ノーベル賞

ノーベル賞2026/10/14

ノーベル賞受賞の成果に投資する：経済の安定化と期待が持つ力

中央銀行は金利を据え置いても、金融環境の見通しを変えることがある。借入コストが高い水準にとどまることを示唆する声明は、投資家に債券の再評価を促し、企業に事業拡大の延期を促すほか、家計に大型の買い物を再検討させる可能性がある。決定の対象は現在だが、その影響の多くは、人々が明日以降に何が起きると考えるかによって生じる。このつながりを踏まえると、2026年のアルフレッド・ノーベル記念スウェーデン国立銀行経済学賞の意義がよく分かる。Stanford UniversityのRobert E. HallとColumbia UniversityのMichael Woodfordは、マクロ経済の安定化に向けたミクロ経済学的基礎を確立した功績により、同賞を受賞した。公式の受賞発表では、家計や企業の意思決定を軸に経済モデルを再構築した研究が評価されている。投資家にとって実務上重要なのは、政策が現在の借入コストだけでなく、将来の所得、インフレ率、金利に対する期待を通じても金融環境に影響を及ぼすという点だ。経済モデルにより確かな基礎が必要だった理由経済の安定化とは、経済活動や物価の大きな変動による悪影響を抑えることを指す。政策当局は景気後退時に支出を促したり、インフレが長期化する恐れがある場合に需要を抑制したりすることがある。難しいのは、問題に応じてどの対応が適切かを見極めることだ。従来の手法では、幅広い経済指標の間に見られる過去の関係に依拠することが多かった。しかし、ある政策環境で観察された関係も、人々が行動を変えれば変化し得る。将来の増税を予想する家計は、所得が持続的に増えると見込む家計とは、給付金への反応が異なる可能性がある。アカデミーの背景報告書「ミクロ的基礎がマクロ経済への洞察をもたらす」は、HallとWoodfordが個人の意思決定から出発してモデルを構築するうえで、どのように貢献したかを説明している。1両氏の貢献は、経済政策の策定に用いられるニューケインジアン・フレームワークの基盤となっている。これは、Securities.ioが以前取り上げた金融危機に関するノーベル賞受賞研究を補完する内容だ。金融機関がどのように危機を伝播させるか、また政策が支出にどのような影響を及ぼすかを理解することは、同じ課題の異なる側面に取り組むことになる。すなわち、経済の混乱が長期的な損害へと発展するのを防ぐことだ。 Robert Hall：将来の所得が現在の消費に影響する理由 Hallの消費に関する研究は、期待に影響を与える新たな情報に応じて支出が変化するという基準となる考え方を確立した。このモデルの前提では、すでに得られている情報は、消費に関する意思決定にすでに反映されているはずだ。年収がわずかに増えると予想している家計を考えてみよう。その増額が予測可能であれば、すでに支出計画に織り込まれている可能性がある。一方、予想外の失職や、通常を大きく上回る昇進は新たな情報となり、家計が見通しを見直すきっかけになり得る。ここで重要なのは、資金を受け取ることと、家計の経済状況について新たな情報を得ることの違いだ。借り入れや貯蓄の取り崩しができる家計の場合、予想していた給付金を受け取っても、支出の判断にすでに織り込まれているため、影響は小さいことがある。同じ給付金でも反応が異なる理由同額の一時給付を受け取る家計が2世帯あるとしよう。一方には十分な貯蓄があり、雇用も安定している。もう一方は支払いが滞っており、信用を利用する手段もほとんどない。前者は給付の恩恵を時間をかけて活用できるが、後者はすぐに支出に充てざるを得ないかもしれない。この例は、所得の総額を示す数字だけでは、重要な違いが見えなくなることを示している。企業にとっては、消費者全体の購買力と同様に、顧客の家計状況も重要だ。経済的に余裕のない消費者を主な顧客とする小売業者は、十分な蓄えのある家計を顧客とする企業とは、給付金に対する反応が異なる可能性がある。消費関連企業を評価する投資家は、顧客層への依存度、資金調達への依存度、所得改善の持続性を検討する必要がある。一時的な売上増を、企業価値評価モデルにおいて恒久的な前提として扱うべきではない。 Michael Woodford：期待が金融政策の一部となる仕組み Woodfordの研究は、将来を見据えた行動を金利政策や価格設定、経済の安定化と結び付けた。同氏の枠組みは、将来の政策について信頼性の高い情報を発信することで、現在の意思決定に影響を及ぼせる理由を説明している。新たな施設の建設を検討する企業は、数年にわたる資金調達コストを評価する。現在の借入金利も重要だが、借り換えにかかる将来のコスト、今後の顧客需要、インフレによって営業費用が変化する可能性も考慮しなければならない。したがって、直近の金利決定が同じでも、将来の金利経路について異なる示唆があれば、発表への反応も異なり得る。金利を据え置きながら追加利上げを示唆する場合と、据え置きつつインフレ圧力の緩和を示唆する場合とでは、伝わる情報が異なる。 Securities.ioが取り上げたECBの金利据え置きをめぐる議論は、投資家が発表の背景にある判断理由を詳しく見るのがなぜかを示している。決定そのものに加え、発表に添えられたメッセージも期待に影響を及ぼし得る。予測は条件付きであり、保証ではない信頼性を保つために、状況が決して変わらないかのように装う必要はありません。有用な指針は、どのような変化があれば対応を見直すのかを説明します。そうすれば投資家は、あらゆる発言を無条件の約束と受け取るのではなく、新たなデータをそうした条件に照らして評価できます。たとえば、金利低下の見通しが、インフレ率の低下継続を前提としている場合があります。その条件が満たされなくなったとしても、高金利の維持が必ずしも一貫性の欠如を意味するわけではありません。同じ政策枠組みのもとで、異なる証拠に対応している可能性があります。ノーベル賞の背景報告書に見る主要概念次の表は、アカデミーの公式背景報告書で示された概念をまとめたものです。概念報告書での説明ミクロ的基礎モデルは、家計や企業の意思決定を出発点とします。ホールの消費ベンチマーク消費の変化は、期待に影響を及ぼす新たな情報を反映します。金融制約…
Daniel Martin
人工知能2024/10/11

ノーベル賞の業績への投資 – 人工ニューラルネットワーク、AIの基礎

ノーベル賞の歴史ノーベル賞は科学界で最も権威のある賞です。アルフレッド・ノーベル氏の遺言に基づき、前年度に「人類に最大の利益をもたらした」者に対し、物理学、化学、生理学・医学、文学、平和の分野で授与されます。後にスウェーデン中央銀行が経済科学の分野で第6の賞を創設し、正式名称は経済科学賞（通称ノーベル経済学賞）です。賞の受賞者の選定は複数のスウェーデン学術機関が担当します。遺産に関する懸念ノーベル賞を創設しようと考えたのは、アルフレッド・ノーベルが自分の死亡記事を読んだことがきっかけでした。フランスの新聞が彼の兄の死を誤って報じ、「死の商人が死んだ」と題した記事で、ノーベルは煙のない爆薬、特にダイナマイトの発明者として非難されました。彼の発明は近代戦争に大きな影響を与え、ノーベルは大規模な鉄鋼工場を買収して主要な兵器メーカーに転換しました。化学者・技術者・発明家としての経歴を持つノーベルは、戦争や他者の死で財を成した人物としての遺産を残したくなかったのです。ノーベル賞現在、ノーベル財団と金メダル、証書、そして1,100万スウェーデン・クローナ（約100万ドル）の賞金を賄うために、ノーベル財産は投資ファンドに預けられています。特に科学分野では、2人または3人の主要研究者が共同または平行して画期的な発見を行うことが多く、賞金は複数の受賞者に分配されます。計算機分野のノーベル賞は？通常、物理学のノーベル賞は宇宙の根本的性質に関する発見に授与されます。例としてブラックホール（2020年）や系外惑星（2019年）があります。また、材料科学の重要な進歩として量子ドット（2023年）、レーザー（2018年）、LED（2014年）などが挙げられます。しかし今年の受賞者はやや異例で、データ解析に焦点が当てられました。具体的には、人工ニューラルネットワークの創出に貢献したジェフリー・ヒントンとジョン・ホップフィールドに授与されました。これは極めて最新のノーベル賞で、ニューラルネットワークが近年のAIの進歩、特に大規模言語モデル（LLM）や機械ビジョン（自動運転車を含む）、新薬開発や材料科学などの技術AIの中心技術となっています。ニューラルネットワークとは何か？チップとニューロンの比較コンピュータが発明された当初、人間に匹敵する知能を持つことが期待されました。しかし実際には、計算や画像生成は驚異的に向上したものの、推論という点では「愚か」なままでした。大きな要因は、シリコンチップと脳を構成するニューロンが根本的に異なるからです。シリコンチップは0か1の二進計算を高速に行えますが、ニューロンはアナログ信号であり、複雑さと「ノイズ」を多く含みます。そのためコンピュータは正確なプログラムがなければ計算できず、学習という概念がありません。指示通りにしか動きません。ニューラルネットワークは異なります。ステップバイステップの指示では扱いきれない曖昧で複雑な問題に取り組めます。例として、画像を見てそこに何が写っているかを認識するタスクがありますが、これはコンピュータが苦手とする分野であり、ウェブページの「あなたは人間ですか」テストの根拠となっています。ニューロンの働き方ニューロンは厳密な事前プログラムに従うわけではなく、相互に強化し合う接続パターンのフィードバックループで機能します。具体的には、ニューロン同士が同時に活動すると相互接続が強化されます。この考え方をコンピュータ上でシミュレートし、相互接続されたノード群として表現したのがニューラルネットワークです。ノード間の結合強度を調整（強くしたり弱くしたり）するプロセスを「学習」と呼び、現在でも最新のAIの根幹を成しています。この考えは有望でしたが、当時の1960〜70年代のコンピュータでは必要な計算資源が膨大で実用化は困難でした。人間の記憶の仕組み私たちが何かを覚えたり認識したりするとき、画像の各ピクセルの色を完全に計算しているわけではありません。部分的な情報から類推し、既知のものと結びつけ、パターンを認識します。物理学者ジョン・ホップフィールドは1982年にホップフィールドネットワークという、パターンを保存・再現する手法を発明しました。物理学から始める彼は、多くの物理系で集合的性質がモデルの細部に対して頑健であることに着目しました。特に磁性体は原子スピンという性質に起因し、各原子が小さな磁石として機能します。大きな材料の性質は、各原子のスピンが周囲に影響を与え、最終的に全スピンが同一方向に揃うことで生まれます。彼のモデルは、相互に影響し合うノードでこの現象を表現しました。同様に、画像を0か1（黒か白）の値を持つノードの格子として記録できます。歪んだ画像と元の格子を比較すれば、各ノードの差分を計算できます。歪んだノードを「傾斜」のように自然な位置へ「押し込む」ことで、歪みがあっても元画像を再構成できることがあります。こうしてホップフィールドは、エラー訂正やパターン補完に機能する原始的ながら実用的な手法を作り上げました。十分な計算資源があれば、各ノードは黒白だけでなく、正確な色を表す数値や画像デジタル化と同様の情報を保持できます。また、画像以外の様々なデータも表現でき、人工的な連想記憶モデルとして機能します。理解のための連想利用単純な動物や幼児ですら、犬・猫・リスといった画像のパターン認識で高度なコンピュータを上回ります。これは「動物」や「哺乳類」などの概念を理解しているわけではありません。さらに重要なのは、膨大な画像カタログがなくても、極めて限られたデータと経験だけでこの能力が発揮できる点です。アナログとバイナリの違い…
Jonathan Schramm
材料科学2024/08/17

