1月8日:膵臓癌に見られる高いタンパク質代謝(Nature Medicine オンラン掲載論文)
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1月8日:膵臓癌に見られる高いタンパク質代謝(Nature Medicine オンラン掲載論文)

2017年1月8日
毎日紹介する論文をどうして選んでいるのかよく聞かれる。実際には、臨床、基礎の有力雑誌は最新刊に目を通し、分野を問わず面白いと感じた論文は読むようにしている。これに加えて、各大学のプレス発表を集めて紹介しているScienceNewsLineやAdvantage Business Mediaなどは毎日記事に目を通して、定期的には目を通していない雑誌に掲載された面白い論文がないか探している。結局、その時の気分で紹介する論文を選んでいるが、幾つかの個人的バイアスは存在する。まず、我が国からの論文は原則読んでも紹介はしないようにしている。なぜなら、既存のメディアはほとんどの場合我が国からの業績を紹介するからで、よほどのことがない場合、私の出る幕はないと思っている。もう一つは、個人的に強い興味を持つ分野は、おそらく紹介する頻度が高いと思う。例えばがんの中でも膵臓癌は多くの友人を失ったこともあり、特によく紹介していると自覚している。
   今年最初に紹介する膵臓癌に関するマサチューセッツ工科大学からの論文は、膵臓癌の強さが、周りの組織からタンパク質を吸い上げ自分の肥やしにする並外れた能力にあることを、ユニークな方法を用いて示した研究でNature Medicineオンライン版に掲載された。タイトルは「Direct evidence for cancer cell autonomous extracellular protein catabolism in pancreastic tumors (膵臓癌は細胞外のタンパク質を異化して利用する能力を持つことの直接的証拠)」だ。
   正常細胞より高い増殖力を支えるために、がん細胞は高い代謝活性が見られることが普通で、これを新しいガン治療の標的とするため、ガンの代謝研究が最近加速している印象を持つ。
   ガンが進行すると低アルブミン血症が起こることからわかるように、ガンではタンパク質代謝も上昇することが予想できるが、生きた動物の中でガン特異的にタンパク質代謝を調べることは簡単ではなかった。
この研究のハイライトは、生きた動物の中で、がん細胞がタンパク質を分解してアミノ酸として再利用する能力が高いことを示すため、
1)窒素13で置き換えたアルブミンを合成し、このアルブミンでマウズのほぼ全部のアルブミンを置き換える血清置換法を開発したこと、
2)分解されると蛍光を発するアルブミンや薬剤などの高分子を特定の組織に注入するための、マイクロビーズを用いた方法を開発したこと、
の2点だと言っていいだろう。
   この方法を用いて、 1) マウス膵臓癌誘導モデルで、アイソトープ標識されたアミノ酸がガン細胞で蓄積していること、
2) 正常細胞と比べて、移植した膵臓癌細胞株はアルブミンを高率に取り込み、リソゾームでアミノ酸に分解すること、
3) リソゾームの活性を阻害すると、タンパク質の分解が低下すること、
4) アルブミンだけでなく、周りの組織からフィブルネクチンなどの細胞外マトリックスタンパクも取り込み分化していること、
などを明らかにしている。
   話はこれだけで、はっきり言って、方法論の原理も結論も驚くほどのものではない。しかし、この結論を示すため、既存の方法を組み合わせて新しい方法へと最適化する努力については感心する。
   結論でもこの研究によって、膵臓癌の進行にクロロキンが効くのは、オートファジーによるタンパク質などの再生をブロックするだけでなく、タンパク質の分解阻害も関わることを示している。
実際には、このような地道な努力が続く必要がある。膵臓癌の克服も少しづつではあるが進展していることを実感させる論文だと思う。
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1月7日:恐竜の卵の孵化期間(米国アカデミー紀要掲載論文)

