、同部位にIL-4等のサイトカイン作用部があることが予想された。現在同部位の塩基配列のシークエンシングを行っている。
自閉症細胞モデルによる病態理解のための表現解析

自閉症は社会性の障害に代表される発達障害であり、その発症にはコピー数多型(CNV)等の遺伝的寄与が示唆されている。我々はCNVの自閉症モデルマウスを開発した経験から、ヒトで報告されている全てのCNVの網羅的胚性幹(ES)細胞ライブラリーを、独自に開発した次世代染色体工学を用いて構築し、シナプスレベルを含むin vitro, in vivoの多面的表現解析を行う事を考案した。1.自閉症データベースの構築:これまでのバイオインフォマティクス解析で、自閉症のゲノム解析で得られた論文、Web情報からコピー数多型(CNV)を有する自閉症例の網羅的データベースを構築した。3.細胞分化系の構築:ES細胞ライブラリーのスクリーニングのために、神経細胞(ニューロン)への分化系を構築する。神経幹細胞及び神経細胞への分化系に関しては、既に応募者の研究室で確立した。28年度が最終年度であるため、記入しない。
高プロトン伝導性プラスチッククリスタル材料の創成

新規プロトン伝導性プラスチッククリスタル材料の開発を目的に、様々な有機塩の合成を行った。コリンビス(トリフルオロメタンスルホニル)アミド([N1.1.1.2OH][NTf2])や有機カチオンとリン酸二水素([dhp])アニオンからなる化合物を合成した。いずれの化合物も固相-固相転移を示し、融解のエントロピーが十分に小さいことから、プラスチッククリスタルであることが推定された。また、プラスチッククリスタル相におけるイオン伝導度は、約10-3Scm-1であった。プラスチッククリスタル/Nafion複合体を作製し、室温・無加湿下において燃料電池発電試験を行った。複合膜の開放電圧と限界電流密度は、それぞれ0.51Vと11mAcm-2であった。本研究では、水酸基を有するコリンカチオン([N_<1.1.1.20H>])と有機アニオンであるビス(トリフルオロメチルスルホニル)アミド([NTf_2])を組み合わせて、新規プロトン伝導性プラスチッククリスタル材料を合成した。構造確認は、^1H NMR、元素分析、FAB-MSにより行った。DSC測定の結果、[N_<1.1.1.20H>][NTf_2]は0°Cと23°Cに吸熱ピークを示した。23°Cにおいて融解することを目視によって観察し、融点であることを確認した。0°Cの吸熱ピークは固体一固体転移であること、融解のエントロピーが十分に小さいことから、[N_<1.1.1.20H>][NTf_2]は新規イオン性プラスチッククリスタルであることがわかった。プロトン伝導性を評価するために、所定量の酸を添加して熱分析、粘度、及びイオン伝導度を測定した。酸添加量の増加に伴い、融点は消失し、-70°C程度のガラス転移温度のみを示した。粘度は、酸添加量の増加に伴い、単調に増加した。また、[N_<1.1.1.20H>][NTf_2]単独のイオン伝導度は25°Cにおいて約10^<-3>Scm^<-1>の値を示したが、酸添加量の増加に伴い、イオン伝導度は単調に低下した。このような粘度とイオン伝導度の傾向は、コリンカチオンの水酸基とプロトンの相互作用に基づくと考えられる。そこで、^1H NMRを測定したところ、上記部位における水素結合の存在が示唆された。[N_<1.1.1.20H>][NTf_2]は酸を解離させる能力があることがわかった。本研究では、昨年度得た新規プラスチッククリスタル材料であるコリン塩([N_<1.1.1.20H>][NTf_2])中におけるプロトン伝導機構について詳細な検討を行った。まず、ガラス製U字型セルを作製し、分極測定を行った。電極には、コイル状白金線を使用し、作用極に水素または窒素をバブルしながら測定を行った。窒素をバブルしながら分極測定を行った場合、1Vまで印加しても電流は全く流れなかった。一方、水素をバブルしながら分極測定を行った場合、印加電圧の増加に伴い電流値は上昇した。また、温度を室温から80°Cの範囲で測定したところ、温度上昇にともない電流値が上昇した。また、磁場勾配NMRを用いて自己拡散係数の測定を行った。その結果、酸由来のプロトンがわずかではあるが、系中において最も速い拡散種であることがわかった。以上のことから、コリン塩はプロトン伝導体として機能することを明らかにした。コリン塩はカチオン側鎖に水酸基を一つ有する。より効率的なプロトン伝導パスを構築するため、水酸基数を四つ有する新規プロトン伝導体を合成した。イオン伝導度は、80°Cにおいて約10^<-3>S cm^<-1>であった。コリン塩よりもイオン伝導度が若干低下した。これは、水酸基同士の相互作用により系の粘度が増加したためである。しかし、酸添加に伴いイオン伝導度は増加し、酸濃度が33mol%で極大値を示した。以上の結果より、水酸基はプロトン輸送に効果的な官能基であることが示唆された。本研究では、コリン塩([N_<1.1.1.2OH>][NTf_2])を用いて高分子電解質との複合化を行い、プロトン伝導性を評価した。また、室温を含む広い温度範囲において高プロトン伝導性を有する新規プラスチッククリスタル(PC)の開発を目的として、有機カチオンとリン酸二水素アニオンからなる化合物を合成し、特性評価を行った。

