精神疾患の中でも、統合失調症や双極性障害に見られる「精神病」とは一体どのようにして脳内で発生するのでしょうか?スタンフォード大学の研究が、精神病の原因となる脳の二つの重要なシステムの異常に迫ります。精神病を抱える人々の脳内では、外部の重要な出来事や内的な思考に注意を向ける「フィルター」と、報酬を予測する経路で構成される「予測装置」という二つのシステムが誤作動しています。これらのシステムの機能不全により、何が現実かを認識するのが難しくなり、幻覚や妄想として現れます。スタンフォード大学が主導する研究は、精神病を持つ子供や青年の脳のスキャンデータを使用し、4月12日に「Molecular Psychiatry」誌に発表されました。この論文は「Robust and Replicable Functional Brain Signatures of 22q11.2 Deletion Syndrome and Associated Psychosis: A Deep Neural Network-Based Multi-Cohort Study(22q11.2欠失症候群と関連する精神病の頑健かつ再現可能な機能的脳シグネチャー:ディープニューラルネットワークベースのマルチコホート研究)」と題されています。この研究の主任著者であるカウストゥブ・スペカー博士(Kaustubh Supekar, PhD)は、「この研究は、統合失調症の発症と進行を理解するための良いモデルを提供するものであり、非常に困難な問題に対する挑戦です」と述べています。

6500万年前、巨大隕石が大多数の恐竜を絶滅させました。しかし、一部は生き延びました。鳥類は、技術的には恐竜そのものです。科学者たちは、約1万種の鳥類の進化の系統樹を明らかにしようと長い間努力してきましたが、最近の研究でその試みがある驚くべき事実によって誤導されていたことが判明しました。それは一体どんな事実なのでしょうか?6500万年前の絶滅イベント後、鳥類は空を飛び回り繁栄しました。科学者たちは鳥類の正確な家系図を解明するため、長年にわたり研究を続けてきました。安価なDNAシーケンシング技術の進歩により、多くの種で簡単に系統樹を構築できるようになりましたが、鳥類に関しては一筋縄ではいきませんでした。

α-グルコシダーゼ阻害剤としての新しいクマリン結合2-フェニルベンゾイミダゾール誘導体の設計、合成、および評価に成功した研究が、2024年3月28日に「Nature Scientific Reports」に掲載されました。この研究は、糖尿病治療薬としての可能性を示すものであり、特に2型糖尿病の管理において重要な役割を果たします。論文「Coumarin Linked to 2-Phenylbenzimidazole Derivatives As Potent α-Glucosidase Inhibitors(強力なα-グルコシダーゼ阻害剤としてのクマリン結合2-フェニルベンゾイミダゾール誘導体)」では、新規α-グルコシダーゼ阻害剤の設計、合成、および評価が報告されています。α-グルコシダーゼ阻害剤は、2型糖尿病の管理に使用される薬剤であり、腸内の細胞に存在するα-グルコシダーゼ酵素を阻害することで、複合炭水化物を単糖に分解する過程を遅らせ、食後の血糖値上昇を抑える効果があります。

カロリンスカ研究所(Karolinska Institutet)とJLP Healthなどの共同研究により、ダニ媒介のクリミア・コンゴ出血熱ウイルス(CCHFウイルス)がどのようにして人の細胞に侵入するかが明らかになりました。この研究成果は2024年3月28日にNature Microbiology誌に発表され、致死的な病気に対する治療薬の開発に向けた重要な一歩となります。論文タイトルは「Crimean–Congo Haemorrhagic Fever Virus Uses LDLR to Bind and Enter Host Cells(クリミア・コンゴ出血熱ウイルスはLDLRを利用して宿主細胞に結合・侵入する)」です。クリミア・コンゴ出血熱ウイルスとは

慢性的な皮膚疾患や組織工学に利用されるハイドロゲルは、その保水性や薬物の送達、そして生分解性が評価されていますが、製造が複雑で外部の力に対して弱く、細菌感染に対しても脆弱です。これらの欠点を克服するために、研究者らは自然な抗生物質特性を持ち、細胞成長を促進する新しいハイドロゲルを開発しました。アメリカ物理学協会(AIP)の「APL Materials」に2024年4月2日に掲載されたオープンアクセス論文「Methacrylated Gelatin Hydrogel Conjugated with Epsilon-Polylysine and Enriched with Platelet-Rich Plasma for Chronically Infected Wounds(ε-ポリリジンと血小板豊富血漿を共役したメタクリル化ゼラチンハイドロゲルの慢性感染創傷への応用)」では、研究者らが合成しやすく、自然な抗生物質特性を持ち、細胞成長を促進するハイドロゲルを開発したことが報告されています。

この研究は、ライプニッツ動物園および野生動物研究所(Leibniz-IZW)の科学者らが主導する研究コンソーシアムによって提供されたもので、社会的行動と社会的地位が、幼年期および成人期の自由生活を送るハイエナ(Crocuta crocuta)の遺伝子活性化(エピゲノム)の分子レベルで反映されることを示す証拠を提供しています。高位と低位の地位を持つメスハイエナから非侵襲的に採取された腸上皮のサンプルを分析し、地位の差が重要な生理学的プロセス(エネルギー変換や免疫応答など)を制御する遺伝子の活性化またはオフにするパターンである、社会的不平等のエピジェネティックシグネチャーと関連していることを示しました。この結果は、2024年3月28日にCommunications Biologyにオープンアクセス記事として掲載され、タイトルは「Epigenetic Signatures of Social Status in Female Free-Ranging Spotted Hyenas (Crocuta Crocuta)(社会的地位のエピジェネティックシグネチャー:自由生活を送るメスハイエナにおける研究)」です。

1500年前の中国の皇帝の顔はどのように見えたのでしょうか?研究チームは、中国北周の武帝の遺骸から抽出したDNAを用いて、彼の顔を再構築しました。2024年3月28日にCurrent Biologyに発表された研究では、36歳で亡くなった皇帝の死が脳卒中と関連している可能性が示唆されています。また、かつて北東アジアの一部を支配した遊牧帝国の起源と移動パターンについても明らかにしました。このオープンアクセス論文は「Ancient Genome of the Chinese Emperor Wu of Northern Zhou(北周の武帝の古代ゲノム)」と題されています。武帝は古代中国の北周王朝の支配者でした。彼の治世下で、AD 560年からAD 578年にかけて、武帝は強力な軍を築き、北齊王朝を打ち砕いて古代中国の北部を統一しました。武帝は、今日のモンゴルおよび中国の北部と北東部に住んでいた古代遊牧民族、鮮卑族の出身でした。

この研究では、特異的な地下低酸素環境で生存するための遺伝的適応を持ち寿命が長いハダカデバネズミが、生理学や医学研究、特に新しい治療法の開発において人間への応用可能性を有していることが示されました。ロンドンのクイーンメリー大学の医学歯学部のダンジャ・アクセンティエビッチ博士(Dunja Aksentijevic, PhD)が率いる新しい研究により、ハダカデバネズミのゲノムには、彼らが自然生息地での低酸素環境、さらには無酸素環境でも生き残ることを可能にする特定の適応が含まれていることが明らかにされました。この発見はまた、哺乳類の独特な心臓代謝プロファイルが心臓血管イベントによる心臓への損傷を避けるのに役立つことも示しています。

IKZF1遺伝子に存在するこの変異体は、ヒスパニック系/ラテン系の子供たちが急性リンパ芽球性白血病のリスクが高い理由を説明するのに役立ち、この病気の原因に関する洞察を与えてくれる。急性リンパ芽球性白血病(ALL)は、最も一般的な小児がんであり、アメリカ合衆国においてはヒスパニック/ラテン系の子どもたちに不釣り合いに多く影響しています。ヒスパニック/ラテン系の子どもたちは、非ヒスパニック白人の子どもたちに比べてALLになる可能性が30〜40%高いとされていますが、その増加したリスクの正確な遺伝的基盤や原因は不明です。

マラリアは、世界中で何百万もの人々に影響を与える深刻な病気です。この病気を引き起こす寄生虫がどのように体内で動き、病気を引き起こすのかについては、まだ多くのことが未解明です。しかし、シアトル子供病院研究所のグローバル感染症研究センター(Center for Global Infectious Disease Research, Seattle Children’s Research Institute)の科学者らは、血液中のマラリア寄生虫が後続の感染からの寄生虫の発展を抑制することを発見しました。この発見により、特にマラリアが流行している地域での生ワクチンの開発に新たな道が開けました。シアトル子供病院研究所の研究者らは、血液中のマラリア寄生虫(malaria parasites)が後続の感染からの寄生虫の発展を抑制することを発見しました。この抑制は、血液中の感染によって活性化される宿主のインターフェロン(interferons)によって媒介されます。この発見は、特にマラリアが流行している地域での生ワクチン(live-attenuated Plasmodium parasite vaccines)の開発に重要な意味を持つとされています。

ベートーヴェンは、人類史上で最も称賛される音楽家の一人ですが、ビートの同期に関する遺伝的傾向が低いと、バンダービルト大学医療センター(VUMC)と、ドイツのフランクフルトにあるマックス・プランク感覚美学研究所、およびオランダのナイメーヘンにあるマックス・プランク心理言語学研究所が共同執筆したCurrent Biology誌の研究で示されました。このオープンアクセス論文は2024年3月25日に公開され、「Notes from Beethoven’s Genome(ベートーヴェンのゲノムからのノート)」と題されています。人間の非凡な成就がどの程度遺伝要因によって影響を受けるかという問いは、人類遺伝学の初期から存在しますが、今日では現代の分子方法によって歴史を通じて個々のDNAを分析することが可能になり、より容易に対処できるようになりました。国際的な研究チームは、2023年の研究でベートーヴェンの髪の毛から抽出された遺伝物質を使用して、彼の遺伝的な音楽的傾向を調査しました。この能力は音楽性に密接に関連しています。

ハチミツ蜂が、彼らの巣の仲間によって伝えられた食料への方向を示すダンスをどのように解読できるかを科学者らが発見しました。この発見は、巣の完全な暗闇の中で、各蜂がその触角を使用してダンスを通じて伝えられる情報を解釈するのに役立つ方法を明らかにしました。何十年もの間、ハチミツ蜂がいわゆるワグルダンスを行っていることが知られています。これは、彼らの動きと巣の上の方向性が、巣の外にある食料への方向と距離を示すものです。しかし、これまで、ワグルダンスを取り巻く蜂たちがどのようにして情報の意味を理解するのかは不明でした。蜂がどのようにコミュニケーションを取っているかをより深く理解することで、科学者らは、生息地の喪失や農薬の使用などの問題が蜂が食料を見つける能力にどのように影響するかをよりよく理解することができると言います。

進化生物学者が初めて、熱帯のチョウの視覚嗜好に影響を与える遺伝子を特定しました。ヘリコニウス蝶は、その鮮やかな翼の色彩パターンでよく知られています。これらの顕著な色彩パターンは、捕食者を威嚇するだけでなく(蝶は有毒であり、鳥にとっては不味いです)、交配相手の選択時にも重要なシグナルとなります。ルートヴィヒ・マクシミリアン大学ミュンヘン(LMU Munich)のリヒャルト・メリル博士(Richard Merrill, PhD)が率いるチームは、ボゴタのロサリオ大学(コロンビア)とスミソニアン熱帯研究所(パナマ)の研究者らと協力して、様々なヘリコニウス種の警告パターンの多様性を利用して、これらの好みの遺伝的基礎を調査し、視覚に基づく行動の進化的変化に直接関連する遺伝子を特定しました。これは動物においてそのような関連性が示された初めての例です。

結核の原因となるマイコバクテリウムは、免疫システムや抗生物質を巧みに回避する狡猾な敵です。マイコバクテリウム・チューバークローシス(Mtb)は、体内で長年休眠状態にあることが多く、時が来ると再活性化することで有名です。現在、新しい研究によって、Mtbが遺伝子発現をどのように制御しているかが明らかになり、それが環境の変化にどのように適応しているかの手がかりを提供するかもしれません。この発見は、2024年2月28日にNature誌で発表され、最終的にはMtbを停止させる薬剤ターゲットを提供する可能性があります。「とても賢い細菌で、多くの策略を持っています」とロックフェラー大学のリウ・シクシン博士(Shixin Liu, PhD)は言います。「今、遺伝子発現をどのように調節しているかを明らかにしたので、そのライフサイクルを阻害する方法について考えることができます。」

ライム病は、ダニによって媒介される細菌感染症で、アメリカ合衆国では毎年約50万人が影響を受けています。多くの場合、抗生物質によって感染が効果的に治療されますが、一部の患者では、症状が数ヶ月から数年にわたって続くことがあります。MITとヘルシンキ大学の研究者らは、人間の汗にはライム病に対する保護作用を持つタンパク質が含まれていることを発見しました。また、人口の約3分の1が、ゲノムワイド関連研究(GWAS)でライム病と関連付けられているこのタンパク質の遺伝的変異体を持っていることもわかりました。このタンパク質がライム病を引き起こす細菌の成長をどのように抑制するかはまだ正確にはわかっていませんが、研究者らは、このタンパク質の保護能力を利用して、病気の予防や抗生物質に反応しない感染症の治療に役立つスキンクリームを開発することを望んでいます。

いくつかの動物は、尾を再生するトカゲのように、失われた構造を再生する驚異的な能力を持っています。しかし、この再生過程は、適切な組織の構成を確保し、がんなどの異常な成長を防ぐために、体によって厳密に制御されなければなりません。しかし、この規制の正確なメカニズムはあまり知られていませんでした。最近の研究では、イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校(UIUC)の研究者らが、下流の成長因子を調節することによって組織再生を制約するキープレイヤーとして、Bratと呼ばれるRNA調節因子を特定しました。このオープンアクセスの論文は2023年12月21日にPLOS Geneticsに掲載され、「Regenerative Growth Is Constrained by brain tumor to Ensure Proper Patterning in Drosophila(ショウジョウバエの再生成長は脳腫瘍によって抑制され、適切なパターン形成が保証される)」というタイトルがつけられています。