2017年1月7日
嬉しいことに、多くの方が「論文ウォッチ」を読んでいただいているのだが、「専門」と印がついていなくても、なかなか理解するのが難しい解説が多いと最近お叱りを受けることが多い。よくわかるのだが、1日1報、平日は朝6時半から書き始めて7時半まで(休日や旅行中はこれには当てはまらない)に書き上げようと思うと、どうしても生命科学科の専門家向きの文章になってしまう。これを改めるのは簡単ではないので、代わりに、病気についてのわかりやすい論文や、生物についてのおもしろ知識になりそうな論文も紹介して、ある程度批判をかわせたらと思っている。ただ、どんなに「おもしろ知識」でも、原則として(たまにそうでない場合もあるが)レフリーによる審査を通って掲載された論文に限って紹介することにしている。
   今日紹介するフロリダ大学からの論文は恐竜の卵が孵化するまでどれぐらい日数がかかるかについての研究で、一般の人にも理解しやすく楽しめる研究だ。また孵化期間だけでなく、様々な知識を得ることができる論文で、私にとっても大変勉強になった。タイトルは「Dinosaur incubation periods directly determined from growth line counts in embryonic teeth show reptilian grade development(胚の歯に現れる成長線の数から直接決定される恐竜の孵化期間は爬虫類型の発生を示す)」だ。
   様々な証拠から、恐竜は現存の爬虫類より鳥類に近いとされている。ただ、中生代から白亜紀の恐竜の化石はあまりに古すぎて、DNAレベルで比較することはもはやできない。もっぱら恐竜の化石の特徴を、現存の鳥や爬虫類、あるいはその化石と比較することが研究の中心になる。
   この研究では発見された恐竜の卵の中に見つかる胚から、卵の孵化期間を推定しようと試みている。もちろんこれまでも同じような研究が行われ、現存の鳥類と同じで、孵化期間は短かったというのが通説になっていた。この通説にももちろん根拠があり、卵の大きさの比較、成体と孵化したばかりの個体のサイズの比較、あるいは成体と孵化時点での爪の大きさの比較などがその根拠になっていた。しかし、産卵後ずっと卵や子供の世話をやく鳥には短い孵化期間は適しているが、恐竜は爬虫類と同じように卵を産みっぱなしでなかったという説もあり、より正確な孵化期間推定が求められてきた。
   著者らは、カルシウムの沈着により骨が形成されるとき、夜と昼の代謝の違いを反映する骨成長スピードの差が線として現れるvon Ebner成長線が、歯の成長に必要な期間を教えてくれることに着目し、体長2mぐらいのプロトケラトプスの胚(卵の大きさは230ml)と9mの身長を持つピパクロサウルスの胚(卵の大きさは3900ml)の中で、歯の発生過程が終えるケースについて成長線の数を数え、これに同じ個体に見られる生え変わり用の歯の発達状況を加味して(現存の爬虫類の中には孵化中に歯が生え変わるものがいるとは全く知らなかった)などから、歯の形成にプロトケラトプスで48日、ピパクロサウルスで約100日と計算している。これに、全孵化期間のうち歯の形成に様する期間を42%と仮定し、最終的にそれぞれ83日、171日という孵化期間をはじき出している。
   結果はこれだけで、このために貴重な歯の切片を作って成長線を数えており、博物館の協力の賜物と言える。ただ、今回の結果を鵜呑みにしていいかどうかは疑問だ。詳しくは述べないが、まだまだ多くの仮定が導入されており、より総合的な算定方法が必要だろう。
   いずれにせよ、もともと恐竜は爬虫類に近いと考えてしまう私たちの直感とフィットしており、楽しんで読める論文だ。
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1月5日:グリオブラストーマに対するCART治療(12月29日号The New England Journal of Medicine掲載論文)

2017年1月6日
   今年もがん治療の中心は免疫治療になるのではという予感がする。元旦に紹介したNatureの記事でも、2017年への期待の一つにFDAが認可した白血病に対するキメラT細胞受容体を導入したT細胞(CART)を用いる免疫機能が挙げられていた。確かに最初CARTによるリンパ性白血病治療の論文が発表された時、私だけでなく、ほとんどの研究者はT細胞の力に目を見張った。もちろん正常のB細胞も完全に除去されてしまう副作用はあるが、ぜひ多くの患者さんがこの治療の恩恵に預かれればいいと期待している。
   しかしCART治療にも弱点がある。一つは、ガンだけに発現している抗原を見つけるのが難しい点、及び移植したリンパ球の移動の関係で、固形がんに対しては大きな成果が生まれていない点だ。
  これに対し、今日紹介するカリフォルニア・シティーホープ医療センターからの論文は、最も悪性の脳腫瘍、グリオブラストーマにCARTが効果を持ち得ることを示唆する症例を報告している。タイトルは「Regression of glioblastoma after chimeric antigen receptor T cell therapy(キメラ抗原受容体T細胞治療によってグリオブラストーマが縮小した)」だ。
   この論文はあくまで一例報告で、これが一般性を持つかはこの段階で結論できない。それでも、表題にあるように、ただただ進行するグリオブラストーマを縮小させることができた点がNew England Journal of Medicineも大きく評価したのだろう。
   患者さんは55歳男性で、通常の治療では効果がないと、CARTが用意された。この研究で使われたCARTは少し変わっている。まず、抗体遺伝子の代わりに、グリオブラストーマに高頻度で出ているIL13受容体に結合するIL-13分子とT細胞の共刺激分子4-1-BBを結合させたキメラ受容体だ。
   再発後、大きな腫瘍を取り除き、そこにできた空洞に用意したCARTを週一回のペースで注入している。すなわちCARTの局所注入だ。これにより腫瘍の進行を抑えることができたが、45日目には再発が見られている。普通なら諦めるところだが、著者らは手術でできた空洞に注入するのが効果が出ない原因ではないかと考え、今度はCARTの注入場所を脳室に切り替えている。
   すると、すでに3塊目の注射で脳内に見られた全ての腫瘍塊及び脊髄の転移巣が急速に縮小し、その後7.5ヶ月間にわたって再発を抑えることができた。しかし、その後他の場所に新たな腫瘍が見つかったという経過だ。
   繰り返すが、1例報告なので、今後症例を重ね、治験へと進む必要がある。ただ、脳室内への細胞移植が脳内や脊髄内の腫瘍に対して有効なことだ。さらに、今回標的にされたIL-13受容体は全ての腫瘍細胞に出ているわけではなく、約3割は完全に陰性、3割の発現は低いことがわかっている。にもかかわらず脳室注射で全ての腫瘍がほとんど消失したということは、CARTが刺激になって患者さんのT細胞が活性化され、腫瘍縮小に関わったことを意味する。また、今回注入したCARTは脳内で増殖を続けることはなく、細胞移植をつづけられる必要があることだ。最後に、これまで腫瘍がなかった場所に新たな腫瘍が再発したことは、IL-13受容体の発現のない腫瘍が新たに発生したことを示唆し、グリオブラストーマのしたたかさを再認識させる。
   とはいえ、CARTを脳室内に頻回投与する治療法は、さらに症例を重ねる治験へと進んで欲しいと期待する。
カテゴリ:論文ウォッチ

1月5日:嗅覚を調節する抑制ニューロンの発生(Nature Neuroscienceオンライン版掲載論文)

