学術的背景 生物発光技術（bioluminescence）は、外部光源を必要とせず、生体内でリアルタイムかつ高感度・非侵襲的なイメージングを可能にする技術です。ルシフェラーゼ（luciferase）は発光反応を触媒する鍵酵素ですが、天然のルシフェラーゼは、タンパク質の折り畳み不良、巨大な分子サイズ、ATP依存性、低い触媒効率など多くの限界を抱えています。これらの制約は、生物医学研究における生物発光技術の広範な応用を妨げてきました。近年、定向進化（directed evolution）などの方法で天然ルシフェラーゼを改良する試みも進められていますが、これらの限界を完全には克服できていません。 この課題を解決するため、研究チームは深層学習ベースのタンパク質設計手法を用い、de novo設計（fr...

学術的背景 太陽エネルギー変換分野において、分子触媒はその高い活性と構造の調整可能性により大きな注目を集めています。しかし、大多数の分子触媒は均一系条件下で作動しており、大規模かつ再利用可能な応用には適していません。したがって、分子触媒を固体基板上に固定化することが、より実用的な研究方向として重要視されています。一方、狭バンドギャップの無機半導体は、安定な可視光吸収材料として、光電気化学（PEC）において顕著な耐久性を示しています。分子触媒を光吸収半導体に固定化することは、水分解や二酸化炭素還元といった太陽エネルギー変換を実現する有望な手法と考えられており、これは分子触媒と半導体光吸収材料それぞれの利点を兼ね備えています。 しかし、既存の戦略では、多くの場合触媒と半導体間の電荷移動効率が十分...

背景紹介 生きた細菌の生物医学分野での応用は近年、広く注目を集めています。伝統的に、細菌は病原体と見なされ、排除されるべき存在でした。しかし、現代細菌学の発展に伴い、細菌が人体と共生する複雑さや、治療、診断、薬物送達における独自の潜在能力が徐々に認識されるようになりました。化学工学は生物学的安全性の向上と治療効果の改善に革新的なアイデアを提供していますが、生きた細菌を活用した精密医療の全面的な応用は依然として大きな課題に直面しています。特に、生きた細菌が人体に入った後の運命、その生物学的プロセスの複雑さ、そして個別化治療の多様性は、解決が急がれる問題です。さらに、人工知能（AI）と機械学習（ML）技術の導入は、生きた細菌と人体の相互作用を設計・予測する新たな可能性を提供しています。 論文の出...

学術的背景 遺伝性難聴は、世界で最も一般的な感覚障害の一つであり、4億人以上に影響を及ぼしており、そのうち約60%の先天性難聴は遺伝的要因に関連しています。アデノ随伴ウイルス（AAV）を介した遺伝子治療は、遺伝性難聴の治療において大きな可能性を示していますが、その特異性と安全性には依然として重要な問題が残されています。蝸牛の構造の複雑さは、遺伝子送達の正確性をさらに困難にしています。これらの問題を解決するために、研究者たちは、難聴遺伝子のエンハンサーを解析するための新しいワークフロー——AAVレポーター遺伝子に基づく体内転写エンハンサー再構築（ARBITER）——を開発しました。この研究は、エンハンサーの識別とエンジニアリングを通じて、効率的かつ特異的な遺伝子治療を実現し、聴力機能を回復する...

Dynorphin（ダイノルフィン）は内因性オピオイドペプチドであり、主にκ-オピオイド受容体（KOR）を介して作用し、報酬や嫌悪反応を含む多様な行動制御に関与しています。しかし、Dynorphin/KORシグナルが報酬追求行動において果たす具体的なメカニズムは不明でした。これまでの研究は、Dynorphin/KORシグナルの「反報酬」作用、つまりドーパミン放出の抑制や嫌悪反応の誘発に焦点を当ててきました。しかし、近年の研究では、Dynorphin/KORシグナルが特定の脳領域で報酬追求行動を促進する可能性も示されています。Dynorphinが報酬追求行動において果たす複雑な役割を理解するため、Sunらは詳細な研究を行い、Dynorphinが淡蒼球（VP）-扁桃体（BLA）コリン作動性回路を...