hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
小型染色体の構造・機能解析によるフザリウム菌の病原性分化機構の解明

F. oxysporumのうち、宿主範囲や病原力が異なる分化型・レース複数菌株(トマト萎凋病菌、キャベツ萎黄病菌、バナナパナマ病菌、エンドウ萎凋病菌およびキャベツ萎黄病菌ゲノム喪失株等計10菌株)のSMARTシーケンシングによるゲノム解析データを解析、比較することで、各株の小型染色体(アクセサリー染色体)のシーケンスを確定、小型染色体の構造と座乗遺伝子について、解析した。その結果、アクセサリー染色体上にエフェクター関連因子が座乗すること、そのような遺伝子の周囲に、トランスポゾンが多いことが判明した。トマト萎凋病菌と非病原性F. oxysporumのゲノム比較によって、トマト萎凋病菌が特異的に持つアクセサリー染色体あるいは領域が確認されたばかりか、非病原性F. oxysporumも小型染色体を保持することが判明、アクセサリー染色体のプロトタイプであることが示唆された。(2)F. oxysporumの病原性関連小型染色体に座乗する遺伝子(群)の機能解析エンドウは、病原微生物などを認識すると、ピサチンという抗菌性物質(ファイトアレキシン)を生産する。複数のF. oxysporum菌株のゲノムシーケンシング、比較の結果、エンドウを宿主とするエンドウ萎凋病菌(f. sp. pisi)のみが、ピサチンを分解する酵素(PDA)を持つことが判明、これが萎凋病菌のエンドウへの特異的病原性を司っていることが推察された。この他にも、多くの植物病原性株でSIX遺伝子が小型染色体に座乗していることを見出した。これらの遺伝子の機能および病原性や宿主特異性との関連を明らかにするため、遺伝子破壊解析、過剰発現体解析、他家発現解析、加えて申請者らが確立した染色体解析等を適用した。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。1.Fusarium oxysporum病原性関連小型染色体のシーケンシング:F. oxysporumのうち、宿主範囲や病原力が異なるトマト萎凋病菌(レース1、3それぞれ、3、1株)、キャベツ萎黄病菌(2株)の染色体をPFGE(CHEFF)で分離、小型染色体を切り出し、シーケンシングした。チューリップ球根腐敗病菌(2株)のシーケンシングを試み、1株がSIX11を保持することを見出した。2.F. oxysporumの病原性関連小型染色体の比較構造解析:PFGEおよびPFGEサザンに加え、発芽管破裂法による染色体の可視化をF. oxysporumで初めて可能とした。トマト萎凋病菌Chiba-5と18-1株の1.7 Mbの小型染色体をPFGE後に切り出し、Not I消化し、RFLP解析した。トマト萎凋病菌IB-3と41-1株のAVR1(=SIX4)遺伝子の発現解析を行った。また、トマト萎凋病菌4株の小型染色体上のAVR遺伝子の変異解析を行い、圃場分離株のAVR遺伝子の変異様式が多様であることを示した。これに基づき、トマト萎凋病菌のレース簡易検定用のLAMP法を確立した。チューリップ球根腐敗病菌は菌株によってSIX11の保持の有無に差があった。Tu:5-1株のSIX11はエンドウ萎凋病菌のSIX11とDNAレベルで98%相同で、周辺の構造もエンドウ萎凋病菌に類似していた。3.F. oxysporumの病原性関連小型染色体に座乗する遺伝子(群)の機能解析:ベノミル処理による小型染色体喪失株の作出および小型染色体の菌株間水平移動による機能解析を可能とした。トマト萎凋病菌のエフェクターのうち、SIX2, 611, 13, 14について一過的発現系を用いた機能解析のため、各遺伝子をPVXベクターに導入、トマト近縁野生種でアグロインフィルトレーションによる強制発現系を構築した。設定している3つのサブテーマとも予定通り進捗している。切り出した小型染色体のシーケンシングは終了したものの多量に含まれるトランスポゾンなどの影響でコンティグ作成が困難であるため、H29年度に、ロングリードシーケンシングを数株について行い、進捗速度を向上する予定である。また、H29年度から、これまで協力者であった荒添氏を分担者とし、ゲノム編集を更に推進することで小型染色体およびその上の遺伝子の機能解析に資する。F. oxysporumのうち、宿主範囲等が異なる分化型・レース複数株(トマト萎凋病菌1株、キャベツ萎黄病菌2株(小型染色体喪失株)、バナナパナマ病菌1株、エンドウ萎凋病菌2株、非病原性株2株の計8株)を対象に、SMARTシーケンシグによる全ゲノム解析を行った。得られたコンティグ中から病原性関連小型染色体の検索法を確立した。ウリ科に感染する菌株についてSIXの分布とSNPs解析を行った。小型染色体座乗遺伝子(エフェクター等病原性関連遺伝子)の保持、シーケンスを比較した。トランスポゾンの存在および分布を考察した。病原性に関連する可能性が示唆されたSIXs、FoQde-2、RecQ、SMS-2遺伝子等の機能解析を行うこととした。(3)F. oxysporumの病原性

関連小型染色体に座乗する遺伝子(群)の機能解析FoQde-2、RecQ、SMS-2の機能および病原性や宿主特異性との関連を明らかにするため、トマト萎凋病菌で、二回相同組換え法によって破壊株を作出、形質の調査を開始した。F. oxysporum用に新構築したCRISPR/Cas9システムを用い、キャベツ萎凋病菌のSIX4の高効率破壊(100%)に成功した。構築したCRISPR/Cas9システムをベースに,既に機能が明らかになっているSIX1およびSIX4遺伝子近傍にマーカー遺伝子をノックインするためのCRISPRベクター,機能未知であるSIX8およびSIX9遺伝子を破壊するためのCRISPRベクターならびにSIX8およびSIX9遺伝子近傍にマーカー遺伝子をノックインするためのCRISPRベクターを構築した。トマト近縁野生種でSIX2, 6, 7, 8, 9, 13を一過的発現系で強制発現させ、抵抗性誘導能を解析した。設定している3つのサブテーマとも予定通り進捗している。切り出した小型染色体のシーケンシングデータの解析が困難であったが、低廉化したSMARTシーケンシングによるロングリードシーケンシングを実施することで、8株の全ゲノムシーケンシングを終了、順調に解析を行っている。これまでの成果との比較でトランスポゾンの重要性が明らかになったのは予想以上の成果であった。遺伝子破壊も順調に推移、すでに1報を投稿中である。また、新たな分担者を加えることで、フザリウム用に特化したCRISPR/Cas9システムを構築、その有効性を確認できた。F. oxysporumのうち、宿主範囲や病原力が異なる分化型・レース複数菌株(トマト萎凋病菌、キャベツ萎黄病菌、バナナパナマ病菌、エンドウ萎凋病菌およびキャベツ萎黄病菌ゲノム喪失株等計10菌株)のSMARTシーケンシングによるゲノム解析データを解析、比較することで、各株の小型染色体(アクセサリー染色体)のシーケンスを確定、小型染色体の構造と座乗遺伝子について、解析した。その結果、アクセサリー染色体上にエフェクター関連因子が座乗すること、そのような遺伝子の周囲に、トランスポゾンが多いことが判明した。トマト萎凋病菌と非病原性F. oxysporumのゲノム比較によって、トマト萎凋病菌が特異的に持つアクセサリー染色体あるいは領域が確認されたばかりか、非病原性F. oxysporumも小型染色体を保持することが判明、アクセサリー染色体のプロトタイプであることが示唆された。(2)F. oxysporumの病原性関連小型染色体に座乗する遺伝子(群)の機能解析エンドウは、病原微生物などを認識すると、ピサチンという抗菌性物質(ファイトアレキシン)を生産する。複数のF. oxysporum菌株のゲノムシーケンシング、比較の結果、エンドウを宿主とするエンドウ萎凋病菌(f. sp. pisi)のみが、ピサチンを分解する酵素(PDA)を持つことが判明、これが萎凋病菌のエンドウへの特異的病原性を司っていることが推察された。この他にも、多くの植物病原性株でSIX遺伝子が小型染色体に座乗していることを見出した。これらの遺伝子の機能および病原性や宿主特異性との関連を明らかにするため、遺伝子破壊解析、過剰発現体解析、他家発現解析、加えて申請者らが確立した染色体解析等を適用した。ほぼ、当初の計画通り進行しているため、このまま研究を継続・推進する。
人工知能を導入した核医学画像処理システムの開発