2017年1月5日
   動物を生かしたまま神経活動をモニターしたり、操作したりする方法が開発されてからの神経科学の進展はめざましい。今年も多くの論文を紹介することになるだろう。実際、現在のテクノロジーをもってすればかなり解決可能な問題は山ほどある。したがって、問題のありかに気づいて、それに対して妥協せず、最も直裁な方法を採用することがいい研究になるかどうかを決めるのだろう。 
  今年最初に紹介するテキサスベーラー大学からの論文は感覚中枢で働く抑制性の介在ニューロンの機能的発達を調べた論文でNature Neuroscienceオンライン版に先行発表された。タイトルは「Developmental broadening of inhibitory sensory maps(抑制性の感覚マップは発生過程で拡大する)」だ。
   これまで感覚神経投射の発生に関しては多くの研究がある。身体各部位の触覚をなぞっていくと、脳の表面にホムンクルス(小人)が現れるという話は誰もが知っている。視覚や、ヒゲ触覚の研究から、感覚野の発達は刺激依存性で、最初ランダムに結合していた神経同士が、刺激によりシナプス結合を減らして、感覚を研ぎ澄ませていくことがわかっている。しかし、それぞれの感覚神経はそれと結合する介在ニューロンにより調節を受けている。この介在ニューロンの発達についてはこれまでほとんど研究がない。    この研究では、嗅覚神経が投射する嗅球での介在ニューロン、顆粒細胞の機能的な発達、特に感覚神経の刺激依存的発達と同じように、介在ニューロンと嗅覚神経の結合も刺激に応じて減少し、相互作用の特異性が高まるのかどうかを調べている。結果を順に紹介すると、 1) 嗅球の存在する顆粒細胞は、できたての未熟型と、成熟型にDlx5/6及びコルチコトロピンユーリホルモン受容体(Crhr1)で分別できる。 2) 成熟型と未熟型は、生理学的活動電位のパターンが異なる。 3) それぞれの顆粒細胞の活動を蛍光カルシウムセンサーを細胞に導入することで測定できる。 4) 嗅覚神経は発達とともに活動領域が減少するが、顆粒細胞の興奮領域は成熟とともに拡大する。これに伴い、嗅覚刺激によって興奮する成熟顆粒細胞の数は増大する。 5) 鼻を塞いで嗅覚刺激をシャットアウトすると、顆粒細胞の興奮領域は拡大せず、一方特定の匂いを嗅がすことで、その刺激に対応する顆粒球領域も拡大する。 以上が結果で、予想どおり顆粒細胞のシナプス結合も、刺激依存性に変化するが、感覚神経と異なり、刺激によりより多くの神経結合を発達させ、おそらく多くの興奮細胞を制御、チューニングして、多くの匂いを区別するのに関わっているのだろう。     介在ニューロンの発達を調べようと思いたったのがこの研究のポイントだが、この目的のために確かにあらゆる方法が駆使されている。これを見ると、若手研究者にもこのような方法が容易に利用できるように体制を整備すべきだろうと思う。
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1月4日:変異型K-RASと細胞膜の相互作用(1月12日号Cell掲載論文)

2017年1月4日
   昨年もRAS発がん遺伝子についての論文を多く取り上げたと思う。これは、半数近いガンで突然変異が見られるRASの活性を制御できれば、ガン治療は大きく変化すると期待しているからだ。私自身の印象では、RASの活性制御という困難な問題にかなりの研究者が今もチャレンジを続けており、しかも生化学や構造生物学のプロ中のプロがこのチャレンジに加わっており、確実にゴールに向かって進んでいることは間違いない。
   今日紹介するテキサス大学からの論文はプロ中のプロの仕事の典型で、読んで全く異なる視点と素人には及びもつかない視点を学ぶことができる。ぜひ若い研究者には熟読して欲しい論文だ。タイトルは「Lipit sorting specificity encoded in K-RAS membrane anchor regulates signal output(K-RASの細胞膜アンカー部位によってコードされた特異的な脂質との反応がシグナル出力を調節する)」だ。
   RAS分子は活性化されると細胞膜にアンカーされ、クラスターを形成することで下流のシグナル伝達因子をリクルートすることが知られている。RASの膜アンカーについて私が知っていたのは、C末端のファルネシル化やゲラニル化を介するメカニズムだけだが、実際にはもっと複雑で、C末に連なるリジンの繰り返し配列が重要な働きをしていると考えられていたようだ。この研究では、細胞膜の脂質とRASの相互作用に関わるこのリジンの繰り返し配列を含むC末領域の役割が包括的に研究されている。
   これまでの研究でリジン繰り返し配列にはフォスファチジルセリン(Ptd-Se)が集まってRASの集合に関わることが示唆されていたので、この研究では細胞膜上のPtd-SerをR-Fedilineという薬剤で減少させたたあと、さまざまな形のPtd-Serで膜を再構成して、変異型K-RASが集まってクラスターを作るかどうか調べ、非対称アシル鎖を持つPtd-Serだけがこのクラスター形成に関わることを示している。このアッセーだけでも驚くが、あとは分子間の結合を調べるための電子顕微鏡技術、FRET法を駆使して、K-RASのリジン繰り返し部分とPtd-Serが直接結合することで、K-RASが集合し、そこに下流のシグナル分子RAFが関わることを示している。
   次は、K-RAS側のリジンの繰り返し配列を含むK-RAS側に変異を導入し、クラスタリングやPIP2との結合など、脂質との関係について丹念に調べている。詳細は全て省くが、リジン繰り返し配列を含む膜アンカー部分の各ドメインが、異なる役割を持っており、小さな変化が膜やPtd-Serとの大きな変化につながることを証明し、膜アンカーの電荷のみが関わるという単純な話でないことを示している。
   そして、得られた定量的な結果から、K-RASアンカー部分の構造趣味レーションを展開して、アンカー部分が秩序をもった構造と、無秩序な構造の間を、中間構造を介して行ったり来たりできること、またそれぞれの突然変異体をこの方法で分類できることを明らかにしている。
   プロの総合力に触れると本当に圧倒されるが、今回明らかになった細胞膜とタンパク質の関係については、この研究をきっかけに、新しい検討が始まるような予感がする。期待したい。
   私は医者から転向した素人研究者だったが、素晴らしいプロと付き合うことができた。亡くなった月田さんや、高井さん、竹縄さんなど、教えてもらうことは多かった。網羅的研究やインフォーマティックス、AIが大きく進む時代こそ、細胞学、生化学、解剖学などのプロが我が国に何人いるのかが問われるだろう。もし数が減っているなら、育成を真剣に考える必要がある。
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1月3日:妊娠中のオメガ3脂肪酸摂取は子供の喘息を減らす(12月29日号The New England Journal of Medicine掲載論文)

