論文まとめ298回目 SCIENCE 抗菌薬として使われていない薬剤にも広く抗菌作用がある！？など
科学・社会論文を雑多/大量に調査する為、定期的に、さっくり表面がわかる形で網羅的に配信します。今回もマニアックなSCIENCEです。
さらっと眺めると、事業・研究のヒントにつながるかも。
世界の先端はこんな研究してるのかと認識するだけでも、
ついつい狭くなる視野を広げてくれます。
一口コメント
Bronchoconstriction damages airway epithelia by crowding-induced excess cell extrusion
気管支収縮は過密誘発性の過剰な細胞脱出により気道上皮にダメージを与える
「喘息は気道の炎症性疾患と考えられていますが、診断の決め手となるのは気管支収縮という機械的な現象です。以前、細胞が過密になると上皮細胞が脱落する「細胞脱出」というプロセスが、上皮のホメオスタシスを維持するために働くことが発見されました。今回の研究では、気管支収縮発作による病的な細胞の過密化が、上皮細胞の過剰な脱出を引き起こし、マウスとヒトの両方で気道にダメージを与え、炎症と粘液分泌を引き起こすことが示されました。気管支拡張薬のアルブテロールによる気道の弛緩はこれらの反応に影響を与えませんでしたが、気管支収縮時に生細胞の脱出シグナルを阻害すると、これらの特徴のすべてを防ぐことができました。この結果は、気管支収縮が過剰な混雑誘発性の細胞脱出によって上皮のダメージと炎症を引き起こすことを示しており、その後の下流の炎症ではなく、上皮の脱出をブロックすることで、喘息の炎症サイクルの前方向への進行を防ぐことができる可能性を示唆しています。」
Single body-coupled fiber enables chipless textile electronics
人体結合型の単一ファイバーによるチップレス・テキスタイルエレクトロニクスの実現
「従来の電子テキスタイルは、硬いシリコンチップやバッテリーを使うため、服との一体化や快適性に課題がありました。この研究では、1本の細い繊維だけで、周囲の電磁エネルギーを収集し、人体を介してワイヤレスに信号伝送できる画期的な技術を開発。これにより、チップやバッテリー不要で、触れるだけで光るなどのインタラクティブな電子テキスタイルが実現できます。この柔らかくて細い繊維は、既存の織物技術にも適用可能で、多様でスマートな衣服への応用が期待されます。」
Pseudo-nanostructure and trapped-hole release induce high thermoelectric performance in PbTe
PbTeにおける疑似ナノ構造とトラップされたホールの放出による高熱電性能の誘導
「熱電材料は、熱と電気を直接相互変換できる魅力的な材料ですが、効率向上のためには電気的性質と熱的性質のバランスを取ることが難しいという課題がありました。今回、研究者らは鉛テルル化物に特殊なドーピングを行うことで、高温でも安定した熱電性能を発揮する材料の開発に成功しました。この材料は、原子レベルでの構造制御により、熱を伝えにくくする一方で、電気を流しやすくするという、一見相反する性質を両立させています。この画期的な成果は、幅広い温度範囲で高効率な熱電発電を可能にし、エネルギー問題の解決に貢献することが期待されます。」
Joint environmental and social benefits from diversified agriculture
多様化された農業による環境と社会への共同便益
「農業の単純化が進むと、生物多様性の損失や汚染などの問題が起きます。この研究では、家畜、作物、土壌、非作物の植栽、水の保全に焦点を当てた5つの多様化戦略が、社会的・環境的な結果にどのような影響を与えるかを調べました。その結果、複数の多様化戦略を組み合わせることで、単独の戦略よりもプラスの結果が得られることがわかりました。これらの恩恵を実現するためには、複数の多様化戦略の採用を奨励するよう設計された政策が必要です。」
Antibacterial activity of nonantibiotics is orthogonal to standard antibiotics