まず、Nafion溶液に[N_<1.1.1.2OH>][NTf_2]を所定量添加し、ガラス基板上にキャストすることにより複合膜を作製した。複合膜の両側にカーボンペーパー電極をホットプレス(温度: 120°C、圧力: 1.0MPa、時間: 1分間)し、膜電極接合体を作製した。これを燃料電池セルに設置し、室温、無加湿条件下において発電試験を行った。Nafion単独では全く発電しなかったのに対し、複合膜ではわずかに発電することがわかった。複合膜の開放電圧と限界電流密度は、それぞれ0.51Vと11mA cm^<-2>であった。一方、新規PC材料の開発を目的に、有機カチオンとしてピロリジニウムカチオンを用いた。エチルメチルピロリジニウムカチオンとリン酸二水素アニオンを組み合わせたとき、DSC測定において51°Cに固相間転移を示したことから、新規PCであることが示唆された。イオン伝導度測定を行ったところ、転移温度前は10^<-7>S cm^<-1>程度であったのに対し、転移後はイオン伝導度のジャンプが観測され、約2桁程度急激に増加した。イオン構造の最適化を行うことで、さらなる改善が可能である。
複数の群れからなる生物個体群集の動態に関する数理的研究

生物個体群の群れ形成に関するダイナミクスを考察するため、最適群れサイズがどのようにして決まるかについての数理モデルを理論生物学における包括適応度の概念をもとに構成し、解析した。群れの融合や分裂、群れ間の個体や小集団の移住、群れ内での群れサイズ維持過程を考慮にいれた集団内の個体の適応度変化を用いて、群れサイズが成長してゆく場合に選択されてゆく最適な群れサイズの数理的解析を行った結果、群れ間の相互作用によって決定する群れサイズは、一個体の加入、あるいは脱退の繰り返しによって決まるものとは必ずしも一致しないことが示された。これは、従来、数理生物学において示されてきた群れサイズ決定の理論からは導かれ得なかった結論である。さらに、群れの間における(融合や分裂に関する)葛藤(conflict)が起こりうることが示され、その解消の数理モデリングをおこなった。構成された数理モデルによって葛藤の解消の結果の群れサイズは、特に、群れ間の葛藤に費やすコストの差が大きい場合に、非自明なものになりうることが理論的に示唆されると共に数値計算による実験によって示された。その結果は、論文としてまとめられ、現在、投稿中である。今年度の研究において構成、解析された数理モデルでは、包括適応度の数理的構成において、相互作用を被っている時点での二つの群れの間の相互作用(融合や分裂)による適応度変化のみを導入していた。一方、例えば、ある群れのメンバー個体が他の群れに移籍するような場合には、導入するべき包括適応度変化は、二段階の過程、すなわち、元の群れからの脱退による適応度変化と脱退後に移籍先の群れに加入することによる適応度変化を合わせて考慮する必要がある。このような過程は生物の群れ構造の動態の生物学的に重要な側面であるが、その数理的研究は今後の課題であり、本研究はそうした研究への基盤となるものである。
フォーカシングとグループ・アプローチを活用した対人援助職支援の研究

対人援助職を対象としたメンタルヘルス支援プログラムの策定および実施と、継続的にそれらのプログラムを実施していくためのグループ・ファシリテーター・トレーニングの開発を行った。メンタルヘルス支援プログラムはフォーカシングをベースにしたセルフケア研修と、つながりを作るためのサポート・グループで構成し、エンパワメント中心の研修が求められていることが示された。ファシリテーター・トレーニングでは、自分自身と相手との関係の質をより深く体験できることを目的とし、かかわりの「方法」ではなく、その「あり方」を体験的に身につける場として機能することの意義が示された。対人援助職のメンタルヘルスとフォーカシング的態度の関連について、対象を介護職まで拡大してさらに拡大調査を行った。結果は現在分析中であるが、アンケートの自由記述からは「ひとり職場」をめぐる問題や課題、またメンタルヘルス対策が対人援助職に丸投げされてしまっていることに対する困惑の声が多く見られた。対人援助職のセルフケア研修については、(独)大阪産業保健推進センターの協力を得て、本年度も10回実施することができた。研修プログラムの内容は、前年度の研修後アンケートの結果を踏まえて整理し、より互いの問題や不安を分かち合い、情報を交換できるようシェアリングの時間を増やした。また研修終了後に個別の相談にも対応するなど、柔軟な研修の運営を心がけるようにした。このようなプログラムを一般に普及させるためには「マニュアル」や「手順書」を作成し、公表・配布するケースが多いが、実際には「何をどのように実施するか」というハウツーよりも、講師やファシリテーターが「どのように参加者と共にあるか」、「具体的にどのような配慮を行い、それをどのように伝えるか」が重要である。