動物界において、ゲノム配列の組み立てに関しては、サイズは重要ではありません。最近、米国のモルグリッジ研究所の研究チームが、世界最大の哺乳類と最小の哺乳類の一つから、2つの新しい参照ゲノムの配列を組み立てたことを示しました。シロナガスクジラのオープンアクセス論文は2024年2月20日に「Molecular Biology and Evolution」誌で公開され、「A High-Quality Blue Whale Genome, Segmental Duplications, and Historical Demography(高品質なシロナガスクジラのゲノム、セグメンタル重複、および歴史的人口動態)」と題されています。またヤマネのゲノムに関するオープンアクセス論文は2024年2月7日に「Scientific Data」誌で公開され、「Chromosome Level Genome Assembly of the Etruscan Shrew Suncus etruscus(エトルリアヤマネ Suncus etruscus の染色体レベルのゲノムアセンブリ)」と題されて発表されました。

マサチューセッツ工科大学(MIT)の研究者らは、新しいがん治療法の標的となりうる突然変異を特定する新しい技術に期待を寄せています。がんは、数百種類の異なる遺伝子に変異を持ち得ます。これらの遺伝子はそれぞれ異なる方法で変異するのかもしれません。一部の変異では単一のヌクレオチドが別のものに置き換わるだけでなく、DNAの大きな部分が挿入または削除されます。今まで、これらの変異をそれぞれの自然な環境で迅速かつ容易にスクリーニングし、それが腫瘍の発達、進行、および治療応答にどのような役割を果たす可能性があるかを見る方法はありませんでした。

アメリカでは「あしながおじさん」の愛称で知られるザトウムシですが、ウィスコンシン大学マディソン校の統合生物学部門に所属するギルヘルメ・ガイネット博士(Guilherme Gainett, PhD)とプラシャント・シャルマ博士(Prashant Sharma, PhD)、および同僚たちは、この節足動物の目に焦点を当てて研究を行っています。2024年2月23日にCurrent Biologyに掲載された論文「Vestigial Organs Alter Fossil Placements in an Ancient Group of Terrestrial Chelicerates(退化器官が陸生ケラチェレータの古代グループの化石配置を変える)」では、ザトウムシが胚の段階で2組の未発達な目を持っていることが分かり、この種が科学者たちが考えていたよりも早く進化の木で多様化したことを示唆しているということです。この驚きの発見の手がかりは、顕微鏡の下、ザトウムシの発達中の脚の横に隠されていました。「自分の目を疑いました。科学において、誰もが見たことのないものを見て、本当に興奮するような小さな瞬間があります」と、現在ボストン小児病院とハーバード医科大学でポスドク研究員として働いているガイネット博士は振り返ります。

人間の声に関わる障害を持つ人々、例えば病的な声帯の状態にある人や喉頭がんの手術から回復している人々は、話すことが困難、あるいは不可能であることがよくあります。しかし、その状況は近く変わるかもしれません。UCLAのエンジニアチームが、機能不全の声帯を持つ人々が声の機能を取り戻す助けとなる、柔らかく薄く伸縮性のある装置を発明しました。この装置はわずか1平方インチ以上の大きさで、喉の外側の皮膚に取り付けることができます。この進歩は、2024年3月12日にNature Communicationsに詳述されました。オープンアクセスの論文は「Speaking Without Vocal Folds Using a Machine-Learning-Assisted Wearable Sensing-Actuation System(機械学習を助けとしたウェアラブル感知・作動システムを使用した声帯なしでの発話)」と題されています。

研究者らは、トキソプラズマ症病原体の増殖に重要な細胞区画の出現と同時に進化したタンパク質を同定しました。トキソプラズマ症は、単細胞寄生虫であるトキソプラズマ T. gondii によって引き起こされる、世界中に見られる感染症です。人間では、特に妊娠中の女性にリスクがあり、出生時の欠陥を引き起こす可能性があります。マラリア病原体であるPlasmodium falciparumやその他の関連種と同様に、T. gondiiも宿主細胞に感染するための特別な器官であるロフトリーとミクロネームを持っています。LMU(ルートヴィヒ・マクシミリアン大学、ミュンヘン)の実験寄生虫学のチェアであるマルクス・マイスナー教授と、カナダのアルバータ大学のジョエル・ダックス教授が率いるチームは、この感染機構の進化を調査し、新しい治療アプローチの有望なターゲットとなる特定の器官特有のタンパク質を特定しました。寄生虫の進化の過程で、ロフトリーやミクロネームのような特殊な器官だけでなく、これらの器官の生産と機能を保証するために必要なすべてのタンパク質機構も開発しました。いわゆる器官パラロジー仮説(OPH)は、現在の細胞器官の多様性は、器官のアイデンティティをコードする特定の遺伝子の複製と、その後の進化の時間の中での多様化によって生じたと提案しています。

通りを歩くとき、私たちは自分がどの方向に向かっているか内部的な感覚を持っています。これは、街の信号や物理的なランドマークを見ることから得られるものであり、またどこに行きたいかの感覚も持っています。しかし、脳はこれらの方向性をどのように調整し、どちらに曲がるべきかを教えてくれる計算をどのようにしているのでしょうか?現在、新たな研究が、動物の脳がそれを正しい方向に導くプロセスを、ショウジョウバエを用いて解明しました。この研究は、ショウジョウバエが現在向いている方向を示すニューロンが、ショウジョウバエが向かいたいと願う方向を示すニューロンと協力して、動物をガイドする回路を形成する方法を示しています。

ルチアーノ・マラフィーニ博士(Luciano Marraffini, PhD)は、細菌におけるCRISPR-Casシステムの研究の先駆者であり、ゲノム編集のためのその潜在的な利用可能性についての研究で知られています。彼は2024年のバイルケック生命科学賞を受賞しました。この栄誉は毎年、生物医学研究において顕著な影響を与え、医学および人間の健康への重要な貢献をした移民科学者を表彰します。マラフィーニ博士は、アルゼンチンのロサリオで生まれ、ロサリオ大学で学んだ後、シカゴ大学で博士号を取得し、ノースウェスタン大学でポスドク研究を行うために米国に移りました。2010年には、ロックフェラー大学に招聘され、現在はカイデン家教授および細菌学研究室の責任者を務めています。マラフィーニ博士は長年にわたり、細菌がウイルスの侵入者に対抗するためにCRISPR-Casシステムがどのように機能するかの分子メカニズムを明らかにしてきました。

ペンシルベニア州立大学の研究者らは、600万ドル近い新たなNIH助成金により、ジカウイルスがどのように複製され、胎盤を通過して胎児に感染するかを調査します。2015年にブラジルで発生したジカウイルスの流行は、豪雨シーズンとそれに続くウイルスの宿主である蚊の急増によって引き起こされ、何千もの赤ちゃんが重度の先天性欠損症をもって生まれる原因となりました。ジカウイルスは、ウエストナイル、デング熱、黄熱病ウイルスを含むフラビウイルスの中で唯一、感染した母親から未生まれの子どもに伝播する能力を持つという点でユニークです。ジカウイルスの成分はウイルス複製中にどのように組み立てられ、ウイルスはどのようにして母親から胎児に移行するのでしょうか?ペンシルバニア州立大学のバイオケミストリーおよび分子生物学のアシスタントプロフェッサーであるジョイス・ホセ博士(Joyce Jose, PhD)と彼女の同僚たちは、合計約600万ドルに及ぶ米国国立アレルギー・感染症研究所からの2件の新しい助成金を用いてこれらの疑問に答えることを目指しています。

マクロファージは、体の中で最も重要な存在の一つです。ギリシャ語で「大きな食べ物」という意味を持つこの免疫細胞は、微生物やがん細胞からほこりや残骸に至るまで、問題のある要素を摂取して消化します。マクロファージは、特に肺で重要な役割を果たし、そこでは細菌感染と戦うだけでなく、健康的な機能に不可欠ながらも制御されない場合は粘着性の蓄積物を作る可能性のある、タンパク質と脂質が豊富な層であるサーファクタントの肺からの除去も行います。最近の研究で、ロックフェラー大学と他の機関の研究者らは、これらの細胞の機能不全を引き起こす、これまで文書化されたことのない遺伝的障害を発見しました。研究者らは、選ばれた病気の子供たちの間に予期せぬつながりを見つけることによって、この発見をしました。これらの9人の子供たちは、生涯にわたって、肺胞蛋白症(PAP)、進行性多発性肺疾患、頻繁な細菌およびウイルス感染症と戦い、しばしば嚢胞性の肺に苦しんで息をすることがありました。

褐色脂肪細胞は、エネルギーを使用して熱を生産することができる特殊な細胞です。この特性により、肥満や2型糖尿病のような疾患の治療に有効なツールとして注目されています。しかし最近まで、褐色脂肪細胞組織(BAT)が前駆細胞からどのように発達するかの理解が限られていたため、この治療的潜在能力は制約されていました。ブリガム・アンド・ウィメンズ病院の研究者らがリードする研究チームは、マウスにおける褐色脂肪細胞形成に至る一連の細胞シグナリングの手がかりを特定しました。次に、これらの手がかりを使用して、体外で効率的にヒトの褐色脂肪細胞を生産するプロトコルを開発しました。

ケースウェスタンリザーブ大学医学部の研究者らと共同研究者たちは、変異した際に筋萎縮性側索硬化症(ALS)(ルー・ゲーリッグ病)と前頭側頭型認知症(FTD)という二つの衰弱性脳疾患の一般的な原因となる遺伝子を発見しました。この研究では、この変異遺伝子C9ORF72によって生成されるタンパク質が、強力な炎症分子であるインターロイキン17A(IL-17A)の生成を調節することにより、免疫系に影響を与えることがわかりました。ALSは中枢神経系のニューロンの喪失により進行性の麻痺を引き起こす神経変性疾患です。ALS患者は、筋肉機能が衰えるにつれて悪化する脳の自己免疫疾患と炎症をしばしば有しています。アーロン・バーバリー博士(Aaron Burberry, PhD)は、医学部病理学科の助教授であり、この研究の主任研究員です。約10%のALS患者に影響を与えるC9ORF72変異を持つマウスモデルで、IL-17A遺伝子をブロックすると脳の炎症が減少し、運動能力が向上することを発見しました。

トロント動物園のコモドドラゴンのキラットが2024年2月に亡くなりました。彼の種(バラヌス・コモドエンシス)の他のメンバーと同様に、コモドドラゴンと呼ばれるにふさわしい存在でした。その印象的なサイズと、あなたを見つめ、あなたの一挙手一投足を追跡する様子は、獰猛な獣脚類恐竜のような頂点捕食者であることを実感させました。ですから、彼の飼育施設を見回すと、恐竜時代の獣脚類恐竜を探しているときによく見つかる、地面に輝く落ち歯があるのを見つけるのも驚くことではありません。この現象は、この魅力的な捕食者の歯と食事行動を研究するきっかけとなりました。トロント動物園チームは親切にも多くの落ち歯を集め、研究を行うことを許可しました。またロイヤルオンタリオ博物館の骨格コレクションの頭蓋骨の利用も許可しました。

時には「ノー」という回答が、別の面で「イエス」を見つけるきっかけとなります。それは、ジョージア医科大学オーガスタ大学の生化学および分子生物学部門の教授であり、長年にわたって乳がんの研究に従事してきたアリ・アルバブ博士(Ali Arbab, MD)にも当てはまるケースです。乳がん治療のために提案した方法が補助金を得られなかった際、アルバブ博士は他の病気に焦点を移し、その方法を脳卒中の患者を助けるためにカスタマイズできることを発見しました。その結果、アルバブ博士は国立衛生研究所(NIH)の一部である国立神経障害および脳卒中研究所(NINDS)から423,500ドルの補助金を受け取ることになりました。アルバブ博士は次のように述べています。「私はキャリアの大部分を乳がんの研究に費やしてきましたが、がん治療のためのこの新技術を開発したとき、それが他の疾患の治療にも使用できることを知っていました。その知識を活かし、この技術がどのようにして脳卒中の患者を治療するために使用できるかに焦点を当て直し、この補助金を確保することができました。」

レトロウイルスは、その遺伝子を宿主細胞のゲノムに組み込むことで増殖するウイルスです。感染した細胞が生殖細胞である場合、レトロウイルスは次世代に「内在性」レトロウイルス(ERV)として受け継がれ、その宿主種のゲノムの一部として広がることができます。脊椎動物では、ERVは普遍的に存在し、時には宿主ゲノムの10パーセントを占めることもあります。しかし、ほとんどのレトロウイルスの統合は非常に古く、既に劣化しているため不活性であり、その初期の宿主への影響は、数百万年の進化によって最小限に抑えられています。ドイツのリープニッツ動物園・野生動物研究所(Leibniz-IZW)が率いる研究チームは、ニューギニアの齧歯類である白腹モザイクテールラットにおけるレトロウイルスの最近の症例を発見しました。PNASに掲載された論文では、この新しいウイルス統合のモデルを説明しています。このプロセスに関する観察は、レトロウイルスが宿主のゲノムをどのように書き換えるかについての理解を深めるのに役立ちます。

なぜ女性は自己免疫疾患にかかりやすいのか、その謎を解明する研究結果が発表されました: すべての女性細胞にあるX染色体によって作られる分子が、女性自身の組織に対する抗体を生成する可能性があるとのことです。2400万人から5000万人のアメリカ人が自己免疫疾患を患っています。そのうちの5人に4人は女性です。関節リウマチ、多発性硬化症、強皮症は、男女比が逆転している自己免疫疾患の例であります。スタンフォード大学の研究者らは、この格差を、生物学的に雌の哺乳類と雄の哺乳類を区別する最も基本的な特徴にまでさかのぼりました。