非抗菌薬の抗菌活性は既存の抗菌薬と直交する
「非抗菌薬の中には、思いがけない抗菌作用を持つものが多数存在することが知られています。しかし、その抗菌メカニズムについてはよくわかっていません。本研究では、大腸菌のノックアウト株ライブラリーを用いた大規模なスクリーニングにより、200種類以上の薬剤の抗菌メカニズムを調べました。解析の結果、抗菌薬の作用機序は似たような薬剤同士でグループを形成したのに対し、非抗菌薬の作用機序は既存の抗菌薬とは大きく異なることがわかりました。このことから、非抗菌薬の中には未開拓の抗菌ターゲットを攻撃しているものが多数あると考えられます。一方で、排出ポンプの解析からは、非抗菌薬への耐性化が広範な抗菌薬耐性を引き起こす可能性も示唆されました。本研究の成果は、非抗菌薬が人体に及ぼす影響の理解を深めるとともに、新規抗菌薬開発のヒントになると期待されます。」
要約
気管支収縮による上皮細胞の過剰な脱落が喘息の病理に関与している
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adk2758
喘息は気道の炎症性疾患と考えられているが、気管支収縮による機械的ダメージが上皮細胞の過剰な脱落を引き起こし、炎症や粘液分泌につながることが明らかになった。
事前情報
喘息は気道の炎症性疾患と考えられている
細胞が過密になると上皮細胞が脱落する「細胞脱出」というプロセスが知られている
行ったこと
マウスとヒトの気管支収縮モデルを用いて、上皮細胞の脱出と炎症、粘液分泌の関係を調べた
気管支拡張薬のアルブテロールと生細胞脱出シグナル阻害剤の効果を比較した
検証方法
マウスとヒトの気管支収縮モデルを作成
上皮細胞の脱出、炎症、粘液分泌を観察・測定
アルブテロールと生細胞脱出シグナル阻害剤の効果を検証
分かったこと
気管支収縮による病的な細胞の過密化が上皮細胞の過剰な脱出を引き起こす
過剰な細胞脱出が気道にダメージを与え、炎症と粘液分泌を引き起こす
アルブテロールによる気道の弛緩はこれらの反応に影響を与えない
生細胞の脱出シグナルを阻害することで、上皮のダメージと炎症を防ぐことができる
この研究の面白く独創的なところ
喘息の病理メカニズムとして、炎症だけでなく気管支収縮による機械的ダメージと上皮細胞の脱落に着目した点が独創的である。また、生細胞脱出シグナルの阻害が新たな治療戦略となる可能性を示唆している点が興味深い。
この研究のアプリケーション
生細胞脱出シグナルを標的とした新たな喘息治療薬の開発につながる可能性がある。また、気管支収縮による機械的ダメージと上皮細胞の脱落を抑制することで、喘息の症状改善や炎症の抑制が期待できる。
著者
Dustin C. Bagley, Tobias Russell, Elena Ortiz-Zapater, Sally Stinson, Kristina Fox, Polly F. Redd, Merry Joseph, Cassandra Deering-Rice, Christopher Reilly, +2 authors, and Jody Rosenblatt
詳しい解説
喘息は気道の慢性炎症性疾患であり、環境因子が引き金となって免疫応答が起こり、気管支収縮を引き起こすと考えられています。喘息の主な治療法は、即効性の気管支拡張薬であるアルブテロールと、根本的な炎症を治療するための副腎皮質ステロイドですが、この組み合わせでも必ずしも効果的ではありません。
Bagleyらは、気管支収縮による気道の機械的ダメージと上皮細胞の脱落も喘息の病理に関与し、治癒を妨げる可能性があることを示しました。彼らは、マウスとヒトの気管支収縮モデルを用いて、気管支収縮が細胞の過密化を引き起こし、上皮細胞の過剰な脱出を誘発することを発見しました。この過剰な細胞脱出が気道にダメージを与え、炎症と粘液分泌につながることが明らかになりました。
興味深いことに、アルブテロールによる気道の弛緩はこれらの反応に影響を与えませんでしたが、気管支収縮時に生細胞の脱出シグナルを阻害すると、上皮のダメージと炎症のすべての特徴を防ぐことができました。この結果は、気管支収縮が上皮細胞の過剰な脱落を介して炎症を引き起こすことを示しており、炎症そのものではなく、上皮細胞の脱落を阻害することが、喘息の炎症サイクルを断ち切る新たな治療戦略となる可能性を示唆しています。