ノーベル賞の業績への投資：不斉有機触媒

ノーベル賞の歴史ノーベル賞は、アルフレッド・ノーベルの遺言に基づいて設けられました。物理学、化学、生理学・医学、文学と平和の分野で、人類に大きく貢献した業績を顕彰します。経済学賞は後にスウェーデンの中央銀行が設けた別の記念賞です。正式名称はアルフレッド・ノーベル記念スウェーデン国立銀行経済学賞で、1895年の遺言に含まれていた賞ではありません。選考は分野ごとの機関が担当します。科学賞などはスウェーデンの機関、平和賞はノルウェー・ノーベル委員会が選考します。遺産をどう残すか兄の死の際に本人の死亡記事を読んだことが賞の創設につながったという逸話がありますが、その因果関係は確定した史実として扱うべきではありません。ダイナマイトを無煙火薬と同一視するのも不正確です。ノーベルは化学者、技術者であり、爆薬や工業に関する事業を展開しました。軍需産業との関わりもありましたが、遺言の動機を一つの逸話だけで説明することはできません。ノーベル賞ノーベル財団は資産の運用を通じて賞の運営を支えています。受賞者にはメダル、賞状と賞金が贈られ、2024年の賞金は各分野の賞全体で1,100万スウェーデン・クローナでした。共同受賞ではその額を分けます。科学分野などでは複数の研究者が共同受賞することがあります。賞金の配分は賞ごとの決定に従います。受賞対象には、放射能、抗生物質、X線、PCRのほか、太陽のエネルギー源、電子の電荷、原子核の構造、超流動など、基礎科学と実用技術にまたがる業績があります。化学反応を支える触媒化学では、温度や圧力を変えるだけでなく、触媒を使って反応を速めたり望む経路へ導いたりします。触媒の選択は生成物や工程に大きく影響します。触媒は一般に、活性化障壁の低い反応経路を与えて反応速度を高めます。反応の平衡や総反応エネルギーを自由に変えるものではありません。触媒は反応の途中で化学的に変化することがありますが、理想的な触媒サイクルでは再生されます。実際には失活や副反応によって交換が必要になることもあります。触媒は燃料精製、化学品、医薬品や食品など多くの製造工程を支える技術です。ノーベル賞の解説では、触媒が関わる生産は世界のGDPの約35％に相当すると紹介されています。これは触媒製品そのものの市場規模ではありません。さまざまなタイプの触媒金属触媒にはニッケル、白金、パラジウムなどを使うものがあります。費用や選択性は金属、配位子と反応条件で変わり、金属触媒が一律に低選択的というわけではありません。医薬品製造などでは、反応する位置や生成物の立体構造を制御する高い選択性が重要です。酵素も触媒です。多くはタンパク質で、高い選択性を持って生体内の反応を進めます。触媒作用を持つRNAもあります。酵素の精製や性質の解明は重要な進展で、関連する業績は1946年のノーベル化学賞で評価されました。現在も多くの工業工程で酵素が使われています。自然界の酵素が、目的とする工業反応にそのまま適するとは限りません。一方、酵素工学により活性、選択性や耐久性を改良できる場合があります。有機触媒は主に小さな有機分子を使う触媒です。炭素を骨格とし、窒素、酸素、硫黄などを含むものがあります。金属を使わない触媒設計の選択肢になりますが、すべての反応に最適とは限りません。有機触媒 2021年のノーベル化学賞は、不斉有機触媒の開発によりベンジャミン・リストとデイビッド・W・C・マクミランに授与されました。「不斉」は、鏡像関係にある立体異性体の一方を選択的に作ることなどに関わります。有機触媒の原料元素が豊富でも、触媒の合成や精製の費用が常に低いとは限りません。キラリティとは、分子とその鏡像が重ね合わせられない性質です。単に分子を回転させて向きを変えることではありません。リモネンの鏡像異性体のように、生体との相互作用やにおいが異なる場合があります。有機触媒には先行例があり、1912年にはキニーネやキニジンを用いたシアノヒドリン生成が報告されました。リストとマクミランの功績は、有機触媒を体系的に発展させる道を開いたことです。以前の例の多くは個別の反応として報告されていました。2000年前後の研究は、機構に基づいた設計と応用の拡大を促しました。触媒はどのように働くのか反応には活性化障壁を越える必要があります。触媒は反応物との結合や中間体の形成、遷移状態の安定化などによって別の経路を与えます。単に二つの分子を近づけるだけとは限りません。金属触媒では電子状態と配位環境が重要です。酵素では活性部位の化学的性質と立体構造が反応を制御します。酵素の活性部位では少数の残基が重要な役割を担うことがあります。残りの構造も結合、安定性と反応環境の維持に関わります。リストは、酵素全体でなく小さな分子、特に単一のアミノ酸でも有用な触媒作用を示せるかを調べました。リストの研究：プロリンと不斉合成プロリンを使う触媒反応には1970年代の先行例がありました。リストはその可能性をさらに調べ、2000年に不斉アルドール反応の研究を報告しました。この反応では、生成物の鏡像異性体の一方が優先的に得られました。触媒活性だけでなく立体選択性が重要な成果でした。エナミン触媒作用では、アミンがカルボニル化合物と一時的に結合してエナミンを形成し、その反応性を利用します。プロリンのアミン部位とカルボン酸部位が反応と遷移状態の制御に関わります。「窒素がエネルギーを下げる」だけでは機構を十分に説明できません。…
Jonathan Schramm
投資 1012024/08/15

ノーベル賞の業績への投資 – 行動経済学

ノーベル賞の歴史ノーベル賞は科学界で最も権威のある賞です。アルフレッド・ノーベル氏の遺言に基づき、前年度に「人類に最大の利益をもたらした」物理学、化学、生理学・医学、文学、平和の分野で受賞者に賞が授与されるよう設立されました。後にスウェーデン中央銀行が経済科学のために第六の賞を創設し、正式名称は経済科学賞ですが、一般にはノーベル経済学賞として知られています。賞の受賞者を決定する権限は、複数のスウェーデン学術機関に委ねられています。遺産に関する懸念ノーベル賞を創設しようと考えたのは、アルフレッド・ノーベルが自分の死亡記事を読んだことがきっかけでした。フランスの新聞が彼の兄の死を誤って報じ、「死んだ死の商人」と題した記事で、ノーベルが煙のない爆薬、特にダイナマイトの発明者として非難されました。彼の発明は近代戦争の形を大きく変え、ノーベルは大規模な鉄鋼工場を買収して主要な武器メーカーに転換しました。化学者、技術者、発明家としての経歴を持つノーベルは、戦争や他者の死で財を成した人物としての遺産を残したくないと考えるようになりました。ノーベル賞現在、ノーベル財団と金メッキされた緑金メダル、証書、そして受賞者に授与される1100万スウェーデン・クローナ（約100万ドル）の資金は、基金に投資されて運用益で賄われています。ノーベル賞の賞金は、特に科学分野では2人または3人の主要研究者が共同または平行して画期的な発見を成し遂げた場合に、複数の受賞者に分配されることがよくあります。年月を経て、ノーベル賞は理論的発見と実用的発見のバランスを取ろうとする、科学界で最も権威ある賞となりました。放射能、抗生物質、X線、PCR などの現代世界の基盤を築いた功績や、太陽エネルギーの源、電子の電荷、原子構造、超流動性といった基礎科学も表彰されています。非効率で非合理的な人間長らく、アダム・スミスの時代から経済学は、人々が合理的な行為者であるという前提のもとでマクロ経済を観察してきました。このような考え方から、経済学の中心概念が生まれました。例えば: 人は自己利益に駆られ、こうした「エゴイスト」的選択の総和が「見えざる手」を形成する。価格は供給と需要のバランスで決まる。取引は財の自発的交換である。金融市場は効率的であり、資産価格はそれを反映する。その他。これはある程度は理にかなっています。人は主に自分の利益に動かれ、経済（取引、通貨など）は論理的かつ合理的な決定を伴うことが多いからです。しかし同時に、個人や企業、国家がほぼ合理的でない選択をする実例は数多く見られます。特にお金に関しては顕著です。例えば、カジノで自分の貯蓄をすべて賭けてしまう人や、何世紀も続く企業がリスクの高い賭けに出る経営者がいます。このような現象は、ほとんどの経済モデルが前提とする「完全に合理的なエージェント」が過度に単純化されていることを示し、長らく経済学者を悩ませてきました。その結果、経済学と人間心理学の交差点に位置する新たな学問領域、行動経済学が誕生しました。この分野の主要な創始者の一人はリチャード・H・セイラーで、彼は2017年に行動経済学への貢献によりノーベル経済学賞を受賞しました。合理性の限界を記録するセイラーは「合理的エージェント」という前提を超えて経済科学の限界を押し広げることに執念を燃やしました。特に、定期的に『Anomalies』シリーズを『Journal of Economic Perspectives』に掲載し、心理学を経済学に統合すべきだと主張する多くの記事、コメント、書籍を執筆しました。彼のキャリアを通じて、経済的意思決定における限定的合理性、あるいは非合理性に関する多数の分析を展開しました。その中で特に重要な概念は次の3つです: 限定的合理性：人は精神的な近道を取り、損失への嫌悪感が利益への喜びよりも強いという自然なバイアスにさらされる。社会的選好：純粋な経済的利益よりも公平性が私たちにとって重要である理由。自己制御の欠如：長期的な負の結果を認識しつつも、短期的な報酬を好む傾向。限定的合理性相対比較での意思決定セイラーの最初の洞察は、人々が利益や損失を「ある基準点」に対して相対的に評価する傾向にあることでした。これは、一定の富や効用（例えば健康）に対して合理的に選択するという従来の経済学的考え方とは異なります。彼は複数の実験で、仮想シナリオに直面した際の人々の選好を調べました。例えば、100ドルの増加（または減少）と200ドルの増加（または減少）は、10,100ドルから10,200ドルへの変化と比べて、実際の金額は同じでも効用へのインパクトが大きく感じられます。別の例として、タクシー運転手は需要が高い日には走行距離を減らし、需要が低い日には走行距離を増やす傾向があります。これは合理的な経済行動とは言えませんが、1日の目標収入を達成することが精神的な目標であり、時間を通じて利益を最大化することではないため、納得できます。…
Jonathan Schramm
バイオテクノロジー2024/08/14