多くのプログラム・研修が「マニュアル」というかたちでしか広まらず、その弊害として「やらされ感」が残ってしまい、期待した効果が得られない現状がある。そこで本年度は、パーソン・センタード・アプローチを基盤とする申請者らが、研修プログラム実施の際に、「どこに注意を向け、どのような動きをしているか」という、これまでマニュアル化されてこなかったエッセンスを具体的に言語化し、それをプログラムの精緻化に組み込んだ。フォーカシングとグループ・アプローチという「集団」と「個人」の双方に同時に関わることの意義を明らかにすることができた。前年度までの実施状況とその結果をもとに、対人援助職のメンタルヘルス支援プログラムを改定し、(独)大阪産業保健推進センターにおいて実施した。特に、参加者からの要望の多かったエンパワメントを中心としたプログラムを作成し、ポジティブメンタルヘルス研修プログラムとして提示した。参加者からのフィードバックを現在分析中である。また、本研修の参加者からの依頼により、一般企業でのポジティブメンタルヘルス研修を数多く行い、単発での支援プログラムのあり方について、実践にもとづき検討を行った。多くの企業・団体において、従来型の「マイナスを減らす」メンタルヘルス研修ではなく、エンパワメントやワーク・エンゲイジメントを高めるための研修が求められていることが、企業の健康管理担当者へのインタビューから明らかになった。さらに、これまでの研修プログラムの内容をふり返り、(1)実施内容の組み立て方、(2)実施にあたってのノウハウをまとめた。特に本研究が対象としているような体験型研修の場合、「やらされ感」や「参加の初期不安」が実施にあたっての障害になることが多い。これまではファシリテーターの「名人芸」とされることが多かったこれらの「実施の工夫」について、研究者らが専門とするパーソン・センタード・アプローチの立場から、参加者が安心して取り組めるワークの組み立て方や、ワーク実施にあたってのファシリテーションの細かな工夫について言語化および可視化を試みた。このようなノウハウの提示により、これまで「手順」だけを追うことにより生じるリスクの高かった体験型研修における参加者の傷付きを、どのように予防すればよいかという指針を示すことができた。(独)大阪産業保健推進センターおよび産業衛生学会近畿地方会の協力を得て、対人援助職(保健師、看護師、臨床心理士、衛生管理者等)のメンタルヘルス課題を同定するための質問紙調査を実施した。回答者は関西圏企業・団体所属の産業保健スタッフ343名(男性65名、女性278名)で、平均年齢は44.27歳(SD=9.851)、産業保健スタッフとしての勤務年数は平均11.10年(SD=8.931)であった。回答者の職種は看護師・保健師が244名(71.1%)と最多であった。なお、53%に相当する121名が「ひとり職場」勤務であった。調査の結果から、「フォーカシング的態度」を身につけている産業保健スタッフは、高い職場満足度、より効果的なコーピング方略、低いストレス度・バーンアウト度、高いソーシャルサポートの自覚を示すことが判明し、フォーカシングが対人援助職支援に有効であることが示された。これらの結果をもとに、(独)大阪産業保健推進センターの協力を得て、フォーカシングをべースにした支援プログラムおよびサポート・グループを実施した。

2011年度はフォーカシング中心のプログラムを8回、サポート・グループを3回実施した。毎回参加者が異なるため、厳密な結果の検討は困難であるが、全体として参加者の満足度は高かった。特に、ほとんどの参加者が「ひとり職場」勤務であるため、本プログラムおよびサポート・グループは、貴重な「情報交換の場」として機能し、孤立無援感の軽減に役立ったことが、実施後アンケートの自由記述結果より示唆された。これまでの実施状況と、これまでの研究成果をもとに、引き続き、(独)大阪産業保健総合支援センターの「一般産業保健研修」の枠組み、および一般企業や業界団体でのメンタルヘルス研修において、対人援助職支援のプログラムをより洗練させたものとして実施した。具体的には、「ポジティブメンタルヘルス」を主眼としたものであることを明示し、目的を「ポジティブな側面に目を向けること」「個人及び組織のエンパワメント」「ワーク・エンゲイジメントの向上」とした体験型のグループ・プログラムとして提示した。参加者のフィードバックはきわめて良好であり、「一般産業保健研修」に参加した対人援助職から、勤務先企業での研修依頼が多く寄せられることとなり、ポジティブメンタルヘルスを中心とした本プログラムは広がりを見せている。さらに、プログラムをよりきめ細やかなものとするため、ポジティブ心理学にもとづくチーム・ビルディングの手法として注目されているAI(Appreciative Inquiry)を取り入れることを検討した。その手法の一つである「ハイポイント・インタビュー」およびMBTI(Meyers-Briggs Type Inventory)心理検査を組み込んだ対人援助職支援プログラムを構成中である。並行して、グループ・ファシリテーターのトレーニングを実施し、参加者へのインタビューを行い、ファシリテーター・トレーニングにおける困難さと課題とを明らかにした。