本研究では2年度にわたって画像処理システムの開発を行った。初年度はシステムの設計とハ-ドウェア-の構築を行った。その結果各装置のネットワ-ク化がほぼ完成しデ-タの転送、ログイン、デ-タファイルのフォ-マット変換、デ-タベ-スへのデ-モンによる登録が可能となった。次年度は、各種機能の異なる装置、システムを人工知能技術を導入したワ-クシ-ト方式により結合した。すなわち、デ-タベ-スへの登録を各処理の過程(デ-タ収集時、変換時、解析時、レポ-ト作成時など)で行って出来るだけ自動化した。画像処理に必要なデ-タの検索、パラメ-タの入力にワ-クシ-トとプログラム内における複雑な判断過程を導入して、操作性を高めた。また、汎用のコンピュ-タとソフトウェアを基本に構成して、将来にわたっての拡張性、互換性を配慮した。ハ-ド的な特徴は次のようになる。1)機能を分散し、デ-タ収集、再構成と画像解析、処理、表示を別の装置で行う。2)ネットワ-ク化。3)マルチウィンドゥとマウス操作4)汎用のUNIXマシンを採用。5)高速演算機能、汎用性の高いサブル-ティンパッケ-ジ(例えば、数学ライブラリIMSL、AVSなど)を使用できる汎用機を採用。ソフトウェアの特徴は1)AVS(Application VisualizationSystem)を基本にしたモジュ-ルを用いたプログラム開発、2)Xーウィンドウ等汎用ソフトウェアを使用。3)市販のデ-タベ-ス(GBASE)を採用し、デ-タ収集、デ-タ解析、レポ-ト作成、デ-タベ-ス著積を一貫して行う。PET、γカメラ、SPECT、XCT、MRI画像をネットワ-ク上に取り込んで画像処理するために4)全てのデ-タをNEMA規格に準じた統一したフォ-マットに変換する。必要最小限の操作を目的として、キ-ボ-ド入力を少なくするために、5)マウス操作とワ-クシ-トによる入力を取り入れた。2)ネットワ-ク化。1.システムの設計と構築平成2年度6月にネットワ-クのハ-ド的な接続がほぼ完了し、各装置間のデ-タ転送・ログインが可能となった。PETカメラで収集・作成した画像や血液デ-タをCONVEXへ転送後標準仕様(SPACE・FORMAT)に変換し、デ-タベ-スへの登録、画像処理ワ-クステ-ションへの転送手順が完成した。PET画像からの脳血流量・酸素消費率、グルコ-ス代謝率等の算出は、CONVEX上で行って、ワ-ク・ステ-ションでの表示、ROIの選択、計測が可能となった。デ-タベ-スとのアクセス、レポ-ト作成も、まだ操作性や画像処理との接続に問題を残しているが、概要は作成でき、システム全体の流れはほぼた。2.画像処理画像処理機能は当初考えていたよりかなり複雑となり、特に操作性、ログファイルの作成等を重視すればする程、裏での負担が大きくなって、当初基本にしたAVS自身を考え直す必要が生じた。再設計を行ったため応用ソフトの開発が半年程遅くれている。3.デ-タ管理デ-タベ-スへの登録は、デ-モンプログラムを使ってネットワ-ク上の各装置から可能となった。検索は,患者、検査デ-タのどの項目からも可能で、9ケのワ-クシ-トを利用して欲しい情報を簡単な操作で検索できるようにした。また患者の病歴、カルテの登録修正表示を可能とした。

デ-タを1つ特定すると画像処理プロセスにつながって、表示が可能となった。4、レポ-ト作成レポ-ト作成ソフトはsun上で動き、作成時にkey wordsの選択とファジ-処理のためのソンバ-シップ関数の設定ができる。今後、デ-タを増して、PET検査とKey words(疾患名、症状、血流量値等)との関連を解析する。現在、レポ-トシステムとデ-タベ-スとの接続を行っている。初年度に構築したシステム上の、各装置が持つ機能を有機的に結合して、操作性を向上させることを主な目的とした。そのために、デ-タベ-スを中心としたデ-タや情報の交換に人工頭脳技術を応用する方法を検討した。デ-タベ-ス入出力用のワ-クシ-トエディタ-を開発し、デ-タベ-スの検索、デ-タ処理システムへのファイル名の引き渡しに利用した。ワ-クシ-トエディタ-には3つの機能がある。一つは、ワ-クシ-トのフォ-ムを決めるデフォルトファイルを参照して、そこに指示された項目と形式のワ-クシ-トウィンドウを作成する。次に、ワ-クシ-トウィンドウ上でカ-ソルを動かして、必要な項目を入力したり書き換える。第三の機能は、プログラム上からこのワ-クシ-トの値を読んだり書いたりする。このワ-クシ-トエディタ-を用いたデ-タベ-ス検索のプログラムを作成して、デ-タ処理のためのファイル検索、情報の獲得を容易にした。レポ-トシステムとデ-タベ-スを結合して、レポ-トに必要な検査や患者に関する情報をデ-タベ-スから自動的に検索しレポ-トに書き込めるようにした。また、レポ-ト作成時に重みつきキ-ワ-ドの選択、デ-タベ-スへの登録を行い、ファジ-推論を用いた解析が出来るようになった。今後デ-タの畜積を行って臨床上有用な情報を得る予定である。ログファイルとワ-クシ-トによる処理過程の記録および学習機能の付加については現在検討中で本研究年度内に完成することが出来なかったが、ツ-ルの開発が出来ているので近いうちに完成する予定である。
理科教育におけるロジックとレトリックの統合的なスキル育成方法の解明