2017年1月3日
    健康な子供が生まれ育つため、妊娠中のお母さんが何に気をつければいいのか、これを本当に調べるためにはかなり大規模で長期の調査が必要になるが、生まれた子供の喘息や湿疹などのアレルギー疾患については、果物、フルーツジュース、野菜、魚、脂身の多い魚、未精製穀物などが良い影響があり、マーガリンや塩分は悪い影響があることを示す論文が発表されている。例えば、2007年オランダのグループが妊娠中の食事が子供の喘息やアトピーに及ぼす影響を調べた2000人規模の調査では、週に4個以上のりんごを食べていたお母さんの子供は医師により診断された喘息の発症率が半分近くに低下し、魚を十分とっていたお母さんの子供は、やはり医師により確認された皮膚湿疹を持つ子供がはっきりと低下することが示されている(Thorax 62:773, 2007)。
   今日紹介するコペンハーゲン大学からの論文は、魚の代わりに魚に多く含まれるオメガ3脂肪酸(EPAとDHA)を濃縮した魚油を妊娠24週から毎日飲んでもらって、子供の喘息をおさえる効果があるかどうかを調べた研究で12月29日The New England Journal of Medicineに掲載された。タイトルは「Fish oil derived fatty acid in pregnancy and wheeze and asthma in offspring(魚油由来の脂肪酸が生まれた子供の喘鳴や喘息に及ぼす影響)」だ。
   研究では736人の妊婦さんをランダムに2群に分け、片方にCRODA社のオメガ3脂肪酸サプリ(2.4gのEPA+DHA)、もう片方に同量のオリーブ油を妊娠24週から出産後1週まで摂取してもらい、生まれた子供を5年にわたって追跡し、喘鳴症状、あるいは医師により確認された喘息の発症率を調べている。
   結果は明確で、喘鳴や喘息の3歳時点での発症率は、オリーブ油群で23.7%、魚油群で16.9%だ。30%の低下を大きいと見るか、たいしたことはないと見るか意見は異なるかもしれない。しかし、あらかじめ血中のEPAとDHA濃度が低いことを確認した母親を抽出して調べると、オリーブ油群34.1%に対し魚油群では17.5%と半分に低下する。一方もともと魚を多く取っていて血中のEPA,DHAが高いお母さんでは、あまりサプリの効果はないことも示されている。したがって、メカニズムはよくわからないが、オメガ3脂肪酸を妊娠中期以降に摂取すると、子供の喘息を防ぐ効果があると結論していいだろう。
   重要なのは、もともと血中オメガ3脂肪酸が高いお母さんでは、サプリの効果がない点だ。おそらく一番いいのは、妊娠中はせっせとお魚を食べることだろう。できれば、妊娠20週ぐらいに食生活をチェックするとともに血中オメガ3脂肪酸を測定し、低いお母さんにはオメガ3脂肪酸を飲んでもらうというキメの細かい指導ができれば最高だ。
   我が国でも、テレビや新聞にトクホや機能性食品の広告が満ち溢れているが、宣伝費にお金をかけるのではなく、このぐらい長期的視点で製品をテストしていく真面目な会社が優遇される時代がくることを願う。
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1月2日:地球環境を守るための2017年の課題(Trends in Ecology and Evolution1月号掲載総説)

2017年1月2日
    科学でも、新しい年に向けた抱負を語ることは様々な分野で行われる。ただ、破壊が続く地球環境や、いつ絶滅してもいい動物を研究している生態学者にとっては、新しい年に願うのは、この悪循環をなんとか食い止めたいという思いだろう。しかし、環境破壊をただ社会に訴えても、社会に聞く耳がほとんどないことはわかっている。これを克服するため、英国を中心とする生態学者の有志が、地球環境保全に突きつけられた課題とそれに対する対策を整理して、新年の抱負として社会に提案し続けている。昨日紹介したような新年の抱負とは一味も二味も違うが、一般の方にも最も関わりのある提案なので是非紹介したいと思う。

   提案は1月号のTrends in Ecology and Evolutionに総説の形で掲載され、タイトルは「A 2017 horizon scan of emerging issues for global conservation and biological diversity (地球環境保全と生物多様性維持のための2017年の新たな課題をホライゾンスキャニングする)」だ。ホライゾンスキャニングはいい訳が思い当たらないので英語をそのまま使ったが、将来に備えて知識を収集し、それに基づき助言を行うことを意味している。

  このグループでは、各メンバーに2017年の課題を複数個挙げてもらい、挙がってきた99課題を全員で採点(1000点満点)しあって絞り込んだあと、9月に集まって15課題を選定している。それらを手短に紹介しよう。