地球上の生き物は24時間周期で動いていますが、ある甲虫は自然界の他の生物と同期していません。新しい研究では、独自の48時間周期を持つ甲虫に注目しています。2023年1月18日にCurrent Biologyに掲載されたこのオープンアクセス論文は「Circabidian Rhythm of Sex Pheromone Reception in a Scarab Beetle(スカラベ甲虫における性フェロモン受信のサーカビディアンリズム)」と題されています。大きな黒いチャファー甲虫、Holotrichia parallelaは、アジアの農業害虫です。雌甲虫は隔夜、土から出てきて宿主植物を登り、雄を引き寄せるフェロモンを放出します。

リキッドバイオプシーの進歩により、血液サンプル中の循環腫瘍DNAの検出が容易になり、がんの早期診断や治療の指針となる可能性があります。がん患者の血流中に一時的に循環し、すぐに分解される死んだ細胞からのDNA、つまり腫瘍DNAを捉え出すことができる血液検査を開発した企業があります。しかし、常に循環している腫瘍DNAの量は非常に少なく、この微小なシグナルを検出するのに十分な感度を持つテストを開発することは困難でした。MITとハーバード大学のブロード研究所の研究チームは、血流中の腫瘍DNAのクリアランスを一時的に遅らせることで、そのシグナルを大幅に増幅する方法を考案しました。研究者たちは、体が血流中の腫瘍DNAを除去する能力に一時的に干渉することができる「プライミングエージェント」と呼ばれる2種類の注射可能な分子を開発しました。マウスを用いた研究では、これらのエージェントがDNAレベルを十分に高め、早期の肺転移が検出可能な割合を10%未満から75%以上に跳ね上げることを示しました。

1975年から2019年の間に乳がんによる死亡率が58%減少したことが、スタンフォード大学医学部の臨床医および生物医学データ科学者が主導する新たな多施設研究により明らかになりました。この減少のほぼ3分の1(29%)は、体の他の部位に広がったメタスタティック(転移性)乳がん、すなわちステージ4の乳がんや再発性がんの治療の進歩によるものです。これらの進行がんは治癒不可能と見なされているものの、メタスタティックがんを患う女性はこれまで以上に長生きしています。この分析により、がん研究者は将来の努力と資源をどこに集中させるべきかを評価するのに役立ちます。「乳がんによる死亡が過去数十年間減少していることはわかっていましたが、どの介入が最も成功しているのか、またその程度を定量化することは困難であるいは不可能でした」と、スタンフォード大学医学部の医学部助教授であるジェニファー・キャスウェル=ジン博士(Jennifer Caswell-Jin, MD)は述べています。「この種の研究により、どの取り組みが最も影響を与えているか、そしてどこで改善が必要かを見ることができます。」

細胞核は、重要な細胞内プロセスの制御センターと見なされていますが、その物質的性質は科学者たちを引き続き悩ませています。オーストリアのウィーン医科大学の科学者が率いる国際研究チームは、この制御センターの内部における機械的特性を以前には得られなかった視点から捉える新技術を開発しました。初めて、生きている細胞内で、細胞機能にとって重要と思われるその特異な動的構造特性を時間を追って視覚化することに成功しました。この研究結果は、2024年1月18日にNature Photonicsに掲載され、生命の基本プロセスのより良い理解に貢献することができます。この論文のタイトルは「Brillouin Light Scattering Anisotropy Microscopy for Imaging the Viscoelastic Anisotropy in Living Cells(生きた細胞内の粘弾性異方性イメージングのためのブリルアン光散乱異方性顕微鏡)」です。

カロリンスカ研究所(KI)の研究者たちは、DNAオリガミと呼ばれる技術を使用して、重要な細胞受容体がこれまで知られていなかった方法で活性化されることを示しました。この結果は、Notchシグナリング経路の働きと、それがいくつかの深刻な疾患にどのように関与しているかを理解するための新たな道を開きます。この研究は、2024年1月18日にNature Communications誌に掲載されました。オープンアクセス論文のタイトルは「Soluble and Multivalent Jag1 DNA Origami Nanopatterns Activate Notch Without Pulling Force(溶解性および多価性のJag1 DNAオリガミナノパターンによる、引っ張り力なしでのNotchの活性化)」です。

アリの社会行動は長い間、動物界で最も複雑なものの一つとされてきました。最近の研究により、予想外の側面が明らかになりました。それは、アリが互いに抗生物質による創傷ケアを提供しているということです。アフリカのマタベレアリ(Megaponera analis)は、食餌として唯一シロアリを食べますが、その好戦的な獲物によってしばしば傷つけられます。治療しないと、これらの傷は通常致命的です。しかし、巣の仲間は感染を察知し、彼らのメタプレウラル腺で生産される抗生物質でそれを治療することができます。

新しい研究によると、妊娠中のアセトアミノフェンの使用増加(特に妊娠の第2期)が、2歳、3歳、4歳の子供たちの注意力と行動の問題のわずかながらも顕著な増加と関連していることが示されました。この研究は、妊娠中のアセトアミノフェンの頻繁な使用が子供の発達問題に関連しているとする証拠が増えていることに新たな情報を加えるものです。この発見は、2024年1月8日にNeurotoxicology and Teratologyで公開された論文で詳述されています。このオープンアクセスの論文は「The Relationship of Prenatal Acetaminophen Exposure and Attention-Related Behavior in Early Childhood(妊娠中のアセトアミノフェン曝露と幼児期初期の注意関連行動の関係)」と題されています。

高糖質の食事は人間にとって悪影響を及ぼし、糖尿病、肥満、さらにはがんを引き起こす可能性があります。しかし、フルーツバット(果物を食べるコウモリ)は、毎日体重の2倍に相当する糖分を含む果物を食べても、生き延び、さらには繁栄しています。現在、カリフォルニア大学サンフランシスコ校の研究者らは、フルーツバットがこれほど多くの糖分を消費できるように進化したと考えられる方法を発見しました。これは、アメリカに住む3700万人の糖尿病患者にとって、潜在的な意味を持ちます。アメリカ合衆国において、糖尿病は死因の第8位であり、疾病対策センター(CDC)によると、毎年2370億ドルの直接医療費用を負担しています。この発見は、2024年1月9日にNature Communications誌に公開された「Integrative Single-Cell Characterization of a Frugivorous and an Insectivorous Bat Kidney and Pancreas(フルーツを食べるコウモリと昆虫を食べるコウモリの腎臓と膵臓の一体的な単一細胞特性化)」というタイトルのオープンアクセス記事に記載されています。

スペインのマラガ大学(UMA)の研究者、フアン・パスクアル・アナヤ博士(Juan Pascual Anaya, PhD)の指導の下、7つの異なる国から40人以上の著者で構成された国際的な研究チームにより、脊椎動物の大きなグループで唯一、その種の基準ゲノムがまだなかったヌタウナギ(myxini、別名「hagfish」)の初のゲノム配列が決定されました。この発見は、2024年1月12日に「Nature Ecology & Evolution」誌で発表され、「Hagfish Genome Sequence Sheds Light on Early Vertebrate Genome Evolution.(脊椎動物の早期ゲノム進化に光を当てるヌタウナギのゲノム配列)」というタイトルの論文として紹介されました。これにより、脊椎動物の祖先に起こったゲノム重複(ゲノムが完全に複製される回数)の進化史を解読することができました。このグループには人間も含まれています。「この研究は、脊椎動物の起源とそれらの最もユニークな構造、例えば複雑な脳、顎、および四肢に伴うゲノムの変化を理解するのに役立つため、進化および分子分野で重要な意味を持ちます」と、UMAの動物生物学部門の科学者であるアナヤ博士は説明しています。

MITの研究者たちは現在、細胞のRNA発現を追跡して、がんの進行や胚発生のような長期的プロセスを調査しています。細胞内のRNAを全てシーケンスすると、その細胞の機能や特定の時点での活動に関する多くの情報が明らかになります。しかし、シーケンスプロセスは細胞を破壊するため、遺伝子発現の継続的な変化を研究することが困難です。MITで開発された代替手法では、研究者が長期間にわたってこのような変化を追跡できるようになる可能性があります。新しい方法は、細胞に損傷を与えずに繰り返し実行できる非侵襲的なイメージング技術であるラマン分光法に基づいています。この技術を使用して、研究者は数日間にわたって胚性幹細胞が他のいくつかの細胞タイプに分化するのを監視できることを示しました。この技術は、がんの進行や胚発生などの長期的な細胞プロセスの研究を可能にし、将来的にはがんや他の疾患の診断に使用される可能性があります。

雪、雨、暑さ、暗闇の中でも荷物を届ける郵便配達員のように、あらゆる条件下でも細胞が適切に機能するのを助ける哺乳類のタンパク質の重要なグループに焦点を当てて研究が行われました。ウィスコンシン大学マディソン校(UW)の科学者たちは、最先端の細胞イメージングとゲノム編集技術を使用して、このタンパク質コレクションがいかにしてその不可欠なサービスを実行するかを解き明かし始めました。この発見は、がん、糖尿病、免疫機能障害を引き起こす病気などの新しい治療法を理解し、開発するのに役立つかもしれません。アンジョン・オードヒャ博士(Anjon Audhya, PhD)が率いる研究チームは、コートタンパク質複合体II(COPII)がどのように機能するかをよりよく理解することを目指しました。COPIIは、哺乳類細胞で機能するすべてのタンパク質の約3分の1を輸送する責任を持つ非常に重要なタンパク質群です。

ネズミは約2歳で人間の約80歳に相当する「人生の黄昏期」に達します。研究者がネズミに特定の突然変異を導入し、それらを加齢させると、ネズミは物忘れが悪化し、イライラし始め、最終的には多くの高齢者と似たアルツハイマー病の兆候を示します。最近の研究では、脳の免疫細胞であるミクログリアが、ネズミとヒトの両方でアルツハイマー病が進行するにつれて衰退し、APOE4というアルツハイマー病に関連する重要な遺伝子バリアントがこれらの変化を仲介している可能性があることが示されました。この新しい研究は、2024年1月9日に「Immunity」誌で「An Exhausted-Like Microglial Population Accumulates in Aged and APOE4 Genotype Alzheimer’s Brains(老化およびAPOE4遺伝子型のアルツハイマー脳に蓄積する疲弊したマイクログリア集団)」というタイトルでオープンアクセス論文として発表されました。

アフリカの集団を対象とした新たな共同研究により、肌の色の遺伝子や変異体についての理解が深まり、人類の進化や地域適応についての洞察が得られました。ペンシルバニア大学の研究者らとその同僚は、アフリカ人の肌の色の変異に関する分子基盤の重要な洞察を発見しました。この発見は、2024年1月10日に「Nature Genetics」に掲載され、「Integrative Functional Genomic Analyses Identify Genetic Variants Influencing Skin Pigmentation in Africans(統合的機能ゲノム解析によりアフリカ人の肌の色素沈着に影響を与える遺伝子変異を同定)」と題されています。この研究は、人類の進化と現代人の肌の色の多様性を支える遺伝学の理解を広げます。「アフリカの人口内で豊富な遺伝的多様性にもかかわらず、遺伝学的研究ではこれまで十分に代表されていませんでした。我々の発見は、肌の色の多様性とその進化的歴史の遺伝的基盤について新しい情報を提供し、人類進化のより明確な描写に貢献します。」と、ペンシルバニア大学ペレルマン医学部および文理学部に所属するペン統合知識大学教授であるサラ・ティシュコフ博士(Sarah Tishkoff, PhD)は述べています。

メソアメリカの先住民文化において数世紀にわたって深い意義を持ってきた「マジックマッシュルーム」として俗に知られるPsilocybe菌類は、1960年代と1970年代に幻覚成分として広く世界の注目を集めた後、現在、これらは悪名高いキノコとして社会問題視されています。一方でPsilocybeのほぼ全種に見られるサイコアクティブ化合物であるシロシビンとシロシンは、PTSD、うつ病、終末期ケアの緩和などの条件の治療に有望であることが示されています。シロシビンを治療薬として利用するためには、この化合物の遺伝学と進化の包括的なロードマップが必要ですが、その情報は存在しません。われわれが持っている限られた知識は、約165種類とされるPsilocybeのごく一部の研究から来ています。ほとんどのシロシビン生成キノコは、発見されて以来研究されていませんでしたが、やっと研究が進みました。ユタ大学とユタ自然史博物館(NHMU)の科学者が率いる研究チームは、Psilocybe属の最大のゲノム多様性研究を完成させました。52個のPsilocybe標本のゲノム解析には、これまでにシーケンスされたことのない39種が含まれています。

ジョージア工科大学の生物科学部門の研究者らは、光にさらされることで成長が促進される世界初の酵母の株を開発しました。この研究は「Current Biology」誌に2024年1月12日に発表され、論文は「Transforming Yeast into a Facultative Photoheterotroph Via Expression of Vacuolar Rhodopsin(真空ロドプシンの発現による酵母の任意光栄養生物への変換)」と題されています。ジョージア工科大学のアンソニー・バーネッティ博士(Anthony Burnetti, PhD)、ウィリアム・ラットクリフ准教授(William Ratcliff, PhD)の研究室で働く研究者らは、酵母を光合成生物(光からエネルギーを取り入れ利用する生物)に変換することが、いかに簡単であったかについて驚いたと述べています。単一の遺伝子を移動させるだけで、光の中で暗闇よりも2%速く成長しました。細かい調整や慎重な誘導なしに、単純に機能したのです。このように酵母に進化的に重要な特性を簡単に装備させることは、この特性がどのように起源を追い、バイオ燃料の生産、進化、細胞の老化などの研究にどう利用できるかについての理解を深める上で大きな意味を持ちます。