本研究は、レトリックとロジックの統合的なスキル育成方法を解明することを目的とした。レトリックの観点からは、アナロジー的な推論に、ロジックの観点からは、演繹的な推論にそれぞれ着目した。第一に、アナロジー的な推論と演繹的な推論の双方が必要とされる授業展開によって、中学生の科学的な理解が促進された。第二に、新奇な問題を考える場面で、条件文表現(what-if)を活用することで、中学生が自分自身のアナロジーを評価するのに効果的であった。平成21年度では、主として文献調査とフィールド調査を行った。文献調査では、第一に、アナロジー・メタファー(例えば、Aubusson et al.,2006)、アーギュメンテーション(Erduran et al.,2008)などに着目し、理科教育におけるレトリックとロジックの関係を探った。第二に、科学論の観点から(例えば、ヘッセ、1986;金子、1986)、科学におけるレトリックの機能を探り、言語学やコミュニケーション論、心理学の観点から(例えば、野内、2002;瀬戸、1997;浅野、1996)、一般的な言語活動におけるロジックとレトリックのスキルを抽出した。特に、理科授業において、「変形」という認知プロセスを経てアナロジーを生成するとき、アナロジー的推論ばかりではなく、演繹的推論との関係性が重要であることが明らかとなった。上記の文献調査の結果に基づいて、小学校3年生の教授過程をデザインして実証的な調査を行ったところ、実験群の子どもの言語活動、特に、ライティングでの学習効果が確認された。平成22年度では、前年度までの文献調査の結果に基づいて、フィールド調査を行った。文献調査では、理科教育論の基底となっている学習論の変遷を整理し、それに伴った言語観の変容を探った。また、理科教育における代表的な教授ストラテジーである認知的葛藤ストラテジーの先行研究の成果と課題を把握した。さらに、言語表現によって、思考が方向付けられている事例として、電気分野のオルタナティブコンセプションの先行研究等を精査した。フィールド調査では、中学校2年生の電気分野を事例にして、演繹的な思考とアナロジー的な思考を必要とする教授過程をデザインし、実証的な調査を行った。その結果、次のような知見が得られた。(1)生徒の学習前の科学的に適切とはいえない考えを代表するアナロジーと、より科学的なモデルに近いアナロジーという、対照的な複数のアナロジーの導入は、認知的な葛藤を生起・促進し、それを解消するという教授展開において有効であった。(2)背理法的な推論プロセスと関連付けて、生徒の考えを代表するアナロジーを評価すると同時に、そのアナロジーによって、生徒の電流のモデルを評価するというプロセスを通じて、生徒の認知的な葛藤を生起・促進する効果が認められたのであった。(3)生徒の考えを代表するアナロジーの限界が明白になり、認知的な葛藤が高まった場面は、生徒自身による新たなアナロジー生成の時機でもあった。このとき、科学的なモデルに近いアナロジーを導入することによって、先の認知的な葛藤が解消され、生徒の考えを変容・転換させることにつながり、生徒自身がその認知的な変容も実感しうるのであった。(4)構造化されたアナロジーによって、科学的な意味で未分化であった生徒の考えのうちに、関連概念間の区別が意識化されるような、科学的な理解の促進効果があった。平成23年度では、前年度までの成果に基づいて、文献調査とフィールド調査を継続して行った。文献調査では、理科教育論の基底となっている学習論として、社会的構成主義学習論や協調学習論の理論的な検討を行った。また、言語を重視する教育動向の背景にある言語観、特に、機能主義的な言語観とその影響や特質を検討した。フィールド調査では、中学校1年生の光学分野を事例にして、中学生がアナロジーを生成し、それを評価するプロセスを通じての科学的な理解の変容と教授ストラテジーとしての「変形」の有効性、そして、そのようなアナロジー活用の理科学習における意味を質問紙調査によって探った。その際、アナロジー的な志向をはじめとする自分自身の志向を評価する方法として、what-if分析を取り入れた。このwhat-if分析を活用するにあたり、条件文表現として「ならば、であろう」という形式を活用することにした。結果として、次のような知見が得られた。(1)生徒らは、新奇の問題に遭遇して、自分自身では知っていると思っていながらも、必ずしも科学的な理解が十分とは言えない特殊な事例に基づいて、アナロジーを自発的に生成していた。(2)一般的な原理・原則を学習していない段階では、個別の一事例が、類似の問題を解決するための「見本例=モデル」として活用されていた。(3)ベースやターゲットの事例の属性を部分的に変容させていくWhat

-if分析と呼ばれる方法は、変形の一種であり、アナロジーの評価を促進するための教授ストラテジーとして有効であった。(4)生徒によるアナロジーの生成と評価、像点概念を導入した学習プロセスでは、ターゲットとベースの双方の事例の科学的な理解に質的な変容が認められた。小学校3年生の電気分野を事例にしたフィールド調査においても、条件文としての「ならば」の活用が科学的な理解の促進に関連していることが確認された。
超音波による温熱療法と樹状細胞免疫療法の併用による低侵襲的がん治療システムの構築

