AbstractClub - 英文技術専門誌の論文・記事の和文要約

Science December 17 2021, Vol.374

受動的な遮断 (A passive turnoff)

受動的放射冷却技術は、赤外線の大気の窓を用いて、外の空間を熱のコールド・シンクにすることができる。ただし、この効果は、より温度の高い季節のエネルギー節約に役立つだけの効果である。Wangたち、および Tangたちは、タングステンを不純物添加した二酸化バナジウムの金属-絶縁体転移を用いて、 低温時の放射冷却を遮断することによってこの問題を回避する、窓ガラスと屋上塗装剤を作り出した。この転移は単に温度に依存するため、この効果も受動的に発生する。モデル・シミュレーションは、これらの材料が米国のほとんどの気候帯にわたって一年中エネルギー節約をもたらすであろうことを示唆している。（Sk,kj,kh）

【訳注】
  • 大気の窓：大気の影響が小さく、光の透過率が高い波長域
  • コールド・シンク：通常は放熱に用いられるヒート・シンクを、吸熱用として用いる場合にコールド・シンクとよぶ。（通常の放熱用はホット・シンクともよばれる。）
Science, abg0291, abf7136, this issue p. 1501, p. 1504

脳中の運動系の信号 (Locomotion-related signals in the brain)

我々が空間上のどこにいるかを計算するには、自分の速度に関する継続的な情報が必要である。脳は、移動中にその体がどのくらい速く移動しているかを、どのようにして知るのだろう？ 生きた動物でのカルシウム・イメージング、電気生理学、光遺伝学、細胞追跡、および組織学を用いて、Farrellたちは、将来の運動速度を符号化し、刺激を受けると強力に運動を推進する、げっ歯類の視床下部の乳頭上核中の神経細胞を同定した。これらの運動神経細胞は、空間進路決定を支援する脳領域に広範な軸索を持っているため、この細胞型は速度の情報を必要とする領域にこの情報を選択的に分配している。この（乳頭上）核は、高次認知の中心からの入力と運動核が存在する下流の中脳との間に機能的に配置されている。（Sk）

【訳注】
  • カルシウム・イメージング：細胞内カルシウムの流動を測定し、活動中の神経細胞の（カルシウムイオン依存性の）情報伝達経路を直接観察する手法。
  • 乳頭上核：視床下部にある乳頭体の上部にある小さな領域で、例えば海馬のシータ波に影響を与えることが知られているが、機能はまだよく分かっていない。
Science, abh4272, this issue p. 1492

磁気組織を覗く (Peeking into magnetic textures)

トポロジカル・スピン組織は、頑健な情報キャリアとして有望であり、特定の結晶構造を持つバルク材料で観察されていた。このような材料の1つであるゲルマニウムマンガン(MnGe)は、バルクの状態で異常な組織を示す。Repickyたちはスピン偏極走査トンネル顕微鏡を用いて、MnGe薄膜の表面磁性を研究した。高い空間分解能を達成した結果、彼らはらせん状態と整合する縞模様のような特徴を観察できた。薄膜がひずみによってわずかに湾曲している領域では、磁壁の交差によって、電流/電圧パルスで操作可能な特徴的な閉じたパターンが生じた。(Wt,nk,kh)

Science, abd9225, this issue p. 1484

危険な地勢 (Dangerous terrain)

気候変動が世界の各地域をますます居住不能にすると、非合法な移民が増えそうである。移民はしばしば危険な地域を横断し、彼らが遭遇する環境条件は致死的な可能性がある。Campbell-Statonたちは、野生動物種に対し生理学的に過酷な地域をはっきり直接に予測するのに使われる手法を用いて、米国とメキシコ間の越境の危険性に関する地勢地図を作成した。特に脱水症による高い危険性に関する彼らの予測は、高い移民死亡率の地域と一致した。このような詳細な予測が、これらの悲劇を防ぐのに役立つかもしれない。（Sk,nk,kj）

Science, abh1924, this issue p. 1496

うまく逃れてきたインヒビンB補助受容体が同定された (Elusive inhibin B co-receptor identified)

