単粒子冷凍電子顕微鏡における優先配向問題の克服：深層学習による革新的解決法 背景紹介 近年、単粒子冷凍電子顕微鏡（Single-Particle Cryo-EM）技術は、生体高分子を天然状態に近い条件下で原子分解能で解析できることから、構造生物学のコア技術として確立されました。しかし、実際の応用では、「優先配向」（Preferred Orientation）という技術的な壁に直面することが多いです。この問題の主な原因は、生体分子が冷凍電子顕微鏡のグリッド上で均等に分布せず、特定の方向のデータ収集が不十分になることです。この配向偏差は通常、試料調製プロセス中に分子が空気-水界面（Air-Water Interface, AWI）またはサポート膜-水界面との相互作用によって引き起こされます。 優...

微小流体チップを用いた自動化胚胎性決定技術 学術的背景 卵用鶏の養鶏業において、ふ化直後に雄性ヒナを殺処分するというのは一般的な慣行です。雄性ヒナは卵を産むことができず、また高品質な肉を提供できないためです。毎年、EUでは約3億7200万羽の雄性ヒナがふ化後に殺処分されています。この慣行は動物福祉や倫理的な問題を引き起こし、ドイツ、フランス、イタリアなどの複数のヨーロッパ諸国ではこの行為を禁止する法律が制定されました。この問題を解決するために、胚胎性決定（in ovo sexing）が最も有望な代替案とされています。しかし、現在の胚胎性決定技術は高精度（>98%）、低コスト、胚への干渉の軽減、すべての卵殻の色への適用性、そして毎時2万個を超える卵の処理という要求をすべて満たすことはできていま...

単分子光学トラップ技術が小分子活性剤とPR65タンパク質の結合メカニズムを解明 学術背景 タンパク質ホスファターゼ2A（PP2A）は、重要な細胞シグナル調節酵素であり、その機能不全は多くのがんおよび慢性疾患（アルツハイマー病や慢性閉塞性肺疾患など）と密接に関連しています。そのため、PP2Aの再活性化はこれらの疾患に対する治療戦略として重要とされています。近年、小分子活性剤（SMAPs）が開発され、PP2Aの足場サブユニットPR65に直接結合し、その機能を回復させることが報告されています。しかし、PR65と小分子活性剤の結合メカニズムおよびタンパク質構造への影響は明確ではありません。この問題を解決するため、研究者たちは単分子光学トラップ技術（NOTs）と分子動力学シミュレーション（MD）を活用...

持続的なレボドパモニタリングのための工学的直接電子移動酵素の開発 背景紹介 パーキンソン病（Parkinson’s Disease, PD）は、黒質のドーパミン作動性ニューロンの喪失と、神経細胞内でα-シヌクレインが凝集したレビー小体が広く分布することを特徴とする、世界中で数百万人に影響を与える慢性的な神経変性疾患です。レボドパ（levodopa）はPD治療における主要な薬剤であり、運動症状を緩和する効果がありますが、その治療ウィンドウが非常に狭いため、不適切な投与は吐き気や運動障害、または症状再発といった深刻な副作用につながる可能性があります。この問題は、リアルタイムでのレボドパモニタリングの必要性を一層高める要因となっています。しかし、現在の技術では、レボドパを高感度かつ高特異的に検出す...

紙ベースセンサーの抗生物質耐性細菌検出における進展 背景紹介 抗生物質耐性（Antimicrobial Resistance, AMR）は、現代の世界的な公衆衛生が直面している主要な課題の一つです。抗生物質の広範な使用と乱用により、ますます多くの細菌が抗生物質に対して耐性を持つようになり、従来の治療法が無効となっています。世界疾病負担研究（Global Burden of Disease Study）のデータによると、2019年には世界で約770万人が細菌感染で死亡し、その多くが抗生物質耐性に関連していました。抗生物質耐性細菌の急速な拡散は、医療コストを増加させるだけでなく、入院期間を延ばし、死亡率を著しく引き上げています。そのため、抗生物質耐性細菌を特定するための迅速で正確かつ経済的な検出...