微小気泡と超音波の併用による温熱効果を利用したがん治療後に、とり残されたがん細胞を死滅させる目的で樹状細胞をがん組織に投与し、がん免疫の増強を図った。その結果、超音波温熱療法と免疫療法の併用により、がん治療効果の増強が認められた。また、この併用療法において、がん細胞特異的な免疫系の活性化が確認された。このことから、本併用療法が新たながん治療戦略になるものと期待される。これまでに我々はリポソーム型微小気泡(バブルリポソーム(BL))を利用し、集束強力超音波(HIFU)より低い超音波照射強度でのがん温熱療法の開発を進めてきた。この方法では、BL内の微小気泡が、キャビテーション誘導に必要な超音波照射強度の閾値を低下させうる。実際に、がん細胞を傷害できないような強度の超音波照射でもBLとの併用によりキャビテーションが誘導され、その時生じるマイクロジェット流や発熱によりがん細胞を傷害できることを見出した。しかし、担がんマウスに対しBLと超音波照射の併用によるがん温熱療法を行っても、その抗腫瘍効果は不十分であった。これはBLと超音波照射の併用においてがん組織内の一部のがん細胞しか死滅しないためであると考えられた。このときがん組織内では温熱療法に伴う炎症性サイトカインやHSP(Heat Shock Protein)などが放出されており、がん免疫が誘導されやすい微小環境になっていると考えられる。そこで本研究では、上述の超音波を利用したがん温熱療法において取り残されたがん細胞の退縮を目的に樹状細胞免疫療法との併用効果を検討した。マウス結腸がんColon26細胞をBALB/cマウス後背部皮下に移植8日後にBLを腫瘍内投与した。その後すぐに腫瘍に対し経皮的に超音波を照射した。超音波照射後、1,2,3,5日後にマウス骨髄由来樹状細胞を腫瘍内投与し抗腫瘍効果を検討した。その結果、BLと超音波照射のみで治療した場合、若干の腫瘍増殖抑制効果しか認められなかった。一方、BLと超音波照射によるがん温熱療法で治療した後、樹状細胞を投与した群では、BLと超音波照射のみで治療した群と比べ、高い腫瘍増殖抑制効果が認められた。以上の結果から、BLと超音波照射によるがん温熱療法と樹状細胞を用いた免疫療法の併用が相乗的な抗腫瘍効果の誘導に有効であることが示された。これまでに申請者は、薬物キャリアとして臨床応用されているリポソームに超音波造影ガスを封入した新たなタイプの超音波感受性リポソーム(バブルリポソーム(BL))を開発した。このBLに超音波を照射すると、バブルの圧壊が生じ、その時に発生するマイクロジェット流や発熱によりがん細胞が傷害され、抗腫瘍効果を誘導できることを見出してきた。さらに、この温熱療法に抗原提示細胞である樹状細胞(DC)を腫瘍内投与することで高い抗腫瘍効果を得ることに成功している。そこで本研究では、このBLを用いた超音波がん温熱免疫療法における抗腫瘍メカニズムの解析を行った。免疫担当細胞を枯渇した担がんマウスに本併用療法を適用し抗腫瘍効果を検討したところ、CD8^+T細胞を枯渇したマウスにおいて抗腫瘍効果の消失が認められた。このことから、CD8^+T細胞が抗腫瘍効果のエフェクター細胞として機能していることが示された。このように本療法では、がん細胞に対する細胞性免疫が活性化されるため、遠隔転移したがん細胞に対しても治療効果を示すものと期待される。そこで、遠隔転移に対する本療法の有効性を評価した。左右後背部2か所にがん細胞を移植し、一方のがん組織のみを本療法で治療した時の未治療側のがん組織の治療効果を検討した。その結果、未治療側のがん組織についても抗腫瘍効果が認められた。このことから、BLを用いた超音波がん温熱免疫療法が遠隔転移部位に対しても有効ながん治療法になるものと考えられた。
白血病原因遺伝子としてのmiRNAの同定

ゲノム上に存在するマイクロRNA(miRNA)は機能性RNAとして生物学的に重要な機能を担っている可能性が示されるようになって来た。特に、がんの発生においてmiRNAの発現が変化することで標的遺伝子の発現に異常が来していることが示唆される具体例が示されつつある。この場合がん抑制遺伝子がmiRNAの標的遺伝子となることによりmiRNAの過剰発現が抑制遺伝子のdown-regulationを来す場合と、miRNAの発現低下により標的のがん遺伝子の発現制御が解除される場合が考えられる。事実、ヒトがんにおいてmiRNAの存在する部位がゲノム異常の標的となっている例が最近続々と報告されている。本研究では造血系腫瘍を対象としてmiRNAの発現により白血病の誘導を行い、未知の発がん機能を有するmiRNAとその標的遺伝子を同定し、miRNAを介する発がん機構の解明を目標とした。本年度は、前年度レトロウィルスベクターに構築したマウスmiRNAライブラリーを導入したNUP98-HOXA9トランスジェニックマウス骨髄細胞を用いて骨髄移植を行ったマウスにおける白血病発症能を検討した。この結果少数のクローンにおいて1年間の潜伏期の後骨髄性白血病の発症が確認された。現在この白血病におけるmiRNAの役割について解析を進める目的で、miRNAの同定、レトロウィルス挿入部位の同定、白血病細胞における遺伝子発現プロファイルの解析、NUP98-HOXA9誘発白血病におけるmiRNAの発現変動について検討している。本年度は、マウスmiRNA約400クローンを入手し、これをレトロウィルスベクターに組み込んでライブラリーを作製した。このライブラリーを正常マウス骨髄細胞及びNUP98-HOXA9トランスジェニックマウス骨髄細胞に感染させて、自己複製能の亢進するクローンの選択を現在同定中である。また、miRNAを導入したNUP98-HOXA9トランスジェニックマウス骨髄細胞の骨髄移植を行い、白血病誘導がみられるか、現在観察中である。さらに、発がん性に機能するmiRNAをより効率よく選択する目的で、400クローンを一括して導入するのとは別に、少数のクローン毎に分けた導入方法での解析も計画中である。
代数的独立性と代数的独立度についての研究

交付申請書に当該研究の目的として挙げた、代数的独立性についての問題及び代数的独立度についての問題に関して、前者についてはPhilippon氏によって、後者についてはAmoroso氏によって、それぞれ非常に優れた結果が得られたことを、1996年春の時点で知った。このことによって、当初の計画に沿って研究を進めることが不可能になってしまった。そこで、「代数的独立性と代数的独立度についての研究」の枠内で、当初の計画にはなかった研究を行った。研究成果は次の三つにまとめられる。第一は、代数的関数方程式を満たすマーラー関数の零位数評価についての結果である。これを使うと、Topfer氏が最近得た超越測度についての結果を、同氏が扱ったマーラー関数のクラスよりも広い範囲のマーラー関数に対して一般化できる。第二は、鹿児島大学の桂田昌紀氏との共同研究の成果で、一般化されたディリクレ級数たちの代数的独立性についての結果である。特別な場合として、フルピッツのゼータ関数は複素数体上のいかなる代数的微分方程式をも満たさないことが示された。これについては、第5回超越数論研究集会(於学習院大学、1996年12月)で発表した。第三は、楕円モジュラー関数j(τ)に関係した関数たちの代数的独立性についての結果である。特別な場合として、αを零以外の任意の複素数、β、γを上半平面に属する複素数か正の実数かのどちらかでβ/γが有理数ではないものとするとき、三つの関数exp(ατ)、j(βτ)、j(γτ)は複素数体上代数的独立であることが示された。以上のうち、第一のものについては既にプレプリントが出来ており、第二・第三のものについては現在論文を執筆中である。いずれについても、近いうちに発表の予定である。
橋かけアンモニウムイオンを経由するアジリジンの新規環拡大反応の開発

