AbstractClub - 英文技術専門誌の論文・記事の和文要約 |
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Science March 4 2022, Vol.375
生物の遺伝子修飾は、人工的な合成ゲノムを創ることができる。このような変更は、ゲノムの状況が細胞機能にどのように影響するかという原理を理解するのに役立つと予想されている。しかしながら、ほとんどの劇的なゲノムの動きの影響は不明であり、かって自然界で観察されたことはない。Brooksたちは、遺伝子の状況が遺伝子の発現にどのように影響するかを決定するために、ゲノム内で遺伝子を容易に動かすことのできる酵母の系統を調べた。612の遺伝子変化を調べることで、著者たちは転写物の長さと内容に違いがあることを見いだした。このことは、局所的な遺伝子環境が転写に重要であることを示している。これらの実験から、著者たちは転写に影響を与える明確な規則を決定することができ、結果としてゲノム内で予想可能な変化をもたらすことが出来た。（KU,ok,kh）
三次元空間における仮想の磁場発生源である磁気単極子は、素粒子としては観察されていない。しかしながら、超低温系においては合成単極子が設計可能である。Chenたちは、さらに一歩進んで、ダイヤモンドの窒素空孔中心の量子準位を用いて、磁気単極子の４次元への一般化である合成テンソル単極子の効果を観察した。この研究者たちは、適用するマイクロ波パルスを変調して、テンソル単極子とそのトポロジカル電荷から発生する「磁気的な」場を測定した。（Sk,nk）
分子の結び目を作るための典型的な方法は、金属イオンを使用して、相互に重なり合う配置で配位子鎖を配向させることである。 Ashbridgeたちは、Vernier templating技術を加えて、利用可能な結び目の大きさと複雑さを拡張した。具体的には、彼らは、配位子と金属イオンにおける配位部位の数の間に不一致を導入し、結果として最小公倍数の配位部位からなる会合体に導いた。3：4の化学量論組成は、オレフィン・メタセシスによる閉環後に378原子の三つ巴紋からなる三つ葉を生成した。（KU,MY,ok,kh）
後成的標識であるヒストン3トリメチルリジン4（H3K4me3）と27（H3K27me3）が同時に付いた二価（bivalent）遺伝子は、胚性幹細胞（ESC）で最初に観察された。遺伝子の二価性は、分化の際に遺伝子誘導（導入）動態を促進するためのプライミング機構であると広く考えられてきた。しかしながら、メチル基転移酵素Mll2の除去による二価プロモーターでのH3K4me3の喪失は、遺伝子誘導動態にほとんど影響を与えていない。Zhangたちは、タンパク質BEND3が、数百の二価プロモーターでの最適なH3K27me3占有に必要であり、ESCでのBend3遺伝子の欠失が、二価遺伝子の早期活性化と分化の失敗を引き起こすことを報告している。著者たちは、早期活性化を防ぎ、分化プロセスを保護する機構として、BEND3を介したポリコーム安定化を提唱している。（KU,kh）
はやぶさ2ミッションでは、近傍の炭素質小惑星「リュウグウ」を探査し、地球に持ち帰るためのサンプルの収集を行った。Tachibanaたちは、「はやぶさ2」の２回目のサンプル収集では、その前の衝突実験によってリュウグウの地下から掘り起こされた物質を採取したと述べている。著者たちは、この２つのタッチダウンからの映像を解析することで、小惑星上の小石の形態学的特徴を決定した。地球上でサンプル・リターン・カプセルを開封したところ、タッチダウンした場所からの映像と矛盾のない特性を持つ小石が含まれていることを見出した。これは、それらがリュウグウの表面と地表下の砂や小石の代表的なサンプルであることを示している。（Wt,ok,kj,kh）
重症急性呼吸器症候群コロナウイルス2のオミクロン株は、既存の免疫防御を回避する能力もあるため、世界中で主流となった。Yinたちは、オミクロンのスパイク・タンパク質がどのようにして、既存のほとんどの治療抗体との結合が抑止される一方で、ヒトACE2受容体への結合を維持し、また強めさえするのかを示す構造データを提供している。第１相臨床試験を終了した抗体であるJMB2002は、デルタ株を除いて、オミクロンおよびアルファ、ベータ、ガンマ株を効果的に中和する。構造がこの効果の広さの基礎を示している。（MY,nk,kh）