卵胞刺激ホルモン（FSH）に応答して卵胞に分泌されるインヒビンBは、下垂体-性腺フィードバック・ループにおいて重要な役割を果たしている。このループは下垂体FSH分泌を抑制し、ヒトでは単一の卵胞のみの発生を可能にする。20年以上前、インヒビンAはアクチビン受容体およびインヒビンA特異的補助受容体ベータグリカンに結合することにより特異的な活性を示すことが実証された。Bruleたちは、長い間発見を逃れてきたインヒビンB補助受容体を、膜貫通タンパク質TGFBR3Lとして同定した（Woodruffによるフォーカス記事を参照）。著者たちは、この補助受容体が女性の受胎能力において果たしている決定的な役割を実証しており、このことは、この経路を標的とすることが受胎能力の調節を改善する新しい方法を提供する可能性があることを示唆している。(KU,kj,kh)

Sci. Adv. 10.1126/sciadv.abl4391, 10.1126/sciadv.abn1373 (2021).

量子スクランブル (Quantum scrambling)

相互作用する量子系における情報拡散は、ブラックホールから奇妙な金属に至るまでの幅広い設定に関連している。Miたちは、Sycamore量子プロセッサーを用いて、このプロセスを研究した。彼らは、量子回路を確かな判断ができるように設計することで、演算子拡散と演算子もつれの寄与を分離することができた。ある特別な相関器の平均値と揺らぎを測定することで、これらの別々の寄与を定量化することができた。(Wt,kj,kh)

Science, abg5029, this issue p. 1479

次から次への秩序を達成する (Establishing order, time after time)

物質の新規な相である離散時間結晶の形成は、周期的駆動条件下にある幾つかの多体量子系に対して提案されてきた。Randallたちは、それらの多体量子系として、ダイヤモンド内の窒素空孔中心を取り囲む核スピン配列を用いた。周期的駆動パルス列にこの系をかけ、彼らは、離散時間結晶形成達成の識別特性であると彼らが主張する、駆動周波数の２倍で生じる核スピンの秩序化を観測した。そのような動的制御は、量子系の操作および量子情報通信手順の実行に対して役立つと期待される。（MY,kj,kh）

【訳注】
  • 離散時間結晶：外部から周期的な駆動を物質にかけた場合、駆動周期とは異なる周期で物質中の長距離秩序が変化する、つまり時間方向に周期性を持つ。
Science, abk0603, this issue p. 1474

ラジカル対の量子振動 (Quantum oscillations in radical pairs)

一重項と三重項のスピン状態間の項間交差を含む光誘起ラジカル対のスピン動力学は、鳥類の磁気感覚など自然界でも重要な役割を果たしている。スピン項間交差は、特徴的なコヒーレント振動（量子うなり）を示す量子過程であり、反応動態に反映されるはずである。しかし、それらを実験的に観測することは困難であった。Mimsらは、一重項-三重項項間交差量子うなりを直接的に観測できる光学的読取り技術を開発し、電子ドナー - アクセプター対の光誘起電荷分離状態に対して実証された。本研究は、ラジカル対におけるスピン発展の観測に対して新たな展開を開くもので、生物物理分野のみならず有機太陽電池やそのほかの実用的応用の分野において重要になるであろう。（NK,KU,kh)

Science, abl4254, this issue p. 1470; see also abm9261, p. 1447

窒化物がペロブスカイトの仲間に入る (Nitrides join the perovskite club)

ペロブスカイト構造の材料は、他の用途とともに、太陽電池、蓄電池、超小型機械式駆動装置としてさまざまな用途がある。酸化物、ハロゲン化物、およびカルコゲン化物にはすべて、多数のペロブスカイト構造の材料が含まれている。ペロブスカイト窒化物の例が存在しないことが目立つが、Talleyたちは、何とか1つを合成することができた（Hongによる展望記事参照）。 ペロブスカイト構造のランタン・タングステン窒化物は圧電性であり、さまざまな用途に理想的であることが判明した。ペロブスカイト構造の窒化物は、すでに使用されている多数の窒化物基材の半導体素子と簡単に一体化できるため、非常に魅力的である。（Sk,nk,kj,kh）

