革命的な自己発電型グルコースモニタリングメカニズム：微生物胞子を利用したマイクロエンジニアリング紙ベースプラットフォーム 学術的背景 糖尿病は、血糖値の上昇を特徴とする慢性代謝疾患であり、心血管疾患、網膜症、腎不全、神経障害などの重篤な合併症を引き起こす可能性がある。2021年の5.29億人から2050年には13億人に増加すると予測される糖尿病患者の数から、効果的な血糖モニタリングの重要性が高まっている。現在の医療技術では糖尿病を完治することはできないが、血糖モニタリングを通じて患者は病状をより良く管理し、合併症を予防することができる。 従来の血糖モニタリングデバイスは、酵素ベースの電気化学センサーに依存しており、高い選択性と携帯性を有するものの、酵素の劣化問題によりその寿命と安定性が制限さ...
ファイバーオプティクスに基づく表面増強ラマン分光法センサーを用いた生鶏肉中の食中毒病原菌の迅速多重検出 学術的背景 食中毒は世界的な公衆衛生上の重大な課題であり、その中でもサルモネラ菌（Salmonella）は主要な病原体の一つです。米国だけでも、年間135万件の感染症、26,500件の入院、420件の死亡が報告されています。国家レベルでの改善目標があるにもかかわらず、米国におけるサルモネラ感染率は過去30年間ほとんど変化していません。特に、鶏肉や七面鳥製品はサルモネラ感染の主要な源であり、サルモネラ症の約23.4%を占めています。米国疾病予防管理センター（CDC）によると、スーパーで販売される鶏肉パッケージの25個に1個はサルモネラに汚染されていると推定されています。サルモネラによる米国へ...
呼吸器マイクロバイオームは小児のRSV感染の重症度と症状の持続性に関連している 学術的背景 呼吸器合胞ウイルス（Respiratory Syncytial Virus, RSV）は、乳幼児の呼吸器感染症や入院の主要な原因の一つです。早産、先天性心疾患、気管支肺異形成症などが重症感染のリスク要因として知られていますが、健康な正期産児でもRSV感染が重症化し、小児集中治療室への入院を必要とし、持続的な喘鳴などの長期的な健康問題を引き起こす可能性があります。RSV感染の重症度は、普通の風邪から呼吸不全を伴う重症細気管支炎まで幅広く、他の宿主要因や環境要因が疾患の重症度を調節している可能性を示唆しています。 近年、複数の研究が、早期の呼吸器微生物群の組成とその後の呼吸器感染症のリスクとの関連を発見し...
SARS-CoV-2の継続的な進化がmRNAワクチン誘導性の体液免疫からの逃避を促進する 学術的背景 2019年末に初めて出現したSARS-CoV-2ウイルスは、継続的な進化を遂げ、複数の変異株を生み出してきました。これらの変異株は、変異を通じてその伝播能力と免疫逃避能力を強化しており、特にワクチン誘導性の体液免疫に対する逃避能力が顕著です。mRNAワクチンはCOVID-19感染、入院、死亡を予防する上で顕著な効果を示していますが、Omicronなどの変異株の出現により、ワクチンの有効性は徐々に低下しています。この課題に対処するため、研究者たちはワクチンの処方を更新し続けていますが、ウイルスの急速な進化は依然としてワクチンの有効性に脅威を与えています。 本論文は、Ragon Institut...
構造ガイドによる選択的カゼイノリティックプロテアーゼPアゴニストの開発：抗黄色ブドウ球菌剤として 学術的背景 黄色ブドウ球菌（Staphylococcus aureus）は、皮膚や軟部組織感染を含む多くのヒト感染症を引き起こす一般的なグラム陽性病原菌です。メチシリン耐性黄色ブドウ球菌（MRSA）の広がりに伴い、抗生物質の使用頻度が増加し、耐性問題が深刻化しています。しかし、抗生物質の開発コストが高く、利益率が低いため、大手製薬会社は抗菌薬の開発に興味を失いつつあります。そのため、新しい抗菌ターゲットの探索と効果的な抗生物質の開発が現在の重要な課題となっています。 カゼイノリティックプロテアーゼP（Caseinolytic protease P, ClpP）は、細菌とヒトにおいて高度に保存され...
