タンパク質設計問題を解決する数学公式を名古屋大学が発見、圧倒的な高速化を実現
タンパク質設計問題を解決する数学公式を名古屋大学が発見、圧倒的な高速化を実現 大学ジャーナルオンライン編集部 名古屋大学大学院の高橋智栄博士後期課程学生らの研究グループは、シミュレーションや実験をせずにタンパク質設計をするための数学公式を世界で初めて導出することに成功した。この数学公式により、膨大な計算量のシミュレーションの必要がなくなり、圧倒的に高速な設計が可能になった。 研究グループは昨年、タンパク質進化に関する新しい仮説と機械学習の手法を組み合わせることで、従来手法に比べて圧倒的に高速なタンパク質設計を実現することに成功していた。今回さらに、複雑系物理学・情報統計力学の理論を適用することにより、シミュレーションが不要なアミノ酸配列の推定のための数学公式を導出することに成功した。 これにより、タンパク質設計にかかる時間を昨年発表した効率的な設計手法を用いた場合より、さらに10分の1 程
アニサキスにスーツを着せてがん治療に、大阪大学が新技術開発
大阪大学大学院の境慎司教授とウィルダン・ムバロク氏（博士後期課程）らの研究グループは、アニサキスなどの線虫表面を生きたまま、スーツを仕立てるように柔軟な薄膜でコートする方法を開発。アニサキスはがんの「匂い」を探知してがんを探索できるため、この薄膜で抗がん物質を輸送させれば、新たながん治療法の開発が期待できる。 研究グループは、このがんの「匂い」を検知してがん部位へ移動する能力を活用する研究を開始。アニサキスを、がん細胞を殺傷する物質の輸送体とするため、匂い検知能力や運動性に影響しない、厚さ0.01mm程の柔軟なゲルの薄膜を20分程度で線虫表面に形成させる方法の開発に成功した。 実験では、血液中のブドウ糖から過酸化水素を生成できる酵素（グルコースオキシダーゼ）を組み込んだゲル薄膜で線虫をコートし、がん細胞を含む培養液に入れたところ、24時間後にがん細胞を死滅できた。また、紫外線透過防止素材を
痩せた土地でも生育するサツマイモ、根圏に有用微生物を引き寄せている可能性
痩せた土地でも生育するサツマイモ、根圏に有用微生物を引き寄せている可能性 大学ジャーナルオンライン編集部 名古屋大学と広島大学の研究グループは、サツマイモが根圏の微生物相をコントロールすることで、痩せた土地でも生育を可能としているかもしれないことを明らかにした。 そこで、本研究では、サツマイモが維持しているアグロバクテリウム由来遺伝子の機能の解明を目指した結果、サツマイモが痩せた土地でも生育できる謎の一端に辿り着いた。アグロバクテリウム由来の遺伝子のうち、IbACS遺伝子が生産するアグロシノピンAが、根圏の微生物相を大きく変化させることを発見したという。つまり、IbACS遺伝子は、アグロシノピンAの生産によって土の中の特定の微生物を誘引する機能をもち、この土壌微生物相のコントロールが、サツマイモの痩せた土地での生育の鍵を握っている可能性があるとしている。 次には、通常のサツマイモとIbAC
難問の巡回セールスマン問題、粘菌に学んだ新型コンピュータで北海道大学が解決
難問の巡回セールスマン問題、粘菌に学んだ新型コンピュータで北海道大学が解決 大学ジャーナルオンライン編集部 北海道大学の葛西誠也教授らの研究グループは、Amoeba Energy株式会社と共同で、アメーバ生物である粘菌の行動に学んだ新型アナログコンピュータを開発し、代表的な組合せ最適化問題「巡回セールスマン問題」を解くことに成功した。 アメーバ生物である単細胞の真性粘菌は、不定形の体を環境に最適な形に変形できる高度な計算能力を持つ。先行研究で、アメーバ生物を組込んだ「粘菌コンピュータ」が巡回セールスマン問題に利用可能と分かっていた。そこで研究グループは、アメーバが変形するメカニズムをアナログ回路中の電子の動きで再現し、都市配置や距離などの制約条件をコンパクトに表現できる仕組みの新方式コンピュータ「電子アメーバ」を開発。これにより、巡回セールスマン問題の解を迅速に探し出すことに成功した。この
