量子アルゴリズムを用いて複雑系材料開発を飛躍的に加速
～量子回路学習の適用で高い精度の高エントロピー合金の硬さ予測を実証～

発表のポイント

•  量子アルゴリズムの一つである量子回路学習を用いて、複雑系材料の代表格である高エントロピー合金の硬さの推定を行い、従来の機械学習モデルとの比較を行いました。
•  量子回路学習は、従来の機械学習モデルと比較して、材料開発で重要となる、少数データによる未知の領域の予測性能が高いことを示しました。
•  少数データで高い予測精度を実現する量子回路学習により、今後、複雑な構造を持つ材料の開発スピードが、飛躍的に加速されることが期待されます。

近年、材料開発においては情報科学を材料開発に活用する「マテリアルズ・インフォマティクス（MI）^※1」の活用が進み、機械学習を活用することで従来の材料開発よりも効率化が図られてきました。一方で、新規材料開発における実験データの少なさと原子レベルの複雑性が障壁となり、学習データが少数もしくは無い場合の予測では、予測精度と過学習^※2が問題となっていました。
早稲田大学理工学術院 山本知之（やまもとともゆき）教授と富士通株式会社の研究グループは、従来の機械学習が苦手とする「少数データからの未知領域（外挿^※3）予測」において、量子回路学習（Quantum Circuit Learning）^※4（以下「QCL」という）を用いて高エントロピー合金の硬度予測を検証しました。その結果、QCLは材料開発の予測に高い汎用性と精度を持つことを実証しました。本成果を基にして、複雑な構造を持つ材料の開発が飛躍的に加速されることが期待されます。
本研究成果は2026年4月20日に「Scientific Reports」に公開されました。

これまでの研究で分かっていたこと

近年の材料開発においては、情報科学を材料開発に活用する「マテリアルズ・インフォマティクス（MI）」の活用が進み注目を集めています。その現状と、関連する課題は以下の通りです。

• 材料開発における機械学習（MI）の普及
  従来は研究者の経験や勘に頼って、材料開発の実験を繰り返していましたが、機械学習を用いることで、時間とコストを大幅に削減できるようになりました。線形モデルや決定木、ニューラルネットワークなどの機械学習手法が、材料の性質予測に広く利用されています。

• データの少なさと複雑性の壁
  材料開発への機械学習の応用における大きな課題は、学習に使える実験データが非常に少ない（数十から数百程度）こと、原子レベルの複雑な相互作用があげられます。このため、例えば、線形モデルを利用した機械学習では複雑な性質を捉えきれず、一方で深層学習などの高度な機械学習の手法は、十分なデータ量がないと精度を向上できないというジレンマがありました。

• 未知領域への予測精度の限界
  既存の機械学習手法のうち、特に決定木やニューラルネットワークなどのモデルは、学習したデータの範囲内では高い精度を出せますが、学習データの範囲外（外挿領域）やデータの少ない未知の領域での予測（適用領域^※5外）では、予測精度の著しい低下や、過学習に陥りやすいことが知られていました。

今回の研究で新たに明らかになったこと

本研究では、上記の課題を克服するために、量子コンピュータの原理を応用した「量子回路学習（QCL）」という新しい手法を複雑系材料開発に用いて、その有効性を検証しました。
具体的には、実験データが極めて少ない（数十〜数百件程度）上に、5種類以上の原子がランダムに配置し、原子レベルの複雑な相互作用（カクテル効果^※6）を持つ「高エントロピー合金（High Entropy Alloy: HEA）」^※7（図１）の特性予測に対して、QCLの有効性を検証しました。従来の機械学習では、データの少なさゆえに、未知の領域での予測精度の低下や、過学習が生じるという課題に対して、量子コンピュータの原理（重ね合わせやもつれ）を活用したQCLを用いることで、少ないデータでも原子レベルの複雑な相互作用を捉え、未知の材料設計に役立つモデルの構築を目指しました。
本研究で新たに開発・適用した、量子コンピュータの原理を応用した量子回路学習（QCL）の手法の特長は以下の通りです 。