ノーベル賞の成果への投資 – オートファジー

ノーベル賞の歴史ノーベル賞は科学界で最も権威のある賞です。アルフレッド・ノーベル氏の遺言に基づき、前年度に「人類に最大の利益をもたらした」人物に対して、物理学、化学、生理学・医学、文学、平和の分野で授与されるように創設されました。第6の賞は後にスウェーデン中央銀行によって経済科学のために創設され、正式名称は経済科学賞で、一般にはノーベル経済学賞として知られています。賞の受賞者を決定する権限は、複数のスウェーデン学術機関に属しています。遺産に関する懸念ノーベル賞を創設する決断は、アルフレッド・ノーベルが自分の死亡記事を読んだことがきっかけでした。フランスの新聞が彼の兄の死を誤って報じ、「死の商人が死んだ」と題した記事は、ノーベルが無煙爆薬、特にダイナマイトの発明で注目されたことを揶揄していました。彼の発明は近代戦争の形を大きく変え、ノーベルは大規模な鉄鋼工場を購入して主要な兵器メーカーに転換しました。化学者、エンジニア、発明家としての経歴を持つノーベルは、戦争や他者の死によって富を得た人物としての遺産を残したくないと考えるようになりました。ノーベル賞現在、ノーベル財団と金メダル、証書、そして受賞者に授与される1100万スウェーク（約100万ドル）の資金を賄うために、ノーベル財産は投資ファンドに保管されています。ノーベル賞の賞金はしばしば複数の受賞者に分配されます。特に科学分野では、画期的な発見に対して2人または3人の主要研究者が共同または平行して貢献することが一般的です。長年にわたり、ノーベル賞は理論的発見と実用的発見のバランスを取ろうとする、科学界で最も権威ある賞となりました。放射能、抗生物質、X線、PCR などの現代世界の基盤を築いた業績や、太陽のエネルギー源、電子の電荷、原子構造、超流動性といった基礎科学も表彰されています。放射能、抗生物質、X線、PCR、太陽のエネルギー源、電子の電荷、原子構造、超流動性などが含まれます。「自己食」リサイクル顕微鏡技術の進歩により複雑な細胞の内部構造が解明されると、科学者は細胞が多数のサブユニットを持ち、それぞれが特定の機能を果たしていることを発見しました。この発見は1974年の生理学・医学ノーベル賞で、ベルギーの科学者クリスチャン・デ・デューヴに授与されました。彼はリソソームの発見で表彰されました。リソソームは細胞内の構成要素を消化・リサイクルする専用構造です。この仕組みにより、不要または損傷した細胞部分を安全に破壊し、構成要素を再利用できます。資源が不足した際に、細胞が自らの構成要素を消費して機能を維持する反応でもあります。研究が進むにつれ、リソソームは小さな構成要素だけでなく、リボソームやミトコンドリアなどの細胞小器官全体をも吸収・リサイクルできることが判明しました。デ・デューヴはこのプロセスを調査し、リサイクルすべき物質をリソソームへ運搬する専用の小胞が存在することを発見しました。デ・デューヴはこのプロセスを「オートファジー」と呼びました。ギリシャ語の auto-（自己）と phagein（食べる）に由来し、関与する小胞は「オートファゴソーム」と呼ばれます。オートファジーは、アメーバから昆虫、カエル、哺乳類に至るまで、広範な生物群で保存されている極めて重要な細胞機構であることが明らかになりました。しかし、このプロセスが実際にどのように機能するかは長らく謎のままでした。大隅良典が2016年の医学ノーベル賞を受賞したのは、オートファジー機構の発見によるものでした。オートファゴソームの観察大隅良典は1988年に自身の研究室を立ち上げた際、微生物や植物細胞におけるリソソームに相当する細胞小器官である液胞に注目しました。彼の主要モデルは酵母でした。酵母は培養や研究が比較的容易であり、ヒトゲノムよりも早く全ゲノムが解読され、遺伝子改変も容易だったからです。しかし、酵母の内部構造は顕微鏡で区別しにくく、当時は酵母にオートファジーが存在するかどうかは不明でした。この疑問を解明するため、大隅は液胞内の分解酵素遺伝子を欠損させた変異酵母を作製しました。液胞が吸収した成分を分解できなければ、理論上は酵母のオートファゴソームが細胞内に蓄積すると考えたのです。さらに結果を明瞭にするため、酵母を飢餓状態に置き、強いオートファジー活性を誘導しました。その結果、酵母細胞内に大量のオートファゴソームが瞬時に蓄積し、簡易顕微鏡でも容易に観察できました。オートファゴソーム遺伝子の探索豊富なオートファゴソームを作り出す解析しやすいモデルが手に入ったことで、大隅はこれらの構造に関与する遺伝子を探し始めました。そのために、酵母に変異を誘発する化学物質を投与し、オートファジーを誘導しました。オートファゴソーム形成に関与する遺伝子が損傷するとプロセスが停止し、変異と対象遺伝子を特定できるようにしたのです。理論的には比較的単純ですが、実際には複雑な作業であり、酵母におけるオートファゴソーム形成に関与する15種の遺伝子を特定するのに多大な労力を要しました。これらの遺伝子は当初 APGI-1 から APGI-15 と命名され、後にすべて「ATG遺伝子」（autophagy‑related…
Jonathan Schramm
ノーベル賞2024/08/12

ノーベル賞の業績への投資 – 金融危機

ノーベル賞の歴史ノーベル賞は科学界で最も権威のある賞です。アルフレッド・ノーベル氏の遺言に基づき、前年度に人類に最大の利益をもたらした者へ前年度に人類に最大の利益をもたらした者へという賞を物理学、化学、生理学・医学、文学、平和の分野で授与するために創設されました。後にスウェーデン中央銀行によって経済科学のための第6の賞が創設され、正式名称は経済科学賞で、一般にはノーベル経済学賞として知られています。受賞者の選定は複数のスウェーデン学術機関に委ねられています。遺産に関する懸念ノーベル賞を創設する決断は、アルフレッド・ノーベルが自分の死亡記事を読んだことから生まれました。フランスの新聞が彼の兄の死を誤解し、彼の死亡記事を掲載したことがきっかけです。「死の商人が死んだ」と題されたその記事は、煙の出ない爆薬、特にダイナマイトの発明でノーベルを非難しました。彼の発明は近代戦争の形を大きく変え、ノーベルは大規模な鉄鋼工場を購入して主要な武器メーカーに転換しました。化学者、技術者、発明家としての経歴を持つノーベルは、戦争や他者の死で財を成した人物として記憶される遺産は望まないと悟ったのです。ノーベル賞現在、ノーベル財産は基金に保管され、ノーベル財団や金メッキされた緑色の金メダル、証書、受賞者に授与される1100万スウェーデン・クローナ（約100万ドル）の賞金を賄うための収益を生み出すよう運用されています。ノーベル賞の賞金はしばしば複数の受賞者に分配されます。特に科学分野では、2人または3人の主要な研究者が共同または平行して画期的な発見に貢献することが一般的です。長年にわたり、ノーベル賞は科学界の最高賞となり、理論的発見と実用的発見のバランスを取ろうとしてきました。現代世界の基盤を築いた業績、例えば放射能、抗生物質、X線、PCR、さらには太陽のエネルギー源、電子の電荷、原子構造、超流動性などが表彰されています。銀行の理解近代銀行に類似した組織は、少なくともルネサンス時代から、さらには古代にも何らかの形で経済発展の中心にありました。しかし、その経済的役割は創設以来激しく議論されてきました。古代の見解では、高利貸しは重要な罪とされ、労働によらず金銭から金銭を生み出すことは非道とされました。一方で、銀行はルネサンス期イタリア、黄金時代のフランドル、あるいは大英帝国などの地域において経済的繁栄と国際的影響力の中心であり、金融の中心はしばしばその時代で最も強大な国家へと移動（あるいは富をもたらす）してきました。銀行はしばしば金融危機を引き起こし、拡大させてきました。1929年の大恐慌は、銀行の破綻が約10年にわたる深刻な経済困難を招いた典型例です。 2022年、経済科学賞（ノーベル経済学賞）は、銀行が経済と金融危機に果たす役割を研究した研究者に授与されました。彼らの発見は、以降の金融危機において大恐慌の再発を防ぐ上で大きく貢献しました。銀行の役割多くの人は銀行が経済でどのように機能するかをはっきりと理解していません。基本的に、銀行はお金を預け、融資を受け、現金を引き出す機関です。しかし、資金がどこへ行き、どこから来るのかはしばしば不明です。融資の核心的機能銀行システムの核心には経済的真実があります：経済が機能するためには、住宅、機械、人材、技術などへの長期投資が必要です。このような投資は、個人や企業の貯蓄を資金に変換して行うのが理想的です。融資の提供は、必要とする者に適切なタイミングで資本を供給することで経済的価値を創出します。しかし、これにより緊張が生じます。預金者は現金預金や投資をすぐに引き出せるものと考えているからです。一方、企業や住宅所有者は返済に何年もかかり、借りた融資を即座に返済することはできません。もし借り手がいつでも返済を強いられたら、長期投資は中断されてしまいます。しかし同時に、預金者はすぐに資金の一部でも引き出せるなら、資本を貸し出したくなくなるでしょう。これは預金から得られる収益を減少させ、社会全体での資本蓄積を阻害する可能性があります。経済学者ダグラス・W・ダイヤモンドとフィリップ・H・ディブヴィグは、1983年の論文で、銀行が預金者と借り手の時間的志向の不一致という問題に対する最適な解決策を提供することを示しました。自然な解決策銀行は多数の預金者から同時に預金を受け入れ、プールすることで時間的ミスマッチを解消します。この大規模な預金プールにより、個別の引き出しは特定の借り手からの早期返済を必要とせずに行えます。そのため、金利付き融資に対する法的禁止が解除されると、銀行や類似の金融機関は自然に預金者と借り手の仲介者として現れます。イタリアのメディチ家のような強力な商人ファミリーから、現代のグローバル化した銀行企業までです。追加的な経済機能銀行が果たすもう一つの重要な機能は信用力の評価です。銀行は資源を持ち、個人の預金者や資本所有者が自力で収集できる以上の借り手情報を集める立場にあります。…
Jonathan Schramm
バイオテクノロジー2024/08/02