Science, abm3466, this issue p. 1488; see also abm7179, p. 1445

実験的な森林生態系の干ばつ (An experimental forest ecosystem drought)

干ばつは、世界の森林生態系の多くに影響を及ぼしつつあるが、干ばつが森林生態系を通して炭素と水の流れに影響を及ぼしているその方法に関する生態系レベルの機構的理解を深めることが困難であった。Wernerたちは全体的に閉じた生態系（アリゾナのBiosphere 2 Tropical Rainforest）で人工的干ばつによる実験的方法を用いた（EisenhauerとWeigeltによる展望記事参照）。著者たちは、干ばつへの生態系規模の植物応答が、異なる植物の機能的グループ（水利用の戦略と林冠における植物の位置で異なる）に依存することを示している。この植物の機能的グループの均衡が、大気中への揮発性有機化合物の放出と同様に、炭素と水の流れの変化を駆動する。（Uc,KU,nk,kj,kh）

Science, abj6789, this issue p. 1514; see also abn1406, p. 1442

ナノ細孔によってアミノ酸を読み取る (Reading amino acids by nanopore)

ナノ細孔技術は、膜に埋め込まれた細孔を通って分子が通過するときのイオン電流の違いを検出することにより、単一分子レベルでの微細な化学的変化の検知を可能にする。その感度はナノ細孔配列決定法においてヌクレオチド塩基を区別するのに十分であり、他にもこの技術の応用は有望である。 Brinkerhoffたちは、ナノ細孔技術に基づく単一分子手法を開発した。その手法において、タンパク質はナノ細孔の狭い構造を通る単一アミノ酸ごとに順次走査され、イオン電流をモニターしてペプチド 骨格に沿ったアミノ酸配列の違いを解読した（BoskovicとKeyserによる展望記事を参照）。ペプチド読み取り装置は、個々のペプチド内の単一アミノ酸の置換を確実に検出することができた。個々のタンパク質は何度も再読み取りができ、結果として多様体の識別において非常に高い読み取り精度を与える。これらのナノ細孔の概念実証実験は、単一分子タンパク質配列決定装置の開発のための有望な基盤を構成する。(Sh,KU,kj,kh)

【訳注】
  • ヌクレオチド塩基：DNA鎖を構成する塩基、アデニン、チミン、グアニン、シトシン。DNAの塩基配列を決定するナノ細孔配列解析装置は既に実現商業化されている。
Science, abl4381, this issue p. 1509; see also abn0001, p. 1443

二酸化炭素に対する疎水性物理吸着剤 (A hydrophobic CO2 physisorbent)

アミンなど、化石燃料燃焼の二酸化炭素（CO2）捕捉用のほとんどの材料は、選択性が高い強い化学吸着相互作用に依存しているが、CO2の遊離のために大きなエネルギー損失を被ることがある。Linたちは、ある亜鉛系金属有機構造体がCO2を物理吸着でき、再生損失をより低くできることを示している。細孔中心のCO2結合部位は、水分子間の水素結合ネットワークの形成を妨げる。この耐久性のある材料は、相対湿度40%でCO2を優先的に吸着でき、150°Cの送気管条件下でその性能を維持する。（MY,kh）

【訳注】
  • 金属有機構造体：さまざまな金属イオンとそれらを連結する架橋性の有機配位子を組み合わせることで組み立てられる内部に細孔を持つ結晶性の高分子構造体。
Science, abi7281, this issue p. 1464

内因性カンナビノイド系を標的にする (Targeting the endocannabinoid system)

内因性カンナビノイド系は、身体全体に多様な機能を持っており、神経の発達、神経細胞の興奮、細胞分裂、代謝、および炎症に影響を与える。内因性カンナビノイド系は、大麻(Cannabis sativa)に見られるΔ9-テトラヒドロカンナビノール（THC）およびカンナビジオール（CBD）を含むがこれらに限定されない植物性カンナビノイドの標的である。展望記事において、Keimpemaたちは、植物性カンナビノイドと合成薬剤が機能するかもしれないその根底となる機構と、それらの潜在的な治療への応用について検討している。いくつかの型のてんかんにおける内因性カンナビノイド調節に対する有望な結果があるが、治療薬として安全かつ効果的に使用する前に、植物性カンナビノイドとその標的への機能的影響について理解しなければならないことがまだたくさん残されている。(KU)

