電気ビリビリごはんもぐもぐ
この記事は今年読んだ一番好きな論文Advent Calendar の一部として書かれました。
更新が停滞しがちな一年でしたが、論文は読んでいたのでこれなら記事かける!ウェイ!と思ってAdvent Calendar登録ページを見に行ったら初日しか空いてませんでした。トップバッターこわい。
というわけでこんなノリで大丈夫かしらと一抹の不安を抱えつつご紹介する「今年読んだ一番好きな論文」はこちらです。
とりあえず動画
まずは論文のSupplementary Videoを見てみましょう。
なんか知らんけどカッコよくない?ヤバくない?
よくわかんないけどヤバそう、どういうことなの
さきほどの動画は、枯草菌Baccilus subtilisのバイオフィルムを顕微鏡で観察し、細胞の負電荷を蛍光色素で可視化したものです。そこで、数mm規模の巨大な*1範囲に及ぶ振動現象が観察されました。
この論文で、微生物が電気信号を用いて情報伝達を行い、細胞同士で代謝状態を共有していることが初めて明らかになりました。
あたししょうがくせい。よくわかんない。
ぼくおなかすいたばいきん。ごはんたべたい。でんきビリビリしたら、ちかくのともだちがごはんゆずってくれたよ。うれしい。ごはんもぐもぐ。いきる。生きる。
ちゃんと論文解説しろ
内容の解説に入る前に、この論文ができるまでの背景をすこし説明したいと思います。
本論文を発表したカリフォルニア大学サンディエゴ校のGürol Süelラボでは、しばらくまえにBacillus subtilisのバイオフィルムの成長速度が振動する不思議現象を発見しました。
調べてみると、バイオフィルムが大きくなるにつれて細胞成長に必要な栄養素「グルタミン」がバイオフィルム内部で枯渇するため、その補充に使う時間を稼ぐためにバイオフィルム外縁部の細胞が成長を一時停止し、バイオフィルム内部の細胞を餓死させないように「配慮」してバイオフィルム全体の持続的な成長を可能にしているということがわかりました。
(この研究もNature論文になっていて面白いのでおすすめです。Süelラボによる解説動画もかわいいのでどうぞ。)
Metabolic co-dependence in bacterial biofilms
この成長振動論文の段階で振動現象の理由(Why)はわかったのですが、バイオフィルム全体で栄養状態の情報を共有して成長速度を調整するメカニズム(How)は不明なままでした。
そこで、筆者らはグルタミンの材料であるグルタミン酸とアンモニウムがそれぞれ荷電していることから、それぞれの代謝効率に細胞の電荷が関わっているのではないか?と仮説を立て、そこから長距離情報伝達法の候補としてイオンチャネルに目をつけました。
広く知られているように、動物の神経細胞はイオンチャネルを介して電気信号をやりとりすることで情報伝達を行っています。これまで微生物においてもイオンチャネルの存在自体は知られていましたが、実際の機能は謎に包まれていました。
筆者らは、まずはバイオフィルムの荷電ダイナミクスを可視化すべく、正電荷をもつ蛍光色素であるThioflavin-T(ThT)でバイオフィルムを処理し、独自のマイクロ流体デバイスで顕微鏡観察したところ、冒頭の動画に見られるような周期的な蛍光振動を発見しました。つまり、バイオフィルム全体で負電荷が伝播され、高度に同期していることが初めてわかったのです。そこでひとつ前の論文でみられた成長速度振動との関係を探ってみたところ、電荷振動と成長速度振動が見事に逆位相を示します。
これはなにかあるぞ、ということで筆者らはいろいろ実験を重ね、
- グルタミン添加がThT振動を抑制すること*2
- 細胞外カリウム濃度がThTと同期して振動していること
- 細胞内カリウム濃度と同程度のカリウムをKClのかたちで添加するとThT振動が抑制されること
- 拡散では説明できない速度と距離でカリウムの振動がバイオフィルム中を伝播すること
- 細胞外カリウムを一時的に増加させると細胞が脱分極と過分極を順に示すこと(ThTにより確認)
- 過分極中に細胞外カリウム濃度が上昇すること
- 唯一の既知のカリウムチャネルであるYugOがその応答に必要であること
- グルタミン添加が過分極を抑制すること
- グルタミン枯渇がYugO依存的に細胞内カリウム放出を引き起こすこと
をそれぞれ確認しました*3。 これらの実験結果をまとめると、
