論文まとめ161回目 Nature/SCIENCE 2023/11/15~
科学・社会論文を雑多/大量に調査する為、定期的に、さっくり表面がわかる形で網羅的に配信します。今回もマニアックなNature/SCIENCEです。
さらっと眺めると、事業・研究のヒントにつながるかも。
世界の先端はこんな研究してるのかと認識するだけでも、
ついつい狭くなる視野を広げてくれます。
一口コメント
Continuous symmetry breaking in a trapped-ion spin chain
トラップされたイオンスピンチェーンにおける連続的対称性の破れ
「量子物理の新しい領域を探求するため、トラップされたイオンを使って一次元スピンチェーンを制御し、その対称性の破れを研究」
Predicting multiple conformations via sequence clustering and AlphaFold2
シーケンスクラスタリングとAlphaFold2を用いた複数の構造形成の予測
「AlphaFold2を使用して、タンパク質の異なる構造状態を予測し、それがどのように進化や機能に影響を与えるかを解明する研究」
Integrated global assessment of the natural forest carbon potential
自然森林の炭素貯蔵ポテンシャルに関する統合的なグローバル評価
「人間の活動による影響を取り除いた場合、森林がどれだけ多くの炭素を蓄えることができるかを示す研究」
A tool kit of highly selective and sensitive genetically encoded neuropeptide sensors
高選択性で高感度な遺伝子組み換え神経ペプチドセンサーのツールキット
「私たちの体の多くの機能は、微小なアミノ酸の鎖である神経ペプチドによってコントロールされています。この研究は、これらの神経ペプチドの動きをリアルタイムで観察するための高度なツールを開発したことで、神経科学の新たな扉を開いた。」
Design principles of 3D epigenetic memory systems
3Dエピジェネティックメモリーシステムの設計原理
「私たちの体の細胞は、特定のタイプ（例えば神経細胞や筋肉細胞）としてのアイデンティティを維持しますが、これはDNAの化学的変更による「エピジェネティックマーク」によって可能になります。この研究は、細胞がどのようにしてこれらのマークを長期間記憶し続けるかという謎に迫りました。」
Mechanism of target site selection by type V-K CRISPR-associated transposases
Type V-K CRISPR関連トランスポゼーゼによる標的部位選択のメカニズム
「CRISPR技術による遺伝子の正確な統合は、しばしばRNAのガイドに依存しています。しかし、この研究では、特定のCRISPR関連酵素がRNAの指示なしにDNAに作用し、特定の場所に遺伝子を統合するメカニズムを解明しました。」
要約
連続的な対称性の破れを示す一次元のトラップされたイオンスピンチェーンの実験
一次元の量子シミュレーターを使い、23スピンまでの長距離スピン秩序を持つ状態を実現し、一次元システムにおける連続的対称性の破れを研究しました。
事前情報
一次元システムにおいて、連続的な対称性は通常長距離相互作用の存在下でのみ真の長距離秩序を持つことができますが、多くの物理システムでは相互作用が短距離に限定されます。
行ったこと
個別にアドレス指定されたレーザービームの配列を制御し、長距離スピン-スピン相互作用を生成しました。
検証方法
さまざまな相互作用範囲の位相と、対称性を破る摂動への非平衡応答を研究しました。
分かったこと
フラストレーションの相関を持つ無秩序な位相を観測し、低次元システムにおける新しい量子位相や非平衡ダイナミクスを研究する道を開きました。
この研究の面白く独創的なところ
一次元の量子システムにおける長距離秩序と対称性の破れを実験的に実現した点です。
この研究のアプリケーション
この研究は、低次元量子システムの理解を深め、将来的な量子技術への応用に貢献する可能性があります。
AlphaFold2を活用した複数のタンパク質構造の予測
この研究では、AlphaFold2を用いて、タンパク質の異なる構造を予測し、これがタンパク質の機能にどのように影響するかを解析しました。
事前情報
タンパク質の機能はしばしば複数の構造状態に依存し、病気を引き起こす突然変異はこれらの状態の変化を引き起こすことがあります。
行ったこと
多重シーケンスアラインメント（MSA）をシーケンスの類似性に基づいてクラスタリングし、AlphaFold2を使用して既知の変換性タンパク質の代替状態を高い信頼性でサンプリングしました。
検証方法
KaiBタンパク質の進化的な構造分布を調査し、NMR分光法を使用して予測を確認しました。
分かったこと
KaiBファミリーの両方の構造についての予測がクラスター全体で分布していることを発見しました。
この研究の面白く独創的なところ
タンパク質エネルギーランドスケープの予測において、この方法の進化は、生物学的機能を照らすために重要です。
この研究のアプリケーション
このバイオインフォマティクス手法のさらなる開発は、タンパク質のエネルギーランドスケープを予測し、生物学的機能を明らかにするために重要な影響を持ちます。
自然な状態での森林が持つ巨大な炭素貯蔵ポテンシャルの明確化
この研究は、人間の活動がない状態での自然森林がどれだけの炭素を蓄える可能性があるかを評価しています。
