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ウシとコムギのゲノム

今週(というより先週)、酪農、農業において重要なウシとコムギのゲノムに関する論文が発表されました。

ウシの方は1000頭分のウシのゲノムを明らかにしようという、1000人ゲノムプロジェクトのウシ版のドラフトです。解析したウシの種類は酪農に非常に重要なホルスタイン-フリージアン種、フレックフィー種、ジャージー種の3種で、合計234頭分の解析を行いました。このデータを用いてウシの繁殖力減退の主な原因胚死亡、骨格奇形、産乳量、縮毛に関連する遺伝子を特定することに成功しました。このデータをもとに、DNA配列に基づいた品種改良が行えるようになり、品種改良の速度が高まると期待されます。
320px-Jersey_cattle_in_Jersey.jpg(今回シーケンスが行われたウシのジャージー種。バター作りに使う乳を作る。)

コムギの方はコムギ1種のドラフト版です。コムギは世界中で消費されており、食料として非常に重要な植物です。にもかかわらず、意外なことにこれまでゲノムの配列は不明でした。コムギゲノムのシーケンスを阻む問題は、17G(イネの40倍、ヒトの5.7倍)という巨大さと、リピートが非常に多いということもあります。しかし、一番の問題は、現代のコムギは3種類の古代のコムギの交雑種であり、コムギの中で元となった古代のコムギのゲノムがサブゲノムとよばれる7染色体で1セットになった状態で共存しており、サブゲノムが3セットある状態なのです。そのため、配列がどのサブゲノム由来か見分けるのが難しいことです。そこで今回は染色体ごとに分けたうえでシーケンスを行いました。これが非常に労力のいる作業みたいです。結果は意外なもので、それぞれのサブゲノム間の配列が似ており、なくなっている遺伝子もわずかでした。通常、同じ働きをする遺伝子が複数あると、一つを残して消えていったり新しい遺伝子に進化していくことが多いのですが、このような現象が見られない、特殊な進化を遂げてきたことが分かります。なぜ、複数の同一(と思われる)遺伝子を保持し続けているのかは不明です。ちなみにこの研究には、6800万ドル(約68億円)かかったそうですが、コムギの需要を考えたらそれだけの価値はありそうです。日本から農業生物資源研究所、京都大学、横浜市立大学、日清製粉が参加したそうです。
640px-Wheat_close-up.jpg(ご存知小麦。今回はチャイニーズスプリングと呼ばれる品種を使用。研究に良く使われる。)

現在世界では人口が増え続けており、全人口が生きていくのに必要な農作物の量よりも、生産できる農作物の量のほうが少ない状態です。まだまだ人口は増えていくでしょうから、このような研究によって農作物の生産効率を高めることが望まれ、第二次緑の革命とでも呼ぶべき時が来るかもしれません。1940年代から1960年代にかけて起きた緑の革命では農作物の生産量は飛躍的に伸びましたが、一方でそれに対する批判もあります。この研究が第二次緑の革命の原動力になるのか、第二次緑の革命が起きるのが良いことなのかは不明ですが、高収率作物の研究は終わらないでしょう。

元の論文
Whole-genome sequencing of 234 bulls facilitates mapping of monogenic and complex traits in cattle
A chromosome-based draft sequence of the hexaploid bread wheat (Triticum aestivum) genome

テーマ:自然科学 - ジャンル:学問・文化・芸術

白色脂肪細胞は悪いやつ?良いやつ?

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'Bad fat' may be good for cancer patients

脂肪には褐色脂肪細胞と白色脂肪細胞の2種類あり、褐色脂肪細胞はエネルギーを使って熱を作り出し、白色脂肪細胞はエネルギーを貯蔵しています。白色脂肪細胞はベージュ細胞と呼ばれる、褐色脂肪細胞みたいな細胞になることが出来ます。一般に白色脂肪細胞が多いと肥満や糖尿病のリスクが多く、あまり好ましくないものと考えられ、ベージュ細胞化は良いことだと考えられていました。しかし、実は悪液質という症状の原因であり、良いことばかりではないらしいということが明らかになりました。