cis型アジリジンの環拡大反応に先立ち、その中心ヘテロ原子類縁体である。cis型エポキシドの環拡大反応を検討した。エポキシ化合物の環拡大反応を調べることは、アジリジニル化合物の窒素原子の特性を解明する上でも極めて重要である。反応基質として、1位の炭素上に脱離基(ヨード基、トシル基、クロロメシル基など)を有するcis-4,5-エポキシドを用いた。これらの反応基質は、4-ペンチルアルコールからそれぞれ7、8工程を経て合成された。反応系中にカチオン性中間体のトラップ剤が共存している条件では、1位の炭素上で置換が起こるのみであった。このことからsic型ヘテロ3員環化合物の環拡大反応の橋かけオニウム中間体の自由エネルギーは非常に高いことが判明した。そこで次に、環上ヘテロ原子が分子内求電子部位に攻撃して初めて、カチオン性中間体のトラップ剤が生成されるように反応系を設計した。脱離基がヨード基の場合は、銀(I)イオンのようなソフトなルイス酸を系内に共存させて反応を行ったが、基質の分解のみが起こった。脱離基をトシル基とし、アセトニトリルやニトロメタン中で加熱還流下で反応を行ったが、反応は全く進行せず定量的に原料を回収した。しかし、脱離基をクロロメシル基にすると種々の溶媒中で環拡大が進行し、その方向性はendo型が優先した。特に比較的低極性の溶媒系で良好な結果を示した。アセトニトリルやニトロメタンといった高極性溶媒中では分解反応も促進した。また、速度論的に優先する化合物は、endo体であることも明らかとなった。環拡大反応に用いる基質の合成の方法論を検討した。4-ペシチン-1-オールをp-メトキシベンジル(PMB)基で保護し、リチウムアセチリドに変換後、ホルムアルデヒドとカップリングしてプロパルギルアルコールとした。三重結合部位を水素化アルミニウムリチウムによりトランス二重結合へ還元し、遊離の水酸基はフェニルプロパニル基で保護し、PMB基をtert-ブチルジメチルシリル(TBS)基に交換した。アジリジニル部位の構築は不斉合成への展開を考慮し、高い光学収率が得られるジオール化→環状スルフェート→アジリジンのルートを検討した。結果として、環状スルフェートまでは高い化学収率で得られるが、二つの2級水酸基から誘導された環状スルフェート化合物へは、アミン類の求核反応が進行せず、反応条件を激しくすると基質自体が破壊されることが明らかとなった。そこで、次にエポキシド→α-ヒドロキシアジド→アジリジンのルートを検討した。α-ヒドロキシアジドをトリフェニルホスフィン存在下、アセトニトリル中で加熱還流すると速やかにアジリジンが得られた。アジリジンの活性プロトンを電子供与性のベンジル基、または電子吸引性のトシル基に置換した後、分子末端を脱離基に変換するために、TBS基の脱保護を試みた。しかしながら、いずれの場合も速やかにアジリジニル基へのアルコキシ基の求核攻撃が起こり、テトラヒドロフラニルアミンが生成した。以上の結果から、基質合成の手順としては、脱離基を導入後、アジリジル基を構築することが必須である事が明らかとなった。
非線形偏微分方程式論における実解析的方法

排線形偏微分方程式は、数理物理学や幾何学の分野で現われ、解の構造の研究により記述する現象の解明をすることができる。本研究によって次のような成果が得られたが、用いられた実解析的方法について互に情報を交換し、討論を行なったものである。1.楕円型方程式において、その線形化作用系のスペクトル構造を解明し、対称領域における非対称解の分岐やパラメータに関する大域的連続性を明らかにした。(鈴木)2.KnotをDehn surgeryして得られるRomology球面のFloer horologについて、spectol floerの計算公式を与えた。(吉田)3.Riemann面の接続に三通りあることを示し、その判定法を与えた。またR^n上の領域上で可積分な調和ベクトル場を極が領域の外にあるNewton核の偏導関数で近似できるかどうかを論じた。(酒井)4.Fuchs型方程式のモノトロミー群を計算し、既約性判定条件を求めるのに応用した。(佐々井)5.退化放物型方程式が記述する界面の運動について、爆発や漸近挙動を比較原理に基づいて明らかにした。(望月)6.曲率流の方程式と等高面の方法によって記述し、粘性解の枠組での比較原理と解の一意大域存在を示した。(佐藤)排線形偏微分方程式は、数理物理学や幾何学の分野で現われ、解の構造の研究により記述する現象の解明をすることができる。(佐藤)
Ｒａｎｄｏｍ　ｐｌａｎａｒ　ｍａｐとその周辺

本年度は昨年度に引き続き、双曲群上のランダムウォークとゴルトンワトソンツリー上のバイアス付きランダムウォークの解析を行った。双曲群上のランダムウォークに関しては、昨年度までにPierre Mathieu氏との共同研究で得られた結果を論文にまとめる作業、および証明を簡略化・改良する作業を行った。またその為にAix=Marseille大学を一か月訪問し、Pierre Mathieu氏と議論をした。本年度の研究によって、双曲群のグロモフ境界上のアールフォース正則共形ゲージによって定まるグロモフ境界上の幾何構造に対応したポテンシャル論的な構造が定義できる事が明確にわかり、その応用としてランダムウォークの調和測度のポテンシャル論的な滑らかさを証明することができた。これらの結果を論文にまとめる作業はほとんど終わっており、現在投稿に向けた最終調整をしている。ゴルトンワトソンツリー上のバイアス付きランダムウォークについては、シンガポール国立大学のAdam Bowditch氏との共同研究により、前年度までに得られたスピード関数の微分可能性の結果を拡張できることがわかった。氏との共同研究により、バイアスのパラメーターに関して局所的に一様な再生時刻のモーメント評価の証明ができたことが、本研究の技術的貢献である。この結果については現在論文を執筆中である。来年度の9月にBowditch氏が京都を訪問する予定であり、また来年度の2-3月にBowditch氏のいるシンガポール国立大学を訪問する予定である。来年度以降も引き続き共同研究を進める予定でいる。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。(1)ゴルトンーワトソン木グラフ上のランダムウォークに関して、その境界におけるトレースとして得られるジャンプ型確率過程に対し、熱核と過程の変位の平均の短時間漸近挙動に関する評価を与えた。ゴルトンーワトソン木グラフとはランダム木グラフのもっとも重要なクラスであり、random planar mapの研究とも深く関わる。本研究では、バイアスのパラメーターの入ったランダムウォークの族を考えているが、現段階ではそのパラメーターがとる範囲に制限を付けて考察していた。その制限をできる限り弱めることが今後の課題になる。(2)双曲群のランダムウォークに関して、グロモフ境界上におけるトレースジャンプ型確率過程が構成できる十分条件を与えた。現段階で得ている十分条件は、双曲群のグロモフ境界に対し定義される共形次元という幾何的な量が真に2より小さいというものである。これはグロモフ境界の共形次元という幾何的な情報と、その上の確率過程の構成という確率論的(解析的)な考察の接点を示すもので興味深いと考えている。また(1)で述べた結果に関する発表を、国内で行われた研究集会で(主にスライドを用いて)口頭で行った。それらのほとんどは英語での口頭発表であったため、今後に生きる経験となった。またフランスで行われたサマースクールでも、(インフォーマルな場ではあったが)口頭発表を行った。Random planar mapに関する結果が得られなかったことと、現段階で得られている結果もいくつか技術的制限がついていることが理由。さらにはまだ結果を論文という形で発表できていないことも課題である。本年度は、申請者が修士論文において得たゴルトンワトソン木グラフの無限遠境界上の飛躍型確率過程に関する結果を、可能なかぎり一般的な条件下で証明した。具体的には、申請者の修士論文においては、ゴルトンワトソン木グラフの子孫分布に関してある種のモーメント評価を仮定していたが、この仮定なしで同様の結果を得ることに成功した。またこの結果を論文にまとめてArxivにおいて発表した。またランダム木グラフ上のバイアス付きランダムウォークのスピードと呼ばれる量が、バイアスパラメーターの関数としてどう振舞うのかという問題に関して、可微分性が成り立つことと導関数があるガウス確率変数の共分散で表されるという結果を得た。Mathieuによって、双曲群上のランダムウォークに対して同様の結果が示された先行研究があり、この先行研究の手法とランダムグラフ上のランダムウォークの解析における常套手段である再生構造の議論を組み合わせることで上記の結果を得た。双曲群上のランダムウォークに関しては以下のような結果を得た。双曲群のグロモフ境界のAhlfors-regular共形次元が真に2より小さいという条件下で、双曲群上のランダムウォークの反射拡張が構成できることと、その反射拡張のグロモフ境界におけるトレース過程として飛躍型確率過程が構成できることを示した。またそれらの構成の議論の中で、グロモフ境界上のハウスドルフ測度とランダムウォークの調和測度の間にポテンシャル論的な滑らかさという関係があることを見出した。修士論文において得られた結果を一般化し論文として発表出来たため。また双曲群に関する結果がようやくまとまり、論文の執筆にとりかかれる状況にあるため。ランダムグラフ上のランダムウォークのスピードの解析について新しい知見が得られたため。