この研究は、喘息の病理メカニズムに対する新しい視点を提供し、生細胞脱出シグナルを標的とした革新的な治療法の開発につながる可能性があります。今後の研究で、生細胞脱出シグナル阻害剤の安全性と有効性が確認されれば、喘息患者の症状改善と炎症抑制に大きく貢献することが期待されます。
シリコンを使わない、ファイバー1本で実現するチップレス・テキスタイルエレクトロニクス
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adk3755
この研究では、1本の柔軟で細い繊維だけで、周囲の電磁エネルギーを収集し、人体を介してワイヤレスに信号伝送できる技術を開発しました。これにより、チップやバッテリーを使わずに、触れるだけで光るなどのインタラクティブな電子テキスタイルを実現できます。
事前情報
現在の電子テキスタイルは、硬いシリコンチップやバッテリーに依存しているため、服とのシームレスな統合、エネルギー効率、快適性に制限がありました。チップレスの電子システムでは、動的なエネルギー切り替えキャリアがないため、デジタル論理の課題がありました。
行ったこと
単一のファイバーを通して、周囲の電磁エネルギーを収集し、ワイヤレス信号伝送を行うチップレスの人体結合型エネルギー相互作用メカニズムを提案しました。このファイバー自体が、テキスタイル上に追加のチップやバッテリーを必要とせずに、ワイヤレスの視覚-デジタル相互作用を可能にします。
検証方法
全ての電子部品を微小なファイバーに統合することで、スケーラブルな製造と現代の織物技術との互換性を実現し、多様でインテリジェントな衣服を可能にしました。
分かったこと
提案した戦略は、シリコンベースのテキスタイルシステムの問題を解決する可能性があります。
この研究の面白く独創的なところ
1本の細い繊維だけで、周囲の電磁エネルギーを収集し、人体を介してワイヤレスに信号伝送できる点が非常に独創的です。これにより、チップやバッテリーを使わずに、インタラクティブな電子テキスタイルを実現できます。
この研究のアプリケーション
この技術は、多様でスマートな衣服への応用が期待されます。触れるだけで光るなどのインタラクティブな機能を持つ衣服や、健康モニタリング、エンターテインメントなどの分野での活用が考えられます。
著者と所属
Weifeng Yang, Shaomei Lin, Wei Gong, Rongzhou Lin, Chengmei Jiang, Xin Yang, Yunhao Hu, Jingjie Wang, Xiao Xiao, Hongzhi Wang (浙江大学)
詳しい解説
従来の電子テキスタイルは、硬いシリコンチップやバッテリーを使用しているため、服との一体化や快適性に課題がありました。また、チップレスの電子システムでは、動的なエネルギー切り替えキャリアがないため、デジタル論理の実現が困難でした。
この研究では、これらの問題を解決するために、1本の柔軟で細い繊維だけで、周囲の電磁エネルギーを収集し、人体を介してワイヤレスに信号伝送できる技術を開発しました。この繊維自体が、触れるだけで光るなどのインタラクティブな機能を実現できます。しかも、追加のチップやバッテリーを服に取り付ける必要がありません。
全ての電子部品をこの微小なファイバーに統合することで、大量生産が可能になり、現代の織物技術にも適用できます。これにより、多様でスマートな衣服の製造が可能になります。
この画期的な技術は、ウェアラブルデバイスの分野に大きな影響を与えると期待されます。健康モニタリング、エンターテインメント、ファッションなど、幅広い分野でのアプリケーションが考えられます。また、この研究は、シリコンベースのテキスタイルシステムの問題を解決する新しいアプローチを提示しています。
今後、この技術がさらに発展し、より高度な機能を持つ電子テキスタイルが実現されることが期待されます。これにより、私たちの日常生活がより豊かで便利なものになるかもしれません。
熱電材料の性能向上に向けた新たなアプローチ
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adj8175