末期がん患者やAIDS患者などで悪液質(カヘキシア)とよばれる症状を示すことが良くあります。これは脂肪や筋肉の異常な現象を引き起こす複合的な代謝異常症候群です。この病態を示すようになると手の施しようが無く、ちゃんと食事をしていてもがりがりに痩せていき、後は死を待つのみという状態です。今のところ原因は不明ですが、褐色脂肪細胞の代謝が異常に高いことと関連しているものと考えられています。したがって、白色脂肪細胞の異常なベージュ細胞化も関連している可能性があるのです。そこでマウスのがん疾患モデルや人のがん細胞を移植したマウスを調べていくと、悪液質の症状である筋肉の細胞の減少の前に、白色脂肪細胞のベージュ細胞化が起きていました。さらに調べていくと、炎症反応と深くかかわるプロセスと関連があることが分かりました。例えばIL-6という炎症に関連する遺伝子はがん患者で異常値が見られると共に、ベージュ細胞作りに欠かせないものでもあります。そこで炎症反応のプロセスが悪液質に関わっていることから、抗炎症剤を投与しました。すると悪液質の原因となる白色脂肪細胞のベージュ細胞化が止まり、悪液質の症状が改善したとのことでした。

悪液質の症状を示す状態ならもう手遅れ状態とされてきましたが、もしかしたら延命できるようになる日はそう遠い未来のことではないかもしれません。ただ、延命をすればなかなか死ぬことも出来ず、患者は苦しい思いをする期間が増え、家族も看病や治療費の負担が多くなります。個人的には本当に長生きすることが良いことなのかという疑問も湧いてきます。安楽死問題も良く考える必要があると思います。

元の論文
A Switch from White to Brown Fat Increases Energy Expenditure in Cancer-Associated Cachexia

人はなぜ走るときに腕を振るのか

情報元
Why you should swing your arms when you run

人間走るときには腕が動きます。これは脚の動きにあわせてバランスをとり、安定するために腕を動かしているのだといわれています。今回、走るときに腕を振る理由に新たな理由が見つかりました。それはエネルギーの消費を抑えるためです。

今回の実験では13人の人に普通に腕を振ったり、あるいは腕を特定の位置(頭の上、胸の前、体の後ろ)で固定した状態で7分間走ってもらいました。そしてランニングによる酸素消費量、二酸化炭素生産量を計測しました。結果、腕を振ることで3-13%(体の後ろと比較し3%、胸の前と比べて9%、頭の上と比べ13%)のエネルギー消費が抑えられていました。

まあこの研究が何に役に立つかはよく分かりません。でも腕を動かすこと自体にもエネルギーは必要なはずなのに、実際はエネルギー消費が抑えられているので、特定の位置に維持するエネルギーや筋力の疲労が大きいのでしょう。つまりマラソンでは普通に腕を振って、ダイエットには腕を振らずに走ったほうが効果的なんですかね。頭の上に手を置いて走るのは目立つので、胸の前とかにしておいたほうが無難ですかね。

元の論文
Arm swinging saves energy

テーマ:雑学・情報 - ジャンル:学問・文化・芸術

子癇の簡単な検査方法が開発される

情報元
Proteins and a pregnancy woe

妊婦や産婦人科医が恐れる病気に子癇という病気があります。これは妊婦が異常な高血圧になってしまい、意識障害が起きたり、死に至ることもあります。妊婦の5~10%は子癇にかかると言い、毎年世界中で妊婦が約76000人亡くなっているそうです。なぜ、産婦人科医が恐れる病気なのかというと、子癇という病気はなぜ起きるのか、どうやったら防げるのかが不明なため、医者もどうしようもない病気だからです。血圧をチェックしていても予期できないそうです。今回、その子癇ではタンパク質のミスフォールディングが起きており、簡単な尿検査で予期できるということが分かりました。

ミスフォールディングとは本来タンパク質がとるべき構造がとれず、おかしな構造をとってしまうこと。通常なら、たくさんあるタンパク質のごく一部がミスフォールディングを起こしても他のタンパク質が働くため、特に問題はありません。しかし狂牛病やアルツハイマーなどに代表される病気では周りのタンパク質もミスフォールドさせてしまい、塊をつくったりしてしまうのです。今回は尿にコンゴーレッドと呼ばれる色素を加えました。コンゴーレッドはタンパク質の塊を赤く染め、小さいものは染めません。結果、子癇患者の尿は赤く染まるのに対し、健康な人の尿は染まりませんでした。ミスフォールディングによって塊を作っているタンパク質は複数あり、その中にはアルツハイマーに関わるアミロイド系のタンパク質も含まれていました。

子癇患者で見られる尿中のタンパク質のミスフォールディングは結果であり、原因はまた別にあるものと考えられます。正確度は80%以上で、非常に簡単な方法なので、尿のコンゴーレッド染色はこれから一般的な検査になっていくと思います。とはいえ原因もまだ良く分かっていませんし、なかなか研究を行うのもやっかいそうな病気です。