ノーベル賞の成果への投資 – ニューロンと脳の構造

ノーベル賞の歴史ノーベル賞は科学界で最も権威のある賞です。アルフレッド・ノーベル氏の遺言に基づき、前年度に人類に最大の利益をもたらした者に対し、物理学、化学、生理学・医学、文学、平和の分野で賞を授与することを目的として創設されました。後にスウェーデン中央銀行によって経済科学の第六賞が設けられました。賞の受賞者を決定する権限は、複数のスウェーデンの学術機関に属しています。遺産に関する懸念ノーベル賞を創設する決断は、アルフレッド・ノーベルが自分の死亡記事を読んだことから生まれました。フランスの新聞が彼の兄の死を誤って報じ、「死んだ死の商人」と題した記事で、ノーベルが無煙爆薬、特にダイナマイトの発明で非難されました。彼の発明は近代戦争の形を大きく変え、ノーベルは大規模な鉄鋼工場を購入して主要な兵器メーカーに転換しました。化学者、技術者、発明家としての経歴を持つノーベルは、戦争や他者の死によって富を得た人物としての遺産を残したくないと考えました。ノーベル賞現在、ノーベル財団と金メッキされた緑金メダル、証書、1,100万スウェーク（約100万米ドル）の賞金を賄うために、ノーベル財産は投資基金として運用されています。ノーベル賞の賞金は、特に科学分野で2人または3人の主要研究者が共同または平行して画期的な発見に貢献した場合、複数の受賞者に分配されることがよくあります。長年にわたり、ノーベル賞は理論的発見と実用的発見のバランスを取ろうとし、現代世界の基礎を築いた業績に報いるようになりました。例えば、放射能、抗生物質、X線、PCR、そして太陽のエネルギー源、電子の電荷、原子構造、超流動性などが挙げられます。私たちの脳を理解する人間の心と動物の知能は何千年もの間、哲学的議論の対象でした。長い間、支配的な見解は意見や先入観に左右されていました。近代神経科学の台頭により状況は変わりました。ニューロンの発見と電気信号を伝達する能力が明らかになると、個々のニューロンを研究して複雑な精神メカニズムを説明するという考えが現実味を帯びました。これに動物実験と実験心理学が組み合わさり、脳の機能に関する真の洞察が得られました。 2000年に「神経系におけるシグナル伝達」の研究がノーベル医学賞を受賞しました。神経学はこの権威ある賞で何度も表彰されており、2021年のノーベル医学賞は「温度と触覚の受容体の発見」のために授与されました。しかし、さらに印象的な発見は2014年ノーベル医学賞「脳内に位置情報システムを構成する細胞の発見」の対象となった研究です。本質的に、環境の精神的マッピングが脳の特定部位に実際のニューロンマップとして存在することが明らかになりました。この賞の半分はジョン・オーキーフに、残りの四分の一はメイ＝ブリット・モーザーと夫エドヴァルド・I・モーザーに授与されました。場所感覚を創り出す脳が半意識的な思考を通じて場所と出来事を結びつけられるという最初の概念は、実験心理学者エドワード・トールマンによって提唱されました。動物を観察したトールマンは、1948年に動物が場所と出来事を精神的に結びつけ、場所をナビゲートし、無関係な位置を精神的に結びつける「精神的地図」を作ると仮説を立てました。この考えは正しいことが後に証明されましたが、脳活動自体を研究するためにはより高度な手法が必要でした。ジョン・オーキーフは生理心理学の訓練を受けており、生物学的構造が精神現象に与える影響を研究していました。1960年代後半、彼はラットの脳内ニューロン活動を、動きと位置に関連付けて、埋め込みマイクロワイヤーで測定し始めました。この高度な測定法により、動物が自由に移動しているときの脳活動を自然な行動パターンとして研究できました。それまでの研究者が海馬活動を記録する際、制限された行動課題や厳格な刺激応答プロトコルに限定していたのに対し、オーキーフの研究は独自性がありました。その結果、ラットの海馬に「場所細胞」と呼ばれるニューロン群が存在することを発見しました。場所細胞は多くの記憶関連メカニズムの物理的な位置として知られています。海馬と場所細胞海馬は1950年代から記憶に関わる機能の中心とされてきました。たとえば、ヒト患者で両側海馬が失われると深刻な記憶障害が生じます。新しい記憶を符号化する能力が失われる一方で、既存の記憶は引き出せるという現象が見られます。また、ロンドンのタクシードライバーは何千もの通りをナビゲートするための徹底的な訓練を受け、その過程で対照群よりも海馬容積が大幅に増大することが知られています。オーキーフは、動物が特定の場所にいるときに場所細胞が活性化することを発見しました。系統的なテストにより、これは特定の刺激（例：色や食べ物）への反応ではなく、動物がその位置にいるときにのみニューロンが発火し、離れると止まることが示されました。各場所細胞は特定の位置に特化しているわけではなく、環境全体が特定の組み合わせの場所細胞を同時に活性化し、複雑な座標系を形成します。場所細胞に関するさらなる発見さらに掘り下げると、オーキーフはラットが新しい環境に曝露されると場所細胞の活動パターンが再配置され、習得されたパターンは持続することを発見しました。これにより、場所細胞が記憶の細胞基盤を形成していると理論付ける根拠が得られました。「細胞マッピング」という概念は当初論争を呼びましたが、やがて広く受け入れられ、記憶の生理学的基盤へのさらなる探求への道を開きました。新たなニューロンタイプの発見と正確な位置情報への注目が、空間記憶の仕組みを解く鍵となります。世界をマッピングする脳のグリッド場所細胞の発見は海馬中心の空間記憶研究に焦点を当てましたが、海馬への刺激の大半は背側脳辺縁皮質（エンコーテン）から来ています。この領域がメイ＝ブリットとエドヴァルド・モーザー夫妻の研究対象となりました。従来の研究では、エンコーテンが海馬の場所細胞と類似した特性を持つ細胞を含むことが示されていましたが、モーザー夫妻はこの領域で全く新しい細胞「グリッド細胞」を発見しました。グリッド細胞の六角形パターングリッド細胞は特定のノードに配置され、非常に規則的な六角形パターンを形成します。このようなグリッドパターンは脳内で前例がなく、偶然ではなく複雑なネットワーク活動によって厳密に制御されたプロセスであることがすぐに明らかになりました。さらに興味深いことに、グリッド細胞は頭方向細胞と境界細胞、そして頭方向と境界機能を同時に持つ細胞からなるネットワークに埋め込まれていることが分かりました。頭方向細胞はコンパスのように機能し、動物の頭が特定の方向を向いたときだけ活性化します。一方、境界細胞はラットが壁や障害物に接触したときに活性化します。…
Jonathan Schramm
バイオテクノロジー2024/08/01

ノーベル賞の功績への投資 – 肝炎ウイルスの発見

ノーベル賞の歴史ノーベル賞は科学界で最も権威のある賞です。アルフレッド・ノーベル氏の遺言に基づき、前年度に「人類に最大の利益をもたらした」者に対し、物理学、化学、生理学・医学、文学、平和の分野で賞を授与することが目的として創設されました。後にスウェーデン中央銀行が経済学賞（第6部門）を設けました。賞の受賞者を決定する権限は、複数のスウェーデン学術機関に委ねられています。遺産に関する懸念ノーベル賞を創設しようと考えたのは、アルフレッド・ノーベルが自分の死亡記事を読んだことがきっかけでした。フランスの新聞が彼の兄の死を誤って報じ、「死の商人は死んだ」という見出しで、ノーベルが無煙爆薬、特にダイナマイトの発明者として非難したのです。彼の発明は近代戦争の形を大きく変え、ノーベルは巨大な鉄鋼工場を買収して主要な兵器メーカーに転換しました。化学者・技術者・発明家としての経歴を持つノーベルは、戦争や他者の死によって富を得た人物としての遺産を残したくなかったのです。ノーベル賞現在、ノーベル財団は基金に投資された遺産から収益を上げ、金メダル（金メッキされた緑色のメダル）・証書・1,100万スウェークローナ（約100万米ドル）の賞金を受賞者に授与しています。ノーベル賞の賞金はしばしば複数の受賞者に分割されます。特に科学分野では、画期的な発見に2人または3人の主要研究者が共同または平行して貢献することが一般的です。長年にわたり、ノーベル賞は理論的発見と実用的発見のバランスを取ろうとし、科学界で最高の賞となりました。放射能、抗生物質、X線、PCRなど、現代世界の基礎を築いた業績を表彰してきました。また、太陽のエネルギー源、電子の電荷、原子構造、超流動性といった基礎科学も対象となっています。肝炎の理解肝炎は静かな殺し屋であり、肝臓へのダメージは数年にわたり気付かれず、手遅れになることが多いです。この病は長らく謎に包まれてきましたが、原因は複数存在します。肝炎の一因は生活習慣や環境で、過度の飲酒や毒素が肝臓を損傷し肝炎を引き起こすことがあります。稀なケースでは自己免疫疾患が原因となることもあります。しかし、三番目のカテゴリーとして、病原体によって肝臓が損傷される場合があります。 1940年代には、感染性肝炎の2タイプが特定されました。最初のタイプは汚染された食物や水と関連し、A型肝炎と名付けられました。高齢者や免疫力が低下した人では重症化することがありますが、治療可能で長期的な後遺症はほとんどありません。場合によっては最初の発症から6か月後に症状が再発することもあります。もう一方のタイプは血液や体液を介して伝染します。非常に潜伏性が高く、感染後何年も症状が現れないことがありますが、症状が出た時には致命的な肝不全や肝癌につながります。このタイプの感染性肝炎を引き起こす病原体を特定するには長い時間がかかりました。現在でもウイルス性肝炎は年間100万人以上の死亡者を出し、マラリアと同等、HIV/AIDSを上回る死亡原因となっています。肝炎Bだけですか？血液感染性肝炎の根本原因を突き止める最初のステップは1960年代に踏み出されました。1976年に肝炎Bウイルスの発見で医学ノーベル賞を受賞したバルーク・ブルンバーグがこの道を切り開きました。この発見により有効なワクチンと信頼性の高い検査が開発されました。当時、ハーヴィー・J・アルターという医師が、血液輸血を受けた患者における肝炎の発生を研究していました。彼は肝炎Aの発見者であるバルーク・ブルンバーグの元同僚でもありました。肝炎Bの検査が導入されたにもかかわらず、ウイルス性肝炎の汚染は依然として発生し、別の病原体が原因であることがすぐに明らかになりました。新たに特定されたこの疾患は当初「非A、非B肝炎」と呼ばれ、現在はC型肝炎（肝炎C）と呼ばれています。 C型肝炎を特定するまでの長い道のり 2020年に医学ノーベル賞を受賞した3人の研究者がC型肝炎ウイルスの同定に貢献しました。各自がウイルス発見に重要な個別の貢献を果たしています: ハーヴィー・J・アルターは、肝炎B以外のウイルスが血液輸血を汚染し、致命的な慢性肝炎を引き起こすことを証明しました。マイケル・ハウトンは、未検証の戦略を用いて未だ特定されていないウイルスのゲノムを分離しました。チャールズ・M・ライスは、非A、非B肝炎（すなわちC型肝炎）の原因ウイルスであることを疑いなく実証しました。 C型肝炎の追跡ハーヴィー・J・アルターの研究は、輸血後に発生する肝炎のうち20％しか肝炎Bの検出で防げないことを示しました。したがって、肝炎Bは唯一の原因ではなく、主要な原因でもありませんでした。さらに研究を進めると、この「非B肝炎」は罹患率が上昇し、臨床症状も変化していることが分かりました。特に、潜伏期間が短く、急性期が軽度で、長い潜伏期間の後に肝炎が発症するという特徴がありました。アルター博士が集めた証拠は、異なる疾患プロファイルを持つ第二のウイルスの存在を示唆していました。彼はチンパンジーがヒトの非B肝炎に感染できることを発見し、動物モデルを構築しました。このモデルにより、ウイルスが感染性を持ち、直径約30〜60nmのエンベロープ構造であることが判明しました。しかし、10年以上にわたり、既存のウイルス同定手法ではC型肝炎ウイルスを特定できませんでした。ゲノム技術が救う製薬会社チロンで働いていたマイケル・ハウトンは、ゲノム手法の初期形態を用いてウイルスの追跡に挑みました。彼らはアルターのチンパンジーモデルを利用して研究を進めました。最初のステップは、感染したチンパンジーの血液中に存在する核酸から大量のDNA断片を作成することでした。しかし、ウイルスDNAをスクリーニングするために用いた初期技術（ウイルス配列の濃縮や感染サンプルから相補的DNAを除去する手法）は失敗しました。そこで、彼らは細菌にDNA断片をタンパク質として発現させさせ、100万個の細菌コロニーをスクリーニングし、チンパンジーやヒトのDNA配列を含まない1つのコロニーを見つけました。期待通り、得られた遺伝配列は他の既知のRNAウイルスとある程度類似していました。さらに研究を進めると、ウイルスの遺伝配列をタンパク質に変換したものが感染チンパンジーの抗体と反応することが確認されました。ハウトンのチームはウイルス検査も開発し、C型肝炎汚染と関連付けられたドナーの血液中にウイルスが存在することを確認しました。因果関係の証明「非B肝炎」の存在が示されたことはパズルの最初のピースでした。ハウトンがウイルスの遺伝物質を特定したことは正しい方向を示していました。…
Jonathan Schramm
材料科学2024/07/31