世界初、餌から盗んだ酵素で発光する魚 中部大学などが発見
中部大学の大場裕一教授は名古屋大学と共同で、魚類で初めて、ルシフェラーゼの由来の解明に成功。キンメモドキが餌であるウミホタルから酵素を獲得して発光していることを明らかにした。 生物発光はバクテリアから脊椎動物まで広くみられる形質で、生命の歴史の中で、何度も独立に進化してきた。発光反応は一般に「ルシフェラーゼ」と総称される酵素タンパク質と「ルシフェリン」と総称される化学物質による生化学反応だ。発光生物群は起源が異なるそれぞれ独自のルシフェラーゼを進化させてきたとされる。しかし、発光する魚類の中で、ルシフェラーゼの正体が解明された例はこれまでにない。 今回の研究で、発光魚キンメモドキのルシフェラーゼのアミノ酸配列を解析したところ、発光する甲殻類のトガリウミホタルのルシフェラーゼと同一であった。さらに、ウミホタルを与えずに長期間飼育するとキンメモドキは発光能力を失い、その後、ウミホタルを餌として
科学・社会科学分野における世界最高峰の研究者リスト、2019年版を発表
科学・社会科学分野における世界最高峰の研究者リスト、2019年版を発表 大学ジャーナルオンライン編集部 2019年11月19日、クラリベイト・アナリティクスの事業部門であるWeb of Science Groupは、科学・社会科学分野における世界最高峰の研究者を選出した高被引用論文著者リスト2019年版を発表した。 2019年度は、約60か国から科学・社会科学分野で活躍する6,217名が高被引用論文著者に選出された。高被引用論文著者を最も多く輩出した国はアメリカで、選出された全著者の44%を占める2,737名。2位は中国で636名、3位はイギリス517名だった。世界で最も多くの高被引用論文著者を輩出した機関はアメリカのハーバード大学203名。続いて、スタンフォード大学103名、中国の中国科学院101名、ドイツのマックス・プランク研究所73名だった。 2019年の高被引用論文著者リストには、
３つの異なる顔を持つアシュラ粒子の作製に、東北大学などが成功
東北大学の藪浩准教授らの研究グループは旭川医科大学と共同で、ナノサイズの粒径を持ち、3つの異なる「顔」を持つ「アシュラ粒子」を含む多様なナノ構造を持つポリマー微粒子の作製法を発見し、さらに実験結果を再現・予測できる数理モデルの構築にも成功した。 研究グループは今回、表面張力の異なる8種類のポリマーを用意し、そのうち2種類を組み合わせてみた。表面張力が近いポリマーの組み合わせでは、ポリマーの相分離により、2つの異なる表面を持つヤヌス型の相分離構造が得られ、表面張力が大きく違うとコア−シェル型の相分離構造が形成された。さらに表面張力が同程度の3種のポリマーを組み合わせると、それぞれのポリマーが表面の1/3を占め、3つの異なる「顔」を持つ「アシュラ粒子」が形成されることを初めて発見した。同時に、独自の数理モデルにより、これらの実験結果を再現・予測できることを証明した。 今回開発したアシュラ粒子な
乳児の複雑心奇形手術、福島原発事故後に全国で増加 名古屋市立大学が調査
乳児の複雑心奇形手術、福島原発事故後に全国で増加 名古屋市立大学が調査 大学ジャーナルオンライン編集部 1歳未満の乳児に対する複雑心奇形手術の件数が2011年の福島第一原子力発電所事故後、全国で増加していることが名古屋市立大学の調査で分かった。原因については分かっていないが、研究グループは心臓発生の早期段階で広範な障害が発生した可能性があるとみている。 それによると、乳児に対する複雑心奇形の手術件数は、原発事故後に約14.2％の増加が見られたが、1歳から17歳までに対する手術件数に大きな変化がなかった。複雑心奇形は高度な手術が必要になる障害で、手術件数が発生件数と完全に一致するわけではないが、密接な関係にあると考えられている。 研究グループが日本胸部外科学会のデータを心臓の発生学に基づいて再分類し、解析したところ、障害は心臓発生の特定段階で起きた限定的なものではなく、心臓発生の早期段階が広