元の論文
Protein misfolding, congophilia, oligomerization, and defective amyloid processing in preeclampsia

テーマ:海外ニュース - ジャンル:ニュース

ミセルによるドラッグデリバリーの危険性

情報元
Nanoparticles may harm the brain

近年、家電製品、洗剤、化粧品など様々なものにナノという言葉が付けられます。ナノ粒子はその名の通りナノレベルのサイズの粒子で、量子ドットやように金属からなる比較的新しいものやミセルのように昔から知られている有機物からなるものも含みます。近年、このナノ粒子をドラッグデリバリーに使えないかという研究が行われています。ドラッグデリバリーは標的とする病変組織にだけ薬を届けることで副作用を最小限にしようという手法です。特に脳は重要で、脳と血管の間には関門がありどんな分子でも脳に行くというわけではありません。そのため、脳の病気に有効な薬ができたとしても、作用しない可能性があるのです。ミセルとは、疎水性の部分と親水性の部分がある分子が疎水性の部分を内側にして集合している分子の集合体です。このミセルに薬をくっつけ、さらに組成や電荷を変えることで目的の組織にだけ取り込ませるという研究が行われています。しかし、そもそもこのナノ粒子が本当に安全なのかというのは不明でした。今回安全性を評価する実験が行われ、脳に取り込まれた場合、有害であることが示唆されました。

今回は2種類のミセルを使っており、表面が正の電荷を有しているものと負の電荷をもっているものを使いました。薬は付けていません。これをラットに注射し、1週間後の脳を調べました。結果、正の電荷を帯びたミセルでは5匹中3匹のラットの脳に障害が見つかりました。負の電荷を帯びたミセルは異常は見られませんでした。細胞は弱く負の電荷を帯びており、正の電荷をもったミセルは細胞にくっつき、電荷等を変化させてしまうためこのような結果になったと考えられます。

過去の研究では、細胞との反発はあるものの、負の電荷を帯びたミセルも細胞内に入ることができるそうです。今回の実験では2種類しか使っていないので、本当に電荷が原因か不明なところがあります。ポリマーの種類や濃度によっては問題ないのかもしれません。負の電荷のミセルも、問題ないように見えて何かしらの影響がある可能性ももちろんあります。やっぱりドラッグデリバリーって簡単にはいかないね。
二重層・リポソーム・ミセル
(画像右上がミセル。内側が疎水性で、外側が親水性。画像はwikimediaより。)
元の論文
Differential toxicological response to positively and negatively charged nanoparticles in the rat brain

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自分の目標を達成するにはどんなモチベーションを持つべきか

情報元
One type of motivation may be key to success

今日は心理学のお話。
私たちは、生きていく中で何かしらの目的や理由で、様々な行動をとります。例えば勉強するという行為。勉強する動機としては勉強が面白いと思うからなどの自分の中でゴールへたどり着こうとする意欲である内的動機と、先生にやることを強制されているからなどのゴールとは無関係な外的動機の2種類があります。これまでどちらのタイプの動機であってもゴールへたどり着くには効果的であるというデータがあるのですが、いずれも短期的なものばかりで、キャリアアップなどの目標達成までに長期間必要な場合はどうかは不明でした。

そこでアメリカの陸軍士官学校(アメリカの軍隊のエリートコースだから日本でいうところ防衛大学校のようなものかな?)の方たちを対象に毎年入ってくる人のモチベーションとその後のキャリアを調べました。その量は実に14年かけて約1万人分です。ここでは毎年約1300人の人が入隊するにも関わらず、卒業するのは1000人程度で、5年後も軍の幹部としてのキャリアを続ける人はさらに減り、その後は幹部として残れる人はわずかになります。モチベーションの測定はアンケートによるもので、基本的に幾つか質問項目があり、どのくらいあてはまるかを数字の選択肢から選ぶというものです。例えば軍の幹部になりたいと思っているかとか、親が行けと言っていたかなどです。

結果としては内的動機が重要でした。他の要因(人種、宗教、学校の成績など)を考慮しても、内的動機がメインの人は平均よりも20%ほど卒業できる割合が高かったそうです。良い職に就きたいなどの外的動機が強い人だけでなく、内的動機と外的動機の両方がある人でも卒業できる人は減るそうです。また、その後も内的動機と外的動機の両方がある人は内的動機がメインの人よりも、卒業後軍人としてキャリアを続ける人は10%ほど減り、その後幹部になれる人も20%ほど減ったそうです。