これらの結果を論文にまとめる作業はほとんど終わっており、現在投稿に向けた最終調整をしている。ゴルトンワトソンツリー上のバイアス付きランダムウォークについては、シンガポール国立大学のAdam Bowditch氏との共同研究により、前年度までに得られたスピード関数の微分可能性の結果を拡張できることがわかった。氏との共同研究により、バイアスのパラメーターに関して局所的に一様な再生時刻のモーメント評価の証明ができたことが、本研究の技術的貢献である。この結果については現在論文を執筆中である。来年度の9月にBowditch氏が京都を訪問する予定であり、また来年度の2-3月にBowditch氏のいるシンガポール国立大学を訪問する予定である。来年度以降も引き続き共同研究を進める予定でいる。まずは上で述べた技術的制約を取り払う方法を考える、次にそれを論文の形で発表することがあげられる。また、研究において積極的な情報収集は必要不可欠であるので、海外出張も含め積極的に研究集会に参加する。今のところ、6月から1か月間カナダで行われるサマースクールに参加することを考えている。まずは上述の双曲群に関する結果及びゴルトンワトソン木グラフ上のランダムウォークのスピードに関する結果を論文にまとめて発表することが第一となる。また双曲群に関する結果については、構成した飛躍型確率過程に対し熱核評価などの詳細な解析的性質の解明を試みる。ゴルトンワトソン木グラフ上のランダムウォークのスピードの解析については、スピードがバイアスのパラメーターの関数として単調なのかという問題が20年以上未解決の予想として知られており、これまでに得られた知見をもとにこれの解決に取り組む。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
生体認識配糖体生産のための特異的糖鎖遊離酵素の構造解析とその機能開発

大腸菌におけるエンドHS遺伝子の発現系で遺伝子組換エンドHSを発現し、菌体ライゼートから硫安分画の後、疎水、イオン交換およびゲルろ過の各種カラムクロマトグラフィーによって遺伝子組換エンドHSを精製した。精製エンドHS標品は電気泳動において単一であった。こうして、100 mg以上の精製エンドHS標品を得た。精製エンドHS標品を濃縮し、結晶化に供した。各種結晶化スクリーニングキットを用いてハンギングドロップによる蒸気拡散法で20°CにおいてエンドHSの結晶化条件を検討した。その結果、3種類の条件において結晶が生成した。得られた条件をもとに、沈澱剤組成・濃度、添加剤あるいは酵素濃度条件を検討し、最適な結晶化条件を特定した。得られた結晶は薄板状結晶であった。得られたエンドHSの結晶について、つくば高エネルギー加速器研究機構においてX線結晶回析の測定を行った。測定は、Rigaku FR-Xで行った。測定条件は、検出器R-AXIS VII、波長1.5418(CuKα)オングストローム、カメラ長120 mm、露光時間60 sec/image、振動角0.50°で合計360枚のイメージデータを収集した。データ処理は、HKL2000で行った。その結果、空間群がP 2、格子定数がa =75.3オングストローム、b =72.2オングストローム、c =216.1オングストローム、β=98.0°と決定して、3.0オングストローム分解能でフルデータを収集することができた。このため、本結晶はX結晶回析から立体構造を解くために適したものであった。次いで、得られたデータをもとに分子置換法による立体構造の決定を試みたが、分子置換に利用できる既存タンパク質の立体構造データがなかった。そこで、重原子置換法による位相の決定を行うために、得られた結晶を用いて重原子置換のための最適化条件の検討を行うことにした。X線結晶回析のためのエンドHSの結晶を調製することができ、構造解析に必要なデータを得ることができた。しかし、分子置換法による立体構造決定ができなかった。このため、エンドHSは新規な立体構造を有する酵素であるものと考えられた。分子置換法ではの立体構造の決定までには至らなかったため、位相を決定するために重原子置換法を検討することにしたが、X線結晶構造解析に利用できる結晶の調製には至っていない。また、セレノメチオニン化したエンドHSの発現とその結晶化を通じて、X線結晶解析を進めることにした。得られた結晶を用いて重原子置換を行い、そのX線回折データをもとに位相を決定し、エンドHSの立体構造を明らかにする。また、大腸菌でのエンドHS遺伝子の発現の際、セレノメチオニン存在下での培養を行い、セレノメチオニンを導入した遺伝子組換エンドHSを発現し、これを精製する。そして、セレノメチオニン化エンドHSの結晶化条件を検討し、得られた条件下で調製したセレノメチオニン化エンドHSの結晶のX線結晶解析を行い、位相と合わせて構造解析データを収集し、エンドHSの立体構造を明らかにする。さらに、糖タンパク質から調製したアスパラギン結合型糖鎖とエンドHSの共結晶を調製し、そのX線結晶構造解析を行い、エンドHSの糖鎖認識および水分子認識に関わる構造上の特徴を解明し、エンドHSの加水分解・糖鎖転移に関与する部位および糖鎖認識・結合部位を特定する。これらの知見をもとに、遺伝子改変によって糖鎖転移合成型酵素を作成し、その生体認識配糖体合成効率を検証する。また、糖鎖認識改変型酵素の作成と各種生物起源糖タンパク質糖鎖の転移導入と糖鎖転移合成型酵素によるバイオ医薬品糖鎖のリモデリングの可能性を検証する。さらに、各種アミノ酸修飾試薬を用いてエンドHSの機能および構造に重要な役割を果たすアミノ酸残基を特定し、その改変を通じて糖鎖の加水分解・転移機構を明らかにする。