緑の光を当てるとメスからオスに、鹿児島大学の大学院生が発見
鹿児島大学大学院の早坂央希大学院生（博士課程1年）らの研究チームが、メダカに緑色の光を当てながら飼育すると、メスからオスに換わるという実験結果を発表した。研究成果は、水産学部研究チームが論文としてまとめ、イギリスの『Scientific Reports』誌に掲載（2月20日）された。 今回、性分化期のメダカに緑色光波長を照射し続けて飼育することでメスからオスへの性転換が誘導された。また、性転換個体と正常なメスを個配したところ次世代は、全メスとなった。 特定の光波長が動物の性に与える影響について、今回の研究が初めての報告となる。今後は、特定の光波長がストレスとなって性転換が誘導されたのか、または、新規メカニズムであるのかを明らかにする必要があるとしている。 今回の研究で開発した性コントロール技術が、効率的な養殖生産に貢献できることが期待される。 論文情報：【Scientific Report
ヒストン遺伝子を全セット持つ巨大ウイルス「メドゥーサウイルス」の発見
京都大学化学研究所の緒方博之教授らをはじめとする研究チームは、アメーバに感染する新規巨大ウイルス「メドゥーサウイルス」を発見した。 今回、同研究チームは、北海道にある温泉地域の湯だまりとその水底の泥土サンプルから、アメーバを宿主として新規巨大ウイルスを分離し、その感染過程・粒子構造・ゲノム組成の詳細を調査した。その結果、この新規巨大ウイルスは、これまでに知られていた巨大ウイルスと多くの点で異なる性質を持つことが分かった。 この巨大ウイルスは、アメーバを宿主として増殖するが、感染過程で一部のアメーバ細胞を休眠状態にする。この性質が、見たものを石に変える「メドゥーサ」を連想させるため「メドゥーサウイルス」と命名された。また、ヒストン遺伝子全セットを保持する初めてのウイルスであるなど、特異な粒子形態とゲノム組成から新たな「科」に属することが明らかとなった。 今後、メドゥーサウイルスの感染過程を分
魚類の雄親が、次の繁殖の求愛行動を再開するために「子殺し」行動を行うことを発見
魚類の雄親が、次の繁殖の求愛行動を再開するために「子殺し」行動を行うことを発見 大学ジャーナルオンライン編集部 長崎大学大学院水産・環境科学総合研究科の竹垣毅准教授らの研究グループは、魚類の雄親の「子殺し」行動が、栄養補給のためではなく、次の繁殖の求愛行動を再開するために必要不可欠なプロセスであることを世界で初めて証明した。 そこで今回、同グループは、魚類の雄親による全卵食行動の意味を探るため、海産小型魚類のロウソクギンポ雄から卵を除去、あるいは追加する野外操作実験を行い、巣内の卵の存在が雄性ホルモン（アンドロジェン）を調節する鍵刺激であることを示した。つまり、雄は全ての卵を巣から取り除かなければ求愛を再開できないのである。さらに興味深いことに、雄は卵を食べずに巣の外に吐き出していることも確認された。これらの結果は、栄養利益を期待する卵食ではなく子の存在を消すことを目的とした「子殺し」であ
水の持つ特別な性質について、東京大学が従来の通説を覆す発見
東京大学生産技術研究所の田中肇教授らの研究グループは、これまで特異なガラス転移現象として説明されてきた水の動的異常性が、実はガラス転移と無関係であり、液体の正四面体構造形成に起因していることを初めて突き止めた。 この成果は、従来のガラス転移に基づく水の動的異常性に関する定説を覆しただけでなく、水の熱力学的異常と動的異常が、ともに正四面体構造形成という共通の起源に基づくこと明らかにした点にも大きなインパクトがある。 水は、人類にとって最も重要な液体であり、本研究成果は、水の特異な性質そのもの理解に留まらず、生命活動、気象現象などとのかかわりの理解にも大きく貢献するものと期待される。 論文：【Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America】Origin of the emergent
古代エジプトの謎の物質、東海大学が製法を解明