脳細胞は脂肪組織と連絡を取り合って細胞燃料を生産し、老化の影響に対抗している。近年の研究では、体の臓器間の通信路が加齢の主要な調節因子であることが明らかになりつつあります。これらの通信路が開いているとき、体の臓器やシステムはうまく連携して動作します。しかし、年齢と共に通信路は劣化し、臓器は適切に機能するために必要な分子や電気的メッセージを受け取ることができなくなります。セントルイスにあるワシントン大学医学部の新しい研究では、マウスにおいて、体全体のエネルギー生産に中心的な役割を果たす脳と体の脂肪組織をつなぐ重要な通信経路を特定しました。このフィードバックループの徐々に悪化することが、自然な加齢に伴う増加する健康問題に寄与していることを示唆しています。

ポンペウ・ファブラ大学のトランスレーショナル合成生物学研究所が主導した実験的研究により、皮膚細菌の一種を効率的に操作して、皮脂産生を調節するタンパク質を産生させることができることが示された。この応用は、追加試験の後、ニキビ治療に使われる可能性がある。国際研究チームが、ポンペウ・ファブラ大学医学・生命科学部のトランスレーショナル・シンセティックバイオロジー研究室の主導で、皮膚細菌の一種であるCutibacterium acnesを効率的に工学的に改変し、ニキビ症状の治療に適した治療用分子を産生・分泌させることに成功しました。このエンジニアリングされた細菌は、皮膚細胞系での有効性が検証され、マウスでの配達も確認されました。この発見は、皮膚の変化や他の疾患を治療するために、従来扱うことができなかった細菌を工学的に改変する道を広げるものです。研究チームは、ベルビチェ生物医学研究所(Idibell)、バルセロナ大学、遺伝子調節センターのプロテインテクノロジーファシリティ、Phenocell SAS、メディツィニシェ・ホッホシューレ・ブランデンブルク・テオドール・フォンターネ、ルンド大学、およびオーフス大学の科学者から成ります。ニキビは、毛包や脂腺の閉塞や炎症によって引き起こされる一般的な皮膚疾患です。その外見は、白ニキビや黒ニキビから膿疱や結節に至るまで様々で、主に顔、額、胸、上背部、肩に現れます。ニキビは思春期に最も一般的ですが、あらゆる年齢の人々に影響を与える可能性があります。

妊娠糖尿病に関するこれまでで最大の遺伝子研究により、この重篤で一般的な妊娠合併症に関連する9つの新規遺伝子領域が発見されました。この研究は、ヘルシンキ大学の研究者が主導し、マサチューセッツ総合病院およびハーバード大学とMITのブロード研究所の同僚と共に行われました。妊娠糖尿病の遺伝学的背景に関する私たちの理解において重要な進歩を提供します。この病気は、世界中で年間1600万以上の妊娠に影響を与える一般的な妊娠障害であり、母親とその子供たちの健康に重大な影響を及ぼします。妊娠前に糖尿病がなかった妊婦の血糖値が上昇することが特徴です。妊娠糖尿病が主要な世界的健康問題を構成するにもかかわらず、その分子原因に関する研究は驚くほど少ないです。現在公開されている研究は、これまでで最大のゲノムワイド関連研究(GWAS)であり、フィンランドのゲノミクスイニシアチブFinnGenからの12,000人以上の患者と131,000人の女性の対照群を含んでいます。

細胞殺人事件から約 25 年が経ち、科学者らは未解決事件の謎を解明しました。ショウジョウバエからマウス、そしてヒトへと続く証拠の軌跡をたどることで、珍しいヒトの免疫不全症が共食い細胞によって引き起こされる可能性があることが明らかになりました。この発見は、新興のがん治療を強化するための有望な見通しを示しています。「この論文は、ショウジョウバエにおける非常に基本的な細胞生物学から始まり、ヒトの病気を説明し、その知識をがん治療に活用するまでを網羅しています。それぞれのステップが大発見のように感じられますが、ここにはすべてが一つの論文にまとまっています。」とカリフォルニア大学サンタバーバラ校のデニース・モンテル博士(Denise Montell, PhD)は述べています。モンテル博士の研究室の研究者らは、2023年12月18日に「Hyperactive Rac Stimulates Cannibalism of Living Target Cells and Enhances CAR-M-Mediated Cancer Cell Killing(活性化されたRacが生存する標的細胞の共食いを刺激し、CAR-Mによるがん細胞の殺害を強化する)」と題した論文をPNASに発表し、現在、そのメカニズムと影響について調査しています。この論文はオープンアクセスで公開されています。

CNNによると、ハーバード大学とホフマン・ラ・ロシュの研究者らは、致死的な抗生物質耐性菌アシネトバクター・バウマニーに効果的な新しい抗生物質を特定したと報道しました。研究者らは、現在の抗生物質のほとんどに耐性を持ち、侵襲性感染症にかかった人の大部分を死に至らしめる菌に対処するための新しいタイプの抗生物質を開発したと述べています。この菌、アシネトバクター・バウマニーは、米国疾病予防管理センター(CDC)によると、肺、尿路、血液の重篤な感染症を引き起こす可能性があります。これは、カルバペネムと呼ばれる広域スペクトラム抗生物質のクラスに対して耐性を持っています。カルバペネム耐性アシネトバクター・バウマニー、またはCRABは、2017年に世界保健機関(WHO)が抗生物質耐性「優先病原体」のリストのトップに挙げられました。米国では、この菌は最新のCDCのデータによると、その年に入院患者に約8,500の感染症と700の死亡を引き起こしたと推定されています。CRABは、米国の病院で見つかる感染症の約2%を占めます。アジアと中東ではより一般的で、世界中の集中治療室での感染症の最大20%を引き起こします。この菌は、病院や介護施設のような医療環境で繁殖します。感染リスクが最も高いのは、カテーテルを使用している人、人工呼吸器を使用している人、または手術からの開放傷を持つ人です。

細菌、ウイルス、または有害物質に遭遇した際、固有の免疫細胞である好中球は、侵入者と戦うためにその場所に集結します。しかし、細菌やウイルスにはこれらの防御を避ける方法があります。例えば、ペスト菌(Yersinia pestis)は、免疫システムから隠れることができ、病原体がホストを圧倒するまで体内で無制限に増殖することを許します。この能力により、Y. pestisは14世紀にヨーロッパ全土にペストを広げ、ヨーロッパ人口の3分の1を死に至らしめました。現代ではペストが人間の健康に深刻な脅威をもたらすことはありませんが、ルイビル大学(UofL)の研究者たちは、免疫システムを回避するY. pestisの能力をよりよく理解し、その理解を他の病原体の制御に応用するためにY. pestisを研究しています。「人間のペストを見ると、感染しているにもかかわらず、細菌が免疫システムから隠れているため、すぐには症状が現れないことがあります。そして突然、大量の細菌が現れ、免疫システムが圧倒され、肺ペストの場合は、個体が肺炎で死亡します」と、UofLの微生物学および免疫学部門の教授であるマシュー・ローレンツ博士(Matthew Lawrenz, PhD)は言いました。

深層学習と呼ばれる人工知能(AI)の一種を用いて、マサチューセッツ工科大学(MIT)の研究者らは、毎年アメリカ合衆国で10,000人以上の死亡を引き起こす耐薬性細菌のクラスを殺すことができる化合物を発見しました。Nature誌の論文で、これらの化合物がメチシリン耐性黄色ブドウ球菌(MRSA)を実験室の培養皿で、そしてMRSA感染のマウスモデル2つで殺すことができることが示されました。これらの化合物は人間の細胞に対して非常に低い毒性を示すため、特に良好な薬剤候補です。12月20日に掲載されたこの論文のタイトルは「Discovery of a Structural Class of Antibiotics with Explainable Deep Learning(説明可能な深層学習による抗生物質の構造クラスの発見)」です。新しい研究の主な革新点は、研究者らが、深層学習モデルが抗生物質の有効性を予測するために使用している情報の種類を理解できたことです。この知識は、モデルによって同定されたものよりもさらに優れた薬剤を設計するのに役立つ可能性があります。

数十年にわたり、さまざまな疾患の治療に不可欠な多くのタンパク質が、経口薬療法の対象となることができずにいました。従来の低分子薬は、平らな表面を持つタンパク質に結合することや、特定のタンパク質ホモログに対する特異性が求められる場合に苦労しがちです。通常、これらのタンパク質を標的とすることができる大きなバイオロジクスは、患者の利便性やアクセス性を制限する注射を必要とします。2023年12月28日にNature Chemical Biologyに公開された新しい研究では、EPFL(エコール・ポリテクニーク・フェデラル・ド・ローザンヌ)のクリスチャン・ハイニス教授(Christian Heinis)の研究室の研究者らが、薬剤開発における重要なマイルストーンを達成しました。彼らの研究は、製薬業界における長年の課題に対処する、新しいクラスの経口利用可能な薬剤への扉を開きました。このオープンアクセスの記事は「De novo Development of Small Cyclic Peptides That Are Orally Bioavailable(経口生物利用可能な小型環状ペプチドのデ・ノボ開発)」と題されています。

一滴の雨は海の中では検出不可能です。塩水の入った桶の中でも見つけられないでしょう。しかし、非常に精密なセンサーを備えた一つの容器で全海水を掬い取れば、突如としてその一滴の雨を特定できるようになります。脳内の希少な細胞種を追跡することも同様に難しい課題でした。しかし、そうした希少細胞の一部に変化があれば、アルツハイマー病をはじめとする様々な疾患に関連している可能性があります。そうした希少細胞を見つけて研究できれば、脳の解析や疾患介入において新たな地平が開けるかもしれません。2023年11月30日付けのNature Geneticsに掲載された論文で述べられているように、ロックフェラー大学の遺伝学者ジュンユー・カオ博士とその同僚らが、マウス脳全体を一度に走査してこれらの秘密の細胞を見つける、低コストでハイスループットな手法を開発しました。150万個の細胞を捉え、さらに多くの細胞を取り込むことができるこのデジタルの「桶」です。

ウェイル・コーネル医学の研究者による新しい研究では、ラボで育てた組織であるオルガノイドを使用してがんをモデル化する薬剤スクリーニングシステムが、将来の膵臓がん治療の有望なターゲットを発見するのに役立ったことが報告されています。この研究は2023年12月26日に「Cell Stem Cell」に掲載され、科学者らは膵臓腫瘍オルガノイドに6,000以上の化合物をテストしました。これらのオルガノイドには、膵臓がんを引き起こす一般的な変異が含まれています。彼らは、ペルヘキシリンマレイン酸という既存の心臓薬が、オルガノイドの成長を強力に抑制することを発見しました。論文のタイトルは「A Pancreatic Cancer Organoid Platform Identifies an Inhibitor Specific to Mutant KRAS」(膵臓がんオルガノイドプラットフォームは変異KRAS特異的な抑制剤を同定する)です。

国際共同研究により、セント・ジュード小児研究病院の科学者チームが、データサイエンス、薬理学、構造情報を活用し、アドレナリンと結合するレセプターの各アミノ酸が、この天然リガンドの存在下でレセプター活性にどのように寄与するかを原子レベルで解明しました。研究チームは、主要な薬理学的特性を制御するアミノ酸を正確に特定しました。研究対象のアドレナリンレセプターは、G タンパク質共役型受容体(GPCR)ファミリーのメンバーで、このファミリーは米国食品医薬品局(FDA)承認薬の3分の1の標的となっています。したがって、GPCRが天然または治療用リガンドにどのように応答するかを理解することは、レセプター活性に正確な効果を持つ新薬の開発に不可欠です。

LINE-1は病気や老化に関連するレトロトランスポゾンの一種です。ロックフェラー大学の科学者と共同研究者らは、その主要タンパク質の核心を解明し、治療標的への道を指し示しました。数十億年前に原始的な生命体がより複雑になるにつれて、ある利己的な遺伝子成分がゲノムの植民地化者となったことを説明しています。この有害なコードはコピー&ペーストのメカニズムを使用して、様々なゲノムに何度も複製され挿入されました。時間が経つにつれて、全ての真核生物(ヒトを含む)はこのコードを受け継ぎました。実際、この古代の遺伝子要素はヒトのゲノムの約3分の1を記述しており、比較的最近までジャンクDNAとみなされていました。この遺伝子成分はLINE-1(long interspersed nuclear element 1)(L1)として知られ、そのゲノムへの攻撃的な侵入は疾患を引き起こす突然変異をもたらす可能性があります。ORF2pと呼ばれる重要なタンパク質がその成功を可能にし、ORF2pの構造と機構を理解することは、様々な疾患に対する新しい潜在的な治療標的を明らかにすることができます。ORF2pはL1レトロトランスポジションに必要なエンドヌクレアーゼと逆転写酵素の活性をコードします。

地球が温暖化するにつれて、キヌア(Chenopodium quinoa)のような高い耐性を持つ作物がますます注目を集めています。これらの作物は厳しい条件下でも成長することができる特性を持っています。南米アンデス地域原産の古代作物であるキヌアは、非常に塩分と乾燥に強いです。その葉は、表皮塩集積細胞(Epidermal Bladder Cells:EBC)と呼ばれる小さな液体で満たされた風船で覆われていると考えられていましたが、これがストレス耐性の源であるとされてきました。しかし、2023年10月17日に『Current Biology』に発表された研究では、EBCは実際には塩分や乾燥に対して保護するのではなく、昆虫や細菌に対する物理的および化学的保護を提供していることが明らかにされました。EBCは、葉面へのアクセスを遮断するシールドとして機能し、草食昆虫に有毒な化合物、例えばオキサル酸を含んでいます。EBCの機能を理解することは、特定の条件に適応したキヌア品種の育種に役立ちます。この『Current Biology』のオープンアクセス論文は、「Epidermal Bladder Cells As a Herbivore Defense Mechanism」(草食動物の防御機構としての表皮塩集積細胞)と題されています。EBCは、葉の表面を覆う変化した毛、つまりトリコームです。長い間、それらは塩分や乾燥耐性に関与していると考えられていましたが、最近の研究では、植物が通常草食動物に対する防御に使用する化合物、例えばオキサル酸やサポニンで満たされていることが示されました。

