Science (AAAS) May 7, 1999, Vol.284

Science May 7, 1999, Vol.284

CO2の水中埋葬(A Watery Grave for CO2?)

大気から二酸化炭素を除去するために、深海に二酸化炭素を注入するという1つの提案がある。Brewerたち(p.943)は、潜水艇を使用して、このアプローチに基づいた幾つかの直接実験を指揮した。そして，CO2と水とが反応して、直ちに水和物（ハイドレート）を形成することを示した。浅い深度 (300メートル)では，CO2水和物は急速に溶解した。より深い深度(3600メートル)では、水和物はよりおそく形成され、そしてゆっくりと溶解した。水和物は、純粋なCO2液体に比べて大きな容積になるという、1つの問題が見つかった。このことは、放出されるCO2を抑えるという試みを厄介にするかもしれない。(TO,Og)

水銀の古温度計(A Mercury Paleothermometer?)

過去4000年間における大気から降り積もった水銀 (atmospheric deposition)に関する詳細な記録が、スペイン北西部の泥炭地から得ることができた。 Martinez-Cortizasたち(p.939,Koenigによるニュース記事参照)は、この泥炭地に保存されていた水銀化合物の種類と量が、主として気温とそして幾分湿度と共に、変化することを示した。この地域において放射性炭素年代で約2500年前に、人為的な水銀の析出が多くなった。そしてそのころ、イベリア半島において水銀の採掘が始まった。(TO,Nk,Og)

小さなスケールにおける組織化 (Small-Scale Organization)

固体に関する化学者は、多くの無機物や多くの多孔質材料を、特定の辺や面で分子多面体どうしを連結したものとして考えている。Breen たち(p.948) は、この考えを敷延して、メゾスケール(mm からcm サイズの）の物体の自己組織化にも適用できることを示している。そのような多面体の特定の面を低融点合金でコートしたポリウレタンからなる鋳型物体が作られた。合金を再溶融するに十分なほど熱い塩の溶液中で攪拌されると、その断片は決まった手順で延伸された固体中で組織化した。キラルな断片は螺旋体に組織化することができた。(Wt)

すべてが足し合わされている(It All Adds Up)

私たちはどのようにして足し算を行なっているのだろう？数や算術記号のイメージを用いているかもしれないし、数や記号を言葉に変換しているのかもしれない。Dehaeneたちは、私たちがそれらのどちらをも行なっているという証拠を、行動的また機能的な脳イメージング実験から明らかにしている(p. 970; またButterworthによる展望記事参照のこと)。ある言語で正確に和を計算することを学んだとしても、第２言語で同じ足し算を行なったり、もとの言語で新しい足し算を行なう際には、大した助けにならない。この知見が示唆するのは、言葉が利用されているということであり、これは主として左半球の活性化が観察されているということと整合している。しかし、概算を行なうのは第２言語においても同じように容易であり、これは、数量が心象となっているという見方や、このタスクを行なっている際に観察される脳の視覚および空間領域の両側性の活性化と整合するものである。(KF)

IL-12を呼び起こす(Calling IL-12)

一酸化窒素(NO)は、感染の間に生成され、免疫応答を変調することのある良く知られた抗菌性分子である。インターロイキン -12(IL-12)は、レーシュマニア症などにおける、細菌や寄生虫への感染に対して、宿主を防御する重要な役割を果たすものである。Diefenbachたちは、2型のNO合成酵素を欠いたマウスがレーシュマニアに対する感受性が高くなると報告している (p. 951)。この動物のナチュラル・キラー(NK)細胞は細胞障害性ではないし、IL-12に応答してインターフェロン-γ(IFN-γ) を産生することもない。NK細胞は微生物への免疫応答における非常に早い時期に、IL-12へ応答してシグナルする(Stat4をリン酸化し、Tyk2を活性化し、IFN-γ産生を誘発する)ためにNO を必要とするらしく、これは直接的に抗菌性をもつというNOの役割とはまったく別の機能である。(KF)

密航の手助け(Releasing the Stowaway)

ジフテリア毒素は、触媒作用をする領域をもつA鎖でできていて、これと対となる、膜貫通(T)領域をもつB鎖の助けを借りて細胞の中に入り込む。B鎖は、毒素の結合とエンドサイトーシスの経路に従っての細胞への侵入とを仲介するものだが、細胞のエンドソームにおいて、低pHによって誘導される立体配置変化をこうむる。このプロセスによって、B鎖は膜を通って膜貫通形態に挿入されることになり、これによってまた、A鎖が膜を通ってサイトゾルへ転位置されることになるのである。このジョイント膜浸透経路の正確な機構は今まではっきりしていなかった。Renたちは、エンドソームの低pH環境において部分的に折り畳まれていない「モルテングロビュール[訳注](molten globule)」を形成するタンパク質が、T領域を、膜会合(membrane-associated)形から実際の膜貫通タンパク質にどのようにして変換するかを示している (p. 955)。この結果が示唆するのは、T領域がA鎖に付き添ってエンドソームの膜を通るようにする、ということである。(KF)
[訳注] モルテングロビュールとはタンパク質の変性過程での中間状態の一種であって、天然状態と同程度にペプチド鎖がコンパクトに凝集し、二次構造を同程度に保つ一方、側鎖原子の運動性は変性状態と同程度に大きいという構造的特徴をもつ。

