東京大学産学連携プロポーザル

数十万箇所の遺伝子多型情報に基づいたゲノムワイド関連解析によって病気のなりやすさや身長・体重などの身体的特徴に関わる遺伝子等が多数明らかとなっている。今後はこれらの知見を基に病気の予防や治療に向けた取り組みが進んでいくと考えられるが、実際に当研究室で最近同定した血液生化学検査値などに関わる遺伝子群には、治療薬として既に臨床応用されている分子が複数含まれている。これらの知見を基に、創薬や疾患予防に向けた取り組みを積極的に支援したいと考えている。

海洋や空中といった三次元空間を自由に動き回る野生動物は、直接観察が難しいために、その行動や生活史、あるいは周辺環境について多くの謎が残されている。小型の記録装置を動物に搭載し、動物自身にデータをとってこさせるバイオロギング手法によって、想定していない意外な発見も含め、数多くの発見がもたらされた。 　1.深度・速度・加速度・地磁気・緯度経度・温度・高度といったパラメータの時系列記録により、動物の水中や空中の3次元行動を秒単位で把握できるようになり、個々の生態解明のみならず、種間比較研究が可能となった。 　2.静止画や動画を記録できる動物搭載型小型カメラの開発により、動物目線で周辺環境や他個体との相互作用を研究できるようになった。 　3.塩分記録計や採血装置の開発により、動物の生理行動情報を生息環境下で測定できるようになった。

ブロックチェーンは、追記更新と随時検証が可能な形で、取引記録や処理記録などを分散共有管理する自律分散システムである。2009年に登場した仮想通貨ビットコインで使われて以来、フィンテックだけでなく、小口電力売買管理、食料サプライチェーン管理、医療情報システム管理などの応用に期待が集まり、活用事例も増えている。松浦研は、ビットコインの登場以前から、ブロックチェーンを支える主要技術や経済工学的理論の多くに関する先駆的な研究成果を挙げている（仮想通貨の採掘に使う作業証明技術は1998年、デジタルタイムスタンプ技術は1999年、仮想通貨のトークンモデルとその金融派生商品は2001年、記録の証拠性を支える電子公表技術は2003年）。また、本格的な科学的評価を経ずに実用化が過熱している問題を克服するため、国際的な研究ネットワークの初期ノードの一つを2016年から運用し、産学連携活動であるBASEアライアンスを2017年に立ち上げるなど、ブロックチェーンを基盤技術として育てる環境を整えている。

醸造製品及び発酵食品を作る際の酵母の品質管理は、最終商品の品質を維持する上で極めて重要な役割を果たしている。またアスタキサンチンなどの機能性物質を製造過程においても、ヘマトコッカスなどの微細藻類の品質管理が重要である。長年勘に頼ることの多かったこれら微生物の品質管理を、データサイエンス的手法を用いて形態的に評価する技術、およびそのためのソフトウェア（CalMorphとHaematoCalMorph）を開発した。酵母や微細藻類の増殖過程が変化する際に細胞の形状が変化することに着目し、多数の微生物細胞を含むサンプルの顕微鏡画像をPCに取り込み、そのビッグデータを画像解析することにより合理的な品質管理を可能にした。

地球温暖化が進行し、全地球規模の環境劣化が懸念される中、食料となる海洋生物資源 (水産資源) の安定的な確保は極めて重要な課題の一つとなっている。最近の研究によると、海洋生物資源の変動は海水温や海流といった海洋の物理環境の変動と密接に関係することが明らかになっており、海洋物理環境の変動メカニズムの解明と将来予測の実現は、資源管理を適切に行い、漁業の生産性を上げるための喫緊の課題となっている。近年、コンピュータ技術が急速に進展し、人工衛星や自動観測ブイ等の観測機器の発達により、現時点では物理環境のみに限定されるものの、2カ月程度先までの海洋環境を天気予報のようにスーパーコンピュータを用いて予測することが可能である。そして、次のステップとして、プランクトンや魚類も含めた海洋生態系の変動予測の実現に期待が集まっている。この研究室では、海洋生態系の変動機構の解明と将来予測の実現に向けて、人工衛星の海面水温・高度データをシミュレーションモデルに融合した海洋大循環モデルをベースとし、これに食物連鎖や魚類の回遊・生残といった海洋生態系のプロセスを組み込んだ高精度の「3次元海洋データ同化生態系モデル」を世界で初めて開発し、各種の研究課題に取り組んでいる。下記に代表的なものを列挙する。 (1) 全球規模の気候変動が海洋生態系に及ぼす影響の予測 地球温暖化に代表される全球規模の気候変動によって数10年～100年後の海洋生態系がどのように変化し、海洋生物資源の分布や生物量がどのように変化するかといった影響予測の研究を実施している。図1は、モデルで推定した日本周辺海域の植物プランクトンの分布で、人工衛星による観測値を良く再現していることが分かる。 (2)　日本近海の多獲性魚類の資源加入量の変動メカニズムの解明と予測 例えば、日本近海で漁獲されるマアジは主に東シナ海南部で発生していることが知られており、このモデルを適用してマアジの卵・仔稚魚の輸送過程を追跡したところ、仔稚魚の生残は東シナ海域の海流と水温に密接に関係し、近年の資源加入量の変動は、仔稚魚の輸送経路上の水温変動と高い相関関係にあることが分かった。図2は、九州西方沖～日本海で漁獲された当該年生まれのマアジの尾数とモデルによる推定結果の比較である。モデルは年ごとの変動を良く再現していることが分かる。 (3) 有害生物・物質の拡散・輸送予測 このモデルは、近年日本海の定置網漁業等に甚大な被害をもたらしているエチゼンクラゲの発生海域と発生時期の推定、並びに黄海・東シナ海沿岸域から日本沿岸域への来遊予測や流出原油等の有害汚染物質の拡散・輸送予測にも利用されている。