温室効果ガスの排出量を抑制するために、カーボンフットプリントが低い食品を見つけることが不可欠です。水生環境から得られる「青い食材」は、その解決策の一つを提供するかもしれません。イギリスの研究者らは、フナクイムシの可能性を探っています。これらの歴史的に嫌われてきた生物は、実際にはワームではなく、蛤やムール貝の親戚です。彼らは成長が早く、ビタミンB12が豊富で、廃棄された木材を健康的なタンパク質源に変えることができます。研究者らは彼らを「裸の蛤」と呼び、その結果を2023年11月20日にSustainable Agricultureに報告しました。オープンアクセス論文のタイトルは「Naked Clams to Open a New Sector in Sustainable Nutritious Food Production(裸の蛤で持続可能な栄養食品生産の新しいセクターを開く)」です。フナクイムシ(またはテレドニドワームとも呼ばれる)は、海に浸かった木材を通じてトンネルを掘り、それを彼らの家と食料にします。歴史的には無数の木製船を破壊し、今日でも毎年数十億ドル相当の沿岸インフラストラクチャー、例えば桟橋や防波堤を食い尽くしています。彼らの名前に反して、彼らはワームではなく、フィルターを通して餌をとる蛤やムール貝の親戚で、彼らの貝殻は小さなものに減少し、木材に穴を開けるドリルビットとして使用され、削り取った削りカスを、鰓にいる細菌性の共生微生物の助けを借りて消化します。

カリフォルニア大学サンディエゴ校(UCSD)が主導する研究により、マイクロRNA(miRNA)バイオマーカーのパネルは、妊娠中毒症を予測するだけでなく、その状態の重症度を示せることが明らかになりました。研究者らは当初、妊娠中毒症に関連する110種類の細胞外miRNAを特定しました。これらのmiRNAは細胞間で移動することができます。その後、機械学習の助けを借りて、マーカーを3対の関連するmiRNAのパネルに絞り込みました。このmiRNAバイオマーカーのパネルは、妊娠中毒症の軽度と重度の症例を区別することができ、既存のバイオマーカーである胎盤成長因子(PlGF)と可溶性FMS様チロシンキナーゼ1(sFlt1)比と組み合わせた場合、さらに優れた性能を示しました。妊娠中毒症は、最大8%の妊娠に影響を及ぼす胎盤機能不全の一種です。症状には、高血圧とタンパク質レベルの上昇が含まれ、母体と赤ちゃんの両方にとって非常に危険な状態です。妊娠中毒症の治療法は現在利用可能ではなく、この状態の進行を停止させる唯一の方法は、早期に赤ちゃんを出産することです。

ウィスコンシン大学マディソン校で開発された、脳と脊髄組織の "ロゼット "を成長させる技術は、自閉症に関連する遺伝子変異がヒトの脳発達の初期段階にどのような影響を及ぼすかについての最近の研究を含め、科学者たちに成長するヒトの脳を研究する新しい方法を提供します。この技術は、幹細胞を使用して胚性前脳または脊髄組織構造である「神経ロゼット」を生成するスクリーニングツールであるRosetteArray技術を使用しています。神経ロゼットは、より大きく、より複雑な器官に似た細胞のクラスターであるヒト幹細胞由来の神経オルガノイドを生成するための出発材料であり、異なる遺伝的構成または化学物質への曝露が神経発達障害のリスクを高めるかどうかを評価するために使用できます。「この技術により、ヒト中枢神経系発達の胚性モデルにアクセスできるようになります。これは有用です。なぜなら、私たちはヒトの発達についてより多くを理解することができるだけでなく、それがいつ間違っているのかを理解することができるからです。」と、ウィスコンシン大学マディソン校のバイオメディカルエンジニアリング教授であり、幹細胞および再生医学センターの副所長であるランドルフ・アシュトン博士(Randolph Ashton, PhD)は言います。

私たちは、大きな問題を解決するために、しばしば最小の生命体に助けを求めます:微生物は食品や飲料の製造、病気の治療、廃棄物の処理、さらには汚染の浄化にも役立ちます。酵母やバクテリアは、化石燃料から伝統的に得られるバイオ燃料や化学製品を植物の糖から変換することもできます。これは、気候変動を遅らせるためのほとんどの計画の重要な構成要素です。今、ウィスコンシン大学マディソン校の研究者らは、利用されにくい植物繊維から同時に2つの化学製品を生産できるバクテリアを開発しました。そして、人間とは異なり、これらの多任務微生物は両方のことを同等にうまく行うことができます。「私の知る限り、一つの微生物で同時に2つの貴重な製品を作ることができるのは初めてです」と、ウィスコンシン大学マディソン校のバクテリオロジー教授であり、グレートレイクスバイオエネルギー研究センター(GLBRC)のディレクターであるティム・ドノヒュー博士(Tim Donohue, PhD)は言います。

2007年、ルチアーノ・マラフィーニ博士(Luciano Marraffini, PhD)は孤独な科学の道を歩み始めました。それは、その約10年前にバクテリアで発見されたCRISPRを理解することでした。17年後、私たちは皆CRISPRが何であるかを知っています。それは医学における革命、一生に一度の科学的ブレイクスルー、遺伝子治療においてこれまでに発見された最も有望なツールです。しかし当時、CRISPR(clustered regularly interspaced short palindromic repeats)は、目的が不明な単なる好奇心をそそる遺伝子断片に過ぎませんでした。「私が研究を始めたとき、いつか遺伝病を治すのに役立つなどとは誰も言いませんでした」とマラフィーニ博士は振り返ります。しかし興味深いことに、一つの説はCRISPRがバクテリアの防御システムの一部であり、バクテリアがウイルス(ファージと呼ばれる)や外来の遺伝子断片(プラスミドと呼ばれる)の侵入と戦うために使われるというものでした。ノースウェスタン大学のポスドクだったマラフィーニ博士は、病原性バクテリアの専門家であり、それらがどのように侵入するかを研究していました。CRISPRに目を向けることで、彼はそのスクリプトを反転させ、バクテリアが侵入される側の反応を理解しようとしました。CRISPRが武器であるならば、それがどのように鍛えられ、ふるまうのかを知りたかったのです。

全ての細菌が同じような構造とは限りません。ほとんどの細菌は単細胞で、長さが数万分の数センチメートルです。しかし、Epulopiscium属の細菌は、肉眼で見ることができるほど大きく、よく知られた親戚であるE. coliの100万倍の体積を持っています。コーネル大学とローレンスバークレー国立研究所の研究者らは、この巨大な属の1種の完全なゲノムを初めて論文にしました。その種はEpulopiscium viviparusと名付けられました。2023年12月18日にPNASで公開された論文のタイトルは「ジャイアント細菌Ca. Epulopiscium viviparusの特異な形態と機能は、そのナトリウム動力源を中心に展開されている(The Exceptional Form and Function of the Giant Bacterium Ca. Epulopiscium viviparus Revolves Around Its Sodium Motive Force.)」です。「この信じられないほどの巨大細菌は、多くの面でユニークで興味深い:その巨大なサイズ、繁殖の仕方、代謝ニーズを満たす方法などがです。この生物のゲノムポテンシャルを明らかにすることは、私たちの理解を大きく広げました。」と、コーネル大学農業生命科学カレッジの微生物学教授であり、研究の対応著者であるエスター・アンガート博士(Esther Angert ,PhD)は述べています。

スタンフォード大学とその同僚の研究者らは、毒矢カエルが毒素を安全に蓄積できるようにするためのタンパク質を特定しました。この発見は、長年の科学的な謎を解明し、同様の分子で中毒された人を治療するための潜在的な治療戦略を示唆しているかもしれません。カフェインなどのアルカロイド化合物は、コーヒー、紅茶、チョコレートを美味しく、楽しく消費させますが、大量に摂取すると有害になる可能性があります。人間では、肝臓はこれらの化合物の適度な量を安全に代謝することができます。しかし、小さな毒矢カエルは、自分たちの食事ではるかに多くの毒性アルカロイドを消費しますが、これらの毒素を分解する代わりに、捕食者に対する防御機構として皮膚に蓄積します。「毒矢カエルが自分自身を中毒させることなく体内で高毒性アルカロイドを運搬できる方法は長い間謎でした。私たちはこの質問に答えるために、毒矢カエルの血液中でアルカロイドを結合して安全に運搬する可能性のあるタンパク質を探すことを目指しました。」と、アメリカ、カリフォルニア州にあるスタンフォード大学の生物学部のオーロラ・アルバレス・ブジャ博士(Aurora Alvarez-Buylla, PhD)は述べています。

スペイン・バルセロナにある遺伝子規制センターと、イギリス・ケンブリッジ近郊のウェルカム・サンガー研究所の研究者らは、KRASタンパク質に存在するアロステリック制御部位を包括的に同定しました。これらは薬剤開発のために非常に求められているターゲットであり、がんの最も重要な原因の一つの効果を制御するために利用できる秘密の弱点を代表しています。KRASは、多くのタイプのがんで最も頻繁に変異する遺伝子の一つです。人間のがんの10人に1人に見られ、膵臓がんや肺がんなどの致命的なタイプでの発生率が高いとされます。その球形の形状と薬剤で標的にするのに適した部位がないため、このタンパク質は「デス・スター」と呼ばれています。この理由から、KRASは1982年に最初に発見されて以来、「創薬は不可能」と考えられてきました。KRASを制御する唯一の効果的な戦略は、そのアロステリック通信システムを標的とすることでした。これらは、遠隔制御のロックとキーのメカニズムを通じて機能する分子シグナルです。タンパク質を制御するには、ロック(活性部位)を開くことができるキー(化学化合物または薬剤)が必要です。タンパク質は、その表面の別の場所にある二次ロック(アロステリック部位)によっても影響を受けることがあります。分子がアロステリック部位に結合すると、タンパク質の形状が変化し、たとえばその主要なロックの内部構造を変えることによって、タンパク質の活性や他の分子と結合する能力を変えることができます。

UCLAの科学者たちとその同僚は、世界で最も密輸されている哺乳類であるセンザンコウの遺伝的な「生息地から目的地までのマップ」を作成しました。これは、生きているシロハラセンザンコウのサンプルと、不法市場で押収された動物の鱗片からサンプルを使用しています。違法なセンザンコウ取引を妨害することは困難です:8種類の異なる種が23カ国で見つかり、その集合範囲は230万平方マイルに及び、その鱗片は伝統医学として販売するために世界中に輸送されます。シロハラアフリカ種は通常、中国や他のアジア諸国に送られます。現在、研究者らは、密猟および密輸のホットスポットを特定するためにゲノミクスを使用する新しい強力なアプローチを開発しました。これらの発見と「Science」に公開された研究で概説された研究方法を使用して、法執行機関は現在、アフリカで動物が密猟された場所から国際サプライチェーンのシロハラセンザンコウ製品を追跡することができます。

国際的な研究チームが初めて哺乳類の脳全体の完全な細胞アトラスを作成しました。このアトラスはマウス脳の地図として機能し、3200万以上の細胞のタイプ、位置、分子情報を記述し、これらの細胞間の接続情報を提供しています。マウスは神経科学研究で最も一般的に使用される脊椎動物の実験モデルであり、この細胞マップはヒトの脳(おそらく世界で最も強力なコンピューター)のより大きな理解への道を開くと期待されます。細胞アトラスはまた、精神的および神経学的障害を持つ人々のための新世代の精密治療法の開発の基盤を築きます。この研究成果は、国立衛生研究所(NIH)の脳研究を通じた革新的な神経技術®イニシアチブ、またはBRAINイニシアチブ®によって資金提供され、2023年12月14日号のNatureに掲載された10の論文のコレクションに掲載されました。

スタンフォード大学医学部が主導する国際研究で、ホジキンリンパ腫の患者数百人のサンプルを調査した結果、血中に循環する腫瘍DNAのレベルが治療によく反応している患者と、病気の再発が起こりやすいとされる他の患者を識別できることが示されました。これにより、予後が良好であると予測される一部の患者は、長期間にわたる治療を避けることが可能になるかもしれません。驚くべきことに、この研究はまた、リンパ節のがんであるホジキンリンパ腫を、それぞれが異なる遺伝的変化を持ち、やや異なる予後を持つ2つのグループに分けることができることを明らかにしました。これらの変化は、がんの成長メカニズムにおける弱点を示唆しており、新しい、より毒性の低い治療法の標的となる可能性があります。腫瘍の分子プロファイルを確立する考え方は新しいものではありません。しかし、他のがんとは異なり、ホジキンリンパ腫はこれらの種類の分析に抵抗してきました。それは、ホジキンリンパ腫の細胞が、大きな腫瘍内でも比較的稀であるためです。「このアプローチは、古典的ホジキンリンパ腫の遺伝学に関する私たちの最初の重要な洞察を提供します。他のがんと比較して、ホジキンリンパ腫のがん細胞またはがんDNAを見つけることは、針の山から針を探すようなものです。患者の胸にサッカーボールサイズの腫瘍があっても、その塊の中の細胞の約1%しかがん細胞ではなく、残りは腫瘍に対する炎症反応を代表しています。これは、病気を推進する決定的な要因を見つけることを非常に困難にしています。」と、アシュ・アリザデ博士(Ash Alizadeh, MD, PhD)は述べています。