臨床心理学セルフケアプログラムの精緻化については、当初の予定に加え、パーソン・センタード・アプローチの視点からプログラム実施のエッセンスを抽出するという新しい視点が加わり、研究をさらにふくらませることができたが、予定していたファシリテーター・トレーニングの実施が遅れているため。平成25年度に実施を予定していた、ファシリテーター・トレーニング参加者へのインタビュー調査が、参加者との予定が合わず、完了しなかったため。対人援助職を対象としたメンタルヘルス予備調査の実施および結果の分析は予定通り進めることができ、本研究の意義を裏付ける結果が得られている。また、フォーカシングを活用したセルフケア研修およびサポート・グループの実施についても、(独)大阪産業保健推進センターの協力により、予定通り進展している。ファシリテーター・トレーニングに関する予備調査の分析については、質的データの収集・整理を行ったが、参加者へのインタビューについては、現在、インタビュー内容の構成を検討し、研究協力者と交渉中である。対人援助職の課題を同定するために、介護職も含めた調査の結果分析を行う。
エンドユーザ保護のための包括的セキュリティ技術

何らかのセキュリティを実現するシステムにおいて、人間を最も脆弱なシステム要素として狙う手法が増加している。一方、一般個人ユーザは充分な技術的知識やセキュリティ意識を有しているとは言い難い。本研究課題では、それらの問題を認知科学、HCI等に関する最新の知見の導入により解決することを目的とする。主要な成果としては、1)スマートフォンの様々な組込みセンサを活用したキーストロークダイナミクス認証方式、2)パスワードリスト攻撃を防止するパスワード使い分けを支援する手法、3)インターネット観測システムの観測点検出攻撃防御手法、4)slow HTTPDOS攻撃に対する防御手法、の確立がある。何らかのセキュリティを実現するシステムにおいて、攻撃者は、その最も弱い個所を狙う傾向があり、その結果、近年では人間を最も脆弱なシステム要素として狙う手法が増加している。更に、スマートフォン等の可搬型デバイスの普及により従来のセキュリティ技術を単純に応用することが困難な局面が生じている。本研究課題では、それらの問題を脳科学、HCI等に関する最新の知見の導入により解決することを目的とする。具体的には、1)認知・記憶やHCIに関する最新の知見を採り入れた新しい個人認証手法の開発、2)新しい教育理論に基づくセキュリティ教材開発手法の確立、3)可搬型デバイスやSNSを対象としたエンドユーザ向けセキュリティツール開発技法の確立を行うものである。課題1と3の解決のため、本年度は、近年スマートフォンに導入されている加速度センサーなどの様々なセンサーを利用したキーストロークダイナミクスに基づく個人認証手法について、歩行時や乗車時といった、実際のスマートフォン利用局面に応じた認証手法を提案した。また、課題2では、従来、研究者のグループで開発を進めていたセキュリティ自習教材について、手書き入力を用いることにより記憶の定着を促進する手法について予備的な検討を行った。課題3については、前述のスマートフォン向けキーストロークダイナミクスを用いた個人認証手法の他に、Android OS搭載スマートデバイスをマルウェアやプライバシ漏洩から保護することを目的として、ユーザの習熟度に応じたアプリケーション導入助言システムを提案・開発した。更にスマートフォン等の可搬型デバイスの普及が従来のセキュリティ技術の単純な応用を困難なものとしている。代表的な例としては、フィッシングからのドライブバイダウンロード攻撃、ユーザの個人情報を調べ上げたうえでのパスワード解読等が存在する。本研究課題ではそれらの問題を脳科学やHCIに関する最新の知見の導入により解決することを目的とし、具体的には以下の3点の確立を行う。1)認知・記憶のメカニズムに基づく新しい個人認証手法の開発、2)新しい教育理論に基づくセキュリティ教材開発手法の確立、3)可搬型デバイスやSNSを対象としたエンドユーザ向けセキュリティツール、システム開発技法の確立。本年度は課題1,3の解決のため近年流行しているパスワードリスト攻撃への対策として、記憶容易性と安全性の両立を図ったパスワード管理支援システムの提案・開発を行った。また課題3については個人サーバ管理者のセキュリティに関する管理を支援するシステムとしてインターネット観測システムを取り上げ、観測点検出攻撃に対する対策手法を提案した。一方、課題2へのアプローチとしてCapture the Flagの考え方を導入したスコア競争型のセキュアプログラミング教育技法の検討を行った。課題1および3の一部については昨年度のキーストロークダイナミクス認証について提案方式が良好な結果が得られたことと、本年度のパスワードリスト攻撃への対策に一定の成果が見られたことから順調に進展していると評価できる。評価2については昨年度までの成果に加え本年度からセキュアなプログラミングに関する検討に着手した。検討が充分深まっているとはいえないが、全体としておおむね順調であると評価する。