学術的背景 光合成微生物は太陽エネルギーを化学エネルギーに変換することで、二酸化炭素（CO₂）を高付加価値の長鎖化学品へと直接変換することができ、CO₂の隔離と持続可能な発展のための非常に有望な経路を提供します。しかし、光合成反応で生成される重要な還元力―還元型ニコチンアミドアデニンジヌクレオチドリン酸（NADPH）は、主に微生物が暗所で生存するために用いられ、生合成には十分利用されません。この制約は光合成微生物の実用化ポテンシャルを大きく妨げるものです。この問題を解決するため、研究者たちは「太陽エネルギー分離型」のバイオハイブリッド戦略を提案し、持続型光触媒と光合成微生物を統合することにより、光反応と暗反応の分離を実現し、無照射環境下でもCO₂を継続的に利用し長鎖化学品の合成を可能にしまし...

学術的背景 近年、世界中でSARS（重症急性呼吸器症候群）、MERS（中東呼吸器症候群）、COVID-19（新型コロナウイルス感染症）など、コロナウイルスによる感染症が複数回発生しています。これらの感染症は人類の健康に重大な脅威をもたらしただけでなく、コロナウイルスの突発的感染に対する緊急対策の不備も浮き彫りにしました。コロナウイルス感染はしばしば肺の炎症反応を伴うため、ウイルス感染を抑制しつつ炎症を緩和することが治療の重要な課題となっています。従来の抗体治療は効果的ではありますが、開発サイクルが長く、ウイルスの急速な変異に対応しづらいという課題があります。さらに、抗体依存性増強効果（ADE）も治療効果を低下させる恐れがあります。したがって、新興コロナウイルス感染に迅速に対応でき、かつ抗ウイ...

学術的背景 磁気共鳴画像法（Magnetic Resonance Imaging, MRI）は現代医療診断における重要なツールであり、その効果は造影剤（Contrast Agents, CAs）の使用に大きく依存しています。従来のMRI造影剤は主にガドリニウム（Gd）を基盤とした錯体に基づいており、これらの造影剤は臨床で広く応用されているものの、長期的な安全性には議論があり、特に腎機能不全の患者では腎性全身性線維症（Nephrogenic Systemic Fibrosis, NSF）を引き起こす可能性があります。そのため、遷移金属を基盤とした新しいMRI造影剤の開発が研究の热点となっています。遷移金属（例えば鉄やマンガン）は、地球上に豊富に存在し、多様な酸化状態を持つため、生体環境中の酸化...

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...