ガソリン代替燃料として，サトウキビやトウモロコシから製造されるエタノールの生産量が拡大してきたが，食料との競合が懸念され，セルロース系のバイオマスを原料とする第二世代バイオエタノールの研究がすすめられている。日本では毎年約900万トン産出される稲わらが原料として期待されている。ところが現在の乾燥稲わらの収集運搬体系は畜産飼料としての利用を前提としており，エタノール原料としてはコストが高すぎる。また，北海道や東北の日本海側には広大な水田地帯があるが，収穫時の天候が不安定で，稲わらを十分に乾燥できない場合がある。そこで当研究室では稲わらを高水分のまま収集・加工し，エタノール原料として長期保存できる方法を研究している。①加熱・圧縮処理では稲わらの持つ水分を利用して水熱反応を生じさせる。②加圧粉砕処理では植繊機という商品名の一軸エクストルーダを用いて，稲わらを処理する。③ペレット化ではペレタイザにより稲わらのペレットを製造する。これらのいずれの方法においても，長期保存が可能であり，高密度化により輸送コストが低減し，酵素糖化の際の糖化率の向上が確認されている。またこれらの処理の際に，水酸化カルシウム等のアルカリを添加することで，より高い糖化率が得られる。

紫外発光ダイオード（UV-LED）を光源とする紫外線処理技術の研究開発に取り組んでいる。具体的には、紫外線による消毒（浄水、下水再生水など）の研究実績が多く、加えて、紫外線を利用した光化学分解（水中の溶存有機物など）の基礎研究も行っている。水以外にも、医薬系の流体を対象とする研究も実施している。 紫外線照射による微生物の不活化は、消毒技術として既に確立されており、有害な消毒副生成物を生じないこと、塩素消毒剤への耐性が極めて高い病原性原虫であるクリプトスポリジウムに極めて有効であること、既存施設に追加設置しやすいこと、維持管理が比較的容易であることなどの特徴を有している。紫外線による水処理技術の応用分野は、浄水処理、下水処理にとどまらず、食品、飲料、医薬品、化粧品などの各種製造業や、水産養殖業、水族館、温泉やスイミングプールなど、多様な分野で水の消毒に活用されている。 従来の浄水処理では、紫外線光源として水銀灯が用いられており、ランプ破損時の水銀漏洩リスクはゼロではない。一方、近年市場に登場したUV-LEDは超小型かつ無水銀の特徴を持ち、従来の水銀灯ではなしえなかった装置形状や用途が可能になると期待される。たとえば、水道システムが未成熟な途上国では家庭用の小型浄水器が急速に普及しつつあり、それらにUV-LEDを組み込むことで、飲み水の安全性を飛躍的に高められる可能性がある。また、先進国でも、過疎地や離島など大規模集約型のインフラ水道施設の維持が困難な地域において、地産地消で安定的に安全な水を得る分散型処理技術としての活用が望まれる。その他、従来のランプ形状に縛られない自由な発想で、使う場と用途を具体的に想定したUV-LED装置開発が期待されている。

この研究室では、材料の放射線や応力腐食等による経年劣化について研究を行っており、これまでに多くのデータを蓄積するとともに、シミュレーション手法の開発、評価コードの開発等の実績を有する。開発したコードは、材料の種類、照射を受ける放射線のエネルギースペクトラム、温度、使用環境(水中で使用される等)を設定することによりその材料の経年劣化を予測できるものである。材料としては構造用金属材料、セラミックス材料等を対象とし、一般の材料技術者が容易に使用できるものとなっている。この研究室が持つこれらの研究実績、知見を基に、具体的課題を有する企業等との共同研究が可能である。

当研究室では、藻類・バクテリア・原生動物・ワムシ・ミジンコなどのプランクトンを長期間にわたって培養する実験系をもちいて、個体数の変動や生物の適応といった生態学と進化学の課題を研究している。例えば、野外環境における藻類の大量培養では、藻類と競争する生物や藻類を捕食する生物の侵入などにより、目的とする藻類の増殖が困難な場合が想定される。生態学や進化学における知見は、そのような問題を解決する糸口を提供している。当研究室では、プランクトンの培養に関連した生態学的・進化学的な専門知識や技術について、アドバイスの提供が可能である。

脂質は生体における最大のエネルギー源であり、細胞膜を構成する主要成分であり、シグナル分子としても働く。また脂質は食品から摂取される環境栄養因子であると同時に、適宜代謝を受けて時空間的に生体応答を制御する組織環境調節因子でもある。 本研究室では、脂質ならびにその代謝産物が関与する脂質ネットワークにフォーカスを当て、脂質代謝に関わる酵素（特にホスホリパーゼA2分子群）や受容体の遺伝子改変マウスに脂質の網羅的分析（リピドミクス）を展開することで、多様な疾患の分子病態を解明し、これを基盤に、脂質代謝の変容が関わる疾患の診断・予防・治療に向けた臨床展開を目指している。具体的には、脂質代謝関連の遺伝子改変マウスにおける疾患関連の表現型を精査するとともに、組織・細胞から抽出した脂質をリピドミクス解析して当該疾患における脂質の量的・質的な変動を調べることで、疾患と相関する新規脂質経路を同定する。特定の脂質経路の異常は、代謝疾患・免疫アレルギー疾患・循環器疾患・皮膚疾患・神経疾患・不妊症などの多岐に渡る疾患と密接に関連している。このことから、疾患と結びつく脂質分子やその産生に関わる代謝酵素を標的とした創薬は、疾患の新規治療法やバイオマーカーの開発に結びつくポテンシャルを秘めている。