NATURE PODCAST Recoding the E.coli genome

担当：高沢

参加者：6名

【議論点】
コドンを再利用し、機能を追加できたらどのようなメリットデメリットが生じるか

１．コドン削減によって生物に生じる変化

    使用されるtRNAの種類が減る

２．人工的に追加される機能

    アミノ酸の種類を増やして新たなタンパク質をする

    →アミノ酸の合成に関しては遺伝子導入を行うか外部からの供給で補う

３．工業的な面でのメリットとデメリット

    メリット

        ・機能を追加して新たな物質の合成に利用できる

        ・競争能力を調整できる

            →自然界への流出を防いだり、環境を整えて大量に増やしたりすることが可能

    デメリット

        ・自然選択の圧力に弱い可能性がある

         （コドンを減らせるなら、すでに減っているはずである）

        ・増殖が遅い

４．機能を追加した生物視点でのメリットとデメリット

    メリット

        新たな機能にもよるが、一般的な環境におけるメリットは無いと考えられる

      （ただし、コドンの削減だけであれば、合成が速くなると考えられる）

    デメリット

        ・新たなアミノ酸や構造を持ったタンパク質は分解できないかもしれない

            →タンパク質の蓄積などが成長に悪影響を及ぼす可能性がある

５．結論

削減したコドンを利用した、新たなタンパク質の合成は、工業的に大きなメリットとなると考えられる。しかし、追加された生物にとっては、タンパク質を分解できないことなどによって、成長に悪影響が生じる可能性がある。

NATURE PODCAST The ethics of creating consciousness

 担当：小林駿平

参加者：6名

【議論点】
そもそも意識とは何か、一般的な定義と生物学的な定義に乖離が生じた場合どちらを優先すべきか

１．生物学的(専門的)意識の定義

　脳特有の電気的信号が見られるか

　構造、システム（内部）からの定義

　関連する学説

　・integrated information theory 

　　→どうぶつには意識あるがオルガノイドにはない

　 ・global workspace theory 

　　→前頭葉がないため意識がない

２．一般的、哲学的（非専門的）意識の定義

　自我や心

　第三者視点で見て行動を選択しているか←外からの見え方が重要

３. 一般的定義と生物学的定義に乖離が生じるか

・オルガノイド

　専門的→一定の水準に到達できれば意識ある

　一般的→意識を表現する手段がない→意識なし

・植物人間

　専門的→電気的信号が観測された→意識あり

　一般的→意思決定できない→意識なし

・ロボット(AIBO、ペッパー)

　専門的→意識なし

　一般的→感情あるように見える→意識と解釈

４．優先順位

一般的定義優先→大衆に受け入れられやすく、広まりやすい

専門的定義優先→広めるには法律を変えるくらいしないと難しいが、脳死など専門的定義が定着した例もある

５．結論

専門的定義では意識はあるが、一般的では意識のない場合の方が多いと考えられる。また優先順位に関しては、一般的定義が優先されることが多そうである。

細胞の分子生物学 11章 小分子の膜輸送と, 膜の電気的性質

 担当:近藤

参加者:6名

[議題]

輸送体とチャネルのどちらか一方しか存在しなくても問題は生じないか

チャネルは輸送体カから進化したものがある（p604）。そのため、どちらか一方でも生物として成り立つのではないか？

1. 考えられる事象、教科書に基づく事実
   ・輸送体には受動輸送と能動輸送がある
   ・チャネルには受動輸送のみ
   ・チャネルの方が受動輸送の場合輸送速度が早い（10万倍）
   ・チャネルは外部シグナルを調節できる
2. 輸送体のみ（良い面）
   ・構造的にシンプル
   ・細胞外に物質を排出したい場合に有利
   
3. 輸送体のみ（悪い面）
   ・受動輸送の際、輸送速度が足りない場合がある。輸送速度が重要な機関は脳や神経細胞があり、輸送体のみでは100倍程度足りない。
   ・植物細胞では常に水を大量に細胞内に入れる必要があり、輸送体のみでは難しい。
4. チャネルのみ（良い面）
   ・能動輸送ができない
5. 結論
   脳や神経細胞など大きな機関があり、輸送に速度が求められることがある。そのような場合では輸送体のみでは速度に十分に対応できない。また、チャネルのみでは受動輸送ができないため輸送体は必要である。よって、輸送体、チャネルは両方共必要である。

細胞の分子生物学 10章 膜の構造

 担当:髙橋宏

参加者:6名

[議論点]

膜に対するタンパク質の比重が大きいほど機能的に充実しているといえるのか

1.機能的に充実しているとはどういうことなのか

・機能の種類

・機能の効率

・機能の複雑さ

2.タンパク質があまり含まれていない膜の機能

・細胞内と外を分ける

・細胞内を区画化する

・様々な流動性の膜を使い分けられる

・脂肪滴を蓄えられる

・構成によっては悪条件にも耐えうる

・細胞同士の識別過程にも働いている

・細菌毒素やウイルスを受容してしまうこともある

・リン脂質...普通

　糖脂質...+αの機能を持つ

3.タンパク質が含まれる膜の機能

・脂肪滴の切り離しができるようになる

・栄養の受け渡し

・老廃物を出す

・細胞外からの情報の伝達

・強度が増す

4.タンパク質の比重が大きくなる要素

・タンパク質の数の増加

・タンパク質の種類の増加

・重い(大きい)タンパク質の増加

・脂質など(タンパク質以外)の減少

・脂質の密度の減少(表面積が増えたところに結合する)