具体的には、1)認知・記憶やHCIに関する最新の知見を採り入れた新しい個人認証手法の開発、2)新しい教育理論に基づくセキュリティ教材開発手法の確立、3)可搬型デバイスやSNSを対象としたエンドユーザ向けセキュリティツール開発技法の確立を行う。最終年度はa)スマートフォンのキーストロークダイナミクスやスマートフォン固有の様々なセンサ出力に基づき、歩行時や乗物乗車時などのスマートフォンの実際の利用局面を考慮した個人認証手法の確立、振動機能を利用し覗き見耐性を強化したスマートフォン向けPIN認証手法の開発、b)エンドユーザをフィッシング攻撃から保護することを目的とした、ウェブ画面の画像局所特徴量に基づく新しいフィッシングサイト検出手法によるフィッシング対策システム構成法の確立、c)ウェブサーバに対する新種のサービス妨害(拒否)攻撃であるslow HTTP攻撃に対する対策手法の確立、d)スマートフォンユーザをフィッシング攻撃から保護するための効果的な警告ダイアログ発出手法の検討を行った。課題

1および3の一部についてはスマートフォンのキーストロークダイナミクス認証について、提案方式が実際の利用局面(様々な移動時)にも良好な結果が得られたことから、予想を超えて順調に進展していると評価できる。評価2については手書き導入による学習効果向上に一定の見通しが得られたが手法の精緻化や評価共に十分とは言い難いが、特に当初計画から遅滞をきたしているとは言えない。課題3については、ツールの開発を行うことができ、おおむね順調であると評価する。課題1についてはキーストロークダイナミクス認証や最新のパスワードリスト攻撃への対策方式については一定の成果をみたものとして論文誌投稿等を通じて広く成果を世に問うものとする。課題2については今後も方式の考案と実験評価を継続することとする。課題3についてはネットワーク観測システムの観測点検出攻撃に対する対策については一定の成果が得れれたものとして論文誌投稿等を通じて広く成果を世に問うものとする。更に今後は可搬型デバイス一般のフィッシング対策等に取り組みを継続する。情報セキュリティスマートフォンのキーストロークダイナミクス認証については一定の成果を見たものとして、論文誌投稿等を通じて広く成果を世に問うものとする。課題3については、スマートフォンのアプリケーション導入に関するツール以外にネットワーク観測から得られるセキュリティ情報に関するツールやシステム、スマートフォンのフィッシング対策に対象を広げることとする。謝金を必要とする大規模の実験を次年度に行うこととしたこと、また、適切な成果発表の場を模索する過程で次年度に成果発表を行った方がより適切であるという判断のためである。謝金を必要とする規模の実験を次年度に行うこととしたため。課題2の実証のための大規模な実験の謝金、および、課題1,3についての成果発表旅費として使用する。主として課題2の実証のためのやや規模を大きくした実験の謝金や実験準備の消耗品費として使用する。
大都市の再生と再開発に関する研究

80年代から今日に至るまで大都市において展開された再開発事業は、これまでになくスケールの大きい多様な形態のものによって構成されており、しかも、その目的・機能においても時代のニーズを反映して、国際交流拠点の整備、アミューズメント・ゾーンの形成、および都市型ハイテク産業の集積等をも包摂するまでに拡大している。都市再開発は都市機能のすべての領域とかかわり合っており、それだけに都市再開発による都市リストラのインパクトも広範囲におよんでいる。実態として、大都市で展開される都市再開発がどれだけ都市リストラに貢献し、どれだけ大都市の再生に資しているのかを多角的に研究し、それを通じて今日の都市再開発の問題点と今後のあり方を明らかにしようとするのが、本研究の究〓の目的である。80年代の都市再開発は民活を利用した市場優先型を主力としたために、経済変動によって大きく影響をうけると同時に経済変動の振幅を一層拡大し、経済の不安定さを激化させた。確かに都市基盤の整備に役立ったし、ウォーターフロントの再活性化にも貢献している。また、新都心づくりを通じて多〓構造を増強し、集中と分散の同時進行に基づく新たな都市発展の基盤も形成されつつあるといえる。しかし、市場優先の都市再開発を進める結果として、都市の中に新たな社会矛盾が発生した。都市内の不均衡発展の拡大であり、地価負担力の弱い住民や中小企業の大都市流出であり、ホームレスの大量発生であり、産業の空洞化である。そうした社会矛盾に対して非営利団体からの積極的なアプローチが明らかにされており、タテ割り行政を超えた総合的な都市政策の提唱があり、また大都市交通システムの新たな整備方策の提案がある。つまり、ミクロ的な視点からのアプローチを含意した総合的な再開発事業がもとめられているといえる。今年度は研究の初年度であり,都市再開発,都市・地域経済に関する内外の資料を収集し,一部は小規模ながらデ-タベ-ス化した.また研究会では都市再開発問題を主たるテ-マとして,都市経済,都市構造,住宅,商業,財政,交通などの側面からの報告がなされた.そして本研究プロジェクトの中間報告として,研究分担者全員が執筆をおこなった『現代大都市のリストラクチャリング』を出版することになっている(7月頃発刊予定).