本研究では、p型鉛テルル化物系材料において、空孔クラスターの疑似ナノ構造と、トラップされたホールの動的な放出による電荷キャリア制御を同時に達成することで、フォノンと電荷キャリアの輸送を同時に制御し、高い熱電性能を実現した。850ケルビンで最大zT値2.8、300〜850ケルビンで平均zT値1.65を達成し、554ケルビンの温度差でセグメント化されたモジュールにおいて約15.5%のエネルギー変換効率を達成した。この成果は、中温域の熱電材料が様々な用途で有望であることを示している。
事前情報
熱電材料は、熱と電気のエネルギー変換を直接行うことができるが、高い熱電性能を実現するための戦略を立てることは、電気的および熱的輸送特性が強く絡み合っているため困難である。
行ったこと
研究者らは、p型鉛テルル化物系材料において、空孔クラスターの疑似ナノ構造と、トラップされたホールの放出による動的な電荷キャリア制御を同時に実現した。これにより、フォノンと電荷キャリアの輸送を同時に制御することが可能となった。
検証方法
研究チームは、特殊なドーピング手法を用いて鉛テルル化物系材料を合成し、その熱電性能を評価した。材料の構造解析には透過型電子顕微鏡などを用い、電気的・熱的特性の測定を行った。また、実際にセグメント化された熱電モジュールを作製し、エネルギー変換効率を測定した。
分かったこと
開発された鉛テルル化物系材料は、850ケルビンにおいて最大zT値2.8、300〜850ケルビンの温度範囲で平均zT値1.65という優れた熱電性能を示した。また、554ケルビンの温度差を付与したセグメント化モジュールでは、約15.5%のエネルギー変換効率を達成した。これらの結果は、中温域における熱電材料の応用可能性を大きく広げるものである。
この研究の面白く独創的なところ
この研究の独創的な点は、原子レベルでの構造制御により、熱伝導率を低減しつつ、電気伝導性を維持するという、一見相反する性質を両立させたことにある。空孔クラスターによる疑似ナノ構造がフォノン散乱を促進する一方、トラップされたホールの動的な放出が電荷キャリア濃度を高温でも一定に保つという巧妙なメカニズムを利用している。
この研究のアプリケーション
この研究で開発された高性能熱電材料は、中温域（300〜850ケルビン）で動作する様々な熱電発電システムへの応用が期待される。例えば、工場の排熱回収、自動車の排熱利用、宇宙用電源など、幅広い分野でのエネルギーの有効活用に貢献すると考えられる。また、この材料設計の概念は他の熱電材料の開発にも応用可能であり、熱電技術全体の発展に寄与すると期待される。
著者
Baohai Jia, Di Wu, Lin Xie, Wu Wang, Tian Yu, Shangyang Li, Yan Wang, Yanjun Xu, Binbin Jiang, Jiaqing He
詳しい解説
熱電材料は、熱と電気のエネルギー変換を直接行うことができる魅力的な材料ですが、高い熱電性能を実現するためには、電気伝導率を高く保ちつつ、熱伝導率を低減するという、相反する性質を同時に満たす必要があります。これまでの熱電材料開発では、この課題を克服することが難しく、熱電発電の効率向上に限界がありました。
今回、研究チームは鉛テルル化物に着目し、原子レベルでの構造制御により、この問題に取り組みました。彼らは、特殊なドーピング手法を用いて、鉛テルル化物結晶内に空孔クラスターを導入し、疑似的なナノ構造を形成しました。この構造は、フォノン（熱を伝える格子振動）の散乱を効果的に促進し、熱伝導率を大幅に低減します。
一方、導入された空孔はホール（正の電荷キャリア）をトラップする働きがあります。通常、トラップされたホールは電気伝導に寄与できませんが、この材料では高温になるとホールが放出され、電荷キャリア濃度が一定に保たれます。これにより、高温でも電気伝導性が維持されるという優れた特性が実現されました。
研究チームは、この材料を用いて熱電モジュールを作製し、その性能を評価しました。その結果、850ケルビンにおいて最大zT値2.8、300〜850ケルビンの温度範囲で平均zT値1.65という、極めて高い熱電性能が確認されました。また、554ケルビンの温度差を付与したセグメント化モジュールでは、約15.5%のエネルギー変換効率を達成しました。これは、中温域で動作する熱電発電システムとして、非常に有望な性能です。
