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化学物質の健康影響評価における非線形構造活性相関手法の研究

研究課題

研究課題/領域番号 14209022
研究種目

基盤研究(A)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 広領域
研究機関千葉工業大学

研究代表者

田辺 和俊  千葉工業大学, 社会システム科学部, 教授 (90344134)

研究分担者 長嶋 雲兵  独立行政法人産業技術総合研究所, 計算科学研究部門, 総括研究員 (90164417)
内丸 忠文  独立行政法人産業技術総合研究所, 計算科学研究部門, 主任研究員 (00151895)
都築 誠二  独立行政法人産業技術総合研究所, 計算科学研究部門, 主任研究員 (10357527)
松本 高利  東北大学, 多元物質科学研究所, 助手 (50343041)
中田 宗隆  東京農工大学, 大学院生物システム応用科学研究科, 教授 (40143367)
鈴木 孝弘  東洋大学, 経済学部, 教授 (30192131)
研究期間 (年度) 2002 – 2005
研究課題ステータス 完了 (2005年度)
配分額 *注記
41,860千円 (直接経費: 32,200千円、間接経費: 9,660千円)
2005年度: 10,270千円 (直接経費: 7,900千円、間接経費: 2,370千円)
2004年度: 10,270千円 (直接経費: 7,900千円、間接経費: 2,370千円)
2003年度: 10,270千円 (直接経費: 7,900千円、間接経費: 2,370千円)
2002年度: 11,050千円 (直接経費: 8,500千円、間接経費: 2,550千円)
キーワード構造活性相関 / ニューラルネットワーク / 発ガン性予測
研究概要

本研究の目的は多数の化学物質についてニューラルネットワークを用い、化学構造の情報のみから発ガン性などの毒性を高い精度で予測する手法を開発することである。ニューラルネットワークが広範囲の化合物についてどの程度高い的中率で予測できるかを検討するために、3層構造のニューラルネットワークを用いて、Predictive Toxicology Challenge 2000-2001のコンテストで公開された他種類の有機化合物の発ガン性データを解析し、コンテストの参加者の結果と比較した。454種類の有機化合物について分子軌道計算から求まる37種類の記述子をニューラルネットワークに入力した。Error-back-propagation法によりニューラルネットワークを学習する際の過学習、over-fitting、局所解などの問題を解決するために、学習階数や中間層ユニット数などの条件を最適化した。モデルの作成に用いなかった化合物を用いて判別テストを行った結果、的中率73.7%の予測モデルを開発することができた。我々の方法は参加者のどれよりも高い予測的中率が得られたが、化学物質の毒性予測の実用目的からは決して十分な精度とはいえない.予測手法の開発に用いる発ガン性データについて発ガン性あり・なしの2値データではなく,発ガン性の強さに応じた連続性データを用いれば,既存手法より高い精度の予測手法を開発できる可能性がある.そこで次に発ガン性データベースの開発を行った。動物試験による発ガン性はIARC, EPA, NTP等様々な機関で収集評価しているので、各機関のランクを総合的に評価して,計9段階に格付けして発ガン性ランクデータベース(CRDB)を開発した.すなわち,発ガン陽性は最も信頼度の高いAランクから最も低いDランクまで4段階,陰性も最も信頼度の高いIランクから最も低いFランクまで4段階,及び陽性・陰性の判定不明のEランクの計9段階である.量子化学的記述を用いてこの発ガン性ランクデータをニューラルネットワークで解析した結果,平均誤差0.007,2乗相関係数0.999という高い精度で広範囲の化学物質の発ガン性を予測できることがわかった.

報告書

(5件)
  • 2005 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2004 実績報告書
  • 2003 実績報告書
  • 2002 実績報告書
  • 研究成果

    (36件)

すべて 2005 2004 2003 その他

すべて 雑誌論文 (19件) 図書 (3件) 文献書誌 (14件)

  • [雑誌論文] ニューラルネットワークによる多種類の有機化合物の発ガン性の予測2005

    • 著者名/発表者名
      田辺和俊, 大森紀人, 小野修一郎, 鈴木孝弘, 松本高利, 長嶋雲兵, 上坂博亨
    • 雑誌名

      Journal of Computer Chemistry, Japan 4

      ページ: 89-100

    • NAID

      10019351223

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 実績報告書 2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Development of the Chemical Safety Database System CAESAR2005

    • 著者名/発表者名
      TANABE Kazutoshi, OHMORI Norihito, ONO Shuichiro, MATSUMOTO Takatoshi, SUZUKI Takahiro
    • 雑誌名

      Journal of Ecotechnology Research 11

      ページ: 111-116

    • NAID

      130004955977

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 実績報告書 2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Prediction of Chemical Carcinogenicity Based on an Evaluated Chemical Safety Database CAESAR2005