量子コンピュータの最も有望な応用の１つは、古典的なコンピューターを用いては効率的にシミュレートすることが難しい量子現象のシミュレーションである。時間結晶は、時間的に繰り返され、熱平衡に達することのない独特な物質の量子相である。 FreyとRachelは、57量子ビットを含む最新鋭の量子コンピュータを使用して、この状態を実現した。その実験は、離散時間結晶の真のダイナミクスが量子コンピュータの中に現れることを示している。この研究は、大規模な量子系の量子現象を探索する上で量子コンピュータの威力を強調している。（Wt,ok）
ミバエの１種であるキイロショウジョウバエは、基本的で進化的に保存された生物学的機構を発見するための最高のモデル生物として役立ってきた。単一細胞配列解析の最近の進展とハエという強力な遺伝子解析手段の組み合わせは、さらなる発見に対して大変有望である。Liたちは、580,000の細胞と250以上の注釈つき細胞型を含んだ成体ミバエ全体に対する単一細胞図譜を提供している。頭部と体部の細胞は、15の切り分けられた組織からの細胞型に要約された。徹底的な分析により、稀な細胞型、細胞型特異的な遺伝子サイン、および雌雄差が明らかとなった。この図譜は、ショウジョウバエ属集団に対する単一細胞分解能での遺伝的摂動と異常状態を研究するための資源を提供する。（MY,ok,kh）
脳血管疾患は、死亡と障害の主な原因であるが、正常な人や罹患した人の脳血管系の細胞および分子成分の理解は不完全である。Winklerたちは、成人の脳血管系の細胞分解能での地図を生成した。著者らは、空間的トランスクリプトミクスを用いて、人間の脳内の、分子的に定義された細胞型の予想外に多様な配列の地理的構成を明らかにした。さらに彼らは、若者の脳卒中の主な原因である動静脈奇形で発生する、細胞および分子の変化を調査した。末梢血単球の特殊な亜型は、脳血管系を不安定化させる役割を果たしており、著者たちは治療介入の標的候補を特定した。（Sk,ok）
植物は、必要に応じて新しい部分を育てる有用な能力を持っている。Omaryたちは、トマト植物の根の発生を制御する発生プログラムを分析した（Shaar-MosheとBradyによる展望記事参照）。地下では、側根は一次根の内鞘組織から始まり、一次根の芯柱から分岐する。側根は地上にあるシュートからも始まって、地上でも成長できる。これらのシュート由来の根は、転写因子SHOOTBORNE ROOTLESS（SBRL）によって調節される幹細胞のような状態をとった師部に関係した細胞から成長する。地下の側根と地上のシュート由来の根は、詳細は異なるが、それらの発生は過渡的な細胞状態を調節する一組の転写因子を共有している。（Sh,ok）
睡眠は、レム（REM：急速眼球運動）睡眠とノンレム睡眠で構成され、レム睡眠は通常、ノンレム睡眠期間の後に現れる。しかし私たちは、脳がこれらの状態間を循環する機構を理解していない。Hasegawaたちはファイバー測光法を用いて、扁桃体基底外側部において、ノンレムからレムへの移行前にはドーパミン活性化が増すが、ノンレムから覚醒への移行の前には増えないことを見出した（ArrigoniとFullerによる展望記事参照）。この効果は、扁桃体のドーパミン受容体D2発現ニューロンによって伝えられた。これらのニューロンの人工的な活性化は、ノンレム睡眠からレム睡眠への移行と、覚醒しているマウスにおける脱力発作状態を誘発した。（Sh,kj,kh）
究極の量子領域においてかつてない機会が期待されるために、超低温で分子反応の制御を実現することに大きな関心が払われている。Sonたちは、ナトリウム原子とナトリウム-リチウム分子という、理想的な系を発見した。そこでは、フェッシュバッハ共鳴と低い短距離損失確率の組み合わせが、外部磁場によって制御される反応性衝突の大幅な抑制または増大を可能にする（CornishとHutsonによる展望記事参照）。この研究は、以前の実験と質的に異なる、超低温分子の反応を操作するための方法を提示している。同時に、この方法は、ナトリウム/ナトリウム-リチウム複合体によって提供される特徴的な短距離特性に大きく依存しており、他の系でのさらなる試験が必要である。（Sk,ok,kj,nk,kh）
