この動画では、ウイルス感染症に対する革新的なmRNA治療法、1980年代から物議を醸している冷温核融合実験の再検証、そして高級チョコレートの美味しさを生み出す微生物の秘密という3つの科学トピックを取り上げている。特にmRNA技術を用いた新しい免疫強化アプローチは、喘息用の吸入器のような形で定期的に使用することで、あらゆるウイルス感染を軽症化させる可能性を秘めた画期的な研究である。
ウイルス感染に対する革命的なmRNA治療法
このエピソードはWelcomesポッドキャストの「When Science Finds a Way」の提供でお送りしまっせ。こんにちは、New Scientistの週刊ニュースポッドキャスト「The World, The Universe, and Us」へようこそ。司会のペニー・サウオでっせ。
そして私はチェルシー・ホワイトや。今日の番組では、1980年代の悪名高い冷温核融合という物理学で最も物議を醸した実験の一つを再び取り上げて、高級チョコレートがあの美味しい芳香を生み出す秘密についても学んでいくで。
でも最初に取り上げるんは、すべてのウイルス性疾患に取り組む可能性を秘めた免疫システム強化のまったく新しいアプローチやで。
今は新学期の時期で、多くの家庭にとってこれは毎年恐怖の季節でもあるんや。何ヶ月もの悲惨な日々、家族の間を次々と病気が襲っていくからな。風邪はもちろん、インフルエンザ、COVID、それにRSV、手足口病、りんご病、ノロウイルスもある。
ほんまにぎょうさんあるなあ。最近何回も「何かが流行ってるで」って言葉を聞くわ。問題の一部は、ウイルスは常に新しい変異株を作り出すから、ワクチンを作るのがめちゃくちゃ難しいことなんや。でもアメリカの研究者らは、あらゆるウイルスに効くことを願っている全く新しいアプローチを開発しとるで。
このアイデアはな、いつか喘息の人が使うような吸入器でmRNAベースの治療薬を定期的に吸入できるようになって、冬の間にかかるどんなウイルス感染も非常に軽症になるようにするっちゅうもんや。すごい概念やで、マイケル・リーグが話してくれるで。
マイケル、これはまだ初期段階やんな？あんまり興奮する前に教えてくれ。
そうやで。チームはやっと最初の動物実験をしたところや。ゴールデンハムスターにこれを投与したら、コロナウイルスから保護できることを示したんや。だから実際の治療法はまだ何年も先の話やけど、めちゃくちゃ有望に見えるで。それが明らかに大きなブレークスルーになるやろうけど、このアプローチって何や？どう働くんや？
これはウイルスに対する生来の防御機能を活性化することで働くんや。私らの体の細胞がウイルスに感染されると、隣接する他の細胞にメッセージを送り出すんや。それはインターフェロンって呼ばれる分子や。基本的にはこれは警報みたいなもんで「おい、みんな、ウイルスが来るで。準備せえ。防御態勢を整えろ」って言うとるんや。
もっと具体的に言うと、インターフェロンは1000個の遺伝子をオンにするんや。だから細胞は1000個のタンパク質を作り始めて、それらがいろんな違うことをするんや。その中にはウイルスが細胞に入るのを難しくするもんもあれば、ウイルスが細胞に入った後に複製するのを難しくするもんもあるで。
重要なのは、これらの防御機能は一つのウイルスだけに特化したもんやないってことや。ほとんどあらゆるウイルスに対して働くんや。だからこれは抗体なんかを作る適応免疫システムとは違う免疫システムの枝や。あっちは立ち上がるのに時間がかかるからな。
せやから人にインターフェロンを投与したら、これらの防御機能をオンにできるってことやな。
その通りや。実際、インターフェロンベースの抗ウイルス治療薬はもういくつかあるんや。問題は、これがめちゃくちゃ強力なシグナルで、人がこの1000個のタンパク質をずっと作り続けたら、かなりひどい副作用が出ることや。だからインターフェロンは重篤な症状にだけ使われるんや。
コロンビア大学のチームがやったことは、インターフェロンで活性化される1000個のタンパク質のうち、たった10個を選んで、それからこの10個のタンパク質をmRNAの形で細胞に届けたんや。mRNAワクチンと全く同じようにな。