早産児の腸内細菌叢と脳症の関係：包括的研究 学術的背景 早産（妊娠37週未満での出生）は、世界中で約10%の妊娠に影響を与える一般的な問題です。早産児は、脳の発達異常のリスクに直面しており、この異常は早産脳症（Encephalopathy of Prematurity, EOP）と呼ばれ、脳性麻痺、神経発達障害、自閉症、精神疾患などの重篤な結果を引き起こす可能性があります。現在、EOPに対する有効な治療法はなく、その一因として、早産と脳の発達異常との間のメカニズムが完全に解明されていないことが挙げられます。 妊娠の第二期と第三期は、脳の発達において重要な時期です。早産およびそれに伴う曝露や疾患は、発達中の脳に損傷や発達不良をもたらす可能性があり、その結果、脳の局所的な成長の障害、びまん性白質...
合成生物学を利用したがん免疫療法：IDO活性の抑制とCD8+ T細胞応答の再プログラミングによるがん免疫療法のための細菌工学 学術的背景 近年、がん免疫療法は大きな進展を遂げており、特にT細胞を活性化することで腫瘍に対抗するアプローチが注目されています。しかし、腫瘍微小環境（Tumor Microenvironment, TME）における代謝適応により、T細胞の機能が損なわれることが多く、免疫療法の効果が制限されています。その中でも、トリプトファン（Tryptophan, Trp）代謝はT細胞の機能において重要な役割を果たしています。腫瘍細胞は、インドールアミン2,3-ジオキシゲナーゼ（Indoleamine 2,3-Dioxygenase, IDO）を発現することでトリプトファンを消費し、...
藍藻-プロバイオティクス共生体による腸管炎症とマイクロバイオーム調節の研究 学術的背景 炎症性腸疾患（Inflammatory Bowel Disease, IBD）は、クローン病（Crohn’s Disease, CD）や潰瘍性大腸炎（Ulcerative Colitis, UC）を含む慢性腸管炎症性疾患の一群です。IBDの病因は複雑で、腸管粘膜バリアの機能障害、腸内細菌叢の乱れ、過剰な免疫応答や炎症性サイトカインの放出が関与しています。現在、IBDの治療は主に抗炎症薬や免疫抑制剤、例えば5-アミノサリチル酸（5-ASA）、コルチコステロイド、腫瘍壊死因子（TNF）拮抗剤に依存しています。しかし、これらの治療法はIBDの根本的な原因を解決するものではなく、長期的な使用により重篤な副作用（例...
微生物集団における栄養共制限の定量化と動的特性 学術的背景 微生物の成長、生理、代謝活動は、資源の可用性によって根本的に制御されています。どの資源が微生物の成長を制限し、どの程度制限しているかを理解することは、微生物学の核心概念であるだけでなく、微生物が生物地球化学的循環に与える影響を予測したり、人体内の病原体を抑制したり、バイオテクノロジーで微生物を培養したりする上でも有用です。単一の制限資源を個別に研究することは可能ですが、微生物が複数の資源によって同時に制限される「栄養共制限」（colimitation）が頻繁に起こるという証拠があります。しかし、栄養共制限を定量化する方法が不足していることや、資源条件に対する体系的なテストが不足しているため、既存のデータは解釈や比較が難しい状況です。...
細菌整流における輸送とエネルギー学の研究 学術的背景 自然界では、多くの生物システムが微小粒子の指向性運動に依存してその機能を実現しています。例えば、分子モーター（キネシンなど）が微小管上を一方向に移動することは、細胞内物質輸送の鍵となるメカニズムです。しかし、この指向性運動の生成メカニズムとそのエネルギー学的特性は、未だ完全には解明されていません。特に非平衡状態のシステムにおいて、非対称な幾何学的構造（例えば漏斗形の障害物）を用いてランダムに運動する活性粒子（細菌など）を指向性運動に変換する方法は、基礎科学的な意義と潜在的な技術応用を持つ研究テーマです。 細菌整流（bacterial rectification）とは、非対称な幾何学的構造（漏斗形の障害物など）を用いてランダムに泳ぐ細菌を指...