その結果、空間群がP 2、格子定数がa =75.3オングストローム、b =72.2オングストローム、c =216.1オングストローム、β=98.0°と決定して、3.0オングストローム分解能でフルデータを収集することができた。このため、本結晶はX結晶回析から立体構造を解くために適したものであった。次いで、得られたデータをもとに分子置換法による立体構造の決定を試みたが、分子置換に利用できる既存タンパク質の立体構造データがなかった。そこで、重原子置換法による位相の決定を行うために、得られた結晶を用いて重原子置換のための最適化条件の検討を行うことにした。X線結晶回析のためのエンドHSの結晶を調製することができ、構造解析に必要なデータを得ることができた。しかし、分子置換法による立体構造決定ができなかった。このため、エンドHSは新規な立体構造を有する酵素であるものと考えられた。分子置換法ではの立体構造の決定までには至らなかったため、位相を決定するために重原子置換法を検討することにしたが、X線結晶構造解析に利用できる結晶の調製には至っていない。また、セレノメチオニン化したエンドHSの発現とその結晶化を通じて、X線結晶解析を進めることにした。得られた結晶を用いて重原子置換を行い、そのX線回折データをもとに位相を決定し、エンドHSの立体構造を明らかにする。また、大腸菌でのエンドHS遺伝子の発現の際、セレノメチオニン存在下での培養を行い、セレノメチオニンを導入した遺伝子組換エンドHSを発現し、これを精製する。そして、セレノメチオニン化エンドHSの結晶化条件を検討し、得られた条件下で調製したセレノメチオニン化エンドHSの結晶のX線結晶解析を行い、位相と合わせて構造解析データを収集し、エンドHSの立体構造を明らかにする。さらに、糖タンパク質から調製したアスパラギン結合型糖鎖とエンドHSの共結晶を調製し、そのX線結晶構造解析を行い、エンドHSの糖鎖認識および水分子認識に関わる構造上の特徴を解明し、エンドHSの加水分解・糖鎖転移に関与する部位および糖鎖認識・結合部位を特定する。これらの知見をもとに、遺伝子改変によって糖鎖転移合成型酵素を作成し、その生体認識配糖体合成効率を検証する。また、糖鎖認識改変型酵素の作成と各種生物起源糖タンパク質糖鎖の転移導入と糖鎖転移合成型酵素によるバイオ医薬品糖鎖のリモデリングの可能性を検証する。さらに、各種アミノ酸修飾試薬を用いてエンドHSの機能および構造に重要な役割を果たすアミノ酸残基を特定し、その改変を通じて糖鎖の加水分解・転移機構を明らかにする。結晶化試薬の量が当初予定よりも少なかったため、これにかかる経費が少なくなったため、次年度使用額が生じた。これは、次年度、位相決定のための研究用物品経費に充てる予定である。特に、セレノメチオニン化エンドHSの調製、精製と結晶条件の検討に必要な物品の購入に充てる。
３次元格子構造を持つ新検出器を用いた水と炭化水素におけるニュートリノ反応の研究

本研究はT2K長基線ニュートリノ振動実験におけるニュートリノ-原子核反応断面積の不定性による系統誤差の抑制を目指し,新たに開発した3次元格子上構造を持つ水標的検出器WAGASCIを用いたニュートリノ反応断面積の精密測定を目標としている.また炭化水素標的に対する反応断面積測定及び最下流でのミューオン検出のために, T2Kの既存検出器であるProton Module及びINGRIDをそれぞれ用いている.2018年度の5月に, 2017年10月よりJ-PARCで継続していた反ニュートリノビームデータの取得を終了し,約95%の収集効率で安定な運転を達成した.その後はデータ解析へ移行し,反ニュートリノ候補事象の選択手法を確立した.WAGASCIとProton Moduleでそれぞれ約2000の反ニュートリノ候補事象を再構成することに成功した.2018年10月には系統誤差の見積もりも含めた解析結果を提出し, T2K反応断面積測定グループを交えた協議を経て, 2019年3月に結果を公式なものとした.ニュートリノ反応断面積測定ではニュートリノフラックスの不定性を要因とする系統誤差が約10%と支配的であるが,水と炭化水素に対するニュートリノ反応断面積の比をとることでこれを約1%へと抑制することができた.反ニュートリノビームを用いた水と炭化水素標的に対するニュートリノ反応断面積比についてはT2Kで初の測定結果である.各標的に対する断面積及び断面積比の測定結果は理論の予想と統計・系統誤差の範囲で一致しており, T2Kニュートリノ振動解析に用いられている原子核反応モデルの信頼性を確認した.翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
超高速生化学ネットワークシミュレーションの基盤構築