東海大学文化社会学部の山花京子准教授らの研究グループは、古代エジプトで陶器などに使用されながら、長い間製法が謎とされてきた「ファイアンス」について、石英、炭酸カルシウム、アルカリに漆喰の水酸化カルシウムを加えることで再現が可能になることを突き止めた。 組成分析で石英、カルシウム、アルカリが含まれていることは分かっていたが、実際に使用された材料や製法に関する記録が全く残っておらず、謎の物質とされてきた。 山花准教授は長年、ファイアンスの再現に努めてきたが、石英と炭酸カルシウム、アルカリに水を混ぜて練っても、立体的な造形や微細な装飾ができなかった。そこでピラミッドの石と石の接着に使用されていた水酸化カルシウムを主成分とする漆喰に注目、これを石英などに少量含ませて焼くことで立体的な構造の再現に成功した。 研究グループは今後、古代エジプトの実際の陶器のサイズや質感に近づけたレプリカを製作し、博物館
ダイヤモンド中でエラー耐性のある量子演算処理に成功 横浜国立大学
横浜国立大学の小坂英男教授らの研究グループは、ダイヤモンド中の窒素空孔中心にある電子や核子のスピンを量子ビットとして用い、室温の完全無磁場下で、操作エラーや環境ノイズに耐性を持ち自在に多量子操作ができる万能な量子ゲート操作に世界で初めて成功した。室温万能量子コンピューターの実現が期待される。 研究では、磁場を完全に排除し、エネルギー差のない上向きと下向きのスピンを量子ビットとして用いた。エネルギー差がないため操作が困難になるが、操作エラーや環境ノイズに耐性がある。研究グループは、室温でも安定なNV中心にあるスピン量子ビットに、2本の直交したワイヤーから「偏光したマイクロ波」を印加して幾何学的に量子操作することを提案し、量子ゲート操作（量子情報の演算基本単位）の実験に成功した。「幾何学量子ビット」と名付けたこのスピン量子ビット操作手法は、課題であったエラーを排除して操作精度の限界を実質上なく
炭素だけの「ディラック準結晶」、大阪大学などが世界で初めて実現
大阪大学の越野幹人教授らの研究グループは、2枚のグラフェンを30度の角度で重ねた薄膜を合成することで、ディラック電子による準結晶を実現することに世界で初めて成功した。研究グループには成均館大学、ニューヨーク大学上海、ハーバード大学、韓国高等科学院の研究者が参加している。 これまでに知られている準結晶は複雑な合金だったが、今回の研究で実現した準結晶の材料は炭素のみだ。炭素の2次元物質（厚さが原子1個分の薄膜）であるグラフェンは、炭素原子が蜂の巣格子に並んだ結晶。今回特別な合成方法により、グラフェン2枚が互いに30度で重なった系を生成することで、12回対称を持つ準結晶を実現した。12回対称とは360度回転させる間に同じ絵が12回現れる構造をいう。グラフェンの電子は、相対論的ディラック粒子とよばれる、質量のない特殊な粒子として振る舞う。今回の研究でディラック粒子による準結晶という新しい物理系を実
ダーウインの進化説を世界で初めて実証、アスパラガスの性決定遺伝子を発見
ダーウインの進化説を世界で初めて実証、アスパラガスの性決定遺伝子を発見 大学ジャーナルオンライン編集部 奈良先端科学技術大学院大学の研究グループは、全ゲノム（遺伝情報）や遺伝子発現の網羅的な解析手法により、アスパラガスの雌雄を決める性決定遺伝子を世界で初めて発見した。今回の成果は、基礎生物学研究所、徳島大学、東北大学、九州大学、東京大学との共同研究による。 今回、高速シーケンサー（DNA解析装置）を用いて、雄株だけで発現している遺伝子を探した結果、転写因子をコードする遺伝子（MSE1と命名）を有するのは雄株のみで、Y染色体上にあることが分かった。また、MSE1遺伝子は花の発達初期におしべでのみ発現・機能していることも判明。ゲノム編集技術を用いて検討した結果、Y染色体にコードされているMSE1遺伝子が花の発達中におしべで発現して、正常なおしべを発達させることにより、雄花を形成させていることが
脳と脊髄を結ぶ運動の「神経地図」を新潟大学が発見、運動機能回復に重要な手がかり