サンゴと共生する藻類を操作してサンゴ礁の白化を防ぐ。
   地球温暖化に伴いサンゴ礁の白化が広がっている。この白化の原因の一つが、サンゴと共生する渦鞭毛藻の生存が温度に敏感なためであることが知られているが、高い温度に耐えられる渦鞭毛藻が最近発見され、高温耐性のメカニズムが明らかになった。この結果に基づき、危機に瀕するサンゴ礁に、このような高温耐性の渦鞭毛藻を移植する、あるいはその領域に生息する渦鞭毛藻遺伝子を操作して、高温耐性にして移植するアイデアを提案している。    生態学者が種の環境を破壊するのか?と疑問も湧くが、それほどサンゴの白化が深刻であることを示している。

ロボットを用いて外来侵入種を駆除する
   外来のヒトデのため、オーストラリアのグレートバリアーリーフのサンゴが4割も失われた。これまでヒトデを人手で(シャレではないが、)一匹づつ駆除するしかなかったが、ヒトデを探し出して胆汁塩を注入して駆除するCOTSbotが開発された。また、カリブ海では外来のライオンフィッシュを見つけて電気ショックで駆除するロボットも開発された。この結果に基づき、外来種の駆除にロボット開発を加速させることを提案している。

野生種のやみ取引と戦う電子の鼻の開発。
   保護にもかかわらず、多くの野生動物が組織的な密猟の対象になっており、各国政府や自然保護団体はこれと戦うため、主に犬を使った追跡を行っている。最近、高感度の電子臭いセンサーの開発が進んでいる。これに基づき、密猟組織の追跡や国境での密輸発見のため、犬の代わりに用いることができる安価な臭いセンサーの開発を促進するよう提案している。

マルハナバチの新しい地域への侵入
   マルハナバチは世界中に棲息しているが、オーストラリアやサハラ以南のアフリカには生息しない。しかし、農産物の受粉のためこのハチの国際取引は盛んに行われており、棲息に適した環境のオーストラリアや南アフリカに急速に拡大することが懸念されている。たかがハチと思われるかもしれないが、受粉対象植物の選択制のため、生態系が破壊され、さらには新しい病原菌を媒介する恐れすらある。

微生物を使う害虫駆除
   農産物に対する害虫駆除に微生物を用いることが普及しているが、今後さらに普及して、穀物や豆類の栽培へと拡大して、殺虫剤に変わることが期待される。この状況を考えると、微生物の生態系への影響に関する研究を加速する必要がある。さらに、温暖化ガス排出への影響についても真剣に検討すべきだ。

砂の採掘による環境破壊
   建築需要の高まりから、山や海での砂や砂利の採掘が急増している。この結果、生物種の絶滅は言うに及ばず、人間の生活環境の破壊による対立を生んでいる。早急に、リサイクル技術や、砂漠の砂の利用技術など、新しい開発が急務だ。

国境のフェンス
   トランプはメキシコ国境に壁を建設することを唱えて当選しているが、国境に設けられたフェンスや壁は、視点を変えると野生動物の移動を大きく制限する。実際、クロアチア固有の狼は、フェンスのために100頭にまで減少したことが報じられている。野生動物の移動を阻害しないフェンスのための研究と技術開発を提案している。

生活廃棄物処理と動物
   生活廃棄物の処理は都市環境にとって最大の問題だが、動物に取っても大きな影響を及ぼすことがわかってきた。たとえば、ヨーロッパのコウノトリは廃棄物中の餌に依存するようになり、渡りをやめている。またトルコやルーマニアのヒグマの生態にも大きな影響が見られている。では、処理場から動物をシャットアウトすればいいという単純な解決は通用しない。何年も同じ場所で暮らしたコウノトリが冬にアフリカに渡れるのか、あるいはヒグマが人間の居住地に侵入しないかなど、緊急に調査が必要だ。

上昇する海洋の風力
   温暖化で海上での平均風力はすでに10%近く上昇しているようだ。この結果、海岸の環境が大きく変わり、生態系が損なわれることが懸念される。ほとんど調査が行われておらず、早急に調査が必要だ。

海上風力発電
   現在、強く安定な風を求めて風力発電が50m以上の水深をもつ海域へと拡大する取り組みが進んでいる。ただ、この施設の生態系への影響はほとんど分かっていない。楽観的な人は、魚礁としての機能を強調しているが、反論も多い。技術開発と並行して早急な調査が必要だ。

生体工学の葉を使ってバイオ燃料を作る
   バイオ燃料というと葉緑素を持った植物からというのが定番だ。最近、太陽光を受けて水を水素と酸素に分解するチップが開発された。この水素をアメリカで開発されたバクテリアに炭酸ガスと一緒に供給すると、アルコールが合成できる。化石燃料への依存を下げる意味で、大きく期待できる技術として推進すべきだ。

リチウム空気電池
   これまでのリチウムイオン電池の10倍の効率を持つリチウム空気電池の開発が加速している。まだ実験段階と言えるが、化石燃料依存を下げるため、ぜひ工業化を加速してほしい。

逆光合成
   逆光合成とは、プラスチックなどもともと石油から作られた材料をもう一度石油に変える技術をさす。最近、光と触媒を使ってバイオマスから石油を作る効率が一段と高まってきた。この、光と触媒技術によるバイオマスやプラスチックからの石油生産は、化石燃料依存性を下げると同時に、環境保護にも貢献できると期待できる。

二酸化炭素の鉱物化
私のHPでも紹介したが(http://aasj.jp/news/watch/5390)、二酸化炭素を水に溶かし、それを地中の玄武岩層に注入して、鉱物として沈殿させる技術の実証実験が行われ、95%の炭酸ガスが2年で沈殿したことが明らかになった。ぜひこの技術のさらなる検証実験を加速すべきだ。

