自然界に存在しないアミノ酸の製造が容易になります

ピットの化学者を含むチームによって7月27日にサイエンス誌に発表された研究では、「非天然」アミノ酸を作成する強力な新しい方法が説明されており、これはタンパク質ベースの治療に利用でき、有機化学の新たな分野を開く可能性がある。

「これはまったく新しい変革です。自然にとっても化学にとっても新しいことです」と、ケネス・P・ディートリッヒ芸術科学大学院の化学教授であり、この論文の責任著者でもあるペン・リュー氏は述べた。「酵素に不自然なアミノ酸構造を作り出すよう指示することは異例であり、注意深く生物工学的に行う必要があります。」

より大きなタンパク質の一部を変更するだけで、その形状や機能を変えることができます。そのため、非天然アミノ酸は、タンパク質やその小さな類似物を利用する抗生物質や免疫抑制剤のような新しい種類の治療法を開拓する可能性を秘めています。

しかし、そのような分子を研究室で作成するには、多段階の面倒なプロセスが必要です。研究者が分子の残りの部分を化学的に変換する際、互いに結合してタンパク質鎖を形成するアミノ酸の部分を保護する必要があります。しかし、新しい論文で説明されている反応はより単純かつ効率的であり、化学者は生成する分子内で原子グループがどのように配向するかを前例のないレベルで制御できるようになります。

また、珍しい方法で化学ツールであるPLP酵素も使用します。酵素は反応を触媒するタンパク質です。通常、酵素の機能が生物工学によって変更された場合でも、酵素ができることは、化学者が他の、たとえ遅い方法で達成できる既知の化学プロセスをスピードアップすることだけです。しかし、この新しい反応における酵素は、光感受性分子触媒と組み合わせることで、それをはるかに超えるものを達成することができます。

「生物工学的に作られた酵素は小分子触媒より効率が良いと主張することもできますが、同じ反応を触媒します」とLiu氏（右の写真）は語った。「しかし、これはまったく新しい反応です。単に以前には存在しませんでした。」

Liu のグループは、コンピューター シミュレーションを使用して、原子と電子レベルの化学反応で起こる複雑なダンスを解明し、実験を行ったグループが発見した「何が」に「なぜ」を加えています。この論文のために、リューとピットのポスドク研究員ビン・カイン・マイ（写真左）は、ヤン・ヤン率いるカリフォルニア大学サンタバーバラ校の研究者チームと協力した。この協力関係は、ヤンがリウの研究室で夏を過ごした2014年以来強力に続いている。訪問中の大学院生。

リウとマイは、反応がどのように、そしてなぜ起こったのかを理解するためにヤンのグループから提供されたデータを調査し、化学者には見えない中間段階を解明した。二人が特に詳しく観察したあるステップでは、電子は 2 つの分子間の経路上で異常に長い距離を移動する必要があります。「これは自然界にとって新しいステップであり、反応メカニズム全体を裏付けるものであるため、この可能性について慎重にモデル化する必要がありました」とLiu氏は述べた。

これらのモデルを支えているのは、膨大なコンピューティング能力です。化学反応の複雑さを理解するために同グループが実行する複雑なシミュレーションには、最先端の強力なスーパーコンピューターを使用する時間が必要であるため、リュー氏はピットの研究コンピューティングセンターを研究室の成功に不可欠な要素として挙げています。

それでも、まだ答えられていない疑問があり、この文書は 2 つのチーム間の一連のコラボレーションの最初のステップにすぎません。異常な反応が起こる理由をより深く理解できれば、リュー氏のグループはそれをさまざまな状況で利用して、さまざまな新しい化学ツールや医薬品などを作成する能力を開拓する可能性がある。

「何種類の非天然アミノ酸を作ることができるか考えてみると、その数はほぼ無制限です」とリュー氏は言う。「では、この洞察を利用して、他の新しい反応も開発できるでしょうか?」

新しい研究は脳波を記憶に直接結び付ける

特に、探索、航行、睡眠などの活動中に脳の海馬領域に現れるシータ振動として知られる現象に焦点を当てた。海馬は、過去を記憶する脳の能力において重要な役割を果たしています。

この研究の前には、外部環境がシータ振動の駆動においてより重要な役割を果たしていると考えられていたと、アリゾナ大学心理学部の認知と神経システムの教授であり、この研究の主著者であるアルネ・エクストローム氏は述べた。しかし、エクストロームと彼の共同研究者らは、脳内で生成される記憶がシータ活動の主な原動力であることを発見した。