ノーベル賞の成果への投資 – レーザーの可能性

ノーベル賞の歴史ノーベル賞は科学界で最も権威のある賞です。アルフレッド・ノーベル氏の遺言に基づき、前年度に人類に最大の利益をもたらした者に対し、物理学、化学、生理学または医学、文学、平和の分野で賞を授与するために創設されました。後にスウェーデン中央銀行により経済学賞という第六の賞が設けられました。受賞者の選定は複数のスウェーデン学術機関に委ねられています。遺産に関する懸念ノーベル賞を創設する決断は、アルフレッド・ノーベルが自分の死亡記事を読んだことから生まれました。フランスの新聞が彼の兄の死を誤解し、彼の死亡記事を「死の商人が死んだ」と題したことで、ノーベルは煙のない爆薬、特に有名なダイナマイトの発明で非難されました。彼の発明は近代戦争の形を大きく変え、ノーベルは大規模な鉄鋼工場を購入して主要な武器製造業者に転換しました。化学者、技術者、発明家としての彼は、戦争と他者の死によって富を得た人物として記憶される遺産は望まないと悟りました。ノーベル賞現在、ノーベル財産は基金に保管され、ノーベル財団や金メッキされた緑の金メダル、証書、受賞者に授与される1100万スウェーデン・クローナ（約100万ドル）の金銭的賞金を賄うための収入を生み出すよう投資されています。ノーベル賞の賞金はしばしば複数の受賞者に分配されます。特に、2人または3人の主要な研究者が共同または平行して画期的な発見に貢献することが一般的な科学分野で顕著です。長年にわたり、ノーベル賞は理論的発見と実用的発見のバランスを取ろうとする、唯一の科学賞となりました。放射能、抗生物質、X線、PCR など、現代世界の基盤を築いた業績や、太陽のエネルギー源、電子の電荷、原子構造、超流動性といった基礎科学も表彰されています。レーザーの可能性 1960年に発明されたレーザーは、物理学研究の世界で瞬く間に話題となりました。レーザーはコヒーレントな光のビームで、単一波長の極めて狭い光束を作り出し、長距離でも散乱しません。レーザー自体の創造はすぐにノーベル賞で表彰され、1964年にタウンズ、ニコライ・G・バソフ、アレクサンドル・M・プロホロフに授与されました「量子エレクトロニクス分野の基礎的研究に対し、レーザー・マサー原理に基づく発振器や増幅器の構築につながったことが評価されました」これは、レーザーが産業生産から通信に至るまで幅広い応用がすぐに明らかになったためです。しかし、他の科学者はこの視点でレーザーを見ず、技術をさらに研究しました。そして彼らは2018年にその発見でノーベル物理学賞を受賞しました。アーサー・アシュキンは、光ビームの「重み」だけで微小な物体を動かす方法を研究しました。一方、ジェラール・ムルーとドナ・ストリックランドは、超高速・超高出力レーザーパルスを生成する手法を開発しましたが、数十年後もこの技術がレーザーの速度と出力をどこまで向上させられるかはまだ見通せません。光での推進光を構成する光子は質量がなくてもわずかなエネルギーとそれに伴う運動量を持っています。理論的には、これだけで物体に触れずに動きを生み出すのに十分です。しかし、この効果で物体を動かすのは困難です。誘発される動きが非常に小さいため、実際には宇宙（ソーラーセイル）や微小な物体でしか機能しません。これはベル研究所のアーサー・アシュキンが好んだ研究分野でした。彼はマイクロメートルサイズの透明球体を使用し、レーザーで押し出すことができると確認しました。驚くべき観察として、球体は最も強いレーザービームの中心に引き寄せられました。これはビームの端が弱く、粒子を中心に保持するためだと判明しました。光で粒子を捕獲するここでアシュキンは、レーザーを自由に物体を掴んで移動させるツイーザーに変える画期的な発見をしました。そのために、レーザーを再焦点化し、空間の特定点に集中させるレンズを装置に追加しました。この焦点点で、粒子はレーザー光の圧力により中心に引き戻され、捕獲されます。 1986年までに、この「単一ビーム勾配力光学トラップ」と呼ばれる手法は確立され、すぐに「光学ツイーザー」として一般的に知られるようになりました。数十ナノメートルから数十マイクロメートルまでの粒子を捕獲できます。この技術は、個々の原子を捕獲、操作、冷却する主要な手段となりました。生細胞を自由に操作するしかし、アシュキンはウイルスや細菌などの生体を操作する可能性により焦点を当てました。これまで使用していた緑色レーザーは強すぎたため、赤外線レーザーに切り替え、生命体への損傷を大幅に減らしました。この方法はウイルスや細菌全体、さらには細胞内部の構成要素を動かすことができることをすぐに証明しました。これにより、細菌の鞭毛が生み出すねじれの測定、細胞内の微小管（細胞骨格の一部）が及ぼす力、植物細胞のサブコンポーネントの操作が可能になりました。技術の精度と制御のさらなる進歩により、DNAの単一塩基対ほど小さな構成要素の操作、プロテアーゼ（タンパク質を分解する酵素）の機械的力の測定、RNA分子の解凍が可能になるでしょう。この分野では新しいアイデアがまだ開発中であり、例えばホログラフィック光学ツイーザーは何千ものツイーザーを同時に使用できます。同様の概念で、レーザーの代わりに音波を使用する（音響ツイーザー）ものも現在完成に向けて改良されています。私たちはこの記事「音波を利用した新技術で標的薬物送達が向上する可能性」で、外科手術や医療への革命的影響を検討しました。超高速レーザーパルスレーザーが登場した当初、最初の利用は連続レーザービームで行われました。しかし、すぐに高エネルギーパルスが多くの応用において、瞬時に大量のエネルギーを供給できることが明らかになりました。当初はモードロックレーザーを用いて改良が行われ、ナノジュールパルスをミリジュールレベルへと増幅し、パワーが百万倍に向上しました。しかし、1970年代にはエネルギーレベルの上昇が増幅器を損傷させ、進展が停滞しました。見つかった問題を回避する唯一の方法は、より大口径のレーザービームを使用することでした。しかし、これらは高価で、限られた国立研究機関のみが利用できました。さらに、1日数回しか発射できず、こうしたレーザーパルスを必要とする研究は大きく制限されました。チャープドパルス増幅（CPA）で救出レーザーパルス技術が停滞し、それに依存する研究プログラムも停滞していることが明らかになってきました。ここで、米国ロチェスター大学の博士課程学生ドナ・ストリックランドと指導教官ジェラール・ムルーが、このノーベル賞の一部を受賞しました。中心的な考えは、まずレーザーパルスを「伸長」させ、ピークパワーを低減することでした。これにより、増幅器材料を損傷させずに増幅できるようになります。その後、短いパルスに「再圧縮」し、以前よりはるかに高いパワーを実現しました。この手法はチャープドパルス増幅（CPA）と呼ばれます。概念はシンプルでしたが、実装は容易ではありませんでした。二人の研究者は実現まで数年かかりました。1キロメートル以上の光ファイバーを使用し、全コンポーネントの同期に苦労しました。1985年にようやく成功し、CPAはさらに強力なレーザーパルスを生成するために使用され続けました。…
Jonathan Schramm
バイオテクノロジー2024/07/30