今回の結果から、内的動機は非常に強い原動力であるものの、外的動機(給料が良いなど)の気持ちがあると効果がなくなってしまうという弱さもあります。高い目標ほど得られる利益が多くなり、外的動機が多くなりがちだから難しい。研究者の場合なら教授とかになって社会的地位を得たいという気持ちよりも、純粋になぜ?とか科学って楽しい!と思えなければやっていけないということですね。

元の論文
Multiple types of motives don't multiply the motivation of West Point cadets

テーマ:雑学・情報 - ジャンル:学問・文化・芸術

パンダは笹ばかり食べてて大丈夫なのか

情報元
How pandas survive on their bamboo-only diet

健康を保つためには人間は野菜や肉、米などをバランスよく食べなければなりません。しかし野生の動物は肉しか食べなかったり、逆に草しか食べない生物というのが非常に多いです。例えば動物園の人気者のパンダは、いつも笹ばっかり食べています(厳密には竹ですが)。パンダの食料は笹と当たり前のように思ってしまいがちですが、これは非常に不思議な事です。パンダは分類学的には肉食の熊の仲間です。実際、内臓を見るとシンプルな胃と短い腸があります。牛のように胃が4つもあったりはしないのです。排泄物を見ても80%くらいは吸収されずに出てくるそうです。ではなぜ、笹ばかりの食生活なのに大丈夫なのでしょうか。そもそも、本当に笹しか食べないのでしょうか。

今回は中国の秦嶺山脈のパンダの生活を6年かけ追っていき、何を食べるか調べました。さらにパンダの食料の中の窒素、リン、カルシウムの3つの栄養素(哺乳類には欠かせない元素)を詳しく調べました。繁殖期の春には窒素とリンを多く含むwood bamboo(竹の種類ですが、日本語訳が不明)の芽を食べます。wood bambooが成長し、栄養が少なくなってしまう6月ごろ、もっと高地にあるarrow bamboo(日本語訳不明)の芽を食べます。7月半ばごろになるとarrow bambooが葉をつけ始めます。arrow bambooの葉はカルシウムを多く含んでおり、これにより不足していたカルシウムを補います。じつはこれは繁殖と深く結びついている可能性があり、交尾によりできた赤ちゃんは、カルシウムを十分に供給できるようになるまでおなかの中で成長を止めた状態でいると筆者は考えています。8月になるとwood bambooのところへ行き、赤ちゃんを産みます。食べるのはwood bambooの葉です。パンダの妊娠期間は3か月で他のクマの半分程度の期間しかなく、生まれてくる子も小さいです。おそらく手に入る栄養が限られるからだと思われます。

通常、動物は体に必要なものを得るために複数種の食べ物を食べますが、自分の生活圏に食べられるものが1種類しかない場合、同じ物の別の部分を食べようとします。おそらく、パンダも同様に生活圏に笹しか食べられるものがないためだと思われます。笹を食べるのには不利な体をしているのはもともと肉食だったけど、笹で生きていくために進化の途中なのかもしれません。ただ、他の物を全く食べないわけではなかったことから、必要なときは他から栄養を吸収していると思われます。ところで、パンダが白黒なのってなぜなんでしょうか。シマウマと同じ様に病原虫を避けるため?

l3511.png
(パンダはかわいいけどクマです。模様のせいでたれ目に思えるけど結構鋭い目つき。)
元の論文
Obligate herbivory in an ancestrally carnivorous lineage: the giant panda and bamboo from the perspective of nutritional geometry

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食事で体内時計をコントロールできるかも?

体内時計というのは現代の生活の様々な面で影響を与えます。適切にコントロールされていているときは良いのですが、コントロールできなくなってしまうとなんとなく力が入らなかったり、ひどくなると不眠症になったりします。普段はコントロール出来ていても、飛行機に乗って時差ぼけなどで強制的にリセットしなければならない場面があったりします。そんなときに体内時計をコントロールする重要な因子として光を浴びることで調整できることが良く知られています。今回それに加えて食事でもコントロールが出来るかもという報告がされました。

結論だけを簡単に言うと、今回はインスリンに注目しました。インスリンは食事などで血糖値が高くなると分泌されるホルモンで、血糖値を下げようとする働きを持っています。そしてどうやら体内時計とシンクロしているらしいとのことです。

筆者(山口大学のグループだそうです)によると、もしかしたらインスリンを分泌させるような食事を夕食に食べれば体内時計のサイクルが進むかもとのこと。まだ予備実験といった段階で、本当にコントロールできるかを直接証明しているわけではありません。でもお腹がすくタイミングから時間を測る腹時計なんてものがあるし、十分ありえる話だと思います。光と食事だったらどちらが影響が大きいかなども興味深いですね。確かに時差ぼけになると食欲も失せたりするような・・・。

