理系論文まとめ47回目 Nature(科学) 2023/7/27
ウーパールーパーから再生医療へ！
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
Evolutionarily divergent mTOR remodels translatome for tissue regeneration
進化的に多様なmTORが組織再生のためにトランスラトームを再構築する
「アホロートルのユニークな再生能力は、過敏性のmTORキナーゼによって調整されたタンパク質合成の急速な活性化によるものであり、ヒトの再生療法の開発の可能性を示しています。」
Heat-assisted detection and ranging（HADAR）
熱アシスト検出と測距
「HADAR技術の開発は、機械知覚能力を大幅に向上させ、自律航行や人間-ロボット間の相互作用への潜在的な応用を可能にする道を開きました」
Rift-induced disruption of cratonic keels drives kimberlite volcanism
地殻キールの地溝による破壊がキンバーライト火山を駆動する
「キンバーライトの噴火に新たな視点を提供し、その形成を大陸のリフティングプロセスと超大陸周期とのプロセスに関連付けています。」
Earth’s evolving geodynamic regime recorded by titanium isotopes
チタン同位体に記録された地球の進化する地動学的レジーム
「チタンの同位体を用いて地球のマントルの歴史を追跡し、マントル層間の質量交換が限られていたことを明らかにし、現代的なプレートテクトニクスが地球の歴史の中で比較的新しい特徴であることを示しています。」
Universal equation of state for wave turbulence in a quantum gas
量子気体中の波動乱流に対する普遍的状態方程式
「超低温原子ボーズガス内の乱流的な物質波のカスケードに対する実験的な状態方程式を構築し、系のエネルギー注入、散逸の詳細、あるいは履歴に関係なく、普遍的な無次元状態方程式を提供します。」
Structure of an endogenous mycobacterial MCE lipid transporter
内在性マイコバクテリアMCE脂質トランスポーターの構造
「クライオ電子顕微鏡とAlphaFold2を使用してMycobacterium smegmatisのMce1脂質インポートマシンの構造を解明し、結核菌の細胞包膜を介した脂質輸入の構造モデルを提案します。」
要約
進化的に多様なmTORが組織再生のためにトランスラトームを再構築する
Evolutionarily divergent mTOR remodels translatome for tissue regeneration | Nature
研究者たちは、過敏性のmTORキナーゼによって主に制御されるタンパク質合成の急速な活性化が、哺乳類では見られないウーパールーパー（axolotl）の組織再生にとって重要であることを発見しました。
①事前情報 :
生物学における興味深い謎の一つは、なぜアホロートルのような特定の種が組織を再生できるのに、哺乳類ではできないのかということです。
②行ったこと :
研究者たちは、ウーパールーパーの組織再生を可能にする損傷反応のユニークな特徴を理解しようとしました。
③検証方法 :
ポリソームシーケンシングを適用することにより、彼らは損傷に反応して事前に存在するメッセンジャーRNAからの翻訳レベルで選択的に活性化されるさまざまなトランスクリプトを同定しました。
④分かったこと :
彼らは、タンパク質合成の急速な活性化がアホロートルの損傷反応のユニークな特徴であることを発見しました。彼らは、組織再生と翻訳制御を調節するキーとなるシグナルとしてmTORC1パスウェイを同定しました。ユニークに、アホロートルのmTORは栄養感知に対してより敏感であり、アミノ酸輸送の阻害は組織再生を阻害することができます。
⑤この研究の面白く独創的なところ :
研究者たちは、有尾類の中でmTORタンパク質配列のユニークな拡大を発見しました。ヒト細胞でアホロートルのmTORを作り出すことによって、彼らはこれらの変化が急速な活性化の準備ができた過敏性キナーゼを作り出すことを示しました。
応用先
この研究は、アホロートルのユニークなメカニズムを理解することにより、ヒトの細胞で設計することが可能になる新たな再生療法の開発に貢献する可能性があります。
熱アシスト検出と測距
Heat-assisted detection and ranging | Nature
