人工動的RNA構造アンサンブルに基づく普遍的なRNAアプタマーセンシングタグの合理的設計 学術的背景 RNA分子は、自然および合成生物学的システムにおいて多様な役割を果たしており、その機能は動的かつ特定の三次元構造に強く依存しています。RNAの二次構造および三次構造（ヘアピン、疑似結び目、多分岐接合など）は、RNAの機能を理解するための重要な「構築ブロック」です。しかし、既存のRNA構造研究の多くは静的な構造に基づいており、ほとんどのRNA媒介プロセスは構造変化を伴います。したがって、動的構造アンサンブルの記述は、RNAの進化的保存パターンを捉え、その拡張設計を支援することができます。近年、蛍光RNAアプタマー（fluorogenic RNA aptamer, FRAPT）は生物学的応用にお...

グラフベースのアクティブラーニングを用いた最適な疾病監視に向けて 学術的背景 グローバル化の加速に伴い、感染症の伝播速度と範囲が著しく増加しており、感染症の伝播を効果的に監視・制御することが公衆衛生分野の重要な課題となっています。従来の疾病監視方法は、大規模な検査と隔離措置に依存することが一般的ですが、資源が限られている状況下では、情報を最大化するために検査資源を最適に配分することが政策立案者にとっての課題となっています。特に資源が乏しい地域では、検査資源の不均等な配分が感染症の持続的な蔓延を引き起こす可能性があります。そのため、限られた資源の下で監視効果を最大化する戦略を開発することが重要です。 本研究では、グラフ構造（graph-based）とアクティブラーニング（active lear...

硫によるマントルの酸化が沈み込み帯での巨大金鉱床の形成を駆動する 学術的背景 地球上の金属資源の大部分は、マグマティックアーク環境に集中しており、沈み込み帯はマントルと地殻の間の物質交換の主要な領域です。沈み込むプレートから放出される流体は、上覆うマントルウェッジを酸化し、金などの金属の濃集を促進すると考えられています。しかし、これらの流体がどのようにマントルの酸化状態を変化させ、金の濃集に影響を与えるかについては、まだ十分に理解されていません。本研究では、数値モデルを用いて、沈み込むプレートから放出される流体が大量の硫酸塩（S6+）をマントルウェッジに導入し、その酸素フガシティを最大3〜4対数単位まで上昇させることを示しました。このモデルは、沈み込むプレートから放出される流体がマントル岩石...

並列機械計算：マルチタスクが可能なメタマテリアル 学術的背景 デジタル計算プラットフォームがアナログ計算を置き換えてから数十年が経ち、メタマテリアルと複雑な製造技術の発展に伴い、アナログ計算が再び注目を集めています。特に、波に基づくアナログコンピュータは、入射波面に空間変換を施すことで所望の数学的操作を実現し、未処理の形式で入力信号を直接エンコードできるため、アナログからデジタルへの変換を回避できる点で高く評価されています。しかし、これらのシステムは本質的に単一タスク構成に限定されており、複数のタスクを同時に実行したり並列計算を行ったりすることができないため、より広範な計算能力を持つ機械計算デバイスの開発を妨げる主要な障害となっています。本論文では、同じ構造内で独立した計算タスクを同時に処理...

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、...

タンザニア・ムピンブエにおける非一夫一妻制家族構造が子どもの福祉に与える影響：長期研究 学術的背景 伝統的な西洋の考え方では、核家族構造（両親と子どもからなる家族）は子どもの福祉の基盤とされている。離婚、片親の不在、継親の存在、一夫多妻制などの非核家族構造は、子どもの成長と発達に悪影響を及ぼすとされることが多い。しかし、これらの問題に関する実証研究の多くは、地域横断的または横断的なデータに依存しており、生態学的推論の誤謬（ecological inference fallacy）の影響を受けやすく、家族構造が時間とともに変化する子どもへの影響を捉えることができない。さらに、既存の縦断的研究は主に西洋や都市部の文脈に焦点を当てており、非西洋、農村、先住民コミュニティにおける家族構造と子どもの福...

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...

証拠の統合により、モデル構造の変動と不確実性による高い炭素の社会的コストが明らかに 学術的背景 気候変動は、世界が直面する最も深刻な課題の一つであり、その経済、社会、環境への広範な影響は広く注目されています。気候変動の経済的コストを定量化するために、学界では「炭素の社会的コスト」（Social Cost of Carbon, SCC）という概念が提唱されました。これは、1トンの二酸化炭素排出が社会に及ぼす総コストを指します。SCCは、排出削減政策の効果を評価するための重要な指標であり、気候およびエネルギー政策分析に広く活用されています。しかし、SCCの推定は複雑な気候システムモデルと経済影響モデルを必要とし、多くの不確実性と議論が存在します。 近年、SCCに関する研究は増加していますが、これ...