元の論文
The Role of the Endocrine System in Feeding-Induced Tissue-Specific Circadian Entrainment

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妊娠期の母親の食事の影響は遺伝する-その2

以前、妊娠期の食事の影響は遺伝するという記事を紹介しました。この記事の研究では人を対象にし、生まれる時期によって食事が変化し、DNAのメチル化にも変化がおきるというものでした。しかし、人の場合何を食べるかしっかりと管理できず、本当に食事の影響なのか、はたまた天候などの影響ではないかと考えることができます。今回、色々な影響を管理できるマウスを使い妊娠期の栄養を変えることで、DNAのメチル化に影響が起きることが確認されました。(DNAのメチル化は遺伝子を使うか否かに大きな影響を与える重要な因子です)

みなさんもご存知かと思いますが、妊娠期の食事というのは子供に大きく影響を与えます。食事がほとんど手に入らない戦争中または直後に妊娠すると、生まれてきた子供は体が小さく、肥満や糖尿病になりやすいというデータがあります。子供だけで無く、孫も同様です。これはマウスも同じです。今回は妊娠後期のマウス(出産の約1週間前から)の食事を通常の半分にしました。生物学的に見ると、精子の中のDNAはいたるところでメチル化されているのですが、妊娠後期はメチル化が外れるタイミングです。そんな妊娠後期に栄養不足の中生まれてきたオスの子供の精子のDNAメチル化を調べてみると、110箇所でメチル化が無くなっていました。その周辺の遺伝子を調べてみると、多くのものが代謝に関わるものであり、おそらく肥満や糖尿病になりやすいのはこのせいだと思われます。実際、一部の組織ではその遺伝子の発現に変化が起きていました。しかし、不思議なことに孫世代のマウスでは遺伝子発現に変化は起きているものの、DNAのメチル化は通常のものに戻っていました。

そんなわけでDNAのメチル化はそれほど長い世代伝わっていくものではないようです。ではなぜ孫に糖尿病や肥満のリスクは受け継がれるのでしょうか。今後の課題です。また、この結果に懐疑的な人もいて、今回使ったマウスには遺伝的なバックグラウンドに違いがあり、その影響も考えられるとのことです。いずれにせよ困ったことに(ありがたいこと?)、こういったエピジェネティックな遺伝は子供だけでなく、孫などのもっと後の世代にまで影響していくので、自分の子孫のためにもライフスタイルを見直してみましょう。
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(戦後のオランダのhunger winterと呼ばれる時期にお腹の中にいた子供。体が小さいにもかかわらず、糖尿病などのリスクは高い。画像はこちらから引用。)

元の論文
In utero undernourishment perturbs the adult sperm methylome and intergenerational metabolism

文系遺伝子、理系遺伝子は存在する?

皆さん好きな教科は何ですか(何でしたか)?このブログを見ている人は科学に興味がある人たちでしょうから、理科とかでしょうか。高校などでは文系クラスと理系クラスに分けたりしますが、その人たちに遺伝的な差はあるのでしょうか。実際のところ、理系の家系や文系の家系というのもあったりします。今回、そのようなことを調べる研究がされ、読解能力に必要な遺伝子は計算能力にも必要であることが判明しました。

今回の実験にはイギリスに住む12歳の双子(一卵性も二卵性も含めている)を含めた2800組の協力の下行われました。双子のDNAセットと読解テスト、計算テストの結果を比較すると、何千ものDNAのわずかな違いが子供の能力の形成に影響を与えていました。さらにその半分以上が読解、計算の両方に重要なものであることが示唆されました。

この結果を見る限り、読解能力と計算能力に影響を与える遺伝的要因の大半は共通のようです。もちろん残りの一部の遺伝的要因が片方のスキルにのみ影響を与えていて、文系あるいは理系の家系というのが出来上がる原因なのかもしれません。今回の研究ではklothoの時のようにどの遺伝子がどのような影響を与えているかというのを見ているわけではなく、学習能力に影響を与えるところはたくさんあり、遺伝と学習能力には非常に複雑な関係があることを示しています。これは失読症のような学習障害を理解するうえで重要になるでしょう。優生学の危険性をはらんではいますが、学習における遺伝的影響というのは無視できない可能性があるので、しっかりと理解し、その人に合った学習方法を提供できるようにしたいものです。

元の論文
The correlation between reading and mathematics ability at age twelve has a substantial genetic component

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