彼らが示したのは、まず分離した細胞でこれをテストして、インフルエンザウイルスやジカウイルスを含む幅広いウイルスからそれらを守れることを示した。それから先ほど言ったように、ハムスターとコロナウイルスでテストして、そのハムスターの肺でウイルス数が劇的に減少することを示したんや。だからこれは効くんや。
mRNAは自分らに指示を与えて、何かを作るように教えてくれるようなもんやな。でも私らにはもうこの10個の遺伝子、10個のタンパク質があるんやったら、なんで体が持ってる防御機能やのに、それを常時活性化せえへんのや？
チームにその通りのことを聞いたで。答えはタイミングが全てやってことや。ウイルスに青天の霹靂で感染されるときを考えてみ、それは奇襲攻撃みたいなもんや。私らの細胞は準備でけてない。まだこれらの防御機能を何も立ち上げてない。完全に無防備や。だから防御機能を立ち上げ始めた時には、もう遅いかもしれん。ウイルスがもう侵入してしまってるかもしれんのや。
重要なのは、これらの細胞にこのmRNAを与えて、10個の抗ウイルスタンパク質を作らせ始めたら、もうある程度の防御機能が準備できてるってことや。ウイルスに侵入されても、その侵入を止めることはできんかもしれんけど、ちょっと難しくなる。それでその細胞はインターフェロンを産生して他の細胞に警告する時間がもっとある。体にこの頭のスタートを与えるんや。感染の過程で、それが決定的になるかもしれん。
つまりウイルスへの反応を予防の一種に変えるってことやな。先手を打つっちゅうことか。
そうや、先手を打って、警告を受ける。奇襲攻撃と、攻撃に備えて準備ができてる人を攻撃することの違いを考えてみ。めちゃくちゃ大きな違いや。それを体の何千、何百万の細胞で掛け合わせたら、とんでもない違いになるで。
だからここでのアイデアは、感染を完全に止めたり防いだりするんやなくて、スピードを落として、完全な免疫システムが働くための十分な時間を与えるってことやな。
その通りや。COVIDで学んだように、ウイルス量が少なかったら、症状に気づかんかもしれん。
まさにその通りや。それが希望やで。
すごく良さそうやけど、でも必ずここに「でも」があるような気がするなあ。
いつも「でも」があるからなあ。いつもや。これが機能するためには、感染の危険にさらされてる細胞の中に十分なmRNAを入れなあかん。呼吸器系ウイルスの場合、それは鼻や喉や肺を覆ってる細胞やってことや。今の課題は配送の部分や。まだそこまで到達してなくて、mRNAにとっては非常に有望な技術やから、これを解決しようと働いてる研究者はぎょうさんおる。
でもな、アメリカがmRNAワクチンへの資金提供を5億ドル削減したばっかりやで。だから今、これに取り組んでる企業は「アメリカで承認が取れへんかもしれんのに、この種の技術にほんまにお金を使いたいか？」って考えてるかもしれん。だから今のところ、それがこの種のアプローチの潜在的な後退やと思う。
アメリカではこのmRNAワクチンが反ワクチン運動の本当の焦点になってるからなあ。いくつかの州法が制度を通して進められてて、その使用を制限しようとしてる。完全な禁止から、子どもでのmRNAワクチンの使用制限まで、安全性に何年ものデータがあるにも関わらず、注射の長期安全性が不明かもしれないと医療提供者が患者に伝えることを要求するもんまである。
ほんまに信じられんで。何億人もの人にCOVIDワクチンが投与されて、安全で効果的やってわかってるのに、アメリカの政治家らがそれについて非常に非科学的で根拠のない主張をしてるのを見てきたんや。
マイケル、この特定の研究ラインの可能性に戻ると、本質的には、この仮想的な喘息吸入器スタイルの一吹きで、私らの細胞にこの10個の防御タンパク質を作らせるんや。それは万能抗ウイルス薬みたいなもんで、その後の感染が軽症になることを保証する。考えてたんやけど、これが子どもらが学校から厄介なもんを持って帰るのを止めてくれるのを見たいし、冬にも、これは高齢者にとって本当に恩恵があるやろうな？冬の季節性ウイルスは高齢者にとってほんまに致命的やし、私らの免疫システムは年取るにつれてずっと弱くなるからな。この種のアプローチは高齢者の免疫システムでも効くんか？