• 量子・古典ハイブリッドアルゴリズム
  現在の「ノイズあり中規模量子（NISQ）」^※8デバイスでも動作するように設計されており、量子回路による計算と古典コンピュータによる最適化を組み合わせて学習を行います 。

• 高い表現力と過学習の抑制
  量子ビット数に対して指数関数的に大きな基底関数を扱うことができるため、非常に高い表現力を持ちます。同時に、量子計算特有の制約（ユニタリ性）により、データが少なくても過学習が起きにくいと考えられます。

• 特徴量の選定
  材料開発の汎用性を高めるため、結晶構造データを使わず、原子の混合エントロピーやエンタルピーなど、化学組成から計算できる24種類の数値を主成分分析で10次元に圧縮して入力に使用しています 。

このQCLによる新手法と、従来の線形・非線形モデルとで、力学的特性の代表的な指標であるビッカース硬さ^※9の予測結果を比較した結果より、従来の機械学習では困難だった「未知の領域の予測」を、少ない実験データからでも従来の機械学習モデルよりも高精度に予測できることが明らかになりました。具体的に明らかになった点は以下の通りです。

• 外挿予測に強い
  学習データの範囲を超えた高い硬度を持つ材料の予測（外挿）において、QCLは最もエラーが小さく、優れた予測性能を示しました。

• 汎用性の高さ
  データの密度が低い領域（適用領域外）でも精度が落ちにくく、過学習を抑制しながら複雑な性質を表現できることが確認されました。

• 少データへの適応
  データ数がわずか100件程度であっても、実用的な精度で予測が可能であることが示されました。

本研究により、QCLは新しい材料を開発する初期段階の強力なツールになり得る可能性を示しました。

研究の波及効果や社会的影響

本研究の成果がもたらす波及効果や社会的影響として、以下の3点が挙げられます。

1. 新材料開発の劇的なスピードアップとコスト削減
   従来、新しい材料の開発は研究者の経験と勘に頼り、膨大な時間と費用をかけて実験を繰り返す必要がありましたが、その問題を解決するために機械学習が用いられるようになってきました。しかしながら、新材料開発においては少数のデータから予測することが要求され従来の機械学習の手法では十分な精度で予測を行うことが困難でした。本研究で示された量子回路学習（QCL）は、わずか100件程度の少ない実験データからでも、未知の材料の性質を高精度に予測できることが、複雑系材料の代表格である高エントロピー合金の物性予測を通して確認されました。これにより、開発の初期段階から効率的に材料設計できるようになり、次世代材料が世に出るまでの期間を大幅に短縮することが期待されます。

2. 極限環境を支える「超高性能材料」の実現
   研究対象となった高エントロピー合金（HEA）は、従来の合金では到達できなかった硬さや強度を持つ、非常に高いポテンシャルを秘めた材料です。この技術によって設計された高性能材料は、航空宇宙産業のエンジン部品、次世代の原子炉、過酷な環境にある化学プラントなど、エネルギーやインフラの安全性を支える重要な基盤として期待されています。

3. 量子コンピュータの実用化に向けた大きな一歩
   現在の量子コンピュータは「NISQ（ノイズあり中規模量子）」と呼ばれる、まだ発展途上の量子コンピュータの時代です。本研究は、この未完成な量子デバイスを古典コンピュータと組み合わせることで、材料開発という実社会の重要な課題に役立てられることを証明しました。これは、量子技術が単なる理論に留まらず、産業を大きく変える「パラダイムシフト」を引き起こす可能性を具体的に示した成果といえます。

課題、今後の展望

本研究では、量子回路学習（QCL）が複雑な構造を持つ高エントロピー合金（HEA）の物性予測に有効であることを示しましたが、実用化に向けて、以下の課題を解決する必要があります。