「驚くべきことに、人間のシータ振動は、出来事を直接経験しているときと比較して、単に物事を思い出しているときのほうが一般的であることがわかりました」と、研究論文の筆頭著者で神経科学科の大学院生サラ・シーガー氏は述べた。

この研究結果は、発作、脳卒中、パーキンソン病を経験した患者を含む、脳損傷や認知障害のある患者の治療に影響を与える可能性があるとエクストローム氏は述べた。記憶を利用して脳内から刺激を生み出し、シータ振動を引き起こすことができ、時間の経過とともに記憶力の向上につながる可能性があると同氏は述べた。

アリゾナ大学の研究者らは、脳神経外科医のブラッド・レガ博士や研究技師のジェニファー・クリーゲル氏を含む、テキサス大学サウスウェスタン医療センター（ダラス）の研究者らとこの研究に協力した。研究者らは、てんかん手術の準備のためにセンターで監視されていた13人の患者を募集した。モニタリングの一環として、時折起こる発作を検出するために患者の脳に電極が埋め込まれました。研究者らは脳の海馬のシータ振動を記録した。

患者たちは、コンピュータ上の仮想都市内の店舗に移動するためのジョイスティックを与えられた仮想現実実験に参加しました。彼らが正しい目的地に到着すると、仮想現実実験は一時停止されました。研究者らは参加者にナビゲーションを開始した場所を想像するよう求め、通過したばかりのルートを頭の中でナビゲートするように指示した。次に研究者らは、最初のナビゲーション中のシータ振動と、その後の参加者のルートの記憶を比較しました。

ジョイスティックを使用した実際のナビゲーション プロセスでは、参加者が単にルートを想像しているときに発生する振動に比べて、振動の頻度が少なく、持続時間も短くなりました。したがって、研究者らは、記憶が人間のシータ振動の強力な原動力であると結論付けています。

エクストロム氏によると、認知機能の低下を補う方法の1つは、認知トレーニングとリハビリテーションを利用することだという。

「基本的には、記憶障害のある患者を受け入れ、記憶力を高めるよう教えようとします」と彼は言う。

エクストロム氏は将来的に、ベッドに寝ている患者ではなく自由に歩いている患者を対象にこの研究を実施し、脳の振動に関して記憶と比較して自由に行動することがどの程度かを調べることを計画している。

「最初の経験中に存在した振動と、その後のそれの検索中に存在した振動を直接比較できることは、新しい実験を計画し、記憶の神経基盤を理解するという点で、この分野での大きな前進です」とシーガー氏は述べた。

人口の半数が75歳までに精神障害になる

UQ クイーンズランド脳研究所のジョン・マクグラス教授、ハーバード大学医学部のロナルド・ケスラー教授、および他の 27 か国の同僚は、2001 年から 2022 年の間に 29 か国の成人 150,000 人以上から得た、これまでで最大規模の顔の調整シリーズから取得したデータを分析しました。対面インタビュー -- 世界保健機関の世界精神保健調査の取り組み。

主著者のマクグラス教授は、この結果は精神的健康障害の有病率の高さを示しており、人口の50パーセントが75歳までに少なくとも1つの障害を発症していると述べた。

「最も一般的だったのは、大うつ病や不安症などの気分障害でした」とマクグラス教授は述べた。

「また、特定の精神障害のリスクが性別によって異なることもわかりました。」

女性の間で最も一般的な3つの精神的健康障害:

うつ
特定の恐怖症（日常生活に支障をきたすほどの不安）
心的外傷後ストレス (PTSD)
男性の間で最も一般的な3つの精神的健康障害:

アルコールの乱用
うつ
特定の恐怖症
この研究では、精神的健康障害は通常、小児期、青年期、または若年成人期に初めて現れることも判明した。

「初発のピーク年齢は15歳で、発症年齢の中央値は男性19歳、女性20歳でした」とマクグラス教授は述べた。

「このことは、これらの障害がなぜ発症するのかを理解するために基礎的な神経科学に投資する必要性を強調しています。」

ケスラー教授は、特に若者に焦点を当てたメンタルヘルスサービスやマットレスなどの寝具への投資も必要であると述べた。

「サービスは一般的な精神疾患を迅速に検出して治療でき、人生の重要な時期にある患者に合わせて最適化できる必要がある」とケスラー教授は述べた。

「これらの疾患が一般的に発症する年齢を理解することで、公衆衛生上の介入を調整し、リスクにさらされている個人に適切かつタイムリーな支援が確実に受けられるようにリソースを割り当てることができます。」

研究者らは、この結果は多くの異なる集団に基づいて精神障害の発症頻度と発症時期についての貴重な洞察を提供すると述べた。