5.比重が大きくなるとどうなるか

・タンパク質の数の増加→機能効率の上昇

・タンパク質の種類の増加→機能の種類の増加

・大きいタンパク質の増加→複雑なことができるようになる

・脂質の減少→脂質と結合しづらくなる→タンパク質も減ってしまう→機能効率が下がる

・脂質の密度の減少→タンパク質の結合箇所の数は増加しないため変わらない

結論:

タンパク質の数と種類の増加、重いタンパク質の増加はタンパク質の比重が大きくなる主な要素であり、それらは機能充実に繋がっている。

細胞の分子生物学 9章 細胞の可視化

 担当: 高橋和

参加者: 6名

【議論点】
GFPタンパク質のDNA配列を別タンパク質の遺伝子の最初か最後に挿入することで、そのタンパク質が蛍光タンパク質になることは自明なのか

1.考えられる事象，教科書に基づく事実

・緑色蛍光タンパク(GFP): 別タンパク質の遺伝子の最初か最後に挿入することで，発光する(多くの場合，元のタンパク質と同じふるまいをする)
・元のタンパク質とは畳まれ方が異なる可能性→違うものになることが考慮される
・GFPはβストランドが11本(200残基くらいのサイズ)
・GFPは外来であるため，翻訳が遅い→その間に元のタンパク質が構造的に安定する可能性がある

2.元のタンパク質側の問題として考えられること

・似た配列は似た構造をとる

    →同じような構造になるはず

・GFPは小さくはないので，構造的に大きく異なるかも

    →元のタンパク質が大きければ影響は小さい

・GFPがくっつくことによってリガンドが結合できなくなるかもしれない

    (タンパク質間相互作用部位の場合，より影響される)

・N末端，C末端の部位によってGFPが構造の内側に入り込んでしまうと両方機能しなくなる

3.GFP側の問題として考えられること

・GFPが光らなくなる原因

    →変異することによって起こる

    →自己触媒による翻訳後修飾が正常に行われない

・結合する相手によって発光の強さは変わるのか

    →発色団は樽形の内側なので，安定して発光可能

4.結論

タンパク質にGFPを挿入するに際し，構造的な問題が蛍光タンパク質として機能するかと決定していると考えられた．GFPは決して小さくはないタンパク質であるため，元のタンパク質が大きければ安定，そうでなければ不安定な構造をとり，場合によっては本来の機能を失うと考えられる．

細胞の分子生物学 8章 細胞，分子，生体システムを解析する 6節，9章 細胞の可視化(一部)

 担当：高沢

参加者：6名

【議論点】
確率的な要素をシミュレーションに加える必要はあるのか(細胞ごとのばらつきをモデリングする意味は何か)

１．細胞ごとのばらつき

    細胞分裂の際にタンパク質含量などにばらつきが出る(教科書p523)

２．ばらつきが応答や表現型にどの程度影響するのか

    要素や生物種によって異なる

    (and回路やor回路など回路特性によって変わる可能性もある)

    ex) mRNAの量が倍になると…

    ・人(哺乳類)→細胞システムが壊れる

    ・植物→倍数体になっても生き残る

３．確率を考慮しなければならない状況

    ・対象のタンパク質の量が少ない

    ・細胞の形状が特殊(神経細胞)→位置に関する仮定が必要

    ・短時間の事象→平均化が難しい

    ・現実で分散が大きい事象

４．現実の細胞におけるばらつきのメリット

    単細胞生物：同じ要因で多数の細胞が死滅する可能性を小さくする

    多細胞生物：発生の際などに構造を作り始める目印になる

５．結論
現実の生物には分散の大きい事象が含まれており、正確なシミュレーションのためには、確率的な要素を考慮しなければならないケースが多いと考えられる。

細胞の分子生物学 8章 細胞の研究法 第4-5節

担当：小林駿平

参加者：6名

【議論点】
変位の優性・劣性は生物内でどのようにして決定されているのか

１．優性劣性はなぜ存在するのか

　発現のしやすさなどが原因で、偶然優劣が存在しているのではないか

２．機能獲得変位がほとんど優性なのはなぜか

　重要な機能を喪失すると生死に関わり、遺伝子が残りにくいため、

　機能喪失が劣勢になっているのではないか

３. 優性劣性が存在しないとどうなってしまうのか

50:50の場合

・多様性が大きくなる

・生命にかかわるようなミューテーションが50%

　→半分しか生き残ることができない(エリートのみ生き残る)

100:0の場合

・種の多様性がなくなる

４．優性劣性が決定されるタイミング
・親から子に遺伝子を受け継ぐとき

　→2つのうち一つが渡される

・遺伝子発現するとき

例:遺伝子型AO(血液型A)の人

(1)Aしか発現しない場合

片方だけ発現させる方法は？

   →Oの発現を阻害する機能をAが持っているのではないか

(2)A,Oともに発現するが、表現型はA

片方だけ表現する方法は？

　→発現スピードを速くし、片方のみ大量に生産する

５．結論
変位の優性・劣性には遺伝子の発現量が関わっており、発現量が多いと優性、少ないと劣性になるとかんがえられる