老フクロウに古い仕掛を教える (Teaching an Old Owl Old Tricks)

メンフクロウ(Barn owl)は、視覚系から入力された空間的地図情報と、聴覚からの入力、及び、聴覚信号の差分情報から計算した地図情報を併用している。もしフクロウの目にプリズムが装着され視覚場が右や左にずらされると、これらの重なった地図も、右や左にずれる；ずれた場所に新たな興奮性神経接続が形成される。 ZhengとKnudsen(p.962;およびStrykerによる展望記事参照)は、この様な眼鏡をかけたフクロウには古い地図情報は引続き存続しているが、神経の抑制によって効果的に古い部分がマスキングされることを示した。更に、このフクロウからプリズムを取り除くと、機能退化が起き、ずれて学習した地図の神経が抑制され、一方抑制されていたもともとの正常な地図が今度は興奮されるようになるように見える。(Ej,hE)

自然な方法に抵抗して(Resisting a Natural Approach)

有害昆虫に対する作物のもつ固有の抵抗性遺伝子操作で変えようとする努力は、桿菌の一種Bacillus thuringinensis Berliner からの天然の細菌性毒素Btを利用して実用化されてきた。昆虫が抵抗性株に適合するように進化すると言う自然の傾向を妨げるための戦略というのは、Btに晒されない、感受性のある昆虫が繁殖できる避難所(refuge)に隣り合わせて高濃度のBt領域を用意することによってなされてきた[訳注]。この戦略は、Btに対する抵抗性をコードする遺伝子が劣性であることを前提にしていた。 Huangたち(p.965)は、ヨーロッパトウモロコシ孔虫（植物に孔を開ける虫の総称）においては、Btに対する抵抗性は遺伝的に優勢であることを発見した。このBt抵抗性が優勢であることの発見によって、Bt発現作物の殺虫値を保持するためには別の戦略を開発する必要性のあることを示唆している。(Ej,hE)
[訳注]自然界ではどんな薬剤にも耐性をもつ昆虫が生じてくるが、それでも実害を最小限に押さえるための戦略についての説明である。まず、high-doseの作物と、Btを生じない作物(refuge)を隣り合わせに栽培する。この距離は、昆虫が自由に行き来できる距離である必要がある。もし、Btに耐性をもつ昆虫が生じてきても（これをＲと記す）、最初は少数であろう。Ｒは、high-doseでもrefugeでも生きられる。しかし、耐性のない昆虫（これをＳと記す）は、Btのない、refugeにしか生きられない。Ｓの個体数は圧倒的に多い。両者が隣り合っていると、ほとんどの場合は、耐性のあるＲは、耐性のないＳと交配する（ＲＳの雑種）。もし、Ｒが遺伝子的に劣性であれば、雑種は耐性を持たないから、耐性のある昆虫が生じてくるのを押さえることができる。

サルモネラ菌をせき止める(Damming Salmonella)

サルモネラ菌は世界中のヒトや動物において胃の疾病や死をもたらす細菌である。ネズミチフス菌(Salmonella typhimurium)の抗生物質に対する耐性は重要で且つ大きな問題である。Heithoff たちは(p. 967、Enserinkのニュース解説も参照)、DNAのアデニン残基をメチル化する酵素であるDNAアデニンメチラーゼ (Dam: DNA anenine methylase)がネズミチフス菌の病原として必須であることを発見した。Damはサルモネラの感染により誘発される遺伝子の少なくとも20の遺伝子の発現を制御している。 Damの内に突然変異を持つ細菌は無毒であり、マウスの野生型細菌による感染に対する保護を誘発しうるので、この遺伝子はワクチンの有望な候補である。この無毒な菌株が抵抗力を提供する能力を持つのは、変異体細菌が腸管粘膜内で増殖するが、他の組織に対し侵入したり定着したりしないからである。(Na)

糖尿病治療の合理的なアプローチ (A Rational Approach to Diabetes)

西側世界の人口のおよそ10%は何らかの程度のインシュリン非依存性糖尿病(NIDDM:non-insulin dependent diabetes mellitus) にかかっており、より効果的な治療法が切望されている。NIDDMはインシュリン耐性に関連しており、インシュリン情報伝達経路に欠陥があるために生じていると考えられていた。薬の開発のアプローチとしてZhangたちは(p. 974、Guraのニュース解説も参照)、細胞ベースのアッセイを用い大量の小さい分子からインシュリンの作用を模倣する化合物の選別を行っている。この選別によって、彼らは、ヒトのインシュリン受容体であるチロシンキナーゼの活性化を選択的に誘発し、様々な生化学的および細胞アッセイの中でインシュリンもどきとして作用する、真菌代謝生成物のL-783と281を同定した。L-783と281の経口投与はNIDDMの2種類のマウスモデルでグルコースのレベルを低下させた。これらの結果は、いつの日か糖尿病治療用のインシュリン経口薬が開発される可能性を示している。 (Na)