まだテストされてへんけど、理論的には間違いなく効くはずや。必要なのはその細胞がRNAからタンパク質を作ることだけで、それがメインの推進力やからな。だからそれが間違いなく期待やで。明らかにまだ初期段階やけど、もしこれらの治療薬が利用可能になったら、保健関係者の焦点は絶対に最も脆弱な人らになるやろうと思う。それは君が言ったように非常に高齢な人、それからもちろん非常に若い赤ちゃんや新生児なんかや。
冷温核融合の復活
スポンサーからの一言や。最高の科学は実験室での努力だけやない。生活を変えるんや。でも研究者と彼らが人々に与える影響との間のつながりは忘れられがちや。そのギャップを埋めるのがWelcomesポッドキャスト「When Science Finds a Way」や。
司会のアリシア・ウェイライトは植物学者からハリウッド俳優になった人で、最先端の研究者を招いて、科学と協力して生活を改善し自分らの未来を形作ってる世界中の人やコミュニティと一緒に、感動的なストーリーを語ってもらうで。エピソードはケニアでのコレラ予防から、先住民の慣行に根ざした山火事管理アプローチまで幅広いトピックをカバーしてる。
「When Science Finds a Way」は今、君が聞いてる場所ならどこでも利用できるで。
さあ、物理学で最も物議を醸したアイデアの一つについて、巨大なワーム缶を再び開けよか？
やったー。そうしよう。私らは冷温核融合について話すんやって、驚いてるで、チェルシー？
そうや、その通りや。知らん人のために言うと、1989年に世界のエネルギー問題が解決されるかもしれんって思った短い瞬間があったんや。室温での核融合を実証したと主張した科学者らのおかげでな。でも誰も結果を再現できんくて、冷温核融合っちゅう言葉はちょっとタブーになってしもた。
でも今週のNature誌に新しい実験があって、その主張をある程度復活させたように見えるで。アレックス・ウィルキンスがこれについて私らに報告してくれたんや。
アレックス、何が起こってるんや？私らのエネルギー問題は全部解決したんか？
言えたらええんやけど、残念ながらしてへん。まあ驚かんけどな。そうやな、悲しいけどな。
核融合って何かから始めよか？二つの原子核を無理やりくっつけると、それらが融合するときに莫大な量のエネルギーを放出するんや。このプロセスは太陽みたいな星で常に起こってる。でも地球でこのプロセスを再現するのは、ほんまにほんまに難しいことがわかった。1950年代と60年代に最初に提案されたにも関わらず、私らはまだ機能する商業核融合炉を持ってへん。
そうやな？核融合に必要な極端な温度と圧力に到達するには、最初にめちゃくちゃエネルギーが必要やからな？
その通りや。チェルシーが話してた通り、1989年にそんなにエネルギーを使わんでも核融合プロセスを始められるかもしれんって思った瞬間があったんや。
ユタ大学の二人の化学者、スタンリー・ポンズとマーティン・フライシュマンが、卓上実験で室温での核融合を実証したと主張したんや。それは基本的に重水に浸けたパラジウム棒に電流を流すってもんやった。彼らはこの実験がどれだけ熱を発生させるかを監視してた。
彼らは化学反応だけで発生する以上の異常な熱のスパイクを発見したって主張して、それが実際にはかなりの率でロッドの内部で起こってる核融合から来てるって言うたんや。
想像できるように、この実験は大きな注目を集めた。すぐに冷温核融合って名前が付いた。ほんまに高い温度が必要やなかったからな。当時何十年も先やった従来のホット核融合炉よりも簡単で安価なクリーンエネルギー生産への道を示した。今でもまだ何十年も先かもしれんけどな。
でも残念ながら、すぐに複数の研究者がその主張を再現しようとしたけど、でけへんかったんや。年末には、そのアイデアはほぼ死んだも同然やった。
これは科学の伝説的な瞬間の一つになった。人々は冷温核融合を一種の教訓として使い始めた。結果がしっかりしてて再現可能やって示される前に、あんまり興奮したらあかんでってな。
だから今週またそれについて話してるのは、ほんまに驚きや。なんでそうなったんや？
驚きやで、同感や。今週のストーリーは、何人かの科学者が、ついにその実験の重要な要素を再現して、少なくとも実験の一部には価値があったことを示したって主張してることや。これから説明する注意点はあるけどな。