ノーベル賞の成果への投資 – 新しい化学・医療ツールのための指向進化

ノーベル賞の歴史ノーベル賞は科学界で最も権威のある賞です。アルフレッド・ノーベル氏の遺言に従い、前年度に「人類に最大の利益をもたらした」者に対して、物理学、化学、生理学・医学、文学、平和の分野で授与されるように作られました。第6の賞は後にスウェーデン中央銀行によって経済科学のために創設されました。賞の受賞者を決定する権限は複数のスウェーデン学術機関に属しています。遺産に関する懸念ノーベル賞を創設する決断は、フランスの新聞が彼の兄の死を誤って報じ、ノーベル自身の死亡記事を掲載したことから、アルフレッド・ノーベルが自分の死亡記事を読んだことがきっかけでした。タイトルは「死の商人が死んだ」で、フランスの記事は煙のない爆薬、特にダイナマイトの発明でノーベルを非難しました。彼の発明は近代戦争の形を大きく変え、ノーベルは大規模な鉄鋼工場を購入して主要な武器製造メーカーに転換しました。化学者、エンジニア、発明家としての経歴を持つノーベルは、戦争や他者の死で富を得た人物としての遺産を残したくないと考えました。ノーベル賞現在、ノーベル財団と金メッキされた緑金メダル、証書、1,100万スウェーク（約100万ドル）の賞金を賄うために、ノーベルの財産は投資基金に保管されています。ノーベル賞の賞金はしばしば複数の受賞者に分配されます。特に科学分野では、2人または3人の主要研究者が共同または平行して画期的な発見に貢献することが一般的です。長年にわたり、ノーベル賞は理論的発見と実用的発見のバランスを取ろうとし、科学的賞の代名詞となってきました。放射能ラジオアクティビティ、抗生物質抗生物質、X線X線、PCRPCRなど、現代世界の基礎を築いた成果や、太陽のエネルギー源太陽エネルギーの源、電子の電荷電子電荷、原子構造原子構造、超流動性超流動性などの基礎科学も称えられています。ツールとしての進化 1859年にチャールズ・ダーウィンが『種の起源』を出版して以来、進化は生物学の中心にあります。ダーウィンは、環境からの圧力を受けることで生命は時間とともに変化するという重要な洞察を公表しました。ダーウィン以降、生物学者は進化が単なる生存競争だけでなく、以下のような多様な要因で微妙に影響されることを認識しています: 自然選択。性的選択。遺伝的ドリフト、遺伝的ドラフト。発生的制約。変異バイアス。生物地理学。全体として、進化は特定の状況下でランダムな変異の中から最も有益な変異を選択するプロセスです。この現象は「盲目的」なものであり、意識的な意図ではなく何百万もの変異に依存しています。単なる理論概念にとどまらず、進化は人類文明の重要な要素でもあります。まず、ランダムに現れた有用な形質を人工的に選択したことが、作物や家畜の家畜化を可能にしました。これらの生産的な食料源がなければ、私たちは石器時代を抜け出すことはできなかったでしょう。進化や指向進化について知る前から、私たちは推測と近似の組み合わせでそれを活用していました。進化は致命的な脅威にもなります。病原体は絶えず変異し、「勝者」は免疫系を回避し、より広がりやすくなります。これが抗生物質耐性を獲得する細菌のメカニズムでもあり、世代を重ねるごとに薬剤回避能力が向上します。進化を理解することは多くの科学者にとって強力なツールであり、2018年の化学賞受賞者はこの概念をさらに推し進めました。フランシス・H・アーノルドは、その年のノーベル化学賞の半分を受賞し、化学産業向けにより環境に優しいプロセスを開発するために進化の力を利用しました。一方、ジョージ・P・スミスとサー・グレゴリー・P・ウィンターはウイルスにおける進化を利用して新しい命を救う治療法を創出しました。酵素の力生命を支える多くの生化学的プロセスは、酵素と呼ばれる特殊なタンパク質によって駆動されます。極めて複雑な3次元構造と、タンパク質内に希少金属などの元素が頻繁に組み込まれることで、酵素は本来は起こり得ない、あるいは極めて遅い化学反応を加速させます。この化学反応の加速は「触媒作用」と呼ばれます。これにより、例えば大気中の窒素をアンモニアに変換する（細菌の窒素固定）といった化学反応が可能になります。このプロセスを工業的に再現するには、数百度の高温と大量のエネルギー、複雑な装置が必要です。酵素が少ないエネルギーで化学変換を行える驚異的な能力のおかげで、産業界は何十年も酵素を利用してきました。当初は酵母などの微生物を利用した発酵が主流でしたが、次第に単離した酵素自体が使用されるようになりました。しかしフランシス・アーノルドは別の考えを持ちました。自然の酵素を改変し、人間にとってより有用にすることです。進化を利用して新しい酵素を作る彼女の最初のプロジェクトは、洗剤や食品加工、包装、廃棄物処理に使われる酵素「サブチリシン」を改変することでした。自然のサブチリシンは水中で機能しますが、彼女は有機溶媒ジメチルホルムアミド（DMF）中でも機能する酵素を求めました。DMFは通常、ほとんどのタンパク質を分解し、酵素を機能不全にします。まず、対象遺伝子に変異を導入して何千ものバリアント酵素を作り出しました。その変異酵素遺伝子を大腸菌に導入し、35％DMF溶液中で活性を測定した結果、最も機能したバージョンを選択しました。その後、選択された配列にさらに変異を加え、再度活性を評価しました。驚くべきことに、わずか2「世代」の人工進化で、DMF中で水中よりも優れた活性を示すサブチリシンの新バージョンが得られました。さらに第3世代として、最新バージョンを再び変異させ、元の酵素より256倍DMF中で優れた活性を示す変異体を発見しました。ここで強調すべきは、どの変異がこの結果をもたらすかを研究者が予測できなかったという点です。手作業で一つずつ確認するのは極めて高コストで時間がかかります。代わりに、進化のメカニズムをミクロな環境で再現することで、記録的な短時間で新たな解決策が見つかります。この手法は、生化学工学全体の基礎となり、医薬品、化学、バイオ生産の多様な用途向けにカスタム酵素を創出する分野を生み出しました。新しい酵素触媒の創出…
Jonathan Schramm
エネルギー2024/07/29

ノーベル賞の成果への投資：リチウムイオン電池で世界を駆動する

ノーベル賞の歴史ノーベル賞は科学界で最も権威のある賞です。アルフレッド・ノーベル氏の遺言に基づき、前年度に「人類に最大の利益をもたらした」と評価された物理学、化学、生理学・医学、文学、平和の分野で受賞者に賞が授与されます。第6の賞は後にスウェーデン中央銀行によって経済科学のために創設されました。受賞者の選定は複数のスウェーデン学術機関に委ねられています。遺産への懸念ノーベル賞を創設しようと考えたのは、フランスの新聞が兄の死を誤って報じたことから自分の死亡記事を読んだアルフレッド・ノーベルがきっかけでした。「死んだ死の商人」という見出しで、フランスの記事は煙のない爆薬、特にダイナマイトの発明者としてノーベルを非難しました。彼の発明は近代戦争の形を大きく変え、ノーベルは大規模な鉄鋼工場を買収して主要な兵器メーカーに転換しました。化学者・技術者・発明家としての経歴を持つノーベルは、戦争や他者の死によって富を得た人物としての遺産を残したくなかったのです。ノーベル賞現在、ノーベル財団と金メダル、証書、1,100万スウェーデン・クローナ（約100万ドル）の賞金を賄うために、ノーベル財産は投資基金として運用されています。ノーベル賞の賞金は、特に科学分野で2〜3人の主要研究者が共同または平行して画期的な発見をした場合に、複数の受賞者に分配されることがよくあります。年月を経て、ノーベル賞は理論的発見と実用的発見のバランスを取ろうとする「科学界の最高賞」へと成長しました。放射能、抗生物質、X線、PCRといった現代社会の基盤を築く成果や、太陽のエネルギー源、電子の電荷、原子構造、超流動性などの基礎科学も称賛されています。すべてを駆動するバッテリー今日、電化は止められない潮流となり、エネルギーシステム全体が化石燃料から置き換えられつつあります。電気自動車からヒートポンプまで、すべては金属と酸をベースにした従来の設計をはるかに上回る、はるかに強力なバッテリーの登場なしには実現できませんでした。バッテリーは電気を蓄えて再び放出する装置です。一部は使い捨てですが、実用的なのは充電可能なものです。長らく、19世紀半ばに発明された鉛酸バッテリーが低コストと頑丈さで支配的な充電式バッテリーでした。最も単純な形では、鉛酸バッテリーは充電時に酸から硫黄イオンを鉛原子へ移動させ、放電時にその反応を逆転させます。この設計は長く支配的でしたが、以下の問題で制限されました：重量が重い腐食性のある材料数百から千回程度のサイクルしか持たない比較的短い寿命時間経過による自己放電エネルギー密度が低いこれらの制約により、鉛酸バッテリーは自動車のスパークやラジオといった低電力用途に適していましたが、電子機器や化石燃料代替といった高い要求には対応できませんでした。この状況は、3人の研究者、ジョン・B・グッドイナフ、M・スタンリー・ウィッティンハム、そして吉野彰の共同研究により変わります。彼らは2019年に化学賞を受賞し、リチウムイオン電池の開発に貢献しました。今日、リチウムイオン電池はコンピュータやスマートフォン、バックアップバンクから電気自動車、電力網、そして近い将来は航空機にまで応用が広がっています。リチウムの独特な電気的性質リチウムは1817年にスウェーデンの化学者によって初めて発見されました。原子番号3（核に3個の陽子）を持つ、最も軽い固体元素です。リチウム原子はサイズが小さく、外側の殻に1つの電子しか持ちません。その電子が別の原子に移動すると、原子あたりで非常に大きな電位変化が生じます。この極端な反応性はバッテリーに理想的ですが、同時に危険も伴います。高い反応性のため、純粋なリチウム金属は水や空気と接触すると自己発火する可能性があります。これは金属ナトリウムやマグネシウムと似た性質です。ほとんどのバッテリーは、負極（アノード）と正極（カソード）を液体電解質で結びつけるという基本概念に基づいて動作します。リチウムの極端な反応性により、電解質は水系では使用できませんでした。1960年代には、有機（炭素系）分子を用いた電解質が開発され、惰性、融点、酸化還元安定性、リチウムイオンと塩の溶解度、イオン・電子移動速度、粘度などの条件が調整されました。リチウムイオン電池の初期設計は金属リチウムをアノード、炭酸塩系化合物を電解質として使用しましたが、適切なカソード材料を見つけることがより大きな課題でした。大手石油がリチウム電池を創出驚くべきことに、内燃機関車を脅かす現代のリチウムイオン電池の起源は、エクソン・リサーチ・アンド・エンジニアリング社という「大手石油」企業で開発されました。 1970年代、石油枯渇（ピークオイル）という概念が深刻に受け止められ、エクソンはエネルギー分野での継続的な存在感を確保しようと、トップクラスの科学者に豊富な研究予算と独立した研究の自由を与えました。その中にスタンリー・ウィッティンハム（Stanley Whittingham）氏がいました。スタンフォード大学出身の研究者で、「インターカレーション（層間挿入）」を専門としていました。インターカレーションとは、材料中の原子サイズの空孔がイオンと結合できる現象です。インターカレーションはリチウムイオンを隙間に保持できる理想的なカソード材料となります。しかし、カソードは以下の多くの仕様を満たす必要がありました：電解質に溶解しないこと電解質がインターカレーションしないこと…
Jonathan Schramm
バイオテクノロジー2024/07/19