• 計算時間の短縮
  現状、古典コンピュータ上で量子計算をシミュレートしてQCLを行うには、非常に長い計算時間が必要です。実用化に向けては、量子コンピュータの実用化やアルゴリズムの改良による更なる計算時間短縮が必要です。

• 量子実機での検証と性能向上
  本研究の結果を踏まえ、実際の量子デバイス（実機）においてQCLの利点をさらに検証し、その優位性を実証し続ける必要があります。

• 他の複雑系材料への適応
  QCLの利点を最大限に活かすために、他の複雑な材料開発の現場に適用できることを実証していくことが求められます。

これらの課題を克服することで、限られた実験データからでも未知の優れた材料を発掘できる、より効率的な材料開発手法の確立が期待されています。

研究者のコメント

機械学習は様々な分野において応用が進められていますが、材料開発においては、材料物性が作製プロセスに大きく依存するため、学習に必要な“良質な”データベースが少なく、また従来の性能を超えた材料を見出すという点が課題となっており、機械学習が効果を十分に発揮するところまでは到達できていないのが現状です。QCLがそのような問題を解決する可能性を持った手法であり、今回、量子コンピュータの実用化が進めば材料開発が画期的に変わっていく未来が想像できる結果を得ることができました。

用語解説

※1　マテリアルズ・インフォマティクス (MI)
機械学習などの情報科学の力を使って、新しい材料を効率よく見つける手法のこと。

※2　過学習 (Overfitting)
学習データを機械学習で学習しすぎて、ある特定のデータにのみ過剰に適合し、新しい問題（未知のデータ）に対して高い予測精度を出せなくなること。

※3　外挿 (Extrapolation)
すでに分かっているデータの「範囲の外側」にある、未知の結果を予測することです。新しい材料探索において、今までの限界を超える性能を予測するために非常に重要な要素なります。

※4　量子回路学習 (QCL: Quantum Circuit Learning)
量子アルゴリズムの一種で、量子ビットの重ね合わせや量子もつれをリソースとして利用し、回路内のパラメータを調整して特定の関数を近似する、最新の機械学習手法です。

※5　適用領域 (AD: Applicability Domain)
機械学習で正確に予測できるデータの範囲のこと。この範囲から外れると、普通の機械学習では予測を外しやすくなります。

※6　カクテル効果
色々な種類の元素が混ざり合うことで、それぞれの性質が組み合わさり、単独では出せない驚くような性能が発揮される現象のこと。

※7　高エントロピー合金 (HEA: High Entropy Alloy)
5種類以上の金属をほぼ同じ割合で混ぜ合わせた新しいタイプの合金。従来の合金（主成分元素に他の元素を混ぜるなど）とは異なり、複雑に混ざり合うことで、これまでにない優れた性質（非常に硬い、熱に強いなど）を持つ物質があります。

※8　NISQ (Noisy Intermediate-Scale Quantum) デバイス
開発が進んでいる「まだ少しエラー（ノイズ）が出やすい、中くらいのサイズの量子コンピュータ」のこと。本研究は、本性能のコンピュータでも役立つ技術を目指しています。

※9　ビッカース硬さ (Vickers hardness)
材料がどれくらい硬いかを表す数値です。ダイヤモンドの先端を材料に押し付けて、できた凹みの大きさで測ります。

キーワード

量子回路学習、材料開発、複雑系材料、高エントロピー合金

論文情報

雑誌名：Scientific Reports
論文名：Efficient Quantum Algorithm for the Design of Complex Materials: Quantum Circuit Learning
執筆者名（所属機関名）：大崎颯太（早稲田大学基幹理工学研究科），星谷和紀（同），中村誠（富士通株式会社），木村浩一（同），山本知之*（早稲田大学基幹理工学研究科）
掲載日時：2026年4月20日
掲載URL：https://www.nature.com/articles/s41598-026-43584-8
DOI：https://doi.org/10.1038/s41598-026-43584-8
*：責任著者

