近年、ヒト腸内細菌叢（Human Gut Microbiota, HGM）が薬物や栄養素の代謝において重要な役割を果たすことが認識されるようになってきました。腸内細菌叢は、経口薬の生物学的利用能に影響を与えるだけでなく、その代謝酵素を介して薬物や生物活性分子の生体変換（biotransformation）に関与し、薬物の薬物動態や薬力学特性に影響を及ぼします。しかし、腸内細菌叢の複雑さや個人間の差異により、特定の微生物が薬物や栄養素の代謝に果たす具体的な役割を特定することは依然として大きな課題です。この問題を解決するため、研究者たちはGutBugDBを開発しました。これは、ヒト腸内細菌叢が媒介する生物および異生物質（xenobiotic）分子の生体変換を予測するためのオープンアクセスのデジタ...

T細胞受容体（TCR）は適応免疫システムにおいて重要な役割を果たしており、特定の抗原エピトープ（epitope）に結合することで病原体を認識します。TCRとエピトープ間の相互作用を理解することは、免疫応答の生物学的メカニズムを解明し、T細胞を介した免疫療法を開発する上で極めて重要です。しかし、TCRのCDR3領域がエピトープ認識において重要であることは広く認められているものの、特定の疾患や表現型に関連するTCR-エピトープ相互作用を正確に予測する方法は依然として課題となっています。この問題に対処するため、研究者たちはEpicPredを開発しました。これは注意メカニズムに基づく多インスタンス学習（Multiple Instance Learning, MIL）モデルであり、がんやCOVID-1...

学術的背景 シーケンシング技術の急速な進展により、科学者たちは大量のタンパク質配列データを取得できるようになり、その中には多くの酵素配列も含まれています。しかし、京都遺伝子とゲノム百科事典（KEGG）やBRENDAのような大規模な酵素データベースが構築されているにもかかわらず、多くの酵素の配列情報は依然として欠落しています。これらの配列情報が欠如している酵素は「オーファン酵素」（orphan enzymes）と呼ばれています。オーファン酵素の存在は、配列類似性に基づく機能アノテーションを著しく妨げ、配列と酵素反応の間の関係を理解する上で大きな空白を生んでいます。 オーファン酵素の問題は、配列情報の欠如に限らず、生物学的プロセスの理解にも影響を及ぼしています。例えば、ヒト腸内細菌叢における多く...

プラスミド（plasmid）は、細菌の染色体DNAとは独立した小型の環状二本鎖DNA分子であり、水平遺伝子伝達（horizontal gene transfer）を通じて宿主細菌が抗生物質耐性や金属耐性などの有益な特性を獲得するのを助けます。一部のプラスミドは、複数の微生物間で転移、複製、または持続することが可能であり、これらは広宿主範囲プラスミド（broad-host-range plasmids, BHR plasmids）と呼ばれます。BHRプラスミドの宿主範囲を正確に予測することは、プラスミドがどのように細菌の進化を促進し、耐性遺伝子を広めるかを理解するだけでなく、組換えベクターの開発においても重要な意義を持ちます。しかし、現在のところ、BHRプラスミドの詳細な宿主範囲ラベルを提供す...

学術的背景 DNAシーケンスアラインメントは、ゲノム解析における中心的な課題であり、短いDNA断片（リード）を参照ゲノム上の最も可能性の高い位置にマッピングすることを目的としています。従来の方法は通常、2つのステップに分かれています。まずゲノムをインデックス化し、次に効率的な検索を行ってリードの可能性のある位置を特定します。しかし、ゲノムデータの爆発的な増加、特に数十億塩基対の参照ゲノムを扱う場合、従来のアラインメント方法は計算効率と精度の面で大きな課題に直面しています。近年、Transformerモデルが自然言語処理（NLP）分野で成功を収めたことから、研究者はこれをDNAシーケンス解析に応用しようとしています。これまでの研究では、Transformerモデルが短いDNAシーケンスの分類タ...

タンパク質の三次元構造はそのアミノ酸配列によって決定され、タンパク質の機能はその三次元構造に大きく依存しています。タンパク質の側鎖構造（side-chain conformations）は、タンパク質の折り畳み、タンパク質-タンパク質相互作用、およびタンパク質設計（de novo protein design）において重要な役割を果たします。正確にタンパク質側鎖の構造を予測することは、タンパク質の折り畳みメカニズムを理解し、新しいタンパク質を設計し、タンパク質相互作用を研究するための鍵となります。しかし、従来の物理ベースのモデル（physics-based modeling）は、経験的なスコアリング関数（empirical scoring functions）、離散的なロタマーライブラリ（d...

学術的背景 低温電子顕微鏡（Cryo-EM）は、タンパク質などの巨大分子の構造を解析するための重要な実験技術です。しかし、Cryo-EMの有効性は、低コントラストや構造の異質性などの実験条件によって引き起こされるノイズや密度値の欠損によってしばしば制限されます。既存のグローバルおよびローカルな画像シャープニング技術はCryo-EM密度マップの改善に広く使用されていますが、より正確なタンパク質構造を構築するためにその品質を効率的に向上させることには依然として課題があります。この問題を解決するために、研究者はCryoTenという3D UNETR++スタイルのTransformerモデルを開発し、Cryo-EM密度マップの品質を効果的に向上させることを目指しています。 論文の出典 この論文は、Jo...

研究背景 遺伝子制御ネットワーク（Gene Regulatory Networks, GRNs）は、細胞内の複雑な生物学的プロセスを理解するための重要なツールです。それは転写因子（Transcription Factors, TFs）と標的遺伝子間の相互作用を明らかにし、遺伝子の転写プロセスを制御し、細胞の挙動を調節します。単細胞RNAシークエンシング（single-cell RNA-sequencing, scRNA-seq）技術の発展により、研究者は単細胞解像度で遺伝子発現データを取得できるようになり、これがGRNsの推論に前例のない機会を提供しています。しかし、scRNA-seqデータのスパース性と高い変動性は、GRNsの推論に大きな課題をもたらしています。 現存のGRN推論手法は主に...

癌は世界的に死亡の主要原因の一つです。近年、免疫療法が著しい進展を遂げ、例えばキメラ抗原受容体T細胞（CAR-T）療法や抗体薬物複合体（ADCs）の成功が挙げられますが、がん特異的な表面タンパク質の標的を効果的に識別することは依然として大きな課題です。表面タンパク質の標的の識別は、精密で低毒性の免疫療法の開発にとって重要です。RNAシーケンシングやプロテオミクスなどの既存の技術は、これらの標的を分析するのに役立ちますが、最適な免疫療法の標的を体系的に優先選択する方法が不足しています。 この課題に対処するため、Children’s Hospital of Philadelphia、Drexel University、BC Cancer Research Instituteなどの研究チームは、I...

背景紹介 タンパク質の翻訳後修飾（Post-Translational Modifications, PTMs）は、遺伝子転写、DNA修復、タンパク質相互作用などの細胞活動を調節する重要なメカニズムです。その中でも、システイン（Cysteine）は希少なアミノ酸であり、そのチオール基（Thiol Group）を介して多様なPTMsに関与し、特に酸化還元平衡やシグナル伝達プロセスにおいて重要な役割を果たしています。S-スルフヒドル化（S-Sulfhydration）は重要なPTMの一つであり、心血管疾患や神経疾患の発症と進行に密接に関連しています。しかし、S-スルフヒドル化の具体的なメカニズムは未解明であり、特にその部位の識別において大きな課題が残されています。 従来のS-スルフヒドル化部位の...