高効率で包括的なゲノム編集ツール：多重ドロップアウトスクリーニングのための効率的で校正されたPrime Editingプラットフォーム ゲノム編集の分野において、Prime Editing技術はその正確性と柔軟性のために高く評価されています。この方法は、二本鎖切断（DSBs）を必要とせず、ゲノム上で正確な単一塩基置換や小規模な挿入・欠失の修正を直接的に実現できます。しかし、大規模な機能ゲノム学研究においてPrime Editingを活用するには、効率の低さと不安定さという課題があります。この課題に対応するため、Princeton UniversityやUniversity of California San Diegoなど複数の研究機関による研究チームが、高編集効率を持つPrime Edit...
大規模言語モデルを用いた遺伝子集合機能発見の探求：GPT-4の優れた性能 学術的背景 機能ゲノミクス（functional genomics）の分野では、遺伝子集合の富化解析（gene set enrichment analysis）が遺伝子の機能と関連する生物学的プロセスを理解するための重要な方法となっています。しかし、現在の富化解析はGene Ontology (GO) などといった文献に基づいて整理された遺伝子機能データベースに依存しており、これらのデータベースには不完全性や更新の遅れといった課題があります。このため、多くの遺伝子集合が従来のツールでは効果的に解析できず、これらの未定義の遺伝子集合が新たな生物学的知識の源泉となる可能性があります。 こうした背景のもと、近年、生成型人工知...
自然行動における多モーダル神経記録及び操作のためのオープンプラットフォーム「ONIX」 研究背景と意義 近年、神経科学分野において、大規模神経集団の記録技術と動物行動の研究において大きな進展が見られました。しかし、これら2つの要求の間には常に矛盾が存在しています。高品質な神経データを得るため、頭部を固定した実験法が多く採用されてきましたが、これは動物の自然な行動を制限しています。しかし、多くの研究により、自然行動における神経活動は固定実験での行動とは顕著に異なることが示されています。例えば、運動行動が主に感覚処理に用いられると考えられていた脳の領域の活動に影響を与えること、さらに固定状態と自由行動状態では学習戦略にも明確な違いがあることが分かっています。これらの発見は、社会的相互作用、学習、...
微小流体チップを用いた自動化胚胎性決定技術 学術的背景 卵用鶏の養鶏業において、ふ化直後に雄性ヒナを殺処分するというのは一般的な慣行です。雄性ヒナは卵を産むことができず、また高品質な肉を提供できないためです。毎年、EUでは約3億7200万羽の雄性ヒナがふ化後に殺処分されています。この慣行は動物福祉や倫理的な問題を引き起こし、ドイツ、フランス、イタリアなどの複数のヨーロッパ諸国ではこの行為を禁止する法律が制定されました。この問題を解決するために、胚胎性決定（in ovo sexing）が最も有望な代替案とされています。しかし、現在の胚胎性決定技術は高精度（>98%）、低コスト、胚への干渉の軽減、すべての卵殻の色への適用性、そして毎時2万個を超える卵の処理という要求をすべて満たすことはできていま...
単分子光学トラップ技術が小分子活性剤とPR65タンパク質の結合メカニズムを解明 学術背景 タンパク質ホスファターゼ2A（PP2A）は、重要な細胞シグナル調節酵素であり、その機能不全は多くのがんおよび慢性疾患（アルツハイマー病や慢性閉塞性肺疾患など）と密接に関連しています。そのため、PP2Aの再活性化はこれらの疾患に対する治療戦略として重要とされています。近年、小分子活性剤（SMAPs）が開発され、PP2Aの足場サブユニットPR65に直接結合し、その機能を回復させることが報告されています。しかし、PR65と小分子活性剤の結合メカニズムおよびタンパク質構造への影響は明確ではありません。この問題を解決するため、研究者たちは単分子光学トラップ技術（NOTs）と分子動力学シミュレーション（MD）を活用...