創発的研究支援事業 2025年度新規研究課題に理工・田中香津生主任研究員の提案が採択されました

国立研究開発法人科学技術振興機構（JST）が募集した2025年度の創発的研究支援事業に、理工学術院総合研究所の田中香津生主任研究員の研究課題が採択されました。応募総数2,217件に対し、書類選考と面接選考の結果、257件が採択されたうちの1件となります。田中主任研究員は、令和7年度科学技術分野の文部科学大臣表彰「科学技術賞 理解増進部門」を受賞しており、今後の活躍が期待される研究者の一人です。

2025年度 採択者

• 田中 香津生（理工学術院総合研究所・主任研究員）
  【研究課題名】自律移動型ミュオグラフィによる地下密度分布マッピング技術の創出

JST創発的研究支援事業とは

2020年度に設立され、特定の課題や短期目標を設定せず、多様性と融合によって破壊的イノベーションにつながるシーズの創出を目指す「創発的研究」を推進するため、既存の枠組みにとらわれない自由で挑戦的・融合的な研究を、研究者がその研究に専念できる環境を確保することを含め、原則7年間（途中ステージゲート審査を挟む、最大10年間）にわたり長期的に支援する事業です。また、創発を促進するため、支援期間中は異分野を含む多様な研究者同士が相互に触発し、切磋琢磨する「創発の場」を設けることで、破壊的イノベーションにつながるシーズの創出を目指します。

演題：超特異K3曲面のArtin不変量について

日時：2026年6月12日(金) 16:30-18:10

会場：早稲田大学　西早稲田キャンパス 51号館 18-08室

講師：高松　哲平 (埼玉大学　准教授)

対象：一般

参加方法：入場無料、直接会場へお越しください。

主催：基幹理工学部 数学応用数理専攻

問合せ：早稲田大学 理工センター 総務課

TEL：03-5286-3000

URL：https://sites.google.com/view/waseda-ag-seminar

このたび、早稲田大学の研究者6名が、科学技術分野で顕著な功績があったとして、「令和8年度 科学技術分野の文部科学大臣表彰」を受賞しました。

日本の科学技術の発展等に寄与する可能性の高い独創的な研究又は開発を行った者を表彰する「科学技術賞 研究部門」では、237件の応募から47件（56名）が選ばれ、人間科学学術院の井上真教授、理工学術院の小澤徹教授、社会科学総合学術院の釜野さおり教授および商学学術院の清水洋教授が受賞しました。

また、萌芽的な研究、独創的視点に立った研究等、高度な研究開発能力を示す顕著な研究業績をあげた40歳未満（出産・育児により研究に専念できない期間があった場合は、42歳未満）の若手研究者を対象とする「若手科学者賞」では、425名の応募者の中から101名が選ばれ、高等研究所の嶋川里澄准教授が受賞しました。

さらに、科学技術の発展や研究開発の成果創出に向けて、研究開発マネジメント活動を通じて研究開発の推進に寄与する活動を行い、顕著な功績があった者を対象とする「研究支援賞 研究開発マネジメント部門」では、13件の応募から4件（14名）が選ばれ、リサーチ・イノベーション・センターの森本行人准教授が受賞しました。

以下に、各受賞者のコメントを掲載いたします。

科学技術賞　研究部門

受賞業績：熱帯林保全と社会的公正の実現を目指した環境ガバナンス研究
人間科学学術院　井上 真　教授

受賞コメント
この度は、文部科学大臣表彰・科学技術賞（研究部門）をいただき誠に光栄です。まずは、推薦・評価に関わってくださった皆さまに深く感謝いたします。

私は大学卒業直後から熱帯林の消失・保全の問題、とりわけ先住民など森林地域で暮らす人びとの幸福や権利の確保という社会的課題に取り組んできました。現実の厳しさにもかかわらず40年以上にわたり研究意欲を維持できたのは、ボルネオ先住民の友人、国内外の学生や共同研究者、NGO活動の仲間、そして友人や家族の存在が心の支えになったからです。