過去10年間で、がん患者の血液サンプルを採取し、原発腫瘍や転移性増殖から放出される細胞、膜結合性小胞または分子を分析することは、従来の組織生検に代わる選択肢として注目されるようになりました。この最小限の侵襲性アプローチは血液ベースの液体生検として知られるようになり、多様ながんの管理において重要な役割を果たすようになり、精密医療の重要な構成要素となりました。Oncoscience(第10巻)で2023年11月30日に公開された論文では、ノバサウスイースタン大学のR. ダニエル・ボンフィル博士(R. Daniel Bonfil, PhD)とガイス・アルエイド博士(Ghaith Al-Eyd, MD, PhD)が、前立腺がん(PCa)管理に関連する3つの血液ベースの液体生検、すなわち循環腫瘍細胞(CTCs)、循環腫瘍DNA(ctDNA)および腫瘍由来エクソソームについて議論しています。この論文は「前立腺がんの問診における血液ベースの液体生検の進化する洞察(Evolving Insights in Blood-Based Liquid Biopsies for Prostate Cancer Interrogation.)」と題されています。「この研究の視点では、前立腺がんにおける血液ベースの液体生検の臨床的意義に関連する最近の進歩についての包括的な概観を提供します。主な焦点は、循環腫瘍細胞(CTCs)、循環腫瘍DNA(ctDNA)、およびエクソソームといった主要なバイオマーカーに置かれています」と著者は述べています。

私たちの体のパーツが壊れる速度は、部位によって異なります。スタンフォード医学の研究者らが主導した5,678人の研究によると、私たちの臓器は異なる速度で老化していることが示されました。ある臓器の老化が、同年齢の他の人々の同じ臓器と比較して特に進んでいる場合、その臓器を持つ人は、その臓器に関連した病気や死亡のリスクが高まるとされています。研究によると、50歳以上の健康な大人の約5人に1人が、少なくとも1つの臓器が顕著に加速して老化している状態で生活していることがわかりました。しかし、希望の光は、簡単な血液検査で、人の体内のどの臓器が急速に老化しているかを知ることができ、臨床症状が現れる前に治療介入をできるかもしれないということです。「健康であるように見える人の臓器の生物学的な年齢を推定することができます。それは、その人のその臓器に関連した病気のリスクを予測します。」と、研究の主要著者であるスタンフォード大学のトニー・ワイスコレイ博士(Tony Wyss-Coray, PhD)は述べています。ハミルトン・オー氏(Hamilton Oh)とジャロッド・ラトリッジ氏(Jarod Rutledge)は、ワイスコレイ博士の研究室の大学院生であり、この研究の主要著者です。この研究は2023年12月6日にNature誌オンラインで発表されました。オープンアクセスの論文は「(プラズマプロテオームの臓器老化シグネチャが健康と病気を追跡する」Organ Aging Signatures in the Plasma Proteome Track Health and Disease)と題されています。生物学的年齢対年齢

アシナガバチの社会的相互作用は動物を賢くする可能性があることが新研究で明らかになりました。この研究は、個体を識別する能力と社会的協力との間に進化的な関連があるという行動的証拠を提供しています。さらに、互いを認識し、より多く協力するハチの集団は、学習、記憶、視覚といった認知能力に関連する脳の領域で、最近の適応(正の選択)があったことをゲノムシーケンシングが明らかにしました。この研究は、アシナガバチ(Polistes fuscatus)の2つの異なる集団に焦点を当てています。一つは、個体が外見上より均一なルイジアナ州の南部の集団、もう一つは、個体が顔に多様な色のパターンを持つニューヨーク州イサカの北部の集団です。一連の実験により、南部の集団とは異なり、北部の集団は個体を認識し、一部のメンバーと社会的に協力していることが示されました。「北部の集団における認知、学習、記憶に対する強い最近の正の選択の証拠は、南部の集団と比較してはるかに強い」と、コーネル大学の神経生物学と行動の准教授であるマイケル・シーハン博士(Michael Sheehan, PhD)は述べています。北部と南部の集団は同じ種であるにもかかわらず、外見は大きく異なります。南部のアシナガバチは、顔に非常に類似した赤い色のパターンを持ちます。一方、北部のものは黒と黄色のパターンを持ちます。「北に行くほど、個体の色のパターンが多様になります。カロライナ辺りから大きく変わり始め、北に行くほどさらに多様になります」とシーハン博士は言います。イサカの集団では、各個体はかなり特徴的です。イサカの集団に対する行動研究は実験室で行われ、その後ルイジアナの他の集団にも行われました。4日間にわたり、ハチは見知らぬハチに編入され、その攻撃性のレベルが記録されました。アシナガバチが初めて出会うとき、彼らはしばしば噛みついたり平手打ちで戦います。後日に、ハチは見知らぬハチに再度編入され、それから以前会ったハチと再び一緒にされ、最後に別の見知らぬハチと一緒にされました。北部の集団のハチは見知らぬハチに対して攻撃的でしたが、以前会ったハチに対してはかなり攻撃性が低かったことがわかりました。「南部の集団の個体はすべてのハチを同じように扱います。それまでにその特定の個体に会った結果として振る舞いを変える証拠は見られませんでした。つまり、彼らはその個体を認識していないということを示唆しています。」とシーハン博士は述べています。

ヒトの四肢発達に関する前例のない洞察が報告されました。これには、四肢の形成を制御する多くの複雑なプロセスが含まれています。ヒトの手足の指は外側に成長するのではなく、より大きな基礎的な芽から内側に形成されます。この過程では、間にある細胞が後退し、その下にある指を明らかにします。これは、研究者らが時間と空間で解決されたヒトの四肢の発達全体の空間細胞アトラスを初めて公開する中で捉えられた多くのプロセスの中の一つです。ウェルカム・サンガー研究所(Wellcome Sanger Institute)、中山大学(Sun Yat-sen University)、欧州バイオインフォマティクス研究所(EMBL's European Bioinformatics Institute)の研究者らとその共同研究者らは、最先端のシングルセル(Single-cell)および空間テクノロジーを使用して、初期のヒトの四肢の細胞ランドスケープを特徴づけるアトラスを作成し、細胞の正確な位置を特定しました。この研究は、ヒトの体のすべての細胞タイプをマッピングすることを目的とした国際的な「ヒューマン・セル・アトラス(Human Cell Atlas)」イニシアチブの一環です。このアトラスは、2023年12月6日に「Nature」誌に掲載され、「空間と時間で解決されたヒト胚四肢細胞アトラス(A Human Embryonic Limb Cell Atlas Resolved in Space and Time)」と題された論文で提供される公開リソースで、四肢の急速な発達を制御する複雑なプロセスを捉えています。このオープンアクセスの論文では、発達中の細胞と一部の先天性四肢症候群(例えば、短い指や余分な指)との新たな関連も明らかにされています。     四肢は、当初は体の側面に特定の形や機能を持たない未分化の細胞の袋として現れます。しかし、発達の8週間後には、それらはよく分化し、解剖学的に複雑で、すぐに四肢として認識できるようになり、指や足の指を完備しています。これには、細胞の非常に迅速かつ正確な調整が必要です。このプロセスに少しでも乱れが生じると、下流の影響が発生する可能性があります。これが、出生時に最も頻繁に報告される症候群の一つである四肢の変異が、全世界の出生の約500分の1で影響を受ける理由です。マウスや鶏のモデルで四肢の発達が広範囲に研究されていましたが、それらがヒトの状況をどの程度反映しているかは不明確でした。しかし、技術の進歩により、研究者らはヒトの四肢の初期段階を探ることが可能になりました。この新しい研究では、ウェルカム・サンガー研究所と中山大学の研究者らとその共同研究者らは、発達の5週間から9週間の間の組織を分析しました。これにより、特定の時期や特定の領域で活性化される特定の遺伝子発現プログラムを追跡し、形成中の四肢を形作ることができました。組織の特殊な染色により、細胞集団が形成中の指のパターンにどのように異なって配置されるかが明確に示されました。

私たちの体のすべての細胞に存在し、生化学的プロセスに重要な役割を果たすタンパク質TDP-43。しかし、このタンパク質は脳内で大きな塊になることがあり、アルツハイマー病やその他の認知症などの変性疾患を引き起こす可能性があります。これがどのようにして起こるのか、そしてこれらのタンパク質の塊が病気にどのように関連しているのかは、注目の研究対象です。ドロテーエ・ドルマン博士(Dorothee Dormann, PhD)は、ヨハネス・グーテンベルク大学マインツ(JGU)の分子細胞生物学の教授であり、マインツ分子生物学研究所(IMB)の非常勤ディレクターでもあります。彼女は、健康な細胞内でもこれらのタンパク質が組み立てられる可能性があり、そのような小規模な組み立てがTDP-43タンパク質の正常な機能に重要であると疑っています。彼女の研究グループは、TDPアセンブリプロジェクトにおいて、これらの組み立てがなぜ起こるのかを調査しています。このプロジェクトに対して、欧州研究評議会(ERC)からERCコンソリデーターグラントとして約200万ユーロ(約2.157百万ドル)が授与されました。これはEUの最も権威ある賞の一つで、画期的な研究に取り組む優れた個々の科学者に授与されます。細胞内の調節過程において小規模なTDPタンパク質の集合体が重要

ミズーリ大学獣医学部のバイオメディカルサイエンス教授であるシェリル・ローゼンフェルド博士(Cheryl Rosenfeld, DVM, PhD)は、30年にわたり、妊娠中に母親から赤ちゃんに生物学的情報がどのように伝達されるかについて研究してきました。この研究はローゼンフェルド博士にとって個人的な理由によるものです。彼女の姪であるサラ(Sara)は健康に生まれた様に見えましたが、胎児期に鎮静剤を投与されたことが原因で、サラは10代になると呼吸器系、神経系などの健康問題を抱えてしまいました。「私の姪、サラに起こったことを元に戻すことはできませんが、妊娠中に生物学的情報がどのように運ばれるかをもっと知ることで、他の子どもたちに同じようなことが起こるのを防ぐことができるかもしれません。胎児の脳の発達異常を早期に特定できれば、赤ちゃんの生活で後に現れる可能性のある障害の診断も早くなります。」と、ローゼンフェルド博士は言います。胎盤は、妊娠中に子宮内で発達する器官で、重要な役割を担っています。胎盤は、妊娠中にタンパク質、脂質、マイクロRNA、神経伝達物質を胎児の脳に転送することで、胎児が母親とコミュニケーションを取ることを可能にします。ローゼンフェルド博士の最近の研究により、研究者らは、この生物学的情報が発達する脳にどのように送られるかを正確に学ぶことができるようになりました。

皮膚自己免疫疾患を引き起こす免疫細胞を取り除き、感染症やがんと戦う保護細胞には影響を与えない新しい方法について画期的な研究が発表されました。メルボルン大学ドハーティ研究所 研究室主任兼免疫学テーマリーダーのローラ・マッケイ教授(Laura Mackay)が率いる研究チームは、異なるタイプの免疫細胞を制御する異なるメカニズムを発見し、これらのメカニズムを正確にターゲットにすることで、「問題の細胞」を選択的に排除し、皮膚の免疫環境を再構築できることを見出しました。私たちの皮膚には、感染症やがんに対抗し、治癒を促進する特殊な免疫細胞が詰まっています。これらの細胞は、組織に留まるメモリーT細胞と呼ばれ、感染症や皮膚のがん細胞と戦うためにその場に留まります。しかし、これらの皮膚メモリーT細胞の一部が適切に制御されない場合、乾癬や白斑病などの自己免疫疾患に寄与してしまうことがあります。メルボルン大学 ドハーティ研究所・マッケイ研究室の名誉研究員および元博士研究員のシモーネ・パーク博士(Simone Park, PhD)は、この研究の主要著者であり、動物モデルにおける皮膚メモリーT細胞のさまざまなタイプを制御するユニークな要素を初めて解明ました。これにより、潜在的な治療戦略のための正確なターゲットが提供されることになります。「私たちの皮膚に存在する特殊な免疫細胞は多様です。多くは感染症やがんの予防に不可欠ですが、他の細胞は自己免疫疾患の媒介に大きな役割を果たしています。私たちは、皮膚T細胞の異なるタイプがどのように制御されているかの重要な違いを発見し、皮膚の免疫環境をターゲットにした方法で正確に編集することができました。」とパーク博士は述べています。

尾先から生まれたバンドウイルカの子どもは、そのクジラのような鼻に沿って2列の細いひげを備えています。これはアザラシの触覚に敏感なひげとよく似ています。しかし、これらのひげは出生後まもなく抜け落ち、若いイルカには「振動孔」として知られる一連のくぼみが残ります。最近、ドイツのロストック大学のティム・ヒュットナー氏(Tim Hüttner)とギド・デーンハルト氏(Guido Dehnhardt)は、これらのくぼみが単なる遺物以上のものかもしれないと疑い始めました。成体のバンドウイルカは弱い電場を感知できるのでしょうか?最初に詳しく見てみると、残っているくぼみはサメが電場を検出するのに役立つ構造に似ていることに気づきました。そして、彼らが飼育下のバンドウイルカが水中の電場を感知できるかどうかを調べたところ、すべての動物が電場を感じ取りました。「それは非常に印象的だった」とデーンハルト氏は言います。バンドウイルカが水中の生物が生成する電場にどれほど敏感であるかを知るために、デーンハルト氏とヒュットナー氏は、ニュルンベルク動物園のロレンツォ・フォン・フェルセン氏(Lorenzo von Fersen)と、ロストック大学のラース・ミールシュ氏(Lars Miersch)と協力しました。まず、彼らは2頭のバンドウイルカ、ドナとドリーに異なる電場への感度を試験しました。これは、イルカが砂の海底に埋まった魚を検出できるかどうかを知るためです。まず、各動物に水中の金属棒に顎を休めるように訓練し、イルカに5秒以内に電場を感じたら泳ぎ去るように教えました。この電場は、イルカの鼻先のすぐ上に配置された電極によって生成されました。チームは500μV/cmから2μV/cmまで電場を徐々に減少させ、イルカが指示に従って出発した回数を記録しました。彼らは感銘を受けました。ドナとドリーは、最も強い電場に対して同じくらい敏感で、ほとんど毎回正しく出発しました。電場が弱くなると、ドナの方がわずかに敏感であることが明らかになり、2.4μV/cmの電場を感じ取りました。一方、ドリーは5.5μV/cmの電場に気づきました。

