| Project/Area Number |
19J10800
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 22060:Environmental systems for civil engineering-related
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
門屋 俊祐 東北大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)
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| Project Period (FY) |
2019-04-25 – 2021-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2020)
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| Budget Amount *help |
¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
Fiscal Year 2020: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2019: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
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| Keywords | 胃腸炎ウイルス / 集団遺伝学 / 水インフラ / 消毒 / 機械学習 / 階層ベイズモデル |
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| Outline of Research at the Start |
胃腸炎ウイルスによる感染事例は水インフラを備えた先進国においても散発的に報告されており、この原因は胃腸炎ウイルスの高い進化速度がもたらす適応能力にある。ウイルス進化をもたらす従来のファクターとして、遺伝子変異、宿主免疫による選択、ある変異が偶然により次世代の集団に固定される遺伝的浮動が挙げられる。本研究では、これらのファクターに加え、胃腸炎ウイルスの生活環に存在する消毒等の「水インフラによる選択」及び日光等の「自然環境ストレスによる選択」が胃腸炎ウイルスの進化に寄与している可能性を検証し、その適応メカニズムを解明することで胃腸炎ウイルスをヒト社会に侵入させない水インフラの構築を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
胃腸炎ウイルスによる感染症被害は、水処理場等の高度な衛生設備を有する先進国でさえ未だ制御しきれておらず、毎年感染報告がなされている。高い変異速度を示す胃腸炎ウイルスは、水処理や家庭等で様々な場面で使用されている消毒から逃れ、ヒト社会中に蔓延し続けている可能性がある。あるいは、統一的な消毒強度決定スキームの欠如のために、各水処理場においてウイルスが十分に不活化されていない可能性もある。本研究では、集団遺伝学に基づいて胃腸炎ウイルスの代表であるロタウイルスの消毒剤感受性が変化するかどうかを検証し、そのメカニズムの解明を試みた。さらに、処理場間で異なる水質を考慮した予測不活化モデルの構築を行なった。
ロタウイルス集団の消毒剤感受性変化を検証するために、塩素消毒を繰り返し曝露させ、各種表現型、塩素感受性及び集団遺伝学的特性の変化を追跡した。その結果、塩素曝露の有無にかかわらず、塩素低感受性集団がランダムに出現し、その外殻タンパク質遺伝子の塩基多様度は有意に高かった。低感受性集団中により多くの凝集体が含まれており、進化シミュレーションによって、遺伝的に多様な集団における低頻度個体間の「協力」により凝集体が形成され、塩素感受性を不安定化させることが示唆された。ウイルスの消毒剤感受性変化メカニズムを解明した例は報告されておらず、世界初の知見が得られたと言える。
予測不活化モデルの構築に関しては、水質情報を説明変数とした胃腸炎ウイルス予測不活化モデルを構築した。機械学習アルゴリズムの一つであるスパース推定法を適用すると、多くのモデルにおいてデータへの過剰適合を防ぐことが可能となり、且つ高い予測精度が得られた。処理場従事者が本モデルを用いて簡単にウイルス不活化効率を予測し、各処理場に適した消毒強度の決定を可能としたことから、本研究は極めて社会への還元性が高いと言える。
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| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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