研究者たちは、既存の機械知覚技術の制約を克服し、厳しい状況でも優れたパフォーマンスを提供する新たな技術、Heat-Assisted Detection and Ranging (HADAR)を開発しました。
①事前情報 :
機械知覚技術は、ソナー、レーダー、LiDARなどのアクティブセンサーに依存していますが、インテリジェントエージェントの数が増えるとスケーリングに課題があります。また、熱視覚という別の知覚方法は、「ゴースティング効果」の課題があり、特異性が低く、レンジングにはあまり役立たない。
②行ったこと :
研究者たちは、熱信号を利用したスケーラブルな機械知覚のための技術、HADARを提案し、開発しました。
③検証方法 :
研究者たちは、実験的なデモンストレーションを行い、HADARをAI強化型熱感知と比較しました。
④分かったこと :
HADARは、暗闇を通してテクスチャと深さを見るだけでなく、RGBや熱視覚を超えた物理的属性を感知することができます。HADARのレンジングは夜間でも熱レンジングを凌ぎ、昼間のRGBステレオビジョンと同等の精度を示しました。
⑤独創的なところ :
HADAR推定理論の開発と、HADARベースのAIパフォーマンスに対する情報理論的な制限の描写は、大きな進歩です。自動化されたHADAR熱画像技術は、温度精度についてのCramér–Raoの限界を達成し、既存の熱画像技術を凌ぎました。
応用
HADARは、自律航行や人間-ロボットの社会的相互作用に使用することができ、産業4.0の進歩を加速させる可能性があります。
地殻キールの地溝による破壊がキンバーライト火山を駆動する
Rift-induced disruption of cratonic keels drives kimberlite volcanism | Nature
この研究は、キンバーライトマグマ（時折ダイヤモンドを含む）の噴火を大陸のリフティングプロセスと超大陸周期に関連付け、その形成と噴火パターンに新たな視点を提供しています。
事前情報
キンバーライトは、地球のマントルの深さ150kmを超える部分から来ており、過去に地球の表面で噴火した揮発性が豊富なマグマです。その動態メカニズムは、マントルプルームによって駆動されるか、またはクラトニックリソスフェアの機械的な弱化によって駆動されるかは明らかではありませんでした。
行ったこと
研究者たちは、キンバーライトの噴火のタイミングを調査し、それを大陸分裂のイベントに関連付け、リフティングプロセスとの関連性を示唆しました。
検証方法
研究者たちは、ダイナミックな分析モデルを使用し、リフティング中に形成される急なリソスフェア-アセノスフェア境界（LAB）を調査しました。
分かったこと
ほとんどのキンバーライトは、大陸分裂後約30百万年で噴火しました。急なLABによってアセノスフェアに生成される対流不安定性は、リフトゾーンから遠く離れて移動し、大陸分裂後数千万年も持続し、クラトニックリソスフェア、またはキールを不安定化させます。この変位は、分解部分的融解を引き起こし、これがキンバーライトの特性に近い、少量の揮発性が豊富な溶岩を生成することができます。
この研究の面白く独創的なところ
研究者たちは、キンバーライトの周期的な噴火と超大陸周期との間に定量的で機械的なリンクを確立し、大陸のリフティングがその形成における役割について新たな理解を提供しました。
応用
この研究は、地球の地球ダイナミックプロセスの理解を改善することができ、将来の火山活動の予測を補助する可能性があり、ダイヤモンド探査に有用な情報を提供する可能性があります。
チタン同位体に記録された地球の進化する地動学的レジーム
Earth’s evolving geodynamic regime recorded by titanium isotopes | Nature
この研究は、地球の上部マントルと下部マントルの間の質量交換の歴史に新たな洞察を提供し、現代的なプレートテクトニクスが地球の歴史の中で比較的新しい特徴であることを示唆しています。
①事前情報：
地球のマントルは二層構造を持っています。しかし、地球の歴史を通じてこれらの層間でどれほどの質量が交換されたのかは、十分に理解されていません。大陸の地殻の抽出はTiの安定同位体分別を引き起こし、これらの成分のマントルのリサイクルはTiの同位体変動に影響を与えます。
②行ったこと：
研究者たちは、コンドライト、古代のマントル由来の溶岩、現代の海洋島玄武岩（OIBs）などのさまざまな試料について超高精度の49Ti/47Ti比を報告しました。
③検証方法：
これらの同位体比率を比較し、特に時間経過に伴う変化を観察して、地球のマントル層間の質量交換の歴史を推測しました。
④分かったこと：