ノーベル賞の成果への投資 – がん治療のための免疫学

ノーベル賞の歴史ノーベル賞は科学界で最も権威のある賞です。Mr. Alfred Nobel’s willに基づき、前年に「人類に最大の利益をもたらした」者に対して、物理学、化学、生理学・医学、文学、平和の分野で授与されます。第6の賞は後にスウェーデン中央銀行によって経済科学のために創設されました。受賞者の選定は複数のスウェーデン学術機関が行います。遺産に関する懸念ノーベル賞を創設する決断は、アルフレッド・ノーベルが自分の死亡記事を読んだことがきっかけでした。フランスの新聞が彼の兄の死を誤って報じ、「死の商人が死んだ」と題した記事で、ノーベルは煙のない爆薬、特にダイナマイトの発明で非難されました。彼の発明は近代戦争の形を大きく変え、ノーベルは大規模な鉄鋼工場を買収して主要な兵器メーカーに転換しました。化学者、エンジニア、発明家としての彼は、戦争や他者の死で富を得た人物としての遺産を残したくないと考えました。ノーベル賞現在、ノーベル財団と金メダル、証書、そして受賞者に授与される1100万スウェーク（約100万ドル）の資金は、投資基金からの収益で賄われています。ノーベル賞の賞金はしばしば複数の受賞者に分配されます。特に科学分野では、2人または3人の主要研究者が共同または平行して画期的な発見に貢献することが一般的です。長年にわたり、ノーベル賞は理論的発見と実用的発見のバランスを取る科学賞として確立され、放射能、抗生物質、X線、PCR、そして太陽のエネルギー源、電子の電荷、原子構造、超流動性など、現代世界の基礎を築く成果が表彰されています。副作用と損害がん治療における大きな課題は、がんが他の疾患とは異なり、危険な細胞の制御不能な増殖である点です。ウイルス、細菌、寄生虫はすべて外来の生物であり、細胞構造が大きく異なります。そのため、感染症に有効な薬剤は人体の細胞に影響を与えずに病原体を攻撃できます。対照的に、がんは本来のプログラムを失い、制御不能に増殖する体細胞から構成されています。そのため、がん細胞を殺す薬は、ある程度は正常な体細胞にも影響を及ぼします。これは、がん細胞を多く攻撃する一方で多数の副作用を伴う化学療法（1988年医学ノーベル賞）の問題です。他にも、特定のがんに対して有効な治療法があります。例えば、非常にコンパクトながんに対する外科手術、白血病における全骨髄幹細胞移植（1990年医学ノーベル賞）、前立腺がんに対するホルモン療法（1966年医学ノーベル賞）などがあります。しかし、他のタイプのがんや転移が進んだがんは、これらの治療法だけでは通常治癒できません。したがって、細胞壁を破壊したりタンパク質合成を阻害したりする薬剤よりも、正常細胞とがん細胞を区別できる標的システムが必要です。ジェームズ・P・アリソンと本庶佑は、最終的にこのような発見を成し遂げ、2018年医学ノーベル賞を受賞しました。免疫システムの活用幸いにも、人間の体は免疫細胞という形で既にこのシステムを備えています。免疫システムの根本的なメカニズムは、自己（ヒト細胞）と非自己（細菌、ウイルス、真菌など）を区別することです。化学シグナル（主にタンパク質）によって免疫応答が活性化または抑制され、感染に対する防御を高めつつ、自己組織への自己免疫反応を防ぎます。免疫システムはがん細胞を異常として検出できることも分かっており、健康な細胞ががん細胞になる変化を感知し「非自己」とラベル付けします。1990年代には、T細胞（Tリンパ球）を抑制する分子が発見され、自己免疫疾患の治療候補として研究されましたが、後にがん患者への応用が検討されました。 CTLA-4 ジェームズ・P・アリソンは、免疫活性を低下させるT細胞タンパク質CTLA-4を研究していました。彼はCTLA-4を中和する抗体を開発し、これが免疫活性を高め、がんを標的にできるかを調査し始めました。 1994年、彼のチームはCTLA-4の中和が実験用マウスのがんを治癒できることを発見しました。その後、実験結果をヒト治療へと転換する努力が続きました。投与量、安全性プロファイル、最適ながん対象などの課題が解決されるまで時間がかかります。それでもCTLA-4に関する研究は進展し、2010年の大規模臨床試験で、皮膚がんの一種であるメラノーマ患者に対し強い効果が示されました。これにより、FDAは2011年に治療法を承認し、IpilimumabがBristol-Myers Squibb （BMY）によって商品化されました。この発見は、完全に新しいがん治療「チェックポイント阻害抗体」の基礎テンプレートとなりました。 PD-1 ジェームズ・P・アリソンより数年前に、本庶佑はT細胞表面にPD-1というタンパク質を発見しました。長年の研究により、PD-1発現が「疲弊」したT細胞の特徴であることが明らかになりました。慢性感染やがんにおいてこの疲弊状態はT細胞機能不全を引き起こし、感染や腫瘍の制御が不十分になります。したがって、PD-1の機能を阻害すれば免疫システムが再活性化し、がん細胞を攻撃させることができます。概念的にはCTLA-4と似ていますが、メカニズムは全く異なります。 CTLA-4と同様に、長年の研究と臨床試験を経て、2012年の重要な臨床試験に続きFDA承認の治療薬が登場しました。これには、転移性・難治性非小細胞肺がん患者向けに承認されたNivolumab（OpdivoとしてBristol-Myers Squibbが商品化）と、進行または転移性メラノーマ患者向けにMerckが商品化したPembrolizumab（Keytruda）が含まれます。チェックポイント阻害抗体の限界これらのがん治療は承認以来多くの命を救っていますが、まだ完璧ではありません。そのため、特に攻撃的で転移性がんに対して使用され、数年前まではほぼ死が確定的だったケースで効果が見られます。一つの制限は、治療が免疫システムを過度に刺激する点です。攻撃的・転移性がんに対しては有用ですが、健康な人の体内では過剰な免疫活性は感染やがん細胞だけでなく、健康な組織も攻撃し始める危険があります。…
Jonathan Schramm
宇宙2024/07/18

ノーベル賞に輝いた成果への投資 – 太陽系外惑星と宇宙の理解

ノーベル賞の歴史ノーベル賞は、科学界で特に権威のある賞の一つです。アルフレッド・ノーベル氏の遺言に基づき、物理学、化学、生理学・医学、文学、平和の各分野で「人類に最大の利益をもたらした人々」を顕彰するために創設されました。後にスウェーデンの中央銀行が、ノーベルを記念する経済学賞を設けました。受賞者の選考は主にスウェーデンの各機関が行いますが、平和賞はノルウェー・ノーベル委員会が選考します。遺産に関する懸念ノーベルの兄弟の死を取り違えたフランスの新聞が、本人の死亡記事を掲載し、「死の商人」と批判したという有名な逸話があります。ただし裏付けには限界があり、これだけを賞創設の確定的な動機とすることはできません。ノーベルはダイナマイトや無煙火薬などを開発し、兵器産業にも関わりました。ダイナマイトと無煙火薬は別のものです。化学者、技術者、発明家だった彼は、遺産を人類に役立つ功績の顕彰に充てました。ノーベル賞ノーベルの遺産は運用され、その収益などが財団と賞を支えています。受賞者にはメダル、賞状、賞金が贈られます。2023年と2024年の賞金総額は各賞1,100万スウェーデン・クローナで、米ドル換算額は為替によって変わります。科学分野では、同じ発見に共同または独立して貢献した二、三人が賞を分け合うことがあります。ノーベル賞は、基礎科学と応用にわたる多くの成果を顕彰してきました。例えば、放射能、抗生物質、X線、PCRに加え、太陽のエネルギー源、電子の電荷、原子構造、超流動性などです。星々へ目を向けて人類は古くから夜空の星に関心を抱き、天体の動きを記録し、計算してきました。初期の天文学は暦や航海、占星術とも密接に結び付いていました。やがて地球は、銀河系にある数千億個の恒星の一つを回る惑星だと分かりました。さらに、銀河系も膨大な数の銀河の一つにすぎないことが明らかになりました。観測可能な宇宙の広さと宇宙全体が無限かどうかは別の問題です。望遠鏡の発達により、月の山や、海のように見える暗い平原が観測されました。一方、火星に見えた「運河」は後に誤認と分かりました。観測結果の解釈には常に検証が必要です。遠い世界についての発見や想像は、何世代ものSF作家にも着想を与えました。近年は恒星の精密観測により、太陽以外の恒星を回る太陽系外惑星が多数見つかっています。 2019年のノーベル物理学賞は、太陽型恒星を回る系外惑星の発見でミシェル・マイヨールとディディエ・ケローに、物理的宇宙論の理論的発見でジェームズ・ピーブルズに贈られました。ビッグバンから全体像へピーブルズは1960年代から宇宙論に取り組み、観測可能な量と理論を結び付けて宇宙の進化を理解する枠組みを発展させました。著書『Physical Cosmology』（1971年）も大きな影響を与えました。ただし、天文学で観測や測定を用いる方法を彼が初めて導入したわけではありません。 1920年代以降の研究で、宇宙が膨張していることが示されました。現在の宇宙は過去と同じ状態ではなく、初期にはより高温で高密度だったと考えられます。これがビッグバン宇宙論の基礎です。ピーブルズは、宇宙マイクロ波背景放射を初期宇宙の状態と結び付け、その性質から宇宙の物質量や進化を理解する理論に重要な貢献をしました。これは空間の一点で起きた通常の爆発の残骸という意味ではありません。この枠組みに沿って、初期の小さな密度の違いが重力で成長し、銀河や星の形成につながったことが理解されてきました。ジョン・マザーとジョージ・スムートは、背景放射の黒体スペクトルと微小な温度ゆらぎの発見で2006年のノーベル物理学賞を受賞しました。この放射は宇宙誕生直後の最初の光そのものではなく、約38万年後に光が自由に進めるようになった時代を伝えています。なお未解決の問題もあります。標準的な宇宙論では、現在の宇宙の総エネルギー密度の約5%が通常の物質で、残りの大部分は暗黒物質と暗黒エネルギーで説明されます。両者の正体には未解明な点があります。太陽型恒星を回る最初の系外惑星マイヨールとケローが1995年に太陽型恒星を回る惑星を発表したとき、予想外の性質のため慎重な検討が必要でした。これは太陽型恒星についての画期的発見であり、系外惑星全般の最初の発見ではありません。パルサーを回る惑星はそれ以前に発見されていました。彼らが見つけたのは、地球から約50光年離れた恒星ペガスス座51番星を回る惑星、ペガスス座51番星bです。「b」は恒星ではなく惑星を示します。惑星は恒星から約800万キロメートルの距離を約4日で一周します。地球と太陽の距離は約1億5,000万キロメートルです。恒星に近いため非常に高温で、木星に似た巨大ガス惑星と考えられます。この発見は、巨大ガス惑星が恒星の近くにも存在することを示し、惑星形成と移動の理論に重要な課題を与えました。ほかの観測者による確認も得られました。系外惑星探し太陽型恒星ペガスス座51番星を回る惑星の発見は、系外惑星探査を大きく前進させました。惑星は恒星よりはるかに暗く、見かけの距離も近いため、直接撮影は難しい観測です。ただし、条件のよい一部の系外惑星は直接撮影されています。この発見では、惑星の重力による恒星の小さな運動を、視線方向の速度変化として検出しました。恒星の空での位置だけを測ったわけではありません。分光器で恒星の光を波長ごとに分け、スペクトル線のドップラーシフトを精密に測ります。マイヨールは1977年に分光器を開発していましたが、後の高精度装置によって惑星による小さな速度変化の検出が可能になりました。博士課程の学生だったケローは、より精密な観測とデータ解析に取り組みました。装置には光ファイバーなどが用いられました。関連する技術は、2009年のノーベル物理学賞でも顕彰されています。高感度の検出器と計算機を組み合わせ、恒星のスペクトルから速度を求めるソフトウェアが開発されました。装置は毎秒10～15メートル程度の速度変化を測定できました。これは木星が太陽にもたらす視線速度変化の規模に近く、1995年の発見につながりました。検出感度だけであらゆる惑星が見つかるわけではありません。混み合った銀河 2024年までに確認された系外惑星は5,000個を超えていました。視線速度法に加え、別の観測手法も発見を支えています。…
Jonathan Schramm
バイオテクノロジー2024/07/17