- 細胞のグルタミン枯渇がカリウムチャネルYugOを通したカリウム放出を促し、
- 放出されたカリウムが周囲の細胞の脱分極と過分極を促してカリウム放出を引き起こし、
- バケツリレー方式にカリウムイオンの波がバイオフィルム中を伝播していく
というストーリーが浮かび上がってきました。実際にHodgkin-Huxleyモデルをアレンジした数理モデルで解析してみたところ、YugOの存在が物理的に離れた細胞同士の電気的情報伝達に十分(Sufficient)だということが示されました。
プロトン駆動力に依存する細胞外グルタミン酸取り込みと細胞内アンモニウム維持の効率が細胞の脱分極によって低下するので、栄養枯渇に陥った細胞がカリウムを放出して周囲の細胞を脱分極させることで成長を停止させ、不足していた栄養の補充を行い、その後の過分極によって栄養取り込み能力を回復するというメカニズムが示唆されました。これが隣の細胞でまた繰り返され、バイオフィルム全体を通して電気信号の伝播と細胞成長速度の協調が行われるのです。
最後に
この論文は近年盛り上がっているQuantitative Biology(Qbio)という分野特有の「定量的に生命システムを説明する」というテーマに取り組んでいて、興味にドハマリしたので選びました。 1月のQbio MeetingでGürol Süelの講演を聞いてから大ファンなのですが、この論文も「変な現象」をビシっとエレガントに説明する、Süelラボらしい名作だと思います。 あと単純に微生物学徒としては微生物が変なことをしていると嬉しいですね。
僕は修士課程の研究で大腸菌の1細胞計測を行っているのですが、微生物の自然界における本来の姿であるバイオフィルム、つまり集団での現象にもとても興味があります。この論文で示されているように、Qbioの強みである「よく定義されたシステムの動態を実験と理論の両面から定量的に解析する」という研究手法は今後生命科学の発展にますます重要な位置を占めていくと思われます。実験と理論、両方できるつよい院生になりたいな、ならなくちゃ、絶対なってやる〜〜〜*4
「関東の中で東京の汚染が最も危険な本当の理由!」が危険な本当の理由!
こんにちは。ブログ一周年記事書いてから半年以上放置するという体たらくなのですが、ぼちぼち再稼働したいです。
揚げ足記事が一番執筆モチベーションあがるということで、今日のネタは、今朝母*1からメールで送られてきたこちらのブログ記事です。
当該記事の内容は、アメリカ国家核安全保障局(National Nuclear Security Administration、以下NNSA)が3.11以後東京の米国大使館施設などで行った空気中の放射性核種濃度測定データを紹介し、事故後の東京都中心部でストロンチウム90が69000 Bq/m3, ストロンチウム89がなんと61万 Bq/m3も検出されていた!死ぬ!政府はどうしてくれるんだ!という調子*2。
善良な読者は「マジで??やばくない?」と浮足立つわけなんですが、ちょっと立ち止まって考えてみると、いくらなんでも高すぎる気がします。朝日新聞の記事によれば、「国内で記録されたストロンチウム90の最高値は1963年の仙台市での358ベクレル」(たぶんBq/m3)とのことなので、核実験真っ盛り時代の192倍も放射性核種が都心に飛来していたら、さすがに大騒ぎになっていることでしょう。
そこでちょっと調べてみることにしました。 元記事には参考にしたデータへのリンクがなかった*3ので、自力で探してみたらNNSAのホームページにそれっぽいプレスリリースが見つかりました。
http://nnsa.energy.gov/mediaroom/pressreleases/japandata
プレスリリースのリンクが切れていた*4ので、米政府のデータ公開サイトで検索をかけたところ、おそらく元記事で参照したCSVファイルがみつかりました。
こちらがデータの解説PDF。
CSVをダウンロードしてNumbersで開いて米国大使館("Embassy")とストロンチウム("Sr")でフィルタかけて時系列順に並べ直したのが以下のスクリーンショット画像です。
Result列のストロンチウム濃度値を見てみるとだいたい10-13から10-15µCi/mLのオーダーで、Bq/m3に換算しても0.001~0.00001という微々たる値にしかなりません。アレ?61万どこ行った?