ブロックチェーン技術の導入
   ブロックチェーン技術は、これまで中央集権的であったシステムを、個人同士のネットワークで置き換えることが可能であることは、Bitcoinで証明済みだ。この非中央集権的なブロックチェーン技術を、生態系保護、農業や土地管理に導入することで、生態系保護と土地私有とを両立する可能性を早急に模索すべきだ。

以上が提案で、科学予想とは一味もふた味も違う。科学者の思い上がりと思われる人も多いかもしれないが、私がまったく考えたこともない提案が並んでおり、ぜひ政治家にも読んでほしいと思った。
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1月1日:Natureが依頼した専門家が予想した2017年科学の注目点(12月22日号Nature掲載論文)

2017年1月1日
読者の皆さん、あけましておめでとうございます。今年も、1日も欠かさず論文を一報紹介していきます。乞うご期待。
   昨日はScienceの選んだ2016年のブレークスルーを紹介したので、今日はNatureが専門家に依頼して選んだ2017年科学の注目点についてざっと紹介することにした(Nature 541, 14-15: doi:10.1038/541014a)。タイトルは「2017 sneak peek: What the new year holds for science (2017年の予告:科学にとって2017年はどんな年だろう)」

Rough sea for climate荒れる気候温暖化問題

言うまでもなくトランプが大統領になり、アメリカがパリ協定を無視する方向に動くと予想される今年こそ、最大の温暖化ガス排出国中国のリーダーシップが問われるだろう。今年中国が予定している排出枠割り当て制度の導入は注目される。幸い、温暖化ガスの排出自体は減ってきている。また、南氷洋の吸収能力のロボット調査が今年示される。

Political hangover(政治の後遺症)


  昨年はBrexit, Trump選出と科学界にとってはショックの年だった。トランプが大統領に就任する今年は、気候や地球に関する研究プログラムを骨抜きにし、ヒトES細胞研究を再び禁止するだろう。フランス、ドイツと選挙が続く今年も予想のつかない年になるだろう。

Return to sender(宇宙から資料が地球に戻る)

  中国の嫦娥五号により1970年アポロ計画以来2度目になる月のサンプルが地球に持ち帰られる。今回は2Kgのサンプルが採取される。また今年、20年宇宙を飛行したカッシーニがついに土星の内側の輪を突破する。衛星がくだけ散る前に土星の大気についての情報が送られることが期待される。

The world within (内なる世界)
   体内の細菌叢についての研究がさらに加速する。細菌叢が脳の発達や発がんに影響するのか?今年も多くの結果が報告されると期待される。

Genetic competition(遺伝競争)   CRISPR-Cas技術について争っているカリフォルニア大学バークレー校とβロード研究所との裁判の判決が出る。この特許を破る目的で開発された中国のNgAgoは再現ができず、浮くか沈むかの瀬戸際にあり、今年中に決着がつくだろう。英国ではミトコンドリア置換による生殖補助医療が認められた。今年も、遺伝学は世界を騒がせそうだ。

Quantum supremeacy(量子が時代を席巻する)

   まず量子コンピュータがこれまで解けなかった問題を解決すると期待される。中でもグーグルのD-Waveは競争のトップを走っている。これ以外に、マイクロソフトは粒子の運動の情報を使うより安定な位相量子コンピュータを少なくとも今年には発表すると言っている。

Illuminating the dark(暗黒を照らす)


  世界の9箇所の電波望遠鏡が協力してブラックホールの向こう側を見る計画が進行しており、一般相対性理論を検証し、ブラックホールの秘密を照らすと期待される。もちろん重力波観察施設からの新たな報告も期待される。
Wonder Materials(驚異の物質)

  新しい灰チタン石ベースの太陽電池の商業利用が始まる。また、X線のでない電子線レーザーがドイツで稼働し、化学反応がこれまで以上に詳しく解析できると期待される。

Big Blue(海洋環境)

   ロス海での漁業と鉱業開発が禁止され、その効果に注目が集まる。一方、世界最大の氷山は1983年以来最小になる。サンゴ礁で続けられている観察により、なぜ影響が場所によりまちまちなのか明らかにされることが期待される。

T cells fight back (T細胞が戦いに戻る)

   このHPでも紹介したCAR-T(http://aasj.jp/news/navigator/navi-news/2309) よるガン治療がFDAの認可を経て市場に出る。

Planet nine(9番惑星)

  12月NASAの探査機が打ち上げあげられ、2万年周期で太陽を回る幻の9番惑星の存在が明らかになるのではと期待が集まっている。

今年も面白い論文に出会えそうだ。
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12月31日:サイエンスが選んだ今年のブレークスルー(12月22日Science掲載記事)

2016年12月31日
   年末恒例になっているが、Scienceが2016年に発表された論文の中から、10のブレークスルーを選んでいる。どこかのメディアが、今年のブレークスルーのリストを紹介しながら、内容を開設せず我が国からも2グループが選ばれたことだけを報じて、見識の低さを露呈していたが、大晦日、自分なりの感慨も加えて紹介することにした。
選ばれたブレークスルーは、天文学2、人工知能1、材料工学1、有機化学1、そして生命科学5だ。選ばれた分野の論文は全て手元にあるが、専門外の5分野はScienceの紹介記事自体の紹介に留め、生命科学については原典の論文や私がホームページで紹介した記事を参照しながら紹介する。