平成24年度は、数値積分アルゴリズムの精度向上、高速化、及び確率モデルシミュレータの実装を行った。将来的な移植性を考慮しコード生成・コンパイルを必要とせず動的にGPU上で数式を評価する実装となっており独自のメモリ構造を考案した。また、並列化には計算そのものを並列化することで単一のシミュレーションを高速化する細粒度並列化と、複数の計算を並列に実行する粗粒度並列化がある。本研究では、GPUのハードウェアと要求されたシミュレーション回数に合わせて粒度の自動調整を行うことで常に最適な粒度でのシミュレーション環境を実現している。数値計算アルゴリズムとしてはGPUでの実行に適したステップ幅可変の"Low Storage Runge-Kutta"や、硬い微分方程式のために後退オイラー法を実装し、合計4種類の数値計算手法を選択することが出来る。本シミュレータはこの並列計算の手法を基盤としてパラメータフィッティングを行うことが可能となっており、複数の探索アルゴリズムを並列に実行することでGPUでの実行にあったフィッティングツールを実装した。パラメータを推移させ複数のシミュレーションを実行し、C言語での実装とCUDAによる実装について実行時間等の評価を行った。本シミュレータは標準的なステップ幅可変の陽解法や硬い微分方程式に対応した陰解法のソルバを採用しており、ソルバにより結果は異なるが単精度、倍精度どちらでも約3045倍の高速化を実現した。また、プロファイリングから適切な細粒度並列化により粗粒度並列化のみの実行と比べ約4倍の高速化を達成し、粒度の自動調整機構とあわせて有効な手法であることが示された。また、一様乱数を使用する確率モデルシミュレーションの高速化を行い、最大で約220倍の高速化を達成した。24年度が最終年度であるため、記入しない。平成23年度は、常微分方程式のシミュレーションエンジン(ソルバ)の理解を進め、GPUによる並列化、および高速化の可能性について十分に検討した後、オイラー法、ルンゲ・クッタ法等の最も基本となる数値積分アルゴリズムの並列化を行った。数値積分の並列化には(1)粗粒度並列化、(2)細粒度並列化の2通りのアプローチが考えられる。粗粒度並列処理では、各演算ユニットが独立の演算を行う一方、細粒度並列処理では一つの大きな問題(シミュレーション)を細かいパーツに分割し、各演算ユニットは個々のパーツの演算を行う。細粒度並列処理では一つの大きな問題を複数の演算ユニットが協力して解くことが可能である。細粒度並列処理は高度な並列アルゴリズムが必要となるが、大幅な性能向上を達成する可能性を秘める。当該年度では、オイラー法より高精度なルンゲ・クッタ法の粗粒度並列化を行った。粗粒度並列化の実装には、NVIDIA社が提供するC言語による統合開発環境であるCUDAを用いた。数値計算において計算精度は非常に重要な指標であるため、一般的なGPUプログラミングで採用される単精度浮動小数点演算だけでなく、倍精度浮動小数点演算の実装も行った。また、常微分方程式ソルバは入力としてSBML(Systems Biology Markup Language)で記述された数理モデルの読み込みに対応すべく実装を行った。SBMLはシステムバイオロジーの分野で広く普及されているモデル記述言語であり、すでに300を超える論文で発表された数理モデルがweb上でアクセス可能となっている。本研究課題で実装を進めている高速シミュレータがSBMLに対応することは、基盤構築の上で非常に重要な要素となる。並列化の結果、CPUによる逐次実行と比較して単精度浮動小数点演算では50倍の高速化を、倍精度浮動小数点演算では20倍の高速化を達成した。GPUを用いた並列計算は、他の高速化のアプローチと比較して価格性能比に優れるという利点がある。

本研究課題にて達成した速度向上をCPUにて実現する場合、コストはおよそ40倍必要となることが概算で求められた。当該年度の成果は、優れた価格性能比を実現する高速シミュレーション基盤の構築に一定の成果を上げたと考えられる。24年度が最終年度であるため、記入しない。今後は数値積分アルゴリズムの精度向上、より詳細なSBMLの仕様に対応したシミュレータの実装、高速化、確率モデルシミュレータの実装を行う予定である。数値積分アルゴリズムは大別して陽解法と陰解法が存在する。陰解法はアルゴリズムが複雑になる一方、硬い微分方程式を解くことが可能となる。生化学シミュレーションのモデルにはしばしば硬い微分方程式を含むものがあるため、基盤構築を目標とした場合、陰解法の実装は必須であると考えている。また、SBMLの常微分方程式の記述に対応するだけでなく、微分代数方程式への対応、確率モデルシミュレーションの高速化の実装を進める。
熊本地震に学ぶ災害時における身障者支援の在り方の提案と持続可能な実践的アプローチ

平成28年4月,熊本で二度の震度7を超える地震が発生し,断水,食料不足,建物倒壊の恐れが生じたが,福祉避難所を利用できた災害弱者,要援護者は十分ではなく,多くが設備やサポートのない場所で過酷な生活を余儀なくされた。今後,また起こりうる震災に対し,要援護者が確実に安全な場所に避難できること,そして復旧までの間,ストレスなく安心して生活を送ることができる体制を整えることは喫緊の課題である。この課題に対し,我々は災害時における身障者支援の在り方の提案に向け,平成30年度は,要援護者である車いす使用者が熊本地震時にどのように避難生活を送っていたか,その様子について,ヒアリング調査,アンケート調査を通じて明らかにした。1車いす使用者は,本震での避難の際,車いすでは移動ができず家族や近所の支援を受け避難するケースも見られた。2避難先での生活では,車いすで移動する際の幅,車いすを置く場所といった「車いすに必要なスペースの確保」,身障者が安心して使用できるトイレやお風呂といった「身障者対応の設備」であることが明らかなった。3要望として,福祉避難所を増やすこと,トイレ,お風呂などの設備の充実,車いすを置く十分なスペースの確保が挙げられた。また災害時に求める情報では,車いす使用者が安心して利用できる一般避難所や福祉避難所,電動式車いすが充電できる場所の情報が挙げられた。一方,熊本市では災害時における福祉避難所,緊急入所施設の受け入れ可能人数は1,700人としていたが,実際に福祉避難所を利用できた災害弱者,要援護者は少なかった。そこで我々は今後の災害に対して,多くの要援護者が福祉避難所に避難できるような新たな防災マニュアルの提案を目指し,平成30年度は,その基礎調査として熊本地震時に開設した福祉避難所を対象に現地調査を実施し,当時の施設の状況,受け入れた要援護者の様子,支援体制を明らかにした。当初の計画に加え,ヒアリング調査を実施した車いす使用者に対し,自宅の被害調査を行い,建物の被害状況の実測調査を実施し,図面を作成した。震災時の避難の際に生じた問題点を建物の被害状況から分析することができた。また,福祉避難所に対してもヒアリング調査に加え,震災時の被害状況を実測調査した。災害時における身障者支援システムの設計と有用性の検証:平成30年度に実施した車いす使用者に対するヒアリング調査,アンケート調査で明らかにした震災時の避難の際に生じた問題点・課題と福祉避難所に対するヒアリング調査で明らかにした要援護受け入れのプロセスにおける問題点・課題を整理し,具体的な支援システムの設計に取り組む。想定するシステムは,それぞれの福祉避難所の受け入れ体制,備蓄等の準備状況など日ごろの備えをデータベース化するといった「震災に備えた防災システム」,そしてシステムの登録者に震災直後に最適な避難場所を知らせるといった「避難システム」などが挙げられる。そしてワークショップを開催し,設計したシステムについて有用性の検証を行う。

想定するシステムは,それぞれの福祉避難所の受け入れ体制,備蓄等の準備状況など日ごろの備えをデータベース化するといった「震災に備えた防災システム」,そしてシステムの登録者に震災直後に最適な避難場所を知らせるといった「避難システム」などが挙げられる。そしてワークショップを開催し,設計したシステムについて有用性の検証を行う。