    • 著者名/発表者名
      Kazutoshi Tanabe, Norihito Ohmori, Shuichiro Ono, Takahiro Suzuki
    • 雑誌名

      Journal of Pharmacy and Pharmacology 57

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 実績報告書 2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Neural Network Prediction of Carcinogenicity of Diverse Organic Compounds2005

    • 著者名/発表者名
      Kazutoshi Tanabe, Norihito Ohmori, Shuichiro Ono, Takahiro Suzuki, Takatoshi Matsumoto, Umpei Nagashima, Hiroyuki Uesaka
    • 雑誌名

      Journal of Computer Chemistry, Japan vol.4

      ページ: 89-100

    • NAID

      10019351223

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Development of the Chemical Safety Database System CAESAR2005

    • 著者名/発表者名
      TANABE Kazutoshi, OHMORI Norihito, ONO Shuichiro, MTSUMOTO Takatoshi, SUZUKI Takahiro
    • 雑誌名

      Journal of Ecotechnology Research vol.11

      ページ: 111-116

    • NAID

      130004955977

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Prediction of Chemical Carcinogenicity Based on an Evaluated Chemical Safety Database CAESAR2005

    • 著者名/発表者名
      Kazutoshi Tanabe, Norihito Ohmori, Shuichiro Ono, Takahiro Suzuki
    • 雑誌名

      Journal of Pharmacy and Pharmacology Vol.57

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] 化学物質の地球温暖化リスクの評価:第一原理計算による赤外線吸収強度の予測2005

    • 著者名/発表者名
      田辺和俊, 松本高利, 小野修一郎
    • 雑誌名

      千葉工業大学研究報告理工編 52

      ページ: 75-81

    • NAID

      40006747170

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] 化学物質の毒性情報と構造活性相関予測2005

    • 著者名/発表者名
      田辺和俊, 大森紀人, 小野修一郎, 松本高利, 長嶋雲兵, 上坂博亨, 鈴木孝弘
    • 雑誌名

      情報知識学会誌 (印刷中)

    • NAID

      110004798420

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] コンピュータによる赤外スペクトルからの構造推定2005

    • 著者名/発表者名
      田辺和俊, 松本高利, 伊藤祥司, 上坂博亨, 都築誠二, 田村禎夫
    • 雑誌名

      Journal of Computer Chemistry, Japan 4

      ページ: 1-24

    • NAID

      130000056833

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] ニューラルネットワークによる多種類の有機化合物の発ガン性の予測2005

    • 著者名/発表者名
      田辺和俊, 大森紀人, 小野修一郎, 鈴木孝弘, 松本高利, 長嶋雲平
    • 雑誌名

      Journal of Computer Chemistry, Japan 4(印刷中)

    • NAID

      10019351223

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Neural Network Prediction of Carcinogenicity of Diverse Organic Compounds2004

    • 著者名/発表者名
      K.Tanabe, N.Ohmori, S.Ono, T.Suzuki, T.Matsumoto, H.Uesaka
    • 雑誌名

      Journal of Ecotechnology Research 10

      ページ: 188-189

    • NAID

      10019351223

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Categorical Modeling of the Carcinogenicity of Organic Compounds Using Neural Network2004

    • 著者名/発表者名
      K.Tanabe, N.Ohmori, S.Ono, T.Suzuki, T.Matsumoto, H.Uesaka
    • 雑誌名

      Journal of Pharmacy and Pharmacology 56

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Neural Network Prediciton of Carcinogenicity of Diverse Organic Compounds2004

    • 著者名/発表者名
      K.Tanabe, N.Ohmori, S.Ono, T.Suzuki, T.Matsumoto, H.Uesaka
    • 雑誌名

      Journal of Ecotechnology Research vol.10

      ページ: 188-189

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Categorical Modeling of the Carcinogenicity of Organic Compounds Using Neural Network2004

    • 著者名/発表者名
      K.Tanabe, N.Ohmori, S.Ono, T.Suzuki, T.Matsumoto, H.Uesaka
    • 雑誌名

      Journal of Pharmacy and Pharmacology vol.56

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Categorical Modeling of the Carcinogenicity of Organic Compounds Using Neural Network2004

    • 著者名/発表者名
      K.Tanabe, N.Ohmori, S.Ono, T.Suzuki, T.Matsumoto, H.Uesaka
    • 雑誌名

      Journal of Pharmacy and Phamacology 56

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Neural Network Prediction of Carcinogenicityof Diverse Organic Compounds2004

    • 著者名/発表者名
      K.Tanabe, N.Ohmori, S.Ono, T.Suzuki, T.Matsumoto, H.Uesaka
    • 雑誌名