唯一それっぽい桁の数値は、最初のスクショの上の方にあるのですが…、よく見るとここだけ単位がµCi/mLではなくµCiになっています。
これを誤ってµCi/mLだと思って計算してしまうと、ちょうど元記事の内容に合致する69714 Bq/m3(ストロンチウム90)と610472 Bq/m3(ストロンチウム89)という数値が出てきました。
ここでちゃんとVolume列にある採集大気量で割って単位を他に合わせてみると、ストロンチウム90:4.28*10-15、ストロンチウム89:3.9*10-14(単位: µCi/mL)と通常通りの数値です。元記事には「『放射線業務従事者が常時立ち入る場所』で、ストロンチウム90の濃度限界は5ベクレル/立方メートルとされています。」と書いてあり、それより全然低い。よかった。
日本政府には、アメリカから伝えられていたでしょう。 しかし、隠し通してきました。 膨大な、それも英語の資料なので、 これまで、誰も大きく取り上げることがありませんでした。 私は、当ブログに来訪されている方からの情報で知り、 数日をかけて、細かく解析を進めた次第です。 (http://ameblo.jp/64152966/entry-11812724061.html)
たしかに放射能はこわいし、できることならクリーンなエネルギーで快適に暮らしたいのは僕も一緒なのですが、さすがに数値計算で大暴投した記事で不安を煽るのはダメですよ。たとえ「数日をかけて細かく解析」した結果だとしてもね。
ブログ開始から1年たちました
去年の10月7日、バイト中の眠気覚ましにこのブログを立ち上げてから、ちょうど365日たちました。 最初のエントリはこちら。
1年間で44記事投稿し、総PVは28600回、当初思ったよりいろんな人に読んでもらえていてありがたいです*1。
特に人気だった記事は:
1位(7,000PV)
2位(3,059PV)
3位(1,498PV)
でした。特に論文購読環境の記事はGunosyで取り上げてもらったおかげで、それなりにバズりました。
この一年間で、卒論執筆、大学院受験・入学、初めての学会発表、Pythonプログラミングの習熟、Windows→Mac遷移など、思い返すといろいろありました。ブログの文体もである調からですます調に変更しました*2。
2年目もぼちぼち更新していきますので、どうぞよろしくお願いします。
チーム内連絡はSlackが良さげ
数年前から小さな塾を運営していて、講師間の連絡を全部メールでこなしていたら全然一覧性ないしいろいろ辛くなって来たので、年度末あたりから代わりのツールを探していました*1。
要件としては
- 簡単に連絡できる
- 検索機能がある
- マルチプラットフォーム対応
- スレッド対応
- 外部に非公開
- 無料
- クリーンなUI
を定めて、検索していたところ、海外のディベロッパー界隈で人気を博しているらしいSlackというツールに出会いました。
で、さっそく登録して、スタッフを呼び込んで、約半年使ってみました。
つ、使いやすい。
スレッド(Slack用語だとチャンネル)をバンバン立ち上げられるので、生徒指導や時間割変更などの複数の話題を混線させずに並行して進行できます。
WebとiPhoneとAndroidとMacからアクセスできるので、手軽に連絡ができるのも大きい。この手のサービスですこしでも操作がめんどくさいとメールに戻ってしまうので、定着化には重要なポイントです。 半年間で1600回の投稿があったそうで、メールだと破綻しているところでしょう。
Google DriveやDropboxと連携できるのも、共有文書の作成運用面で大変助かりました。ソフト開発するチーム用にはシンタックスハイライト機能も用意されてるとか。
Slackは開発が活発に行われていて、公式Twitterアカウント(@slackHQ)では毎週のように新しい連携サービスが告知されています。 \giphyコマンドでGIF動画を貼り付けられる機能、可能性しか感じませんね!
ユーザーの声にも迅速に対応してることにも好感が持てますし、ツイート自体も結構茶目っ気があってフォローしがいがあります。
— Slack (@SlackHQ) 2014年9月18日
Pedant? Want automated grammatical correction? The Slackbot responses (http://t.co/FBzS19I557) pictured below will do pic.twitter.com/Ej34F5dIUm
— Slack (@SlackHQ) 2014年9月16日