ノーベル賞の成果への投資 – 重篤な寄生虫と戦う薬

ノーベル賞の歴史ノーベル賞は科学界で最も権威のある賞です。アルフレッド・ノーベル氏の遺言に基づき、物理学、化学、生理学または医学、文学、平和の分野で「前年度に人類に最大の利益をもたらした者」に賞を授与するために創設されました。第6の賞は後にスウェーデン中央銀行によって経済科学のために創設されました。受賞者の決定は複数のスウェーデンの学術機関に委ねられています。遺産に関する懸念ノーベル賞を創設する決断は、アルフレッド・ノーベルが自分の死亡記事を読んだことから生まれました。フランスの新聞が彼の兄の死を誤解し、誤って彼の死亡記事を掲載したのがきっかけです。その記事は「死んだ死の商人」と題され、ノーベルが発明した無煙爆薬、特に最も有名なダイナマイトについて非難しました。彼の発明は近代戦争の形を大きく変え、ノーベルは大規模な鉄鋼工場を購入して主要な兵器メーカーに転換しました。化学者、技術者、発明家としての経歴を持つ彼は、自身の遺産が戦争や他者の死で富を得た人物として記憶されることを望まなかったのです。ノーベル賞現在、ノーベルの財産は基金に保管され、収益を上げてノーベル財団や金メッキされた緑色の金メダル、証書、そして受賞者に授与される1100万スウェーデン・クローナ（約100万ドル）の賞金を賄っています。しばしば、ノーベル賞の賞金は複数の受賞者に分配されます。特に科学分野では、画期的な発見に対して2人または3人の主要な研究者が共同または平行して貢献することが一般的です。年月を経て、ノーベル賞は最高の科学賞となり、理論的な発見と実用的な発見のバランスを取ろうとしてきました。現代世界の基盤を築いた業績、例えば放射能、抗生物質、X線、またはPCR、さらに根本的な科学として太陽のエネルギー源、電子の電荷、原子構造、超流動性などに報酬を与えてきました。寄生虫起因疾患の重みかつて、近代化学と医学は抗生物質のおかげで細菌感染による問題の大部分を解決したと考えられていました。しかし、現在ではそれが完全ではないことが分かっています。世界で100万人以上が抗生物質耐性感染症で死亡している。しかし、ペニシリンが発明される前の世界と比較すると、ほんの小さな風邪や切り傷が致命的な感染症につながることは極めて稀でした。このため、ペニシリンは1945年のノーベル医学賞で認められました。しかし、別の疾患群である寄生虫疾患は依然として人類の健康を深刻に脅かしています。これらは小さな多細胞生物によって引き起こされ、特に熱帯地域や貧困国で世界人口の大部分に影響を及ぼしています。例えば、リンパ系フィラリア症は1億人以上が罹患しており、慢性的な炎症を引き起こし、生涯にわたる差別的で障害的な臨床症状、象皮症（リンパ浮腫）や陰嚢水腫をもたらします。次に、河川盲目症（オンコセルカ症）があります。これは病原体を運ぶハエに刺されることで感染し、1550万人が寄生虫の蠕虫に罹患しています。別の寄生虫であるプラスモジウムはマラリアの原因で、温暖な気候の蚊に刺されることで感染します。この生物は赤血球に侵入し、倦怠感、発熱、重症の場合は脳障害や死亡を引き起こします。マラリアは世界で最も脆弱な34億人に脅威を与え、毎年45万人以上、主に子供が命を落としています。治療法の発見これらの疾患は、蠕虫や単細胞真核生物など高度なカモフラージュ機構（例：赤血球内に潜むマラリア）を持つ複雑な生物によって引き起こされるため、薬での治療が困難です。細菌の細胞壁に直接作用する抗生物質のような分子は効果がありません。そのため、より「エキゾチック」な分子を探索して解決策を見つける必要がありました。 2015年ノーベル賞の3人の受賞者は、植物が産生する分子から新しい寄生虫治療薬を見出しました。ウィリアム・C・キャンベルと大村智はアベルメクチンの共同発見に貢献し、屠呦呦はアルテミシニンの発見に貢献しました。アベルメクチンは後に改良されてイベルメクチンとなり、動物と人間の健康に使用される強力な駆虫薬となりました。アルテミシニンは新しい抗マラリア薬のクラスを創出し、多くの命を救いました。発見への困難な道 3人の研究者は、発見に至るまで極めて時間のかかる慎重なプロセスを踏む必要がありました。大村智は日本の微生物学者で、天然産物の分離に長けています。彼は土壌中に存在する細菌属ストレプトマイセスを詳細に分析しました。ストレプトマイセスは他の微生物に対して有毒な化合物を多数産生し、その中で最も有名だったのが1939年に発見された主要な抗生物質ストレプトマイシンで、セルマン・A・ワクスマンが1952年にノーベル賞を受賞した発見です。大村は何千ものストレプトマイセス培養株を単離し、最終的にそのうち50株を詳細に研究しました。この時、米国のメルク治療研究所で寄生虫生物学の専門家であるウィリアム・C・キャンベルが協力に加わりました。彼はある細菌培養物中の化学化合物が動物の寄生虫に対して非常に効果的であることを発見し、分子を単離してアベルメクチンと名付けました。アベルメクチンは後に若干改変されてイベルメクチンとなり、さらに効率的になりました。別の研究ラインで、屠呦呦はマラリアに取り組み、伝統的な中国医学から新たな治療法を探しました。マラリアはかつてキラルジンやキニーネで治療されていましたが、効果が低下していたため、代替手段が重要でした。この緊急の必要性に応えて、アルテミシニンを発見したプログラムは中国人民解放軍によって立ち上げられ、資金提供されました。彼女はマラリア感染を動物で緩和するハーブ療法の効率を大規模にスクリーニングしました。その結果、アルテミシア・アヌスという植物から抽出物が有力な候補として浮上しました。しかし、最初は結果が一貫せず、結論が出ませんでした。古代文献と伝統的実践を研究することで、屠呦呦は活性化合物をより効率的に生成・抽出する方法を見つけ、成功率を安定させました。彼女は1972年に、抽出された分子（現在のアルテミシニン）が動物と人間の両方のマラリアに対して有効であることを初めて実証しました。イベルメクチン大成功イベルメクチンは1981年に獣医用駆虫薬として商業化されました。メルクにとっては大成功で、世界で最も売れた獣医薬となりました。メルクは薬のヒト医療への潜在的利用も検討し、フランスで1987年に承認されました。1988年にはイベルメクチンの商標名Mectizanが、メルクが資金提供した寄付プログラムで河川盲目症根絶のために使用されました。このプログラムはTask Force For Global Health によって実施され、メルク、WHO、そして地域の公的・民間の関係者が協力しました。現在、年間4億人に届いています。…
Jonathan Schramm
バイオテクノロジー2024/07/16

ノーベル賞の成果への投資 – 正確な遺伝子工学のためのCRISPR

ノーベル賞は科学界で最も権威のある賞です。アルフレッド・ノーベル氏の遺言に基づき、前年に「人類に最大の利益をもたらした」人物に対し、物理学、化学、生理学・医学、文学、平和の分野で授与されます。第6の賞は後にスウェーデン中央銀行によって経済学賞として創設されました。受賞者の選定は複数のスウェーデン学術機関が担当しています。遺産への懸念アルフレッド・ノーベルがノーベル賞を創設しようと決めたのは、フランスの新聞が彼の死去を誤って報じ、彼の死亡記事の見出しが「死の商人が死んだ」となったことがきっかけです。その記事は、ノーベルが発明した煙の出ない爆薬、特にダイナマイトに対して激しく非難しました。彼の発明は近代戦争の形を大きく変え、ノーベルは大規模な鉄鋼工場を買収して主要な兵器メーカーへと転換しました。化学者・技術者・発明家としてのキャリアを持つノーベルは、戦争や他者の死によって富を得た人物としての遺産を残したくなかったのです。ノーベル賞現在、ノーベルの財産は基金として運用され、ノーベル財団や金メダル、ディプロマ、受賞者へ支払われる1100万スウェーク（約100万米ドル）を賄うための収入を生み出しています。ノーベル賞の賞金はしばしば複数の受賞者に分配されます。特に科学分野では、画期的な発見に2人または3人の研究者が共同で貢献することが一般的です。長年にわたり、ノーベル賞はTHE科学賞として、理論的発見と実用的発見のバランスを取ろうとしてきました。放射能（マリー・キュリーとピエール・キュリー）、抗生物質（フレミング）、X線（レントゲン）、PCR（カリック）、太陽のエネルギー源（核融合）、電子の電荷（ミリカン）、原子構造（ボーア）、超流動性（ロバートソン）など、現代社会の基盤を築いた業績が表彰されています。 CRISPR – 遺伝子工学の革命遺伝子工学の難しさ 1993年のノーベル賞でPCRが表彰されて以来、科学者や医師は人間・動物・植物のゲノムを自由に編集できることを夢見てきました。しかし、実際には非常に困難で、初期の手法は十分に機能しませんでした。単に遺伝子を特定したり、試験管内で正しい配列を作製したりするだけでは不十分です。その遺伝子を生細胞に導入し、ゲノムに統合しなければなりません。たとえば「新しい品種の植物」を作るだけであれば、失敗率が高くてもランダムな挿入が許容されることがあります。処理された細胞の99.9％が死滅または遺伝子を正しく発現しなくても、0.1％が目的の結果を示せば、増殖させて農家に販売できます。しかし、このような手法は人間への治療には全く不適切であり、植物や動物への応用でもその粗さが批判されました。新たなパラダイム 2012年にジェニファー・ダウドナとエマニュエル・シャルパンティエがCRISPR‑Cas9というタンパク質を発見したことで状況は一変しました。二人は2020年に化学賞を受賞しています。発見からノーベル賞までわずか8年という短期間で、すぐに生物学分野のゲームチェンジャーと認識されました。 CRISPRシステムは、特定のゲノム領域を「編集」できるようにします。目的の配列でその部位を置換したり、既存の遺伝子を阻害したり、特定の配列を削除したり、正しい配列を挿入したりできます。いずれの場合も、編集はゲノムの特定セクションだけで、完全に予測可能に行われます。無秩序な遺伝子挿入はがんリスクなど重大な問題と関連付けられているため、これは重要です。さらに重要なのは、標的細胞に対する毒性が従来の手法に比べて桁違いに低く抑えられる点です。さらに多くのCRISPR その圧倒的な可能性から、CRISPRはバイオテック全体のR&Dの中心となりました。Cas12、Cas12a、Cas13、Cas5、Cas8、Csx10など、さまざまな新しいCRISPRシステムが次々に発見されています。現在、人間医療の研究は主にCas9とCas12に集中しています。技術的に詳しい方は、この学術論文とこの記事、さらに当サイトのCRISPR‑Cas12a解説をご参照ください。 AI CRISPR 現代生物学ではデータ過多が深刻な問題です。何十億ものアミノ酸配列、数千種の細菌が含まれるマイクロバイオームマップ、原子レベルの構造変化が機能に影響を与えるといった、解析すべきデータは膨大です。幸い、AIの台頭により研究者はこのデータ洪水を処理できるようになり、CRISPRも例外ではありません。さらに、OpenCRISPR‑1などのオープンソースリソースが登場しています。これらのAIシステムは、自然界に存在しない多様なCRISPR様タンパク質や「Cas9様エフェクタタンパク質用のsgRNA配列」を生成できます。実際に新しいCRISPR様タンパク質とRNA配列を実験したところ、生成された遺伝子エディタはSpCas9と同等、あるいはそれ以上の活性と特異性を示しました。 CRISPR は奇跡的な治療法遺伝性疾患 CRISPRの最も明白な応用は遺伝性疾患の治療です。遺伝性疾患は致命的または重度の障害をもたらし、米国では10人に1人が7,000以上の希少疾患のいずれかに罹っています。そのうち半数は子どもです。希少疾患は遺伝的要因が72％を占めるため、薬剤で刺激・活性化できない完全に欠損した生物学的機能を持つことが多く、治療が極めて困難です。単一遺伝子の欠陥や過剰コピー、欠失などが原因で、細胞内レベルでの欠損が治療の標的部位への到達を阻むことが多いです。これらの疾患それぞれに対し、欠損したゲノム領域を特異的に標的とし、修復するカスタムCRISPRシステムが構想可能です。最初の成功例最初に実証されたCRISPR応用は、2023年に米国食品医薬品局（FDA）が鎌状赤血球症（SCD）治療を承認したことです。この成果はCRISPR Therapeuticsが達成し、共同発見者であるエマニュエル・シャルパンティエが創業した企業です。…
Jonathan Schramm