【訳注】
  • 内因カンナビノイド：大麻草（学名：Cannabis sativa）に含まれる生理活性成分の総称名カンナビノイドに対して、内因性のカンナビノイドは身体の中で作られる、マリファナに類似した作用と構造を持つ物質の総称。
Science, abf6099, this issue p. 1449

ガン関連T細胞の連関図表 (An atlas of cancer-associated T cells)

腫瘍の微小環境は、多くのさまざまな種類の免疫細胞を含んでおり、その組成、機能、およ役割は分かっていない。Zhengたちは、300人以上の患者から採取された21のガン型に含まれるT細胞に対して単一細胞RNA配列決定法を用いて、転写産物組成の違いを突きとめ、さまざまなT細胞型の目録を作るのに使うことができた（van der LeunとSchumacherによる展望記事参照）。これらの細胞型のアノテーション（注釈）を行うことで、さまざまな腫瘍型間での特定の型のCD4陽性T細胞とCD8陽性T細胞のさまざまな役割を同定した。連関図表中のこれらのクラスターの幾つかは、T細胞に対する２つの発達経路の証拠を明らかにした。その１つは、「疲弊」T細胞状態への軌跡を示しており、これを理解することは、将来のガン免疫療法の開発に有用であるかもしれない。（MY,kj,kh）

【訳注】
  • CD4陽性T細胞、CD8陽性T細胞：抗原提示細胞からの刺激を受け、ナイーブT細胞から生じた活性型のT細胞。CD4陽性T細胞は、ヘルパーT細胞としてB細胞を活性化し、抗体産生に関わる。CD8陽性T細胞は、細胞障害性T細胞として、ウイルス感染した細胞、ガン化した細胞などの生体に危害を与える細胞の殺傷・除去に関わる。
  • 疲弊T細胞：腫瘍抗原に繰り返し暴露されて活性を失ったT細胞。
Science, abe6474, this issue p. 1462; see also abm9244, p. 1446

ワクチン接種と疾病 (Vaccination and disease)

英国は、重症急性呼吸器症候群コロナウイルス2（SARS-CoV-2）に対する高いワクチン接種率を示しており、成人では80％を超えている。免疫力が低下し、社会的距離が緩和されると、疾病と重症の発生率はより感染力の強い変異株によってどのように影響されるのだろうか？ Elliottたちは、アルファ株（B.1.1.7）がデルタ株（B.1.617.2）に置き換わった際の指数関数的な伝播を示した、REACT-1研究からの逆転写PCRデータを使用した。年齢やその他の変数を調整した後、新たな変異株に対するワクチン有効性は2021年の6月と7月において平均55％であった。夏におけるこの世界的大流行のより遅い進展にもかかわらず、秋における屋内交友の増加が、高水準の成人ワクチン接種にもかかわらず、デルタ株の伝播を持続させているかのように見える。(KU,kh)

【訳注】
  • REACT-1：Real-Time Assessment of Community Transmissionの略で、英国で行われたSARS-CoV-2に対する最大の集団監視研究
Science, abl9551, this issue p. 1463

Giraffeによるパンゲノム解析 (Giraffe pangenomes)

種内のゲノムは、多くの場合、核となる、保存された成分と同様に「パンゲノム」と呼ばれる個人または集団間で多様な遺伝物質群を持っている。ショート・リード技術で配列決定されたパンゲノム間の関係の推論は、多くの場合、その配列を参照配列にマッピングすることによってコンピュター処理される。このコンピュター手法は、ゲノムの組み立てと比較に影響を与え、特に平均的配列領域よりも長い構造多様体の場合、高度に多型の遺伝子座、および異種間分析に対して影響を及ぼす。Sirenたちは、Giraffeと呼ばれる生物情報学的手法を提供している。これは、一塩基多型と構造的多様体を含むゲノムの多型領域におけるパンゲノムのマッピングを標準的コンピュター・リソースで改善し、大規模なゲノム解析をより利用しやすくする。(KU,kj,kh)

Science, abg8871, this issue p. 1461