でも室温で電気化学を変えることで核融合率を上げることができることを示してる。ただ、ポンズとフライシュマンが示唆してた率には全然届かん。それに、めちゃくちゃパワフルな粒子加速器が必要や。ちょっと横に置いとくだけや。ただの。そうや。
めっちゃ興味深いな。どう働くんや？実験って何や？
研究者らはカナダのブリティッシュコロンビア大学におった。カーティス・バーリンゲットがグループを率いてて、彼とチームは「サンダーバード」と呼ぶ卓上粒子加速器を作った。元の実験にヒントを得てるけど、言った通り根本的に違うって主張してる。
冷温核融合実験と似て、彼らは重水素を使った。これは中性子が一つ追加された水素の形や。パラジウムとな。基本的には重水素核の非常に高エネルギーのビームをパラジウム電極に照射するもんや。パラジウムがこれらを吸収し始めると、ビームからのさらなる中性子と融合し始めて、これが30分間でどんどん増えていく。
バーリンゲットとチームは中性子が出てくるのを観察したけど、それから止まったように見えた。その時に取り付けられた電気化学セルをオンにした。それが重水としても知られる重水素酸化物を生成した。これがさらに多くの重陽子を生成して、パラジウム電極に入って、ビームだけがオンの時と比べて核融合率が約15%増加することがわかった。
それを簡単に言うと、本質的には元の実験と同じように、電気化学を使ってかなり低い核融合率を少し注目すべき率にスープアップしたってことか？
そうそう。中性子が出てきてるのを発見して、それが核融合が起こってることを示してた。必要やったのは室温での少しの電気化学だけやった。でももちろん照射されるビームは室温やない。莫大なエネルギーが関わってる。
それでも言うたように、本質的には何らかの室温核融合が起こってるってことやな。
そうや。でも大きな注意点は、電気化学的な強化があっても、生成されるエネルギー量は微々たるもんやってことや。粒子加速器は動作に約15ワット必要で、この電気化学的強化で起こってる核融合量は10億分の1ワットのエネルギーに相当する。これは正のエネルギー生産に必要なもんより桁違いに少ない。
著者でも彼らの研究でエネルギーの奇跡は主張してへんって認めてる。でも注目すべきは、バーリンゲットが核融合率をもっと強化できると楽観的やってことや。学生の一人が電極の形で遊んでて、4桁改善したって言うてる。
それでも明らかに使用可能レベルよりずっと下やけど、彼はある程度は増やせるかもしれんって楽観的や。
私の懐疑心は完全に的外れやなかったってことやな。でもここから何か得られるもんはあるんか？これは卓上トリックだけなんか、それとも核融合エネルギーを本当に実現するためのより広い意義があるんか？
インペリアル・カレッジ・ロンドンのアンソニー・クチナックに話を聞いた。彼は実際にこの元の実験が出た1989年に研究で活発やった人で、結果を再現しようとした最初のグループの一つやったけど、失敗したんや。だから彼はこの全ストーリーを最初から最後まで本当に知ってる。
彼はこの研究はほんまに興味深いと思ったけど、将来のエネルギー源としてやない。代わりに、この電気化学の働き方が室温超伝導体みたいなもんを作るのに役立つ可能性があると思った。なぜなら、それらは全て重水素みたいな水素や他の水素様種がぎょうさん入った金属を使うからや。
だから彼は、これがいつか室温超伝導体を作るのに役立つかもしれんこれらの材料を作るのに役立つかもしれんって思った。それは本当に私らのエネルギー問題の多くを解決するやろう。
それは予想してなかった展開やな。
私もや。それは元の研究にとっては本当の正当化になるやろう。ただ研究者が思ってた方法やないだけで。
神よ、それは過去からの爆発やな。冷温核融合のことすっかり忘れてたわ。わあ。マレット以来最も驚きの80年代トレンドカムバックやと思う。
チョコレートの秘密を解く微生物
発酵食品は、マイクロバイオームが私らの健康で果たす巨大な役割を解き明かし続けるにつれて、ますます人気になってる。でも今週、地球上で最も偉大な食べ物の一つ、つまりもちろんチョコレートについても、微生物に感謝せなあかんっちゅうニュースがあるで。
キムチや他の発酵食品の専門家であるサム・ウォン、もう少し詳しく教えてくれる？
そうや、言った通り、発酵食品について話すときは、普通はキムチ、チーズ、サワードゥブレッドみたいなもんについて話してる。でも人々はチョコレートも発酵で作られてるって気づいてないかもしれん。