本研究を通して、「コモンズ論」を深化・発展させ、ローカルとグローバルをつなぐ「協治論」（協働型ガバナンス論）へとスケールアップしました。また、先住民等の主体性や権利の保障といった社会的公正の実現に向け、気候変動政策と地域発展政策を統合するものとして森林政策を位置づけました。本研究成果がさらに多くの研究者や実践家に参照され、ひいては熱帯諸国の良い環境ガバナンスの実現に寄与できればこの上ない喜びです。

現在も科研費により世界14カ国19地域を対象とする共同研究を鋭意実施中です。引き続きご支援を賜りますようお願い申し上げます。

受賞業績：非線型分散型方程式に対する修正エネルギー法の研究
理工学術院　小澤 徹　教授

受賞コメント
令和8年度科学技術分野の文部科学大臣表彰（研究部門）を受賞いたしました。誠に光栄に存じますとともに、過分な評価に恐縮しております。

この研究は、「非線型分散波の時間減衰評価に有効な擬共形エネルギーはその高階版も構成出来る筈である」と後期博士一年生の時に着想を得た40年前に始まったものです。約10年前からは有力な共同研究者も得て、現時点でも様々な方程式に関して取り組んでいます。その発想は、有効な不等式の導出の背後には本質を担う等式が在る筈だと云う視点に広がり、理論物理学の基礎方程式や基礎解析学の函数不等式の導出にも効果を発揮しつつあります。

今回の受賞は共同研究者や研究支援者、研究室の学生の協力が有って初めて実現したものであり、関係者に深くお礼申し上げます。今後とも学問の研鑽を通じて本学の発展に貢献して参りますので宜しくお願い申し上げます。

受賞業績：性的指向と性自認のあり方に関する人口学的研究
社会科学総合学術院　釜野 さおり　教授
（法政大学グローバル教養学部 平森大規助教との共同受賞）

受賞コメント
この度は、文部科学大臣表彰・科学技術賞（研究部門）をいただき、大変光栄に思います。共同受賞者の平森大規さん（法政大学）をはじめ、2024年に逝去された岩本健良さんを含むプロジェクトメンバー全員でいただいた賞であると考えております。ともに進めてきた皆様に、心より感謝いたします。

本研究では、国内では十分に整備されていなかった性的指向および性自認に関する統計に着目し、社会調査におけるモデル設問の考案や全国無作為抽出調査の実施を通じて、性的マイノリティとそうでない人々との社会的格差や意識の差異を数量的に明らかにしました。

また、本研究は住民の皆様が調査にご回答くださったことにより成り立っております。調査の実施および回答にご協力くださったすべての方々に、深く御礼申し上げます。

扱うテーマの性質上、今後も多くの課題に直面すると考えておりますが、本受賞を励みに、性的マイノリティの生きやすさの向上につながる研究を継続してまいります。引き続きご支援のほど、よろしくお願い申し上げます。

受賞業績：ジェネラル・パーパス・テクノロジーのイノベーション研究
商学学術院　清水 洋　教授

受賞コメント
この度は、文部科学大臣表彰の科学技術分野、研究部門をいただき、光栄です。これまで研究を支えてくれた多くの方々に深く感謝を申し上げます。

蒸気機関や人工知能のように、広範な分野で使われ、経済の生産性を上げ、社会を大きく変えるのがジェネラル・パーパス・テクノロジーです。この研究ではジェネラル・パーパス・テクノロジーが、いかに生まれ、波及し、企業や経済に影響を与えるかを実証的に分析しています。また、国の科学技術への投資や企業からのスピンアウトがこのような技術の生成や波及にどのような影響があるのかを分析し、政府の政策立案にも役立てられるようにしています。

