生物学の年

私たちの記憶は、私たちのアイデンティティの土台です。 それらの重要性は、アルツハイマー病やその他の形態の認知症を非常に残酷で痛烈なものにしている大きな部分です. 科学がアルツハイマー病の治療法を提供することを私たちが必死に望んできた理由、そして有用な治療法が登場するのが遅かったことが非常に苛立たしく悲劇的である理由. そのため、臨床試験で新薬レカネマブが病気の進行を遅らせたという XNUMX 月の発表は大きな興奮を呼び起こしました。 食品医薬品局によって承認された場合、レカネマブは、病気の原因であると広く考えられているアミロイドベータタンパク質に対抗するXNUMX番目のアルツハイマー治療薬になります. 

しかし、レカネマブの効果は非常にわずかであるため、研究者はこの薬が本当に患者にとって実際的な違いをもたらすかどうかについて議論しています. レカネマブが明るい点として際立っているという事実は、アルツハイマー病の治療に関する研究の歴史の多くがいかに悲惨なものであったかを物語っています. 一方で、作用している生物学をより深く理解することで、病気の原因に関する有力な代替理論への関心が高まっています。

記憶がどのように機能するかについての憶測は少なくともプラトンと同じくらい古い. プラトンの時代以来、記憶の理解が科学によって大幅に改善されたことに感謝することができます。 この XNUMX 年だけでも、研究者たちは、記憶のさまざまな側面が脳のどこにどのように存在するかを解明するために、刺激的な進歩を遂げてきました。 さらに驚くべきことに、彼らは良い記憶と悪い記憶を区別する生化学的メカニズムを発見しました。

私たちは脳を持つ生き物であるため、記憶について純粋に神経学的な観点から考えることがよくあります。 しかし、カリフォルニア工科大学の研究者によって 2022 年初頭に発表された研究は、発達中の組織の個々の細胞でさえ、その系統の歴史の記録を保持している可能性があることを示唆しています。 これらの幹細胞は、化学的手がかりに反応して特化する方法についての決定に直面したとき、保存された情報に依存しているようです. この XNUMX 年間の生物学の進歩により、脳がどのように長期にわたる食物不足に適応するか、移動する細胞がどのように体の中を移動するかについての洞察など、他にも多くの驚きが明らかになりました。 来年の啓示が再び私たち自身についての新しい視点を与える前に、その仕事のいくつかの最高のものを振り返る価値があります.

研究を通じて、または患者との個人的なつながりを通じて、アルツハイマー病に関連する多くの人々は、2022年が素晴らしい年になることを望んでいました. 大規模な臨床試験により、認識されている病気の根本原因に対処する XNUMX つの新薬が有効かどうかが最終的に明らかになります。 結果は残念ながら期待を裏切りました。 薬の XNUMX つであるレカネマブは、一部の患者の認知機能低下をわずかに遅らせる可能性を示しましたが、時には致命的な副作用にも関連していました。 もう XNUMX つのガンテネルマブは完全な失敗と見なされました。 

残念な結果は、アルツハイマー病が脳細胞間に蓄積してそれらを殺すアミロイドタンパク質のプラークによって引き起こされるという理論に大きく基づいたXNUMX年間の研究を締めくくる. しかし、増加する証拠は、アミロイドが体内の XNUMX つの構成要素にすぎないことを示唆しています。 はるかに複雑な疾患プロセス これには、細胞がタンパク質をリサイクルする方法の炎症や機能不全の損傷が含まれます. これらのアイデアのほとんどは、アミロイド仮説と同じくらい長い間存在していましたが、それに値する注目を集め始めたばかりです.

実際、細胞の周りのタンパク質の凝集は、 ほぼ普遍的な現象 昨年春のプレプリントで発表されたスタンフォード大学の研究者による研究によると、加齢組織に見られるものであり、アミロイドやアルツハイマー病に特有の状態ではない. この観察結果は、タンパク質管理の問題の悪化が細胞の老化の日常的な結果である可能性があるというもうXNUMXつの証拠かもしれません.

神経科学者は、記憶がどのように形成されるかについて長い間多くのことを理解してきました — 原則として。 彼らは、脳が知覚し、感じ、考えると、それらの経験を生み出す神経活動が関与するニューロン間のシナプス結合を強化することを知っていました. 私たちの神経回路におけるこれらの持続的な変化は、私たちの記憶の物理的な記録となり、必要なときに私たちの経験の電気的パターンを再び呼び起こすことを可能にします. それにもかかわらず、そのプロセスの正確な詳細は不可解でした。 今年の初め、南カリフォルニア大学の研究者が それらの変化を視覚化する 彼らは、魚が不快な熱を光の手がかりと関連付けることを学習するのを観察するために使用した、生きた脳で発生するためです。 驚いたことに、このプロセスはいくつかのシナプスを強化しましたが、他のシナプスを削除しました。 

記憶の情報内容は、脳が保存する情報の一部にすぎません。 記憶も暗号化されている 感情的な「価」 それらを肯定的または否定的な経験として分類します。 昨年の夏、研究者たちは、ニューロテンシンと呼ばれるニューロンによって放出された単一分子のレベルが、その標識のフラグとして機能しているようだと報告しました。 