地球の上部マントルの49Ti/47Ti比率は、35億年前まではコンドライト的で、約35億年から27億年の間に海洋中央海嶺玄武岩様の組成へと進化しました。現代のOIBsは変動する49Ti/47Ti比率を示しており、これは地球の初生マントルの持続的な撹乱を示しています。これらの結果は、地球のマントルの30％以下がリサイクルされた地殻物質と平衡状態にあることを示し、したがって上部マントルと下部マントルの間の質量交換は限られていたということを示唆しています。
⑤この研究の面白く独創的なところ：
この研究は、現代的なプレートテクトニクスが比較的新しい現象であり、地球のマントルの大部分が地球の地質学的な歴史の大部分にわたって初生の状態を保持していたという量的な証拠を提供しています。
応用
この研究は、地球の深部内部とその地球力学的プロセスの理解を深めることができ、これは地震活動や資源探査の影響に関する未来の研究に対する知識を提供する可能性があります。
量子気体中の波動乱流に対する普遍的状態方程式
Universal equation of state for wave turbulence in a quantum gas | Nature
研究者たちは、均一な超低温原子ボーズガスにおける乱流的な物質波のカスケードについて、エネルギー注入/散逸の詳細や系の履歴に関係なく、実証的な状態方程式（EoS）を作成しました。
①事前情報：
平衡熱力学の基石は、ボイルの法則のような状態方程式（EoS）です。しかし、ガラス、活性物質、乱流などの非平衡系への熱力学の概念の拡張は現在進行中の課題です。
②行ったこと：
研究チームは、大きな長さスケールで超低温原子ボーズガスにエネルギーを連続的に注入し、小さなスケールでエネルギーを散逸させました。
③検証方法：
ガスの非熱的だが定常的な状態、すなわち、パワー則に従う運動量分布とスケール不変の運動量空間エネルギーフラックスを観察することで、実験的にEoSを構築しました。
④分かったこと：
運動量分布の振幅とその下にあるエネルギーフラックスを平衡状態のような状態変数として特定しました。これらの変数は、EoSによって関連付けられており、エネルギー注入や散逸の詳細、あるいは系の履歴には影響されません。さらに、広範な相互作用強度やガス密度に対するEoSは、互いに経験的にスケール化することができるという結果を見つけました。
⑤この研究の面白さと独創的なところ：
この研究は、EoSの概念を平衡熱力学から非平衡系へと画期的に拡張し、乱流的な物質波のカスケードに対する普遍的な無次元EoSを確立しています。
応用
この発見は乱流系の深い理解に寄与し、流体力学、気象学、天体物理学などのさまざまな文脈での乱流研究に影響を及ぼす可能性があります。
内在性マイコバクテリアMCE脂質トランスポーターの構造
Structure of an endogenous mycobacterial MCE lipid transporter | Nature
この研究では、クライオ電子顕微鏡（cryo-EM）とAlphaFold2を使用して、Mycobacterium smegmatisのMce1脂質インポートシステムの構造を明らかにし、結核菌の細胞包膜を介したMce1媒介の脂質輸入についてのモデルを提供します。
事前情報
Mycobacterium tuberculosisにおける哺乳動物細胞内への進入（MCE）タンパク質は、重要な毒性因子であり、結核菌の細胞包膜を越えて脂肪酸とコレステロールを輸送する役割が疑われています。しかしながら、その輸送の詳細やMCEタンパク質の集合体については、まだ明らかになっていません。
行ったこと
研究者たちは、結核菌の非病原性相関種であるMycobacterium smegmatisにおける内因性Mce1脂質インポートシステムの構造を調査しました。
検証方法
Mce1システムの構造はクライオ電子顕微鏡（cryo-EM）を使用して調査されました。Mce1複合体の未知のサブユニットは、cryo-EMとAlphaFold2の組み合わせを使用して特定され、LucBと命名されました。
分かったこと
Mce1システムが細胞包膜を横断するのに十分な長さのABCトランスポーター複合体を形成することが明らかにされました。湾曲した針のようなドメインによって支配されたMce1複合体は、ペリプラズムを越えて脂質を輸送するための親水性の通路を形成します。
この研究の面白く独創的なところ
この研究は、cryo-EMとAlphaFold2を用いてMce1複合体の新たなサブユニット、LucBを特定・命名し、結核菌の脂質輸入についての前例のない構造モデルを提示しています。
応用
この研究は結核病の病原性の理解を深める可能性があり、病気の新たな治療法の開発に役立つ可能性があります。
最後に
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