インディアナ大学の研究者らは、窃盗犯が家に入るために窓を割るのに似た方法で、細胞に物理的な力を使って侵入する病原体のこれまで知られていなかったプロセスを発見しました。これは、感染を防ぐための体の免疫防御を突破するものです。これは、結核、マラリア、クラミジアなど、壊滅的な感染症を引き起こす細胞内病原体に対する戦いにおいて、潜在的なゲームチェンジャーを紹介しています。これらの病気は、病原体が宿主細胞内に保護されているため、治療が非常に困難です。「私たちの研究は、代表的な病原体であるトキソプラズマを使用し、一部の細胞内病原体が宿主細胞への侵入時に物理的な力を適用し、その結果、病原体が分解を回避し、細胞内で生存することを示しています。この研究は、病原体の運動性を標的とすることが、細胞内の感染と戦うための新しい方法である可能性を示唆しています。」と、インディアナ大学ブルーミントン校のアーツアンドサイエンスカレッジの化学科の教授、ヤン・ユウ博士(Yan Yu, PhD)は述べています。通常、侵入する病原体が貪食細胞(細菌、ウイルス、その他の異物を破壊する責任のある白血球の一種)に遭遇すると、貪食細胞に捕らえられて摂取されます。このプロセスから逃れる病原体については、それらの病原体が細胞内の分解機構を「麻痺」させる「秘密の武器庫」を放出しなければならないと一般的に考えられています。しかしながら、ユウ博士の研究は、この一般的な信念は真実ではないことを示しています。彼女と共同研究者は、病原体が免疫細胞内で摂取されることを避けるために「推進力」を発揮することができることを発見しました。この力強い侵入により、病原体はこれらの浸潤者を分解する能力を欠いた液胞へと転移されます。液胞とは、細胞内での貯蔵や消化のために予約された構造です。この研究を行うために、ユウ博士と同僚らは、マウス由来の細胞に病原性寄生虫トキソプラズマを導入し、蛍光顕微鏡を通してその振る舞いを観察しました。これらの生きた寄生虫は、力強く侵入して免疫細胞内で繁殖しました。

初めて、研究者らはリーシュマニア症による変形性の皮膚病変がなぜ痛みを伴わないのかを解明し始めました。感染していないマウスと比較して、リーシュマニア症の病変を持つマウスの皮膚を分析し、異なる代謝シグナル経路を検出しました。結果として、この病気を引き起こす寄生虫が痛みの知覚を変化させることが示唆されています。これは、治療の遅延と自らの生存を促進するための方法と考えられています。「なぜこれらの病変が無痛なのか誰も知らないが、寄生虫が何らかの方法で宿主の生理系を操作していると考えられています。私たちのデータに基づくと、寄生虫が何かをして痛みを抑制する経路を引き起こしています。それがどのように行われているかは、まだ調査中です。」と、研究の主要著者でありオハイオ州立大学医学部の病理学教授であるアバイ・サトスカル博士(Abhay Satoskar, MD, PhD)は述べています。この寄生虫性疾患の理解を深めることは、毎年新たに100万人の患者に影響を与えているだけでなく、新しい非麻薬性の疼痛薬の開発につながる可能性があります。「寄生虫の存在によって生産されている可能性のある分子は、他の健康問題に対する鎮痛剤の可能性があると私たちは仮説を立てています」とサトスカル博士は述べています。この研究は2023年11月21日にiScienceに掲載されました。オープンアクセスの論文は「リーシュマニア・メキシカーナによる皮膚病変における痛みを軽減するメタボロミクスの再プログラミングを促進する(Leishmania mexicana Promotes Pain-Reducing Metabolomic Reprogramming in Cutaneous Lesions)」と題されています。リーシュマニア症の病変が痛みを伴わない理由についての疑問は、長年科学者たちを悩ませてきました。特に、水痘、黄色ブドウ球菌感染症、ヘルペスウイルスによる類似の水ぶくれがかゆみ、液体を分泌し、痛みを伴う場合と比較してです。

人間の肌は年を重ねるごとに様々な変化を迎えますが、これらの変化の背景には細胞間コミュニケーションの乱れがあります。特に影響を受けるのが、肌の最外層を形成する表皮角化細胞です。細胞同士が情報を交換する際に重要な役割を果たすのが細胞外小胞(EV)で、老化と共にこれらのコミュニケーション手段に変化が生じ、肌の保護機能や修復能力への影響が懸念されます。リヨン大学、東洋大学、ガトフォッセ社の研究チームが行った最新の研究では、加齢が表皮角化細胞から放出される細胞外小胞の性質にどう影響するかが明らかにされました。この研究では、細胞外小胞内のマイクロRNAの変化に特に焦点を当て、この発見が老化プロセスのより深い理解につながり、将来的には老化に伴う肌の問題に対する新たな治療法の開発へと繋がる可能性があります。細胞外小胞に含まれるマイクロRNAは、細胞の行動を調節する上で重要な役割を果たします。研究チームは特に、miR-30aというマイクロRNAが加齢に伴い豊富になることを発見しました。miR-30aは肌のバリア機能の維持に不可欠な調節因子であり、その増加が加齢に伴う肌の機能的変化に寄与する可能性があります。細胞間コミュニケーションの健全性は、表皮の健康維持において極めて重要です。細胞外小胞を通じた正確な情報伝達は、細胞の成長、分化、修復プロセスを調節します。老化によるこのコミュニケーションプロセスの変化を理解することは、肌の老化を遅らせ、健康を保つための新しい戦略を開発するための鍵となります。この研究は、老化と細胞間コミュニケーションの複雑な関係を解明する一歩として、大きな意義を持ちます。

狭義において、グライコバイオロジーは、すべての生物に存在する糖質と糖コートされた分子、すなわち炭水化物の構造、生物学、および進化の研究です。マサチューセッツ工科大学(MIT)で最近開催されたシンポジウムが明らかにしたように、この分野は生命の基礎を形成する要素に対する科学者たちの理解を再形成する可能性のあるルネッサンスの真っ只中にあります。グライコバイオロジーという用語は元々、1980年代に炭水化物化学と生化学の伝統的な研究の融合を記述するために造られましたが、現在でははるかに広範で多分野にわたるアイデアを包含するようになっています。「グライコサイエンス」という言葉は、生物学や化学だけでなく、バイオエンジニアリング、医学、材料科学などに対するその広範な適用を反映し、急速に成長しているこの分野にとってより適切な名前かもしれません。「これらの糖鎖が健康と疾患において非常に重要な役割を果たしていることがますます明らかになってきています。当初は困難に思えるかもしれませんが、新しいツールの考案や新しい種類の相互作用の特定は、MITの人々が持つ創造的な問題解決能力を正に要求するものです。」とMITのノバルティス化学教授であるローラ・キースリング博士(Laura Kiessling, PhD)は述べています。身体の糖コート

重度の皮膚損傷では、治癒が遅れることがあります。これは、反応性酸素種(ROS)の過剰産生により組織が損傷し、炎症が引き起こされるためです。人工的な抗酸化剤の創傷治療薬が試されていますが、生体適合性や投与方法に問題があります。現在、研究者らは合成メラニンを用いた皮膚損傷の治療効果を試験しています。メラニンは、髪の毛、肌、目に見られる色素として知られていますが、強力な抗酸化剤であり、フリーラジカルの捕捉剤でもあります。これにより、皮膚における自然な防御機能を提供します。研究者らは、合成メラニンが創傷治癒を促進する優れた自然な選択肢となる可能性があると仮説を立てました。2023年11月2日に公開された論文「局所的な合成メラニンの適用が組織修復を促進するメラノサイト(Topical Application of Synthetic Melanin Promotes Tissue Repair Melanocytes)」では、ノースウェスタン大学ファインバーグ医学部皮膚科のダーレン・ビヤシェフ博士(Dauren Biyashev)らは、合成メラニンを用いた治療により、皮膚損傷が著しく迅速に治癒することを報告しています。メラニンはメラノサイトによって生産され、多くの異なる形態が存在します。皮膚では、メラニンは紫外線から保護します。また、フリーラジカルの強力な捕捉剤でもあります。活性酸素種ROSは、1つ以上の非対称電子を含むため、非常に反応性が高くなります。これらは代謝の自然な産物ですが、過剰になると細胞や組織に損傷を与えます。メラニンは電子豊富な機能基を含んでおり、ROSを無力化することで組織を有害な影響から守ります。研究者らは、皮膚自身の修復化合物の合成版を適用することで、創傷治癒を促進できると仮説を立てました。科学者たちは、ドーパミンを重合させることによって合成メラニン粒子を作成しました(編集者注:体内では、ドーパミンはメラニン合成というプロセスを通じて自然にメラニンを形成します)。彼らは、天然メラニンに似た非多孔質で表面積が小さいものと、より多孔質で表面積が大きいバージョンの合成メラニンを作成しました。多孔質バージョンはより効果があると予想されました。

100年以上生きる動物種は約35種しか知られておらず、そのほとんどは互いに関連していません。長寿種を3種以上含むのはセバステス属(海洋の岩魚)だけです。しかし、市民科学のコラボレーションにより、アリゾナ州に生息する淡水魚の3種が100歳以上生きることが特定されました。「バッファローフィッシュの驚異的な長寿を明らかにするアリゾナの3種の淡水魚の百年寿命」(Centenarian Lifespans of Three Freshwater Fish Species in Arizona Reveal the Exceptional Longevity of the Buffalofishes)という論文は、ミネソタ大学ダルース校のアレック・ラックマン博士(Alec R. Lackmann,PhD)らによって2023年10月20日にScientific Reports誌で公開されました。バッファローフィッシュは北米原産で、3種(ビッグマウス・バッファローI. cyprinellus、スモールマウス・バッファローI. bubalus、ブラック・バッファローI. niger)はミシシッピ川やハドソン湾近辺に固有です。フレッシュリップ・バッファローI. labiosusはメキシコ原産、ウスマシンタ・バッファローI. meridionalisはメキシコとグアテマラ原産です。バッファローフィッシュは大きく(最大36キログラム)、19世紀後半から20世紀初頭にかけて食用として重宝されました。20世紀初頭、漁業局はバッファローフィッシュの孵化プログラムを開始し、1911年のルーズベルトダム完成後、アイオワ州のフェアポート生物学ステーションで孵化したバッファローフィッシュ(稚魚、1歳魚、成魚)420匹を鉄道でアリゾナ州のルーズベルト湖に送り、30年間商業的に漁獲されました。

ピーター・ドハーティ感染・免疫研究所の研究室長兼免疫学テーマリーダーであるメルボルン大学のローラ・マッケイ教授(Laura Mackay, PhD)率いる研究者らは、さまざまなタイプの免疫細胞を制御する明確なメカニズムを発見し、これらのメカニズムを正確に標的とすることで、「問題のある細胞」を選択的に排除し、皮膚の免疫景観を再構築できることを発見しました。私たちの皮膚は、感染症やがんから守り、治癒を促進する特殊な免疫細胞で満たされています。これらの細胞は組織留保記憶(tissue-resident memory)T細胞、またはTRM細胞と呼ばれ、皮膚での感染症やがん細胞と戦うためにその場に留まります。しかし、適切に制御されない場合、これらの皮膚TRM細胞の一部は、乾癬や白斑病などの自己免疫疾患に寄与する可能性があります。メルボルン大学のシモーヌ・パーク博士(Simone Park, PhD)は、ドハーティ研究所のマッケイ研究室で名誉研究員および元博士研究員であり、この研究の主要な第一著者です。パーク博士は、この研究が動物モデルでの皮膚TRM細胞のさまざまなタイプを制御する独自の要素を記述する最初のものであり、潜在的な治療戦略のための正確な標的を提供していると述べました。

幹細胞は、死んだり損傷した細胞を置き換えるために分化することができます。しかし、幹細胞はどのようにして、与えられた状況でどのタイプの細胞になるかを決定するのでしょうか?韓国の国際分子生物工学(IMBA)および基礎科学研究所のボン・キョン・クー博士(Bon-Kyoung Koo, PhD)のグループは、腸のオルガノイドを使用して、腸内の分泌細胞の発達を開始する重要な役割を果たす遺伝子、Daam1を同定しました。この発見は、2023年11月24日にScience Advancesに掲載され、がん研究に新たな展望を開きました。このオープンアクセスの論文のタイトルは「腸のパネス細胞の分化はDaam1/2によるWntシグナリングの非対称調節に依存する」(Intestinal Paneth Cell Differentiation Relies on Asymmetric Regulation of Wnt Signaling by Daam1/2)です。