この研究成果は、熱電材料の性能向上に向けた新たなアプローチを提示するものであり、幅広い温度範囲で高効率な熱電発電を可能にすると期待されます。今後、この材料設計の概念が他の熱電材料にも応用され、熱電技術全体の発展につながることが期待されます。
持続可能な農業のための多様化戦略の重要性
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adj1914
この研究では、農業の多様化戦略が社会的・環境的な結果に与える影響を調べました。11か国の2655農場から得られた24の研究データを統合し、家畜、作物、土壌、非作物の植栽、水の保全に焦点を当てた5つの多様化戦略が、人間の幸福、収量、食料安全保障などの社会的側面と、生物多様性、生態系サービス、環境への負の影響の軽減などの環境的側面にどのような影響を与えるかを評価しました。その結果、複数の多様化戦略を組み合わせることで、単独の戦略よりもプラスの結果が得られることが明らかになりました。
事前情報
農業の単純化が拡大し続けており、集約的に管理された単一栽培などの形で、より多様な形態の農業を犠牲にしています。この単純化は、世界を安全で公正な地球システムの境界内に保つことを危険にさらしています。
行ったこと
11か国の2655農場から得られた24の研究データを統合し、家畜、作物、土壌、非作物の植栽、水の保全に焦点を当てた5つの多様化戦略が、社会的・環境的な結果に与える影響を評価しました。
検証方法
24の研究から得られたデータを統合し、5つの多様化戦略（家畜、作物、土壌、非作物の植栽、水の保全）が、社会的（人間の幸福、収量、食料安全保障など）および環境的（生物多様性、生態系サービス、環境への負の影響の軽減など）な結果にどのような影響を与えるかを評価しました。
分かったこと
複数の多様化戦略を適用することで、単独の管理戦略よりも多くのプラスの結果が得られることがわかりました。これらの恩恵を実現するためには、複数の多様化戦略の採用を一体的に奨励するよう設計された政策が必要です。
この研究の面白く独創的なところ
農業の多様化戦略が社会的・環境的な結果に与える影響を、大規模なデータ統合によって定量的に評価した点が独創的です。また、複数の多様化戦略を組み合わせることの重要性を明らかにした点も興味深いです。
この研究のアプリケーション
この研究の結果は、持続可能な農業を推進するための政策立案に役立つと考えられます。複数の多様化戦略の採用を奨励する政策を設計することで、農業の社会的・環境的な恩恵を最大化できる可能性があります。
著者
Laura Vang Rasmussen, Ingo Grass, Zia Mehrabi, Olivia M. Smith, Rachel Bezner-Kerr, Jennifer Blesh, Lucas Alejandro Garibaldi, Marney E. Isaac, Christina M. Kennedy, and Claire Kremen
詳しい解説
この研究は、農業の多様化戦略が社会的・環境的な結果に与える影響を、大規模なデータ統合によって定量的に評価したものです。農業の単純化が進むと、生物多様性の損失や汚染などの問題が起きますが、家畜、作物、土壌、非作物の植栽、水の保全に焦点を当てた5つの多様化戦略が、これらの問題の解決に役立つ可能性があります。
研究チームは、11か国の2655農場から得られた24の研究データを統合し、これらの多様化戦略が人間の幸福、収量、食料安全保障などの社会的側面と、生物多様性、生態系サービス、環境への負の影響の軽減などの環境的側面にどのような影響を与えるかを評価しました。
その結果、複数の多様化戦略を組み合わせることで、単独の戦略よりもプラスの結果が得られることが明らかになりました。例えば、家畜の多様化や土壌保全を実施することで、特に生物多様性に関して、有益な社会的・環境的な結果が得られる傾向がありました。
この研究は、持続可能な農業を推進するための政策立案に役立つと考えられます。複数の多様化戦略の採用を一体的に奨励するよう設計された政策を実施することで、農業の社会的・環境的な恩恵を最大化できる可能性があります。