私の専門外の5分野

1、 The cosmos aquiver(宇宙の震え)
     他の研究とは別枠にして紹介されている。今年、アインタインの一般相対性理論から導かれる重力波が、レーザー干渉重力波天文台で初めて観察されたことに始まる、物理学、天文学分野での興奮の波の広がりが紹介されている。今後は、同じ観察が再現されるかが重要だが、これにはイタリアや我が国(建設中)の観測施設の稼働が重要と結論している。これに加えて、ブラックホールや重力波生成に関わると考えられる粒子アキシオンなどに関する新しい研究が進むのではと期待を表明している。

2、 The exoplanet next door(近くの太陽系外惑星)
    太陽系からもっとも近くにある恒星プロキシマ・ケンタウリからの光の観測により、この周りを11日周期で回っている地球の1.3倍の大きさを持つ惑星が、国際チームによる発見され、分析された。表面の温度は水が液体を保てる範囲にとどまっていることから、人類が生存可能か、あるいは生命も存在するのではと大きな期待が高まっている。ただ、直接観察ではなく、様々な計測による間接的観察であるため、より詳しい研究には新しい望遠鏡の設置が必要になる。興奮は大きいようで、観測のために小さな宇宙船を送ったり、あるいは宇宙望遠鏡の計画を始めた民間団体もあるようだ。

3、 Artificial intelligence ups its game (人工知能の出番がきた)
っっっvNatureに出版されていたとは気づかなかったが、今年囲碁のチャンピオンを負かしたと大騒ぎになったグーグルの囲碁・人工知能AlphaGoについての論文が出版された。AlphaGoはチェスで有名なDeep Blueと異なり、いわゆる今流行りの深層強化学習を用いた人工知能で、数多くの対戦を学習して広い視野で現状を分析できる「value network」と、次の一手を決断する「policy network」から構成されている。最初の論文では、ヨーロッパチャンピオンが全く歯が立たなかったことを報告しているが、今や勝てる人間はいるのか?に興味が移っていると言っていいだろう。ただこの技術は囲碁にとどまらないことは確かだ。しかし、DeepBlueはIBM、そしてAlphaGoはグーグルと民間主導でAIが進むとき、官主導だけが突出している我が国はついていけるのだろうか?

4、 Protein by desing(タンパク質をデザインする)
    タンパク質にとどまらず、様々な有機化合物をデザインすることは、有機化学の夢だ。今年のノーベル化学賞もマイクロマシーンに送られた。今回のScienceの紹介では、小さなペプチドブロックを使って、思い通りの形態をもつタンパク質をデザインすることに成功したワシントン大学からの論文(Nature vol 535, 136)が紹介されている。この論文では、3種類のアミノ酸が組み合わさったペプチド300種類の結晶解析から20面体の構造をもっとも形成しやすいペプチドを特定し、これを部品として様々な構造が作れることを示している。この方法を用いて顕微鏡で輝度を測定するためのスタンダードになる蛍光キャンドルを作っている。ただ、どこまで広がるのか、酵素活性を持つ構造がこの方法でできるのかはすこし疑わしい。おそらく、他のタンパク質を安定化したりするためのマトリックスとしての用途に限られるのではないだろうか。

5、 Metalenses, megapromise(メタレンズの大きな希望)
    回折の生じない、光の波長より小さな格子を用いて光をコントロールする技術は、レンズに変わる新しい可能性を開こうとしている。特に、電子チップ合成で培った製造技術を用いることで、安価で高性能なレンズを作ることが可能になる。紹介されている論文では、405,532,660nmそれぞれの波長で170倍の像を形成させることに成功したメタレンズを報告している。素人の私にも、大きな可能性を感じさせる論文だ。我が国の光学分野の蓄積を脅かす可能性がある。