まだまだ分からないことが多い領域であり、研究を進める余地がたくさんあることは研究者としては嬉しいことです。今後とも研究を進めていきますので、よろしくお願いいたします。

若手科学者賞

受賞業績：宇宙最盛期の原始銀河団で形成される赤色銀河の観測的研究
高等研究所　嶋川 里澄　准教授

受賞コメント
この度は、文部科学大臣表彰・若手科学者賞という栄誉ある賞をいただき、大変光栄に存じます。
本研究を支えて下さった共同研究者の方々、ならびに研究に専念できる環境を整えて下さっている事務局を含む大学関係者の皆様に、心より感謝申し上げます。

私はこれまで、すばる望遠鏡やジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡などを用いた天体観測を通じて、「宇宙の古代都市」と呼ばれる原始銀河団における銀河の形成と進化の解明に取り組んできました。密集した銀河がお互いにどのように影響し合い、姿を変えてきたのか。微かな光から多様な進化の歴史を読み解く過程は、常に新たな問いとの対話であり、その探求を評価いただけたことは大きな励みとなります。

また、今回は図らずも兄弟での同時受賞となりました。専門分野は全く異なりますが、幼少期より互いに刺激し合い、切磋琢磨してきた弟と共にこの節目を迎えられたことは非常に感慨深く、新たな活力を得る機会となりました。今後も、本学における宇宙研究のさらなる発展と、真理の探究に邁進して参ります。

研究支援賞　研究開発マネジメント部門

受賞業績：日本の人社系研究マネジメントを担う人材育成への貢献
リサーチ・イノベーション・センター　森本 行人　准教授
（京都大学総合研究推進本部 稲石奈津子URA（上席）、大阪大学社会技術共創研究センター 川人よし恵特任准教授との共同受賞）

受賞コメント
この度は、文部科学大臣表彰 研究支援賞（研究開発マネジメント部門）という大変名誉ある賞を賜り、誠に光栄に存じます。まずは、推薦・評価に関わってくださった皆様、ならびに日頃よりご指導・ご協力を賜っている研究者、URA、事務職員の皆様に心より御礼申し上げます。

2014年に人文・社会科学系URAネットワークを立ち上げて以来、10年以上にわたり、複数の機関が連携する研究推進の基盤づくりと、職種や組織を問わないオープンな議論の場づくりを進めてきました。また、研究の価値をわかりやすく社会に伝え、異なる分野や組織との対話を通じて、新たな研究の創出につなげることを大切にしてきました。

本受賞は、こうした実践を支えてくださった多くの関係者との協働の成果であり、個人のものではなくコミュニティ全体の成果であると受け止めております。今後も、人文・社会科学の持つ力を社会へと接続させ、日本の研究力向上に貢献できるよう、一層精進してまいります。

演題：Reflections on future challenges in indoor environmental quality research

日時：2026年5月13日(水) 10:40-12:20

会場：早稲田大学　西早稲田キャンパス56号館1階103

講師：Pawel Wargocki  (デンマーク工科大学　教授)

対象：学部生、大学院生、教職員、一般

参加方法：入場無料、直接会場へお越しください。

主催：創造理工学部 建築学科

問合せ：早稲田大学 理工センター 総務課

TEL：03-5286-3000

URL：https://www.tanabe.arch.waseda.ac.jp

Faculty Recruitment Information_Major in Chemistry_WasedaUniversity

公募要領_国際理工学センター_Major in Chemistry

演題：Curiosity, Serendipity and Logicality in Organic Synthesis

日時：2026年5月13日(水) 16:20-18:00

会場：早稲田大学　121号館 コマツ100周年記念ホール

講師：Krishna P. Kaliappan  (インド工科大学ボンベイ校　教授)