以下に今年度の研究実績を要約する.都市再開発が1980年代に世界的な共通認識となった背景,とくにその経済的・地理的背景を明らかにするとともに,わが国における都市再開発ブ-ムが国土利用の大変革の中でおこっている意味を検討した.加えて,わが国の大都市なかんずく大阪市域における都市再開発の特徴と,それが都市構造に与える影響についての実態を分析した.東京・大阪などわが国の大都市圏中心都市内では.都心を取り巻く周辺の住工混合地域内の中小工業によって重要な経済機能が担われている.現代大都市における工業維持策の経済学的意味づけをおこなうとともに,大阪市内東部地区内の事例についてその面的整備方策を検討した.また都市リストラ時代における住宅再開発のあり方についての研究では,アメリカ,イギリスなど先進諸国との比較がおこなわれ,とくにアメリカでは開発利益の還元を目的とした成長管理政策が試みられ手居ることが明らかになり,わが国の住宅政策にとっても大いに参考になることが示唆された.大都市において居住機能,商業・サ-ビス機能を活性化する方策として,都市内モビリティを向上させ,都市の環境を改善することの必要性が様々なデ-タから指摘される.とくに昼間時において定常的に混雑を引き起こす業務交通の公共交通への転換の必要性が示された.平成3年度までの一応の研究成果として、われわれは『現代大都市のリストラクチャリング』(東京大学出版会、1992年3月)を公表し、さまざまな角度からの論評をいただいた。その反省の上に平成4年度はとくに関西都市圏のリストラクチャリングに焦点をあてその可能性をさまざまな角度から展望した。

まず東京、ニューヨーク、ロンドンとの比較上、これらの都市で進みつつある「世界都市化」とは何かを明確にし、それとの対比において関西の位置づけを行なった。その結果、関西圏は、傑出した国際金融機能を有していないものの、再都市化さらには都市圏多角化にともなうインナー・シテイ問題の深刻化という側面では、東京をしのいでおり、具体的な問題の様相と対策について多面的に検討した。その内容は、脱工業化=サービス化および経済のグローバリゼーションにともなう産業空洞化の影響と中小企業への対策、都市経済活性化のための交通政策の有り方、とくに業務交通のうち可能なものの公共交通への転換、新たな住宅政策を方向づける意味で重要となるであろうノン・プロフィット・オーガニゼーションの大阪での歴史的展開、関西空港開設による大阪経済へのインパクト、都市機能の分極化対策としてすでにアメリカの諸都市で実施されているリンケージ政策の大阪への適応、などである。本年度は【.encircled1.】業務地を中心とする都市再開発制度と再開発実態の把握、【.encircled2.】産業構造の転換と大阪東部の住工混在地域再開発のあり方、【.encircled3.】自動車交通から公共交通への転換のための公共交通システム整備の方策、【.encircled4.】ノン・プロフィット・セクターによる住宅運動の興隆の実態と市場優先型住宅政策の関連、【.encircled5.】ロンドン・ドックランドにみる民活重視型のウォーターフロント再開発の挫折とその問題点、を明らかにすることを研究分担課題とした。一見ばらばらのように見える研究課題の構成になっているが、しかし、それは地域別にみた再開発パターンに対応した研究分担であり、それらの地域を結ぶものとしての交通システムのあり方を問う形で全体を統合する構造になっている。共同研究の生命ともいうべき分析視角の統一化が必ずしも十分確立していないために、全体としてのまとまりに欠けることは否めないとしても、80年代の時代的特徴を多様な再開発事業の中に見いだすことに成功している。それは従来の制度的枠組みを超えて、例えば都市開発公社方式、ノン・プロフィット団体による住宅運動、あるいは民活法や信託方式の再開発等のように、きわめて画期的な事業展開が行われていることである。そうした新しい再開発手法を導入することによって、これまでにない大規模な事業や高次複合型の再開発が可能になった点に注目すべきである。しかし、逆に採算性重視の傾向を強め、コミュニティ・ニーズにきめ細かく対応できる再開発事業が後退している。都市社会を構成する主体を重視する再開発を行おうとすると、駅間距離の適正化、社会的弱者向けの住宅供給、中小企業の経営リストラの推進等、社会・経済政策的配慮を含んだ再開発が必要となり、タテ割り行政の枠組みを超克することが不可欠であることを教えてくれている。
草地における草種間競争の決定機構と遺伝的制御

