学術的背景 タンパク質の自己集合は生物学的システムにおいて普遍的な現象であり、その機能は構造支持から生化学的反応の制御まで多岐にわたる。近年、タンパク質設計の分野で顕著な進展が見られたが、既存の自己集合タンパク質構造は通常、厳密な対称性に依存しており、そのサイズと複雑性のさらなる向上が制限されていた。この制限を打破するため、研究者らは細菌のマイクロコンパートメントやウイルスカプシドに見られる擬似対称性（pseudosymmetry）に着想を得て、大規模な擬似対称性を持つ自己集合タンパク質ナノ材料を設計するための階層的な計算手法を開発した。この研究は、厳密な対称性の制約を超えることで、より大きく、より複雑なタンパク質ナノケージ（nanocages）を設計し、自己集合タンパク質構造の多様性を拡大...

四成分タンパク質ナノケージの設計：プログラムされた対称性破壊による 学術的背景 タンパク質ナノケージ（protein nanocages）は、高度な対称性を持つタンパク質集合体であり、ワクチン開発、薬物送達、ナノ材料設計などの分野で広く利用されています。自然界のウイルスは、通常、対称性破壊（symmetry breaking）を通じて複雑な構造を構築します。特に、高三角数（higher triangulation number, T）の二十面体（icosahedral）構造がよく見られます。しかし、自然界では、四面体（tetrahedral）や八面体（octahedral）の高T数構造を対称性破壊によって構築する例は見つかっていません。この分野を探求するため、研究者たちは、擬似対称化（pse...

単結晶2次元半導体の成長ベースのモノリシック3次元統合技術に関する研究 学術的背景 現代の電子産業の急速な発展に伴い、3次元（3D）統合技術は電子デバイスの性能を向上させる重要な手段となっています。従来の2次元（2D）集積回路は、サイズの縮小と性能向上において多くの課題に直面しており、特にナノスケールでは抵抗-容量（RC）遅延問題が顕著になっています。これらの制限を克服するため、研究者たちはチップを垂直に積層することで配線距離を短縮し、消費電力を削減し、データ伝送効率を向上させる3次元統合技術の探求を始めています。 現在、シリコン貫通ビア（Through-Silicon Via, TSV）技術は単結晶デバイスの3次元統合を実現する唯一の方法です。しかし、TSV技術にはコストが高い、チップの位...

構造ガイドによる選択的カゼイノリティックプロテアーゼPアゴニストの開発：抗黄色ブドウ球菌剤として 学術的背景 黄色ブドウ球菌（Staphylococcus aureus）は、皮膚や軟部組織感染を含む多くのヒト感染症を引き起こす一般的なグラム陽性病原菌です。メチシリン耐性黄色ブドウ球菌（MRSA）の広がりに伴い、抗生物質の使用頻度が増加し、耐性問題が深刻化しています。しかし、抗生物質の開発コストが高く、利益率が低いため、大手製薬会社は抗菌薬の開発に興味を失いつつあります。そのため、新しい抗菌ターゲットの探索と効果的な抗生物質の開発が現在の重要な課題となっています。 カゼイノリティックプロテアーゼP（Caseinolytic protease P, ClpP）は、細菌とヒトにおいて高度に保存され...

熱力学マップを用いた限られた観測からの相転移と臨界指数の推論 学術的背景 相転移（phase transitions）は自然界に普遍的に存在する現象であり、水の沸騰から磁性材料の強磁性-常磁性転移、さらにはタンパク質や核酸などの生体高分子の構造変化に至るまで、さまざまな科学分野で重要な役割を果たしています。しかし、特にデータが少ない場合や複雑な場合、相転移とその温度依存性を正確に定量化することは依然として大きな課題です。従来の統計力学的手法は相転移を研究するための理論的枠組みを提供していますが、実際の応用では、相転移領域のサンプリングが困難であるため、臨界温度、熱容量、臨界指数などの相転移特性を計算するには膨大な計算リソースが必要となります。 この問題を解決するため、Lukas Herron...