理系論文まとめ49回目 Science(科学) 2023/7/7
固体電解質の超イオン伝導のための構造フレームワーク！
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
Effect of climate warming on the timing of autumn leaf senescence reverses after the summer solstice
秋の葉の老化のタイミングに対する気候温暖化の影響は夏至の後に逆転する
「気候温暖化は夏至前後で北半球の森林の葉の老化に対する効果が逆で、老化の開始は早まるが進行は遅くなる。」
Metabolic interaction models recapitulate leaf microbiota ecology
葉の微生物叢の生態を再現する代謝相互作用モデル
「合成コミュニティ実験と計算モデルを通じて、本研究は、炭素源の可用性と代謝相互作用が植物関連細菌のコミュニティ組成にどのように影響を与えるかを示しています。」
Structural basis of gRNA stabilization and mRNA recognition in trypanosomal RNA editing
トリパノソーマRNA編集におけるgRNAの安定化とmRNA認識の構造基盤
「RNA編集の詳細な機構を解明し、その知識を活用して新たな治療法の開発につなげる。」
Principles of human pre-60S biogenesis
ヒト60S前生成の原理
「ヒト大型リボソームサブユニット（60S）の初期生物生成過程を詳細に解明し、その分子レベルの理解を深める。」
An improved bound on the electron’s electric dipole moment
電子の電気双極子モーメントの改善された境界
「新粒子探索のための電子の電気双極子モーメントの精密測定。」
A lithium superionic conductor for millimeter-thick battery electrode
ミリ厚電池電極用リチウム超イオン伝導体
「高エントロピー材料を利用した高性能固体電解質の設計。」
要約
秋の葉の老化のタイミングに対する気候温暖化の影響は夏至の後に逆転する
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adf5098
この研究は、夏至前後の気候温暖化が北半球の森林の葉の老化（senescence）に対して対照的な効果を持ち、生育期間と森林生産性に影響を与えていることを明らかにしました。
①事前情報 :
気候変動は植物の生育期と生物地球化学サイクルに影響を及ぼしています。しかし、秋の葉の老化がどのように変化するかはまだ不明確です。
②行ったこと :
研究チームは、衛星、地上、炭素フラックス、実験データを使用して、季節初期と季節後期の温暖化が葉の老化にどのような影響を及ぼすかを調査しました。
③検証方法 :
北半球の森林地域の84%にわたり、夏至前後のさまざまな気温と植物活動状況下で葉の老化がどのように変化するかを調査しました。
④分かったこと :
夏至前の温暖化は葉の老化の開始を早め（1.9 ± 0.1日/℃）、一方で夏至後の温暖化は老化期間を延長しました（2.6 ± 0.1日/℃）。これにより、老化の開始は早まるが進行は遅くなるという結果が出ました。
⑤この研究の面白く独創的なところ :
この研究は、気候変動が葉の老化のタイミングにどのように影響を及ぼし、それが生育期間と森林生産性をどのように変えるかについて新たな視点を提供しています。
応用先
この研究は、気候変動モデルの改善、生育期間と炭素サイクルのシフトの予測、気候変動シナリオ下での森林管理戦略の改善に寄与することができます。
葉の微生物叢の生態を再現する代謝相互作用モデル
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adf5121
本研究は、合成コミュニティ実験と計算モデルを組み合わせて、植物関連細菌間の相互作用の結果を予測し、植物ホスト内のコミュニティ組成における炭素源の可用性と代謝相互作用の大きな影響を示しています。
①事前情報 :
微生物群集の構成は、ホストの健康と生態系の機能に関連しています。植物微生物群集の構成は、大部分が決定的であると見られており、コミュニティの組み立ての決定要因が存在することを示唆しています。しかし、これらのパターンを支える代謝機構はまだよく理解されていません。
②行ったこと :
研究者は、野生のアラビドプシス・タリアナの葉から分離した224の代表的な細菌株の代謝能力をマッピングしました。これは、各株が実験室内で45の環境関連炭素源での成長を評価することにより行われました。
③検証方法 :
彼らは各株の成長を評価する計算ツールを開発し、これらのデータを用いて全株のゲノムスケール代謝モデルを作成しました。これらのモデルは、17,500を超える相互作用をシミュレートするために組み合わされました。
④分かったこと :
モデルは、植物体内で観察された結果を89%以上の精度で再現し、葉微生物群集の組み立てにおける炭素利用と生息地分割、クロスフィーディングの貢献を強調しました。特に注目すべき結果として、組み合わせの94%で、少なくとも1つの株が単独での存在に比べて数が減ることが予測されました。
⑤独創的なところ :
本研究は、特定の生態学的パターンの出現につながる代謝機構を決定するための強力なツールを提供し、資源配分が微生物相互作用にどのように寄与するかについての洞察を提供します。
応用
本研究の結果は、ホスト-微生物群集関係を制御するための可能性を提供し、これは健康、農業、環境における微生物群集応用にとって極めて重要です。
トリパノソーマRNA編集におけるgRNAの安定化とmRNA認識の構造基盤
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adg4725
トリパノソーマ・ブルセイにおけるRNA編集のメカニズムを解明しました。これは、gRNAが指導するRNA編集により、暗号化されたミトコンドリアのトランスクリプトをmRNAに変換します。
事前情報