紫外線(UV)光は可視光線(約400~700nm)よりも波長が短く(<400nm)、検出が困難です。人間の目には見えず、現在のUVセンサー技術にも限界があります。しかし、蝶の目はUVを見ることができるだけでなく、二つの補完的なUV検出メカニズムのおかげで、UVスペクトル上の異なる波長(UVA、UVB、UVC)を区別することができます。研究者らは、蝶の目を模倣した高感度UVセンサーアレイを構築しました。このセンサーには、医療用途を含む多くの潜在的な応用があります。UV光の下では、がん細胞は健康な細胞よりも強く蛍光を発しますが、このセンサーは99%の確信を持ってそれらを区別することができます。そのため、このセンサーは、手術中に腫瘍を取り除く際に、明確な縁を確保する助けになる可能性があります。2023年11月3日に『Science Advances』に掲載された「Bioinspired, Vertically Stacked, and Perovskite Nanocrystal–Enhanced CMOS Imaging Sensors For Resolving UV Spectral Signatures(バイオインスパイアード、垂直積層、ペロブスカイトナノクリスタル強化CMOSイメージングセンサーによるUVスペクトル署名の解決)」と題されたオープンアクセスの論文で、チェン・チェン博士(Cheng Chen)らはこの研究成果を報告しました。

多くの動物群では、毒素がそれぞれ独立して発展してきました。多くの毒性種を含む動物群の一つがハチ目(Hymenoptera)で、この昆虫目にはミツバチ、スズメバチ、アリなどの針を持つ昆虫(刺胞動物)も含まれます。ハチ目は非常に種が豊富で、ミツバチだけでも6,000種以上が存在します。しかし、ハチ目の昆虫は大きな生態学的および経済的重要性を持ちながら、その毒素の進化的発展についてはほとんど知られていません。ゲーテ大学フランクフルトの細胞生物学&神経科学研究所の応用バイオインフォマティクスワーキンググループで現在客員研究員を務めるビョルン・フォン・ロイモント博士(Dr. Björn von Reumont)が率いる研究者らは、比較ゲノミクスを用いて、進化の過程でミツバチやその他のハチ目の重要な毒素成分がどのように発展したかを初めて体系的に調査しました。毒素は、小さなタンパク質(ペプチド)やいくつかの大きなタンパク質や酵素から構成される複雑な混合物です。刺胞動物は、特別な刺し器具を用いてこの毒性カクテルを獲物や攻撃者に積極的に注入します。

微生物の配列データベースには、バイオテクノロジーに適応可能な酵素や他の分子に関する豊富な情報が含まれています。しかし、これらのデータベースは近年非常に大きくなり、興味のある酵素を効率的に検索することが難しくなっています。現在、マサチューセッツ工科大学(MIT)のマクガバン脳研究所、MITとハーバード大学のブロード研究所、および国立衛生研究所(NIH)の国立生物工学情報センター(NCBI)の研究者らは、細菌のゲノムにおける188種類の新しい希少CRISPRシステムを特定した新しい検索アルゴリズムを開発しました。これは、数千に及ぶ個々のシステムを含んでいます。この研究は、2023年11月23日に「Science」誌に「希少CRISPR-Casシステムの機能的多様性の深層テラスケールクラスタリングによる解明」(Uncovering the Functional Diversity of Rare CRISPR-Cas Systems with Deep Terascale Clustering)というタイトルで発表されました。

植物には視覚器官がないのに、どうやって光の来る方向を知るのでしょうか?生物学と工学の専門知識を組み合わせた画期的な研究で、ローザンヌ大学(UNIL)のクリスチャン・ファンクハウザー教授(Christian Fankhauser)が率いるチームは、ローザンヌ連邦工科大学(EPFL)の同僚と共に、光感受性植物組織が空気と水の境界の光学的特性を利用して、植物に「見える」光の勾配を生成することを明らかにしました。この結果は、2023年11月23日にScience誌に掲載されました。論文のタイトルは「空気チャンネルが定向性光信号を生成して子葉下部の向光性を調節する」(Air Channels Create a Directional Light Signal to Regulate Hypocotyl Phototropism)です。

国際研究チームは、完全にシークエンスされた最初のヒトY染色体の配列を生成しました。これは、完全にシークエンスされた最後のヒト染色体です。新しい配列は、Y染色体の長さの50%以上にわたるギャップを埋め、精子の生産に関連する要因など、生殖に関連する重要なゲノムの特徴を明らかにしています。この研究は、国立ヒトゲノム研究所(National Human Genome Research Institute、NHGRI)が資金提供する研究チーム、テロメアからテロメアまでのコンソーシアム(Telomere-to-Telomere、T2T Consortium)によって主導され、2023年8月23日に「Nature」誌に掲載されました。この論文のタイトルは「ヒトY染色体の完全な配列」(The Complete Sequence of a Human Y Chromosome)です。

人類遺伝学の分野において大きな突破口が開かれました。最近、人間のY染色体の完全な解読が達成され、消化器疾患を含む多くの分野での研究に新たな道を開きました。このシークエンシングのマイルストーンは、第三世代シークエンシング技術の進歩とともに、消化器疾患の遺伝的根底にある理解を一新させ、より個人化され効果的な治療戦略への道を開くことが期待されています。この件は、2023年11月23日にeGastroenterologyで公開された「消化器疾患における人類遺伝学の新しい地平」(New Horizons of Human Genetics in Digestive Diseases)というタイトルの展望記事で強調されています。Y染色体は、人間の染色体の中で最も小さく、その複雑な繰り返し構造のため長らく謎に包まれていました。しかし、最近のシークエンシング技術の進歩により、研究者たちはこの遺伝領域の複雑な詳細を解き明かし、性決定におけるその役割や消化系を含む様々な疾患への潜在的な影響に光を当てました。

地球上には脅威から完全に自由な生物は存在せず、その中でもバクテリアにとって最も深刻な敵の一つが、細胞に侵入して増殖し、支配する捕食性ウイルスであるファージです。バクテリアはこれらの感染に対抗するために様々な戦略を進化させてきましたが、どのようにして侵入者を最初に感知するかは長年の謎でした。しかし、今、ロックフェラー大学の細菌学研究室の研究者らは、バクテリアがCBASS(cyclic-oligonucleotide-based anti-phage signaling system)と呼ばれる防御反応を通じてファージを感知していることを発見しました。これはウイルスRNAを検出するもので、将来的には抗生物質耐性の脅威に対抗するのに役立つかもしれません。彼らは2023年11月15日に「Nature」誌に「Bacterial cGAS Senses a Viral RNA to Initiate Immunity.」(「細菌cGASがウイルスRNAを感知して免疫を開始」)という論文を発表しました。「ファージ感染によってCBASSがどのように活性化されるかは、長年私たちの分野で大きな未知でした。これまで、バクテリアがCBASS免疫応答を開始するトリガーが何であるかは誰も理解していませんでした。」と、研究室の責任者であるルチアーノ・マラフィーニ博士(Luciano Marraffini, PhD)は言います。

ジョージタウン大学医療センターの神経科学者とその同僚たちは、画像を音に変換する特殊な装置を使用して、視覚障害者が「脳の中の紡錘状回顔領域」と呼ばれる部分を使って基本的な顔を認識できることを明らかにしました。この領域は視覚を持つ人々が顔を見た際の処理に不可欠です。この発見は2023年11月22日にPLOS ONEに掲載されました。オープンアクセスの論文のタイトルは「音でエンコードされた顔は早期盲目の人々の左脳の紡錘状回顔領域を活性化する」(Sound-Encoded Faces Activate the Left Fusiform Face Area in the Early Blind)です。

新しいがん治療法が、世界で最も壊滅的な感染症の一つである結核に対しても極めて有効であることが明らかになりました。テキサス生物医学研究所(Texas Biomed)の科学者たちは、この治療法が、耐薬性のある細菌でさえも結核の増殖を劇的に減少させることを発見しました。2023年10月19日に「バイオメディシン&ファーマコセラピー(Biomedicine & Pharmacotherapy)」誌に報告されたこの発見は、結核に感染したヒト細胞を特徴とする新しい細胞モデルにおいて行われました。これにより、潜在的な結核薬や治療法のスクリーニングを加速することが可能になります。

テネシー州にあるオーク・リッジ国立研究所(ORNL)の科学者らは、量子生物学、人工知能、バイオエンジニアリングの専門知識を活用して、再生可能燃料や化学品を生産するために改変可能な微生物などの生物に対するCRISPR/Cas9ゲノム編集ツールの改良に取り組んでいます。CRISPRはバイオエンジニアリングにおいて強力なツールであり、生物の性能を向上させたり、突然変異を修正するために遺伝コードを変更するために使用されます。CRISPR/Cas9ツールは、Cas9酵素がゲノム内の対象となるサイトと結合し、切断するための唯一のユニークなガイドRNAに依存しています。CRISPRツール用の効果的なガイドRNAを計算上予測するための既存のモデルは、わずかなモデル種からのデータに基づいて構築されており、微生物に適用した場合の効率は弱く、一貫性がありません。「多くのCRISPRツールは、哺乳類細胞やショウジョウバエなどのモデル種向けに開発されています。微生物に特化したものは少なく、染色体の構造やサイズが大きく異なります」と、ORNLの合成生物学グループのリーダーであるキャリー・エッカート博士(Carrie Eckert, PhD)は述べています。「微生物で作業する際にCRISPR/Cas9機構の設計モデルが異なる振る舞いをすることに気づいており、この研究は私たちが経験的に知っていたことを検証するものです。」

すべての人間の細胞は、性細胞を除き、DNAにコードされた同じ遺伝情報を含んでいます。しかし、約30,000の遺伝子の中で、各細胞は神経細胞、免疫細胞、または体内の他の数百種類の細胞タイプになるために必要な遺伝子のみを発現します。各細胞の運命は、主にDNAを飾るタンパク質に対する化学的修飾によって決定され、これらの修飾はどの遺伝子がオンまたはオフになるかを制御します。しかし、細胞が分裂してDNAを複製するとき、これらの修飾の半分を失い、問題が生じます:細胞はどのようにして自身が何の細胞であるべきかの記憶を維持するのでしょうか?MITの新しい研究では、細胞が分裂する際にこれらの記憶を世代から世代へと伝える方法を説明する理論モデルを提案しています。研究チームは、各細胞の核内でゲノムの3D折りたたみパターンが、どの部分のゲノムがこれらの化学的修飾によってマークされるかを決定すると示唆しています。細胞がDNAを複製した後、これらのマークは部分的に失われますが、3D折りたたみによって、各娘細胞は自身のアイデンティティを維持するために必要な化学マークを容易に復元することができます。そして、細胞が分裂するたびに、化学マークによってゲノムの3D折りたたみを復元することができます。この方法で、3D折りたたみとマークの間で記憶をやり取りすることにより、数百回の細胞分裂にわたって記憶を保存することができます。

氷の形成は、皆さんが考えるよりもはるかに興味深いものです。自然界で最も一般的な基本的な物理プロセスの1つであるこの現象は、何十年にもわたる科学的な精査にもかかわらず、未だにある程度の謎を残しています。現在、ユタ大学、ドイツのマックス・プランク高分子研究所、アイダホ州立大学の新しい研究が、氷形成における生物学的エージェントの役割に新たな光を当てています。これらのエージェントは、驚くべきことに、すべての真菌によって生成されています。学校で教えられていることとは対照的に、水は必ずしも0度で凍結するわけではありません。これは、相転移に固有のエネルギー障壁が存在するためです。完全に純粋な水は、マイナス46度まで冷却されない限り凍結しません。これは、水分子が氷に至る結晶を形成するために粒子を必要とするためです。このプロセスは核形成と呼ばれます。 

ヨハネス・グーテンベルク大学マインツ(JGU)、ケルン大学、オルデンブルク大学の研究者チームが共同で行った研究の成果が2023年10月30日、Nature Communicationsに掲載されました。この研究では、非定型クリプトクロムタンパク質(Cry)の機能に関する発見が発表されました。これらのタンパク質は様々な生物に存在し、多くの場合、光によって制御される生物学的プロセスに関与しています。例えば、海ミミズのPlatynereis dumeriliiは、特殊なCryタンパク質であるL-Cryを使用して、日光と月光、さらには異なる月の位相を区別します。これは、これらの生物が、内部の月周期、いわゆる周月時計を介して、繁殖を満月の位相に同期させるために不可欠です。ケルン大学の研究者たちは、同大学のクライオ電子顕微鏡プラットフォームを使用して、L-Cryタンパク質の3次元構造を異なる光条件下で可視化しました。これらの構造解析の結果と、主にマインツ大学で行われた生化学的研究の結果は、暗闇の中でL-Cryは、安定した接続によって結合された2つのサブユニットからなるいわゆる二量体の配置を採用していること、そして強い日光に似た照明下ではそのサブユニット、または単量体に分解することを明らかにしました。このオープンアクセス記事は「逆光オリゴマー化機構を持つ海洋クリプトクロム」(A Marine Cryptochrome with an Inverse Photo-Oligomerization Mechanism)と題されています。

遺伝子組み換え酵母細胞を使用した医薬品用生物物質の生産が、国際研究チームによる基礎研究で新たな有望な結果を示しています。2022年、研究者らは、微生物セルファクトリーにこれまでで最も長い生物合成経路、すなわち"組立ライン"をプログラミングし、抗がん剤用の生物物質を生産するために設計したことで国際的な注目を集めました。2023年11月6日に『ネイチャー・ケミカルバイオロジー(Nature Chemical Biology)』に掲載された論文「酵母における自然及びハロゲン化植物モノテルペン・インドール・アルカロイドの生物合成(Biosynthesis of Natural and Halogenated Plant Monoterpene Indole Alkaloids in Yeast)」にて、研究者らは、精神障害治療において有望な結果を示す天然物質アルストニンの人工生産に関する結果を発表しています。この論文はオープンアクセスで公開されています。「天然植物物質からの医薬品開発は広く利用されています。しかし、植物は人間の病気と戦うためにこれらの物質を生産しているわけではないため、効果的で安全なものにするために修正する必要がしばしばあります」と、DTU Biosustainの上級研究者であり、バイオテック会社Biomiaの共同創設者であるマイケル・クローグ・イェンセン博士(Michael Krogh Jensen, PhD)は述べています。

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