対象：学部生、大学院生、教職員、学外者、一般

参加方法：入場無料、直接会場へお越しください。

主催：先進理工学部 応用化学科

問合せ：早稲田大学 理工センター 総務課

TEL：03-5286-3000

Faculty Recruitment Information_Major in Mechanical Engineering_WasedaUniversity

公募要領_国際理工学センター_Major in Mechanical Engineering

「脳の修復」の鍵はミエリンの“まきつき”にあり
―まきつきの評価法開発と薬剤の特定―

国立研究開発法人国立精神・神経医療研究センター（NCNP）神経研究所神経薬理研究部の村松里衣子部長らの研究グループは、早稲田大学理工学術院の梅津信二郎教授らと共同で、神経細胞のネットワークの恒常性を維持する働きがあるミエリン¹⁾の修復の評価法を開発し、その機序を促進させる薬剤を見出しました。

脳は神経細胞だけではなく非神経細胞（グリア細胞等）からも成り立っており、どちらも機能の維持に必要です。ミエリンはグリア細胞の一種であるオリゴデンドロサイト²⁾が形成する構造物です。さまざまな疾患や加齢に伴い、ミエリンは脱落し、それが脳機能の低下につながると考えられています。そのため、ミエリンを修復させることができれば、神経疾患による後遺症の軽減や加齢に伴う脳機能の低下からの回復が期待されます。

ミエリン修復は複数の段階から成り立ちますが、中でも最終段階であるオリゴデンドロサイトによる神経軸索への「まきつき」は神経機能回復に重要です（図１）。今回、研究グループは、まきつき能力を評価する新たな手法を開発しました。本手法は薬剤スクリーニングにも応用可能です。本評価系で見出したまきつき促進効果をもつ薬剤について、疾患モデル動物に対する効果を検討したところ、まきつきの促進効果が検出され、症状の改善も促されました。さらに、その薬剤の服用歴を有する健常者を対象としたコホート解析により、薬剤服用者ではミエリンを多く含む脳の白質が加齢による変化をうけにくい可能性が示されました。つまり、作成した評価法を用いてまきつき促進効果を検出する薬剤には、ヒトの脳の白質障害に対して治療効果が発揮されることが期待されます。

本研究成果は日本時間2026年4月15日に、米国の融合領域科学誌「Cyborg and Bionic Systems」に掲載されました。

図１．研究対象の”まきつき” まきつきの促進は、脳機能の改善に貢献。

（１）研究の背景

脳や脊髄には、ミエリンのもととなるオリゴデンドロサイトの前駆細胞が生涯にわたり豊富に存在します。オリゴデンドロサイト前駆細胞が増殖して、オリゴデンドロサイトに分化し、その後に神経軸索にまきつくことで、ミエリンが修復します。これまで、オリゴデンドロサイト前駆細胞の増殖や分化を対象とした研究は盛んにおこなわれてきましたが、ミエリンの機能的な修復に必要な「まきつき」については、その機序の解明は進んでおらず、その背景には、まきつきを評価する方法が不足しているという課題がありました。

（２）研究の概要

オリゴデンドロサイトは生きた神経細胞だけではなく、工学的に作成された微細構造物にもまきつく性質があります。研究グループは、神経軸索を模倣したマイクロファイバーに対して、培養オリゴデンドロサイトのまきつき能力を評価する方法を作成しました（図２）。この方法は、ラットのオリゴデンドロサイト培養細胞の評価だけではなく、ヒトiPS細胞から作成したオリゴデンドロサイトにおいても用いることができました。

作成した方法がミエリン修復薬の探索に用いることができるかを検討するため、研究グループはすでに承認されている薬剤の中から、まきつきを促進させる薬剤があるかを検討しました。その結果、Dimemorfanという咳止め薬として使用されている薬剤に、まきつきを促進させる効果があることがわかりました。このDimemorfanによるまきつき促進効果は、同薬剤の既知の作用機序であるSigma-1受容体³⁾を介するものでした。