脳と脊髄を結ぶ運動の「神経地図」を新潟大学が発見、運動機能回復に重要な手がかり 大学ジャーナルオンライン編集部 新潟大学の上野将紀特任教授、シンシナティ小児病院の吉田富准教授らの研究グループは、脳と脊髄を結ぶ「皮質脊髄路」の中に多様な神経回路が存在することを発見し、それらが運動動作をコントロールする神経地図としての働きを示すことを明らかにした。 今回、研究グループは神経回路を解析する最新の技術を用いて、マウスの皮質脊髄路に存在する詳細な神経細胞の構成とその働きを探った。その結果、皮質脊髄路の中には、大脳皮質と脊髄にある多様な神経細胞種によって回路が作られていること、すなわち「神経地図」が内在していることを見いだした。これらの回路は、複雑な動作を行う際に、それぞれが異なる運動機能の要素をコントロールしていることが分かった。 これにより皮質脊髄路は単一の神経回路ではなく、別々の働きを持つ多様な
奇妙な原子「パイ中間子原子」の大量生成で真空とクォーク凝縮の謎に迫る
理化学研究所、奈良女子大学、鳥取大学などからなる国際共同研究グループは、「パイ中間子原子」という奇妙な原子を、従来の数十倍の時間効率で大量生成することに成功した。 ところが、実際はその100倍も重いという。これを2008年にノーベル物理学賞を受賞した南部陽一郎博士は、クォークに「クォーク凝縮」がまとわりついているためだと考えた。 クォーク凝縮とは、クォークと反クォークが対となり真空中に凝縮している状態のこと。宇宙創成直後の高温・高密度状態では存在しなかったものの、その後宇宙が広がり冷えていく過程で発生したとされる。 クォーク凝縮の存在を実証する鍵となるのが、原子核内部の精密測定だ。原子核の中は水の約100兆倍もの高密度で、宇宙創生直後と同様にクォーク凝縮の量が減少していることが期待される。そこで本研究グループは、原子核に電子ではなくその300倍の質量を持つパイ中間子を束縛させた「パイ中間子
京都大学がビッグデータの新統計法則を発見、「べき則」の普遍性を解明
京都大学の梅野健教授と新谷健修士課程学生は、世界中の様々なビッグデータに現れる「べき則」の普遍性を説明する新しい統計法則を発見した。この統計法則は「超一般化中心極限定理」と呼べるもので、データ上に普遍的に現れるという。これにより世界の様々な現象の統計モデルの構築が期待される。 今回の研究では、現実のデータを反映した、従来の統計則である極限定理では捉えることができない、異なるべき分布を個々に持つ独立な確率変数の和という統計モデルを定式化した。その上で、データの数Nを無限にする極限において、レビの安定分布に収束するという極限定理を導出した。 この極限定理は、統計学の基本法則である中心極限定理をべき則に一般化した一般化中心極限定理を、さらに異なるべき則の和の極限に拡張したもので、「超一般化中心極限定理」と呼ぶことができる。より一般化された状況でも成立する極限定理としての統計学的な意義があるととも
東京大学が水の特異性の起源を解明
東京大学の田中肇教授らの研究グループは、さまざまな正四面体構造を形成する傾向を持つ液体の中で、水が極めて特異的である物理的な起源を解明するとともに、温度・圧力相図と特異性の関係を明らかにすることに成功した。 研究グループは、正四面体構造を形成する傾向の強さを系統的に変えられるシミュレーションモデルを用いて、これらの関係の解明に初めて成功した。まず、シミュレーションで得られたさまざまな特異性と同グループが以前提案した理論モデルの予測との比較により、これらの異常性のすべてが、局所的に安定な構造の形成に起因していることを明らかにした。また、その比較をもとにこれらの特異性を支配している物理因子を特定し、水がこれらの液体の中で最も特異的（密度の異常性が最大など）である理由の物理的な起源を明らかにした。 今回の研究成果は、人類にとって最も重要な物質群の示す特異的な性質の系統的理解に大きく貢献するものと
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