ペレニアルライグラス15品種の単播と単播草地を造成し、品種間における競争力の変異を調査した。さらに、これまで行ってきた他のイネ科草種トールフェスクとオ-チャードグラスの試験結果も組み合わせて、混播草地における草種構成に与える種内の遺伝変異の影響の大きさとそれに関わる特性について考察した。得られた結果は以下の通りである。(1)ペレニアルライグラスでは、混播区における草種割合に品種間で54-90%の差異が見られた。オ-チャードグラスでは45-85%、トールフェスクでは11-43%といずれの草種でも、遺伝的変異によって混播草地の草種構成がかなり変わることが明らかになった。(2)いずれの草種でも、混播草地の草種割合と単播草地の分けつサイズは高い相関を示し、分けつの大きさが相対競争力の品種間差異を決めている主要な要因であることが分かった。(3)しかし、草種によって混播区の草種割合と分けつサイズの関係が変わり、ペレニアルライグラスとオ-チャードグラスでは正の関係が、トールフェスクで負の関係を示した。これらの関係を説明するために、分けつサイズを介した生産力と刈り取り後の再生の相対的な重要性によって草種の競争関係が決まるとする仮説を提出した。(1)4倍体品種を含むペレニアルライグラス15品種各々の単播とオ-チャードグラス(品種,オカミドリ)との混播草地を造成し、競争力を評価した。競争力は競争効果と競争反応に分けて評価した。競争効果は競争条件下で相手を抑圧する能力、競争反応は相手からの抑圧に耐える能力を表す。競争効果はオ-チャードグラスの相対収量(混播区の収量/単播区の収量)によって、競争反応はペレニアルライグラス品種の相対収量によって求めた。またポット条件下での地上部と地下部の形態形質を調査し、競争力と相関する形質を調べた。(2)競争効果と競争反応には1年目と2年目ともに品種間で大きな変異が存在したが、競争効果が競争反応より、また1年目より2年目の方が安定した競争力の差を示した。(3)競争効果と競争反応には負の相関関係があり、混播でオ-チャードグラスをより強く抑制した品種はオ-チャードグラスからは抑制されにくかった。4倍体品種は2倍体品種に比べ高い競争力を示す傾向にあった。また、芝生用の2倍体品種は特に低い競争力を示した。(4)品種間の競争力の変異の多くが、種子重やポット条件下での地下部と地上部の形質によって説明された。大きな種子をもつ品種が高い競争力を示した。また、根乾物重は2年目の競争効果と有意な相関を示したが、地上部乾物重には有意な相関は見られなかった。しかし、地上部乾物重の構成要素である一茎重と分けつ数は競争力と高い相関を示し、少数の大きな分けつをもつ品種が多数の小さな分けつをもつ品種より高い競争力を示した。ペレニアルライグラス15品種の単播とイネ科どうしの混播草地を造成し、品種間における競争力の変異を調査した。さらに、これまで行ってきた他のイネ科草種トールフェスクとオ-チャードグラスの試験結果も組み合わせて、混播草地の草種構成に与える種内の遺伝変異の影響の大きさとそれに関わる特性について考察した。

(3)しかし、草種によって混播区の草種割合と分けつサイズの関係が変わり、ペレニアルライグラスとオ-チャードグラスでは正の関係が、トールフェスクでは負の関係を示した。これらの関係を説明するために、分けつサイズを介した生産力と刈り取り後の再生の相対的な重要性によってイネ科草種間の競争関係と混播草地における草種構成が決まるとする仮説を提出した。
立体構造データベースと電子顕微鏡画像を用いた立体構造モデル構築手法の開発

本研究の目的は、生体分子の電子顕微鏡画像が与えられた際に、それに合致あるいは類似する立体構造を、立体構造データベースに登録された生体分子の中から選び出す計算機手法を開発することである。その際、代表者が開発した“2Dハイブリッド解析法"の要素技術である疑似電顕画像作成手法とニューラルネットワーク(ディープラーニング)を組み合わせて用いる。初年度である本年度は、取り掛かりとして、ごく少数の生体分子を選び、それらの立体構造をもとに作成した疑似電顕画像を、ニューラルネットワークが区別できるかを確かめる計算機実験を行った。まず初めに、小さな分子と大きな分子の電顕画像を区別できるかを確かめた。小さな分子としてインテグリン、大きな分子としてリボソームを選んだ。分子を構成する原子数は、20倍ほど違う。学習は短時間で終了し、100%の確率で区別できた。タンパク質を合成する分子機械であるリボソームについては、様々な状態の3DEMが明らかにされている。3DEMは、多数の電子顕微鏡画像をもとに作成された密度構造情報である。代表者は、リボソームの様々な3DEMをもとに原子分解能の分子モデルを構築した。そして、それらのモデルの中から2つを選択し、それらの疑似電顕画像を区別できるかを確認した。実際には、6種類の異なる分子モデルを用いて、15種類の組み合わせについて計算を行った。その結果、多くの組み合わせでは区別が難しかったが、1つのモデルだけは、高い確率(90%以上)で他と区別できた。リボソームは、活動中に大きな構造変化(ラチェット運動)をすることが知られているが、区別できたモデルだけ、構造変化後の構造だった。この計算結果は、電子顕微鏡画像をもとに、ある程度異なる構造の生体分子は区別できること、逆に、本研究の目的である「類似した構造を選び出す」ことが可能であることも示している。本研究の最終目標は、生体分子の電子顕微鏡画像が与えられた際に、それに合致あるいは類似する立体構造を、立体構造データベースに登録された生体分子の中から選び出す計算機手法を開発することである。