地球上の生命は、約 3.8 億年前に細胞が最初に出現したことから始まりました。 しかし逆説的に言えば、細胞が存在する前に、驚くほど生き生きとしたことをする分子の集まりがあったに違いありません。 過去 XNUMX 年間、日本の研究者は RNA 分子を使った実験を行って、単一のタイプの複製分子が多数の異なる複製子に進化する可能性があるかどうかを調べてきました。 日本の科学者たちは、さまざまな分子が共進化して競合する宿主と寄生虫になり、支配的になったり衰退したりして、この多様化が実際に起こったことを発見しました。 昨年 XNUMX 月、科学者たちは新たな展開を報告しました。 より安定したエコシステム. 彼らの研究は、前生物界の RNA やその他の分子が同様に共進化して細胞生命の基礎を築いた可能性があることを示唆しています。

自己複製は、多くの場合、生命の起源仮説において不可欠な最初のステップとして扱われますが、そうである必要はありません. 今年、ニック・レーンと他の進化生物学者は、細胞が存在する前に、 「原代謝」のシステム エネルギー反応の複雑なセットを含む熱水噴出孔近くの多孔質材料で発生した可能性があります。

30 つの受精卵細胞がどのようにして 200 を超える特殊なカテゴリの XNUMX 兆個を超える細胞を持つ成人の人体に成長するのでしょうか? それは開発の典型的な謎です。 過去 XNUMX 年間、主な説明は、発達中の体のさまざまな部分で確立された化学的勾配が、細胞を必要な場所に導き、皮膚、筋肉、骨、脳などの構成要素に分化する方法を伝えるというものでした。器官。 

しかし、化学物質は現在、答えの一部にすぎないようです。 最近の研究は、細胞がナビゲーションを導くために化学的勾配の手がかりを使用している一方で、それらはまた従うことを示唆しています 身体的緊張のパターン 張り巡らされたケーブルを渡る綱渡りのように、それらを取り囲む組織の中で。 物理的な緊張は、細胞に行き先を伝えるだけではありません。 XNUMX月に報告された他の研究は、胚内の機械的な力も細胞のセットを誘導するのに役立つことを示しました 特定の構造になる、皮膚の代わりに羽など。

一方、生命の研究に工学的アプローチをとる研究者である合成生物学者は、化学的手がかりに応じて細胞がどのように分化するかを制御する遺伝的アルゴリズムの種類を理解する上で重要な進歩を遂げました。 カリフォルニア工科大学のチームは、 遺伝子の人工ネットワーク それは、幹細胞を多くの特殊な細胞タイプに安定して変換することができます。 彼らは、細胞内の自然な遺伝子制御システムが何であるかを特定していませんが、モデルの成功は、実際のシステムが何であれ、おそらくそれほど複雑である必要はないことを証明しています.

脳は体の中で最もエネルギーを消費する臓器であるため、進化が脳が長期間の食物不足に対処するのを助ける緊急戦略を考案したことはおそらく驚くべきことではありません. エジンバラ大学の研究者は、マウスが何週間もの間、短い食事で生き残らなければならないとき、マウスの脳は、 「低電力」モード. 

この状態では、視覚野のニューロンがシナプスで使用するエネルギーがほぼ 30% 少なくなります。 エンジニアリングの観点からは、脳のエネルギー資源を拡張するための優れたソリューションですが、落とし穴があります。 実際、低電力モードでは、視覚システムの信号処理の精度が低下するため、動物の視覚の解像度が低下します。 

最近では、脳の工学的見解によって、別の感覚系である嗅覚に対する理解も向上しました。 研究者たちは、コンピュータ化された「人工鼻」の匂いを認識する能力を改善しようとしてきました。 化学構造だけでも、さまざまな分子に関連する匂いを定義するのに大いに役立ちます。 しかし、新しい研究は、 代謝プロセス 自然界で分子を作り出す分子の匂いは、私たちの分子の匂いの感覚も反映しています。 分析に代謝情報を含めたニューラル ネットワークは、人間が行う方法で匂いを分類することに大きく近づきました。

生きている人間の脳を研究することは、神経科学者にとっていまだに非常に困難です。頭蓋骨は彼らの視野を妨げ、倫理的な考慮事項により、多くの潜在的に有益な実験が除外されています. そのため、研究者は実験室で分離された脳組織を成長させ、実際の脳と物理的および電気的に類似した「オルガノイド」を形成させ始めました。 今年、神経科学者のセルジュ・パシュカと彼の同僚は、移植によってこれらの類似性がどこまで進むかを示しました。 ヒト脳オルガノイド 生まれたばかりの実験用ラットに。 人間の細胞は、動物の神経回路に組み込まれ、嗅覚で役割を果たしました。 さらに、移植されたニューロンは、孤立したオルガノイドで成長したニューロンよりも健康に見えました。 インタビュー 　 クアンタ、ニューロンに入力と出力を提供することの重要性。 この研究は、将来的に人間の脳のより優れた実験モデルを開発する方法を示しています。