多発性硬化症のモデル動物などミエリンが脱落したマウスに対してDimemorfanの投与したところ、ミエリンの修復が促進され、ミエリン脱落による神経機能障害も緩和しました（図３）。さらに、Dimemorfanの服用歴を有するヒトの脳画像を解析したところ、加齢にともなう白質量の低下が抑制されている可能性が示されました。

図２．まきつきの評価法 ヒトiPS細胞から作成したオリゴデンドロサイトを用いた検討も可能。

図３．まきつき促進効果を発揮した薬剤の効果 疾患モデルマウスに対して同定した薬剤を投与すると、ミエリンの組織修復が促進し、神経症状も改善。

＊図の一部はBioRenderで作成されました。

（３）今後の展望

ミエリンは、認知機能や運動機能の低下との関連が示唆されています。今回作成した評価法と同様の手法により、ミエリンの修復に有効な薬剤の探索が可能になるとともに、まきつきの新たな機序解明が導かれる可能性があります。これらを通じたミエリンを標的とした新たな治療法の開発が期待されます。

（４）用語の説明

1）ミエリン
神経軸索の周囲を覆う被膜のような構造物。神経活動のスムーズな伝達を支えている働きが代表的な機能。他にも、神経細胞への栄養供給や血液脳関門の維持等、脳の恒常性の維持の貢献する多彩な機能を有する。

2）オリゴデンドロサイト
中枢神経系に備わるオリゴデンドロサイトの前駆細胞は、生涯にわたり、増殖能や分化能力を備えている。オリゴデンドロサイトの機能を促進させてミエリンを修復させる薬剤は、開発はされてはいるものの、現時点で認可されているものはない。

3) Sigma-1受容体
神経変性疾患、精神疾患などさまざまな病態に関与することが知られる。受容体を活性化させると神経機能が改善することが、アルツハイマー病などのモデル動物で報告されている。

（５）原著論文情報

・論文名：Biomimetic microfibers for myelin-enhancer screening and neural regeneration
・著者：Lili Quan, Akiko Uyeda, Atsushi Sekiguchi, Ze Zhang, Kazuhisa Sakai, Tsunehiko Takamura, Ruijuan Zhang, Noritaka Ichinohe, Shinjiro Umezu, and Rieko Muramatsu^†（†責任著者）
・掲載誌: Cyborg and Bionic Systems
・doi: 10.34133/cbsystems.0565
・https:https://spj.science.org/doi/10.34133/cbsystems.0565

（６）研究経費

本研究結果は、国立研究開発法人日本医療研究開発機構（AMED）革新的先端研究開発支援事業（AMED-CREST）、脳神経科学統合プログラム、日本学術振興会・科学研究費補助金若手研究、基盤研究(B) の支援を受けて行われました。また、本研究はAMED生命科学・創薬研究支援基盤事業（BINDS）による支援を受けました。一部の研究試料は、東北メディカルメガバンク機構から分譲されました。分譲データは、ゲノム医療実現バイオバンク利活用プログラム（B-Cure） 基盤事業としてサポートされました。

分子の「混ざり方」と「過去の状態」が振る舞いを左右
～RNA自己複製系で生命起源に関わる新たな視点を提示～

発表のポイント

•  生命の起源では、自己複製する分子と寄生的な分子が互いに影響しながら進化したと考えられていますが、それらの振る舞いを左右する要因は十分に明らかになっていませんでした。
•  自己複製RNAを用いた実験と理論モデルを組み合わせることで、RNAを含む細胞様の区画構造の混ざり方と過去の状態がその振る舞いに大きな影響を与えることを明らかにしました。
•  生命がどのような環境で成立したのかという理解を深めるとともに、人工細胞などの新しいバイオ技術への応用が期待されます。

早稲田大学理工学術院の桑原涼歌（くわばらりょうか）（研究当時：学部４年）、水内良（みずうちりょう）准教授とパリ市立工業物理化学高等専門大学のBarnabe Ledoux、David Lacoste博士らの国際共同研究グループは、単純な自己複製する分子の振る舞