そのためには、立体構造データベースに登録された多数の生体分子からその電顕画像を作成し、それらの画像をニューラルネットワークに学習させる必要がある。電顕画像の作成では、1つの立体構造から2500枚程度の疑似電顕画像の作成を行っている。多数の立体構造を扱うためには、その高速化が必要である。そこで、すでに開発済みの電顕画像作成プログラムを改良し、並列化を行った。これにより、以前と比べて数十分の1の時間で、疑似電顕画像の作成ができるようになった。ニューラルネットワークとしては、GoogLeNetを用いた。これは、多数の画像データを用いて学習をさせた事前学習済みネットワークである。事前学習済みネットワークを新たな課題に適用することを転移学習と呼び、少ない学習データでもよい結果が得られるとされる。そして、ごく少数の生体分子の電顕画像を学習に用いることで、学習時間が短縮され、問題の洗い出しをすることができた。今年度の研究で、ある程度類似した立体構造から作成された疑似電顕画像は、ニューラルネットワークで区別できないことが分かった。このため、類似構造を、異なる構造としてニューラルネットワークに学習させることは無意味である。そこで、立体構造データベースに登録された生体分子の構造のうち、類似した構造をもつものでグループ分けをし、その代表構造の疑似電顕画像をニューラルネットワークに学習させる必要がある。このグループ分けのために、立体構造データベースから2つの構造を選択し、それらの疑似電顕画像を区別できるかを確認する計算を、今後くりかえし行う。また、学習させる画像が多くなれば、それだけ学習時間も長くなるので、明らかに大きさの異なる分子を同じニューラルネットワークに学習させるのは、非効率である。そこで、学習時間の短縮のために、立体構造データベースに登録された生体分子を大きさでグループ分けし、それぞれのグループごとで、ニューラルネットワークに学習させる予定である。そのほか、今年度は、事前学習済みニューラルネットワークであるGoogLeNetを用いたが、これは、多数の階層を持つ複雑なネットワークであり、そのため学習にも時間がかかる。今後は、より単純なニューラルネットワークの使用を検討する。

実際には、6種類の異なる分子モデルを用いて、15種類の組み合わせについて計算を行った。その結果、多くの組み合わせでは区別が難しかったが、1つのモデルだけは、高い確率(90%以上)で他と区別できた。リボソームは、活動中に大きな構造変化(ラチェット運動)をすることが知られているが、区別できたモデルだけ、構造変化後の構造だった。この計算結果は、電子顕微鏡画像をもとに、ある程度異なる構造の生体分子は区別できること、逆に、本研究の目的である「類似した構造を選び出す」ことが可能であることも示している。本研究の最終目標は、生体分子の電子顕微鏡画像が与えられた際に、それに合致あるいは類似する立体構造を、立体構造データベースに登録された生体分子の中から選び出す計算機手法を開発することである。そのためには、立体構造データベースに登録された多数の生体分子からその電顕画像を作成し、それらの画像をニューラルネットワークに学習させる必要がある。電顕画像の作成では、1つの立体構造から2500枚程度の疑似電顕画像の作成を行っている。多数の立体構造を扱うためには、その高速化が必要である。そこで、すでに開発済みの電顕画像作成プログラムを改良し、並列化を行った。これにより、以前と比べて数十分の1の時間で、疑似電顕画像の作成ができるようになった。ニューラルネットワークとしては、GoogLeNetを用いた。これは、多数の画像データを用いて学習をさせた事前学習済みネットワークである。事前学習済みネットワークを新たな課題に適用することを転移学習と呼び、少ない学習データでもよい結果が得られるとされる。そして、ごく少数の生体分子の電顕画像を学習に用いることで、学習時間が短縮され、問題の洗い出しをすることができた。今年度の研究で、ある程度類似した立体構造から作成された疑似電顕画像は、ニューラルネットワークで区別できないことが分かった。このため、類似構造を、異なる構造としてニューラルネットワークに学習させることは無意味である。そこで、立体構造データベースに登録された生体分子の構造のうち、類似した構造をもつものでグループ分けをし、その代表構造の疑似電顕画像をニューラルネットワークに学習させる必要がある。このグループ分けのために、立体構造データベースから2つの構造を選択し、それらの疑似電顕画像を区別できるかを確認する計算を、今後くりかえし行う。また、学習させる画像が多くなれば、それだけ学習時間も長くなるので、明らかに大きさの異なる分子を同じニューラルネットワークに学習させるのは、非効率である。そこで、学習時間の短縮のために、立体構造データベースに登録された生体分子を大きさでグループ分けし、それぞれのグループごとで、ニューラルネットワークに学習させる予定である。そのほか、今年度は、事前学習済みニューラルネットワークであるGoogLeNetを用いたが、これは、多数の階層を持つ複雑なネットワークであり、そのため学習にも時間がかかる。今後は、より単純なニューラルネットワークの使用を検討する。