この研究の独創的な点は、農業の多様化戦略が社会的・環境的な結果に与える影響を、大規模なデータ統合によって定量的に評価したことです。また、複数の多様化戦略を組み合わせることの重要性を明らかにした点も興味深いです。
抗菌薬として使われていない薬剤にも広く抗菌作用がある
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adk7368
大規模なスクリーニングにより、200種類以上の薬剤の大腸菌に対する抗菌メカニズムを調べた。その結果、非抗菌薬の作用機序は既存の抗菌薬とは大きく異なることがわかった。一方で、排出ポンプの解析からは、非抗菌薬への耐性化が広範な抗菌薬耐性を引き起こす可能性も示唆された。
事前情報
多くの非抗菌薬が思いがけない抗菌作用を持つことが知られている。
しかし、非抗菌薬の抗菌メカニズムについてはよくわかっていない。
行ったこと
大腸菌のノックアウト株ライブラリーを用いて、200種類以上の薬剤の抗菌メカニズムを大規模にスクリーニングした。
薬剤間の類似性を解析することで、作用機序のネットワークを構築した。
排出ポンプの役割についても解析を行った。
検証方法
6709株の大腸菌ノックアウト株からなるライブラリーを用いた。
各薬剤存在下で各ノックアウト株の増殖を測定し、薬剤感受性への影響を調べた。
薬剤間の作用の類似性をもとにネットワーク解析を行った。
分かったこと
抗菌薬の作用機序は似たような薬剤同士でグループを形成した。
非抗菌薬の作用機序は既存の抗菌薬とは大きく異なっていた。
多くの非抗菌薬が未開拓の抗菌ターゲットを攻撃していると考えられる。
排出ポンプの不活性化により、多くの抗菌薬と非抗菌薬の感受性が上昇した。
非抗菌薬への耐性化が広範な抗菌薬耐性を引き起こす可能性がある。
この研究の面白く独創的なところ
200種類以上もの大量の薬剤を統一的に評価した点。
ネットワーク解析により薬剤間の関係性を可視化した点。
非抗菌薬の新たな抗菌ターゲットの存在を示唆した点。
この研究のアプリケーション
非抗菌薬が人体に及ぼす影響の理解に役立つ。
非抗菌薬の抗菌メカニズムを応用した新規抗菌薬の開発につながる可能性がある。
非抗菌薬の長期投与による耐性菌の出現リスクの評価に活用できる。
著者
Mariana Noto Guillen, Carmen Li, Brittany Rosener, Amir Mitchell
詳しい解説
本研究は、非抗菌薬の意外な抗菌作用に着目し、その作用メカニズムを大規模に調べた研究です。研究チームは、6709株もの大腸菌ノックアウト株からなるライブラリーを用いて、226種類の抗菌薬と1054種類の非抗菌薬、計1280種類もの薬剤の抗菌活性を評価しました。各薬剤存在下で各ノックアウト株の増殖を測定することで、薬剤による増殖阻害への各遺伝子の関与を調べたのです。
この網羅的なスクリーニングにより、薬剤と遺伝子の関係性を表す200万以上ものデータが得られました。研究チームはこのビッグデータを活用し、薬剤間の作用の類似性をもとにしたネットワーク解析を行いました。その結果、抗菌薬は似たような作用機序を持つもの同士がグループを形成したのに対し、非抗菌薬の多くは既存の抗菌薬とは異なる特異的な作用を示すことが明らかになりました。このことから、非抗菌薬の中には未開拓の抗菌ターゲットを攻撃しているものが多数あると考えられます。
一方で、排出ポンプの役割に着目した解析からは、非抗菌薬が広範な抗菌薬耐性を引き起こすリスクも浮き彫りになりました。多くの非抗菌薬の抗菌活性が排出ポンプの不活性化により上昇したことから、非抗菌薬への耐性獲得が排出ポンプの活性化を介して多剤耐性につながる可能性が示唆されたのです。
本研究は、創薬の観点からも、また薬剤の安全性の観点からも重要な知見を提供するものです。非抗菌薬の作用メカニズムの理解は、副作用の少ない新規抗菌薬の開発につながることが期待されます。また、非抗菌薬の長期投与が耐性菌を生み出すリスクを評価することは、薬剤の適正使用を考える上で欠かせません。本研究の成果は、そうした課題に新たな視点を与えてくれます。
最後に
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