グループ努力(Group Effort)

高リン酸濃度環境においては、発芽酵母のPho4タンパク質は５つの異なる部位でリン酸化され、そしてこの因子は標的遺伝子の発現のスイッチが入らないように核から取り出される。KomeiliとO'Shea (p.977)は、タンパク質が色々な部位でリン酸化されてもこれらが１つの包括的機能を果たすのではなく、個々のリン酸化部位が固有な機能を提供しているということを示した。リン酸化されると、２つの部位では核からPho4の搬出が促進され、１つの部位ではタンパク質の搬入を阻止し、標的遺伝子を制御するためのもう１つの転写制御因子と相互作用するために、４番目の部位が必要となる；しかし、５番目のリン酸化部位の役割については未だに分からない。この様に、タンパク質中の複数のリン酸化部位は、多様な段階の制御を行っている。(Ej,hE,SO)

水を記述する(Describing Water)

見かけ上の単純な分子構造にもかかわらず、水のクラスターとその特性を理論的に記述することは、トンネル効果、分極率、水素結合のような効果のため、やっかいなものであった。 Fellers たち (p. 945) は、重水(D2O)2の二量体のマイクロ波、テラヘルツ波、赤外スペクトルを用いて、水の分極可能な対ポテンシャルを決定した。高度な第一原理分子軌道計算を用いて、必要となる水の二量体の固有状態を計算した。このポテンシャルは、水の二量体ばかりでなく、三量体、四量体の特性を厳密に再現している。これは、微妙な効果を除いては、このポテンシャルは、小さなクラスターおよびバルクの両方における水のキー（鍵）となる特性を捉えていることを示唆している。(Wt,SO)

DNAの修復機構(DNA Repair Dynamics)

DNA損傷の多くはヌクレオチド除去修復 (NER;nucleotide excision repair)として知られている複雑なつぎはぎ(cut-and-paste)のメカニズムによって除かれる。生きている哺乳類の細胞内でNERによる核の編成と挙動を研究するために、 Houtsmullerたち(p．958)は修復エンドヌクレアーゼERCC1を緑の蛍光性タンパク質で標識し、その動きを顕微鏡で追跡した。DNA 損傷の無い時には、ERCC1は核内に気ままに拡散している。DNAの損傷が誘発されると、エンドヌクレアーゼの一部がDNAの修復作業を反映して一時的に静止する、。このような結果は、NERの各々の成分がDNA損傷の場に個々独立した形で機械的に集まること、及び巨大なゲノムのセグメントを段階的に走査するというよりもむしろ拡散によって移動するというモデルを支持している。(KU)

７カ月の乳児による規則の学習と神経回路網 (Rule Learning by Seven-Month-Old Infants and Neural Networks)

G. F. Marcusたち(Reports, 1 Jan., p.77)は、「７カ月の乳児は、既知の文章よりも、新規な文章にはより長く注意を向ける」と報告した。Marcusたちは、Dienes,Altmann, Gao. G. T. M.のモデルを引用して、彼らの実験的な構成からは乳児らによって示された違いは「遷移確立や、単純なニューラルネットワークモデルによる高頻度クラスによるシステムによって計数されるだけでは、遂行できない」ことは確かであると述べている。AltmannとZ. Dienesはこれにコメントして、彼らの使ったニューラルネットワークは「報告で述べられたような乳児によって示された抽象化の一般化を正確にモデル化している」のみならず、「それよりずっと複雑なデータ...」もモデル化している、と。Marcusはこれに応答して、報告の中で、この特別なニューラルネットワークモデルを誤解していたことを認めた上で、これの「一般化と信頼性」に疑問を呈している。このモデルを彼自身利用した簡単な実験について述べている。この文章の全文は以下を参照：(Ej,hE)。 www.sciencemag.org/cgi/content/full/284/5416/875a

極めて小さな押し出し機(Nano Extruder)

三元系の金属窒化物は異常な機械的、熱的及び電気的性質を示し、このようなバルクな材料の合成が活発に行なわれている。 BarsoumとFarber(p．937)はCr2GaNを合成し、そして新たな異常な性質を見出した---この材料の表面を磨いた後空気中に１〜2日放置すると、数mm長さのガリウムの微少なフィラメントが結晶の細孔からひとりでに出現してきた。著者たちは酸素、或いは窒素との反応によって結晶格子からガリウムが層間脱離してきた事を示唆している。(KU)