生命科学分野

1、 Killing old cells to stay young(古い細胞を殺して若さを保つ)
   これについては私のHPで「老害」というタイトルで紹介しているので内容はこの記事を参考にしてほしい(http://aasj.jp/news/watch/4819)。老化して細胞分裂を抑える分子を発現する細胞を常に除去すると、寿命が3割伸びるという話だ。私から見ると、素朴な発想の勝利といった論文だが、生物だけでなく、私たちの社会でもこの問題を真剣に考える時がきているように思う。
2、 Mind-reading great apes(心を読む類人猿)
   この論文もHPで紹介している(http://aasj.jp/news/watch/5895)。類人猿の視線を追跡する技術を用いて、類人猿もTheory of Mind、すなわち他人も自分と同じように考える、すなわち心を持っていることを考える能力を持つことを証明した論文で、熊本にある京大チンパンジー施設と、ドイツライプチッヒのマックスプランク研究所の両方で同じ実験を行い、長年の問題を解決した。確認のための研究は必要だが、次の課題は類人猿も利他的行動を取れるかに映るような気がする。
3、 Mouse eggs made in the lab(マウスの卵子を試験管内で形成できる)
   多能性幹細胞から試験管内で生殖細胞を分化させる研究が加速している。この分野は、京大の斎藤さん、またそこから独立した林さんたちがリードしており以前2度紹介したことがある(http://aasj.jp/news/watch/2646)。今回取り上げられたのは、試験管内で受精させると発生して子供を作る能力を持った卵子を試験管内で誘導したという話だ。同じく今年、中国のグループにより顕微受精で子供を作る能力のある精子の誘導が報告された(http://aasj.jp/news/watch/4921)。すなわち、オス、メス両方の生殖細胞を試験管内で誘導するというゴールが達成されたことになる。
   すでに英国留学中の入江さんがヒトES細胞から始原生殖細胞の誘導に成功しており(http://aasj.jp/news/watch/2646)、ヒトでどこまで研究が許されるのか、クリスパー以上に議論が必要になったと思う。
   私がまだ特定胚及びヒト胚研究の専門委員会座長を勤めていた頃、斎藤さんから意見を聞き、実験動物で試験管内だけで機能的な生殖細胞ができた時点で議論がもう一度必要だと思ったが、そのことを改めて思い出した。
4、A single wave of migration from Africa peopled the globe(アフリカからの一回の移動で人類は世界に広がった)
   この論文も私のHPで紹介している(http://aasj.jp/news/watch/5824)。人類がアフリカ起源だとすると、もっとも遠くまで移動した民族がオーストラリアに暮らすアボリジニなる。これまで、アボリジニは他の人類より少し早くアフリカから移動したのではないかという考えがあったが、アボリジニのゲノム研究は明確にこれを否定した。結論としては、アボリジニも7万年前にアフリカから移動した共通の先祖に由来し、5万8000年前にユーラシアの他の民族から分離したことがわかった。ゲノム研究のおかげで、人類起源についての夢はますますふくらむ。さて来年は何が出てくるのか楽しみだ。
5、 Genome sequencing in the hand and bush(ゲノム配列決定が手に乗る機械で可能になり野外で利用できる)
   MiniOnと呼ばれる手のひらに乗る大きさの使い捨て塩基配列決定装置が英国の会社から提供され始めたことは2014年の暮れに私のHPで紹介した(http://aasj.jp/news/watch/2646)。正確さなど、様々な問題はあっても、安価、使い捨て、しかもラップトップコンビュータとつないで配列決定ができる手軽さは、全く新しい分野を開く。実際、宇宙でゲノム解析が行えることが証明されているし、将来は中学や高校の教育現場にさえ登場するだろう。これを証明する論文が今年2月Nature(vol 530, 229)に発表された。国際チームがエボラウイルスの流行するアフリカでウイルスゲノムの進化を解析した研究で、野外で簡単に解析ができること、さらには使い捨てであることの利点が最大に行かせることを示している。ゲノム研究はついにあらゆる人の手元に来たことを実感させるブレークスルーだ。 以上、来年ももっと多くのブレークスルーを期待しているし、生命科学については続けて紹介していきたいと思っている。
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12月30日:DNA紐のたたまれ方を読み解く(Natureオンライン版掲載論文)

2016年12月30日
   2m近くに達する48本のDNA鎖が数ミクロンの大きさの核の中に畳み込まれていることを考えるたびに、38億年の進化の力に改めて驚く。しかも、折りたたまれることにより、ゲノムはただの記録テープではなく、構造化された記憶媒体になっている。このことが一番よくわかるのはHox遺伝子群で、体のプランが遺伝子の並びに表象されている。これは脳の表面の感覚野や運動野に私たちの身体がホムンクルスとして表象されるのと同じだ。
   この驚きを経験すると、当然核内のDNA3次元マップを作りたくなる。例えば今年1月4日に紹介したジャクソン研究所からの論文(http://aasj.jp/news/watch/4671)は、DNAが折り曲がる場所に結合するCTCF結合部位を調べて、この地図を作ろうとするものだった。これにとどまらず、隣接するゲノム領域を特定する方法が開発されてからのゲノムの3次元構造に関する研究の進歩は目をみはる。ただ、これまでの方法はかなり距離が離れた領域同士の結合を調べるのには適していたが、ヒストンに巻きついた近接したDNA同士の関係は教えてくれない。すなわち、ビルの中の通路を遠くから俯瞰することはできても、実際に歩いて感じる距離感がわからないのと同じだ。
   今日紹介するスタンフォード大学からの論文はこの隙間を埋める方法を使って、ヌクレオソーム1−3個分の領域間の関係を明らかにした研究でNatureオンライン版に掲載された。タイトルは「Variable chromatin structure revealed by in situ spatially correlated DNA cleavage mapping.(細胞内で空間的に関係しているDNAを切断法で調べることでクロマチン構造の可変性が明らかになる)」だ。
   DNAはヌクレオソームと呼ばれるヒストンに巻きついている部分と、巻きついていない部分に分かれる。また、折りたたまれ方により、隣接するヌクレオソームの距離も変化する。この小さな構造を明らかにするため、著者らは1998年に開発されたDNA切断法でヌクレオソームを分類する方法を採用する。
   この方法では生きた細胞に高エネルギーγ線を照射して、まずDNAを切断する。この時、DNA鎖が直接切れるだけでなく、水分子にエネルギーが添加され、そこで発生するOHラディカルが3-4nmに存在する糖鎖と反応してDNA切断する。後者の場合、一つの水分子の近くのDNAだけが一本鎖切断されることから、例えばヒストンに巻きついている時隣り合っている領域、あるいはヌクレオソームの結び目、さらにはヌクレオソームが強く畳まれることで近接した1−2個離れたヌクレオソーム上のDNAなどが同じイベントにより切断される。それぞれでは、78nt,177nt,373nt程度の大きさの一本鎖断片が生成されることから、ヌクレオソームがどのような構造に組み込まれていたかを詳しく知ることができる。実際には、6種類の微視的な構造が定義できている。
   あとは、この構造と、エピジェネティックマッピング、あるいは3Dマッピングと対応させて、微視的な構造とエピジェネティックス、あるいは巨視的な構造との関係を明らかにしている。詳細については割愛するが、例えば同じ抑制型のヒストンコード、H3K9me3とH3K27me3では、373型の断片のでき方が全く違うことを発見しており、コンパクションの度合いがH3K9me3ではるかに高いことがわかる。また、転写されるためのアクセス可能性のヌクレオソーム構造も明らかにしている。
   今後、他の方法と合わせて、より精緻な3D−DNAルートマップが完成するだろう。1998年の方法を発掘したことにも感心した。
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