栽培者はカカオの実を収穫して、実の中にある種であるカカオ豆と実の中の果肉も抽出する。それを全部約6から10日間発酵させて、それから乾燥させて焙煎する。それでチョコレート味になるんや。
でも発酵してないカカオ豆はほんまに苦くて渋い味がする。あんまり美味しくない。だからあの発酵が私らみんなが愛する味にとってほんまに重要なんや。でも関わってる細菌や菌類についてはあんまり知られてへん。
だから最近ノッティンガム大学のチームがコロンビアのカカオ農場に行って、責任のある微生物を特定するために遺伝子テストを行ったんや。
言った通り、この6から10日の発酵がチョコレートの風味にとって必須のステップやってことはあんまり知られてへんと思う。その発酵はどう働くんや？どうやってするんや？
典型的には、カカオ豆は箱やバスケットに積み上げられて、それから自然に存在する微生物が空気から、そこで働いてる人の手から、あるいは昆虫からやって来るんや。
微生物は糖分が豊富な果肉を消化し始めて、いろんな風味化合物を作り出す。普通は研究者デイビッド・ソルトが「暗くて木質な風味」って表現するもんを作り出す。でも高級チョコレートにはもっとフルーティーな風味もあって、それは発酵での違う微生物によるもんや。
それで彼らは、この違う風味、特に高級チョコレートの上質で美しい芳香のあるもんの責任がある微生物を特定できたんか？
そうや。高品質チョコレートを作る豆のバッチで一貫して見つかる5種の細菌と4種の菌類を特定した。彼らは微生物を含まん滅菌されたカカオ豆でこの微生物の組み合わせをテストした。発酵後、それらを粉砕してカカオリカーと呼ばれる液体にした。
そしてチョコレートテイスターの専門家に試してもらったら、柑橘類、ベリー、熱帯果物、キャラメルノートみたいな、普通カカオリカーには見つからないフルーティーな風味があるって言うたんや。
チョコレートテイスターの専門家。何て仕事や。
そうや。彼らはこれらの微生物を使って、すべてのチョコレートを高級品みたいな味にできるんか？
潜在的にはそうやな。栽培者はこれらの微生物を含むスターター培養を使って、チョコレートの風味を改善できる。でも彼らがコントロールできる他のことも、pHや温度みたいなもんもあって、それがプロセスを標準化して、どんな風味になるかを予測するのに役立つかもしれん。
こういう技術は例えばビールやチーズ業界では常時使われてて、かなり進歩してる。でもチョコレートは追いついてるところや。だからチョコレート発酵に関わる微生物の多様性についてもっと知って、違うスターター培養を設計することで、今まで試したことがない風味の全く新しい種類のチョコレートを開発するのに役立つかもしれん。
ウィリー・ウォンカが生きてたら、間違いなくこの材料で実験してるやろうな。
マイケル、今年前に君が書いた、植物なしで完全に実験室でチョコレートを作るっちゅう記事を思い出すで。培養するだけでな。君は実際に味見したんやったな？
そうや。ここでのアイデアは豆の細胞を取って、木から取る代わりに液体の桶で育てるってもんや。だから味見したサンプルはめちゃくちゃ小さかったけど、風味は素晴らしかった。実際どれだけ良いかに驚いたで。足りなかったのは口の中で溶ける感じやった。カカオバターのレベルがちょっと低かったからで、チームはそれに取り組んでるから、うまくいけば改善するやろう。
でもこの微生物の発見は、その培養チョコレート生産者にとって特に役立つと思うで。彼らはプロセスのあらゆる側面をコントロールできるからな。全て滅菌された桶で行われるから、彼らは欲しい微生物だけを正確に使って、その風味を精密にコントロールできるんや。
美味しそうやな。今週の「The World, The Universe and Us」は以上や。今日のゲストの皆さん、そして聞いてくれた君らに感謝や。どこで見たり聞いたりしても、購読かフォローしてくれ。コメントやレビューを残してくれ。君らの声を聞きたいで。また来週会おう。バイバイ。
バイバイ。このエピソードは全ポッドキャストプラットフォームで利用可能なWelcomesポッドキャスト「When Science Finds a Way」の提供でお送りしました。
コメント