トリパノソーマ・ブルセイのミトコンドリアでは、ガイドRNA（gRNA）が指導するRNA編集が行われ、複雑なミトコンドリアトランスクリプトをmRNAに変換します。このプロセスはeditosomeという二つの主要なリボ核蛋白質複合体によって実行されます。
行ったこと
editosomeの一部であるRNA-editing substrate-binding complex (RESC) の3つの状態の原子構造を解明し、各サブユニットのRNA結合特異性を特定しました。
検証方法
低温電子顕微鏡を使用してRESCの構造を解析し、生化学的手法で個々のサブユニットのRNA結合特異性を解明しました。
分かったこと
RNA編集機構の分子レベルでの詳細な視覚化に成功した点。これにより、gRNAとmRNAがどのように相互作用し、編集サイトがどのように露出するのか、という新たな知識を得ることができました。
この研究の面白く独創的なところ
この知識は新たなトリパノソーマ治療法の開発に寄与する可能性があります。また、他の生物種でのRNA編集メカニズムの理解を深めるのにも役立つでしょう。
応用
この知識は新たなトリパノソーマ治療法の開発に寄与する可能性があります。また、他の生物種でのRNA編集メカニズムの理解を深めるのにも役立つでしょう。
ヒト60S前生成の原理
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adh3892
ヒトの大型リボソームサブユニット（60S）の初期生物生成過程を詳細に解明しました。
①事前情報：
リボソームは、全ての生物でmRNAを蛋白質に変換する2サブユニットRNA-タンパク質ナノマシンです。ヒト細胞でのリボソームサブユニットの組み立てはヌクレオラスで始まり、その後、核と細胞質で成熟します。これには200以上のリボソーム組み立て因子が必要で、リボソームRNA（rRNA）の修飾、処理、折りたたみを触媒します。
②行ったこと：
人間の前60S組立体の初期段階を機構的に明らかにするために、ヒトゲノム編集と生化学を組み合わせてヒトヌクレオラスと核を透過させ、構造的特徴を解析するために組み立て中間体を分離しました。
③検証方法：
標的となる組立体因子MK67Iをバイアルル的にアフィニティタグを付け、クライオ電子顕微鏡（cryo-EM）を使用して前60S組立体中間体の24の構造を解析しました。
④分かったこと：
24の構造から、いくつかの並行する組立経路と、8つの主要なヌクレオラス組立状態、4つの主要な核成熟状態が観察されました。また、大規模なRNA構造変化とpre-rRNA処理を結びつけるリクソソームと呼ばれる保存されたRNA処理複合体が発見されました。
⑤この研究の面白く独創的なところ：
ヒト前60S組立体の初期段階を詳細に解析し、未知の組立過程の明らかにした点。また、高解像度のcryo-EMにより、ヒトの28S rRNAの化学修飾を視覚化することが可能になりました。
応用
この研究はリボソーム形成の分子原理を明らかにするための基礎を提供し、疾患の発症メカニズムの理解や新たな治療法の開発に寄与する可能性があります。
電子の電気双極子モーメントの改善された境界
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adg4084
我々の宇宙の物質と反物質の不均衡は、新たな粒子を探求する強力な動機となっています。これらの新粒子と関連する場の真空揺らぎとの相互作用により、電子の電気双極子モーメント（eEDM）が生じます。本研究では、分子イオン内に閉じ込められた電子を用いて、これまでで最も精密なeEDMの測定を行いました。
①事前情報：
物質と反物質の不均衡は、新たな粒子を探索する主要な動機の一つです。これらの新粒子と関連する場の真空揺らぎとの相互作用はeEDMを引き起こします。
②行ったこと：
我々は、内部の電場によって変動し、最大3秒間一貫して進化する分子イオン内部の電子を用いて、eEDMの最も精密な測定を行いました。
③検証方法：
分子イオン内部の電子を使用し、それらが巨大な内部分子電場にさらされ、最大3秒間一貫して進化するようにしました。
④分かったこと：
得られた結果はゼロと一致しており、以前の最も良好な上限値を約2.4倍に改善しました。
⑤この研究の面白さと独創的なところ：
最大3秒間の一貫した進化を通じて、分子イオン内に閉じ込められた電子を用いてeEDMの最も精密な測定を行った点です。
応用
この結果は、現在または近い将来利用可能な粒子衝突装置の直接的な到達範囲を超えて、10^13電子ボルト以上の新たな物理学に広範な制約を提供します。
ミリ厚電池電極用リチウム超イオン伝導体
https://www.science.org/doi/10.1126/science.add7138
現在のリチウムイオン電池の性能とバッテリー構成の限界を拡張するために、高いリチウムイオン伝導性を持つ固体電解質を製造するための設計ルールはまだ確立されていません。本研究では、高エントロピー材料の特性を利用して、既知のリチウム超イオン伝導体の組成複雑性を増加させ、超イオン伝導のための構造フレームワークを維持しながら、イオン移動障壁を排除する固体電解質を設計しました。
事前情報
高いリチウムイオン伝導性を持つ固体電解質を製造するための設計ルールはまだ確立されていません。
行ったこと
我々は、既知のリチウム超イオン伝導体の組成複雑性を増加させ、超イオン伝導のための構造フレームワークを維持しながら、イオン移動障壁を排除する固体電解質を設計しました。
検証方法
組成複雑性を増したフェーズを合成し、そのイオン伝導性を評価しました。
分かったこと
組成複雑性を持つ合成フェーズは、改善されたイオン伝導性を示しました。高導電性固体電解質は、室温で厚いリチウムイオン電池カソードの充放電を可能にし、従来のバッテリー構成を変える可能性があることを示しました。
この研究の面白く独創的なところ
既知のリチウム超イオン伝導体の組成複雑性を増加させ、超イオン伝導のための構造フレームワークを維持しながら、イオン移動障壁を排除する固体電解質を設計したことです。
応用
この研究は、現在のリチウムイオンバッテリーの性能とバッテリー構成の限界を超えて、次世代のバッテリーテクノロジーを開発するための基礎となります。
最後に
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