持続的なレボドパモニタリングのための工学的直接電子移動酵素の開発 背景紹介 パーキンソン病（Parkinson’s Disease, PD）は、黒質のドーパミン作動性ニューロンの喪失と、神経細胞内でα-シヌクレインが凝集したレビー小体が広く分布することを特徴とする、世界中で数百万人に影響を与える慢性的な神経変性疾患です。レボドパ（levodopa）はPD治療における主要な薬剤であり、運動症状を緩和する効果がありますが、その治療ウィンドウが非常に狭いため、不適切な投与は吐き気や運動障害、または症状再発といった深刻な副作用につながる可能性があります。この問題は、リアルタイムでのレボドパモニタリングの必要性を一層高める要因となっています。しかし、現在の技術では、レボドパを高感度かつ高特異的に検出す...
紙ベースセンサーの抗生物質耐性細菌検出における進展 背景紹介 抗生物質耐性（Antimicrobial Resistance, AMR）は、現代の世界的な公衆衛生が直面している主要な課題の一つです。抗生物質の広範な使用と乱用により、ますます多くの細菌が抗生物質に対して耐性を持つようになり、従来の治療法が無効となっています。世界疾病負担研究（Global Burden of Disease Study）のデータによると、2019年には世界で約770万人が細菌感染で死亡し、その多くが抗生物質耐性に関連していました。抗生物質耐性細菌の急速な拡散は、医療コストを増加させるだけでなく、入院期間を延ばし、死亡率を著しく引き上げています。そのため、抗生物質耐性細菌を特定するための迅速で正確かつ経済的な検出...
電気インピーダンス分光法を用いたブドウ膜黒色腫の早期検出 学術的背景 ブドウ膜黒色腫（Uveal Melanoma, UM）は、成人において最も一般的な原発性眼内悪性腫瘍であり、高い侵襲性を持ち、視力喪失や生命の危険をもたらす可能性があります。早期発見と適切な治療は、視力の保護と死亡率の低下に極めて重要です。しかし、多くのUM患者は腫瘍が大きくなるまで明らかな症状を示さないため、早期診断が非常に困難です。現在の診断方法（眼底検査や超音波画像など）は有効ですが、専門的な設備と技術を必要とし、大規模なスクリーニングには適していません。そのため、簡便で非侵襲的な早期検出方法の開発が重要です。 電気インピーダンス分光法（Electrical Impedance Spectroscopy, EIS）は...
ヒト脳内のGABAA受容体構造の解明：画期的な研究 学術的背景 GABAA受容体（γ-アミノ酪酸A型受容体）は、脳内で最も重要な抑制性神経伝達物質受容体の一つであり、ニューロンの高速な抑制性シグナル伝達を調節しています。これらの受容体は、てんかん、不安、うつ病、不眠症などの疾患の治療における重要な薬物ターゲットであるだけでなく、麻酔薬の作用機序の研究にも広く利用されています。GABAA受容体は19種類の異なるサブユニットから構成され、五量体のリガンド作動性イオンチャネルを形成します。これまでの研究では、組換え発現やマウスモデルを用いてGABAA受容体の構造と機能の一部が明らかにされてきましたが、ヒト脳内の天然GABAA受容体のサブユニット組成と三次元構造は依然として不明でした。特に、ヒト脳内...
ドーパミンによる雄マウスの攻撃行動の経験依存的な調節メカニズム研究 学術的背景 攻撃行動は動物界において普遍的に見られる社会的行動であり、縄張りの防衛、資源の競争、配偶者の保護に不可欠です。ドーパミンが攻撃行動の調節に重要な役割を果たすことは広く研究されていますが、その具体的な神経メカニズムは未だ明確ではありません。これまでの研究では、ドーパミン受容体拮抗剤が人間の攻撃行動を抑制するために使用される一方、ドーパミンレベルの上昇（アンフェタミンなどの薬物による）は攻撃性を増加させる可能性があるとされています。しかし、これらの効果は変動が大きく、ドーパミンが攻撃行動において果たす具体的な役割は完全には解明されていません。そこで、本研究は、ドーパミンが雄マウスの攻撃行動において経験依存的に調節され...