      Journal of Ecotechnology Research 10

      ページ: 188-189

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] 化学物質の健康影響評価における非線形構造活性相関手法の研究2004

    • 著者名/発表者名
      松本高利, 田辺和俊, 小野修一郎
    • 雑誌名

      千葉工業大学プロジェクト研究年報2004年度

      ページ: 146-147

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Neural Network Prediction of Carcinogenicity of Organic Compounds2003

    • 著者名/発表者名
      K.Tanabe, N.Ohmori, S.Ono, T.Suzuki, T.Matsumoto, H.Uesaka
    • 雑誌名

      Journal of Pharmacy and Pharmacology 55

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Neural Network Prediction of Carcinogenicity of Organic Compounds2003

    • 著者名/発表者名
      K.Tanabe, N.Ohmori, S.Ono, T.Suzuki, T.Matsumoto, H.Uesaka
    • 雑誌名

      Journal of Pharmacy and Pharmacology vol.55

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [図書] ゼロから学ぶリスク論2005

    • 著者名/発表者名
      田辺和俊
    • 総ページ数
      215
    • 出版者
      日本評論社
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 実績報告書 2005 研究成果報告書概要
  • [図書] 廃棄物処理・再資源化技術2005

    • 著者名/発表者名
      田辺和俊
    • 総ページ数
      272
    • 出版者
      シーエムシー出版
    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [図書] プラスチックリサイクル技術と装置2005

    • 著者名/発表者名
      田辺和俊
    • 総ページ数
      200
    • 出版者
      シーエムシー出版
    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [文献書誌] K.Tanabe, N.Ohmori, S.Ono, T.Suzuki, T.Matsumoto, H.Uesaka: "Neural Network Prediction of Carconogenicity of Organic Compounds"Journal of Pharmacy and Pharmacology. 55. S19 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 田辺和俊, 松本高利, 小野修一郎: "構造活性相関(QSAR)による化学物質のリスク評価"千葉工業大学研究報告. 51(印刷中). (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 松本高利, 長嶋雲兵, 田辺和俊, 小野修一郎: "計算化学による高性能リチウムイオン2次電池の負極炭素材料設計 -特異な炭素骨格構造モデルの探索-"Journal of Computer Chemistry, Japan. 2(2). 63-70 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 田辺和俊, 松本高利, 都築誠二: "計算化学による振動スペクトルの予測-塩素化メタン分子13種の気相における振動数と赤外強度の非経験的分子軌道計算-"Journal of Computer Chemistry, Japan. 3(3)(印刷中). (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] S.Tsuzuki, T.Uchimaru, M.Mikami, S.Urata: "Ab initio calculations of intermolecular interaction of CHF3 dimer : Origin of attraction and magnitude of CH/F interaction"Journal of Physical Chemistry. A,107. 7962-7968 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] S.Tsuzuki, T.Uchimaru, M.Mikami: "Is the cation/pi interaction in alkaline-earth-metal dication/benzene complexes a covalent interaction?"Journal of Physical Chemistry. A,107. 10414-10418 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 田辺 和俊: "NEUROSIM/Lによるニューラルネットワーク入門"日刊工業新聞社. 100 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 田辺和俊, 大森紀人, 小野修一郎, 鈴木孝弘, 松本高利, 上坂博亨: "ニューラルネットワークによる有機化合物の発ガン性の予測"Journal of Computer Chemistry, Japan. 2(1)(印刷中). (2003)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] 田辺和俊, 大森紀人, 小野修一郎, 鈴木孝弘, 松本高利, 上坂博亨: "ニューラルネットワークによる化学物質の安全性の予測"エコテクノロジー研究. 8(2)(印刷中). (2003)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] 田辺和俊, 松本高利: "ニューラルネットワークの赤外スペクトル解析および構造-物性・活性相関解析への応用"化学教育. 51(5). 280-283 (2003)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] 田辺和俊, 松本高利, 小野修一郎: "化学物質リスク評価システムの開発"千葉工業大学研究報告. (50). 115-123 (2003)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] Kazumitsu Saeki, Kimito Funatsu, Kazutoshi Tanabe: "Discrimination of polyvinyl chloride with different plasticizer and prediction of plasticizer content in polyvinyl chlorides >using near-infrared spectroscopy and neural network analysis"Analytical Sciences. 19(2). 309-312 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] Kazumitsu Saeki, Kazutoshi Tanabe, Takatoshi Matsumoto: "Prediction of Polyethylene Density by Near-Infrared Spectroscopy Combined with Neural Network Analysis"Journal of Computer Chemistry, Japan. 2(1). 33-40 (2003)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] 田辺和俊: "ニューラルネットワーク入門"日刊工業新聞社. 100 (2003)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書

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公開日: 2002-04-01   更新日: 2016-04-21  

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