エチレンは合成樹脂のなかで最も一般的な構成要素であるが、材料の特性を調整するために、重合の際に往々にしてより長鎖のものと混合される。そのため、特別のより長い末端オレフィンの選択的な調製は、活発な研究領域である。Dietelたちは、窒素配位の最適化配位子を持つチタン触媒が、２当量のエチレンを末端オレフィンに付加し、エチル側鎖の付加も行いながら、末端オレフィン主鎖を２炭素分伸長させることができると報告している（Rosenによる展望記事参照）。著者たちは、この選択性が異常に速いβ-ヒドリド脱離に起因すると考えている。（MY,ok,kh）
外部磁場中に置かれた二次元固体の電子は、いわゆるランダウ・エネルギー準位を満たしている。非自明なスピン構造を持つ材料中では、スピン励起（マグノン）が類似のエネルギー準位構造を持つかもしれない。しかしながら、実験でこの効果を示すのは難しい。Weberたちは、非弾性中性子散乱と数値シミュレーションを用い、材料の材料のマンガンモノシリサイド（MnSi）のスキルミオン格子相においてこの効果を実証した。（Sk,ok,kh）
真空は完全な何もない空隙ではなく、むしろ電磁真空ゆらぎで満ち溢れているかたまりである。エネルギー保存則によってそのような状態からエネルギーを抽出することは不可能ではあるが、Appuglieseたちは、サブ波長分割リング共振器における真空場ゆらぎの増強が、高移動度２次元電子気体の量子ホール電子移動に影響を及ぼすことを示している。抵抗値の縦方向の値と横方向の値は共に、量子ホール効果に伴うトポロジカル保護があるにもかかわらず、量子化された値と大きく異なる。これらの結果は、真空揺らぎを操作して外部照射の必要なしに電子系を光電子的に制御できることがあるのかもしれないことを示唆している。（NK,nk,kh）
重症急性呼吸器症候群コロナウイルス2に対して迅速に開発されたワクチンによって、多くの命が救われてきた。パンデミックが続くにつれ、我々は、ワクチン-誘発性免疫の低下と、この免疫を部分的に回避するウイルス変異株に直面しており、それ故に、 追加免疫戦略に関する疑問が生じている。Kakuたちは、アデノウイルス・ベクター・ワクチンChAdOx1で初回免疫と追加免疫するか、あるいはChAdOx1で初回免疫してメッセンジャーRNA（mRNA）ワクチンで追加免疫するかのいずれかによって誘発される免疫を調べた。ChAdOx1は野生型ウイルスのスパイク・タンパク質を発現するのに対して、mRNAワクチンは融合前の高次構造で安定化したスパイク・タンパク質を発現する。mRNAワクチンによる追加免疫は、融合前の高次構造におけるエピトープに応答を集中し、そして懸念される変異株に対する中和活性を全体的に高め、応答の幅を広げた。（KU,MY）
ハナバチは重要な送粉者であり、多くの学習能力、飛行路決定能力そして情報伝達の能力を進化させて餌を探しまわることができるようになった。しかしながら人間活動は、ハナバチの採餌へかなり影響している可能性があり、彼らの生存に影響を及ぼしている。GoulsonとNichollsは展望記事で、神経毒農薬、都会化の多様な影響そして電磁気放射や粒子物質汚染のような新たに発生している懸念事項など、ハナバチの採餌に対する人為起源の影響を議論している。このような圧迫要因の組み合わせは相乗的にハナバチの行動に影響し、彼らの繁殖能力に影響を及ぼしているかもしれない。都会空間における圧迫要因の軽減がハナバチの採餌にいくらかの改善を見せているが、農地における軽減は、はるかに大きな課題を突きつけている。（Uc,MY,ok,kh）
世界中の土壌は、特に乾燥地において、人間活動によりますます劣化してきている。土地の劣化は、土壌の水文学的機能に悪影響を及ぼし、それによって土壌が提供する生態系サービスに悪影響を及ぼす。土壌微生物は、劣化した土壌の回復に重要な役割を果たし、土壌の含水量や他の物理的特性に良い影響を及ぼすことができる。Cobanたちは、土壌の水理学特性、乾燥土壌における微生物の強靭性に基づく水文学的な土壌回復のための有望そうな微生物のグループ、および劣化した土地の長期的な回復のための将来の方策に関する最近の研究について概説した。（MY,kj,nk,kh）