事前情報
現在の森林は、人間の土地利用や気候変動により炭素吸収システムが大幅に減少している。
行ったこと
地上の森林データと衛星データを組み合わせて、農業や都市地域を除く世界の森林炭素ポテンシャルを評価しました。
検証方法
地上ソースと衛星デリバティブのアプローチを用いたモデルを比較し、炭素ポテンシャルを評価しました。
分かったこと
地上ソースと衛星デリバティブの推定値は全体的に一致しており、現在の森林炭素貯蔵量は自然ポテンシャルの下にあります。
この研究の面白く独創的なところ
異なるアプローチを組み合わせて森林の炭素貯蔵能力を評価し、そのポテンシャルの大きさを明らかにしました。
この研究のアプリケーション
森林の保全、復元、持続可能な管理が、地球温暖化と生物多様性目標の達成に貢献することをサポートします。
さまざまな神経ペプチドを高感度で特定し追跡する、新しい遺伝子組み換えフルオレセントセンサーの開発
https://www.science.org/doi/full/10.1126/science.abq8173
この研究では、体内の神経ペプチドを高い解像度でモニタリングする新しいセンサーが開発されました。これにより、これまでにない詳細な神経ペプチドの動きを理解することが可能になり、健康と病気の理解に貢献することが期待されます。
事前情報
神経ペプチドは、代謝、痛みの感知、睡眠、気分、学習など多岐にわたる機能を調節する重要な役割を果たしています。これらのペプチドの異常は、不眠症、糖尿病、うつ病など多くの疾患に関連しています。
行ったこと
研究チームは、さまざまな神経ペプチドに反応する一連の遺伝子組み換えフルオレセントセンサーを開発しました。
検証方法
これらのセンサーは、特定の神経ペプチドに対してナノモル濃度で反応し、細胞株や原発神経細胞での感度、特異性、堅牢性を実証しました。
分かったこと
これらのセンサーは、特定の神経ペプチドをナノモル濃度で検出でき、神経活動、転写プロファイル、動物行動に最小限の影響を与えることが確認されました。
この研究の面白く独創的なところ
神経ペプチドのダイナミクスをリアルタイムで追跡できる柔軟なエンジニアリング戦略と、最適化されたペプチドセンサーのツールキットが提供されました。
この研究のアプリケーション
これらのセンサーは、神経ペプチドの放出、機能、調節を体内外でモニタリングすることにより、生理的および病理的状態における多様な神経反応の計測
細胞がそのアイデンティティを記憶するメカニズムに関して、3次元ゲノムの構造とエピジェネティックマークのダイナミクスが重要な役割を果たす
https://www.science.org/doi/full/10.1126/science.adg3053
細胞がどのようにして自身のタイプを記憶し維持するかについて、3Dゲノム構造とエピジェネティックマークのダイナミクスが重要であることを示す理論モデルが開発されました。
事前情報
エピジェネティックマークはDNAやヒストンの化学的変更であり、細胞のアイデンティティを記憶するのに使われますが、これらのマークは非常に動的で、DNAの複製時に一部失われることがあります。
行ったこと
研究チームは、細胞サイクルを通じてのクロマチンとそのマークのダイナミクスに関するシンプルな理論モデルを開発しました。
検証方法
3Dでのマークの拡散が、密なクロマチン領域にマークを鮮明に局在させることがモデルによって見出されました。
分かったこと
3Dゲノム構造とマークのダイナミクスの組み合わせが、エピジェネティックメモリーの安定性に寄与することが判明しました。
この研究の面白く独創的なところ
エピジェネティックマークのパターンを記憶するための基本的な設計原理が提案され、3Dゲノム構造がエピジェネティックメモリーにおいて重要な役割を果たすことが明らかになりました。
この研究のアプリケーション
このモデルは、エピジェネティックマークのダイナミクスに関する多様な観察を統合し、エピジェネティック異質性に関する新しい予測を提供します。これらは新しい実験技術によって検証可能です。
Type V-K CRISPR関連トランスポゼーゼがRNAに依存しない経路で標的外の遺伝子統合を行い、そのメカニズムを明らかに
https://www.science.org/doi/full/10.1126/science.adj8543
Type V-K CRISPR関連トランスポゼーゼは、RNA非依存の経路で標的外の遺伝子統合を行い、そのメカニズムを解明した。
事前情報
CRISPR関連トランスポゼーゼは、RNAガイドによる大規模な遺伝子負荷の標的挿入を行うが、正確さに制限がある。
行ったこと
バイオケミカル実験や高スループットシーケンシングを使用して、トランスポゼーゼの活動を監視した。
検証方法
シングルモレキュール実験やクライオ電子顕微鏡構造解析を含む複数の手法を用いて、トランスポゼーゼの活動を詳細に調査した。
分かったこと
RNA非依存の経路が存在し、TnsC ATPaseが標的部位選択に主要な役割を果たすことが判明した。
この研究の面白く独創的なところ
ATリッチ領域が標的外統合のホットスポットであることが明らかになり、これを利用して標的外統合をユーザー定義の領域に誘導することが可能になった。
この研究のアプリケーション
この発見を利用して、Type V-K CASTの精度を最大98.1%まで向上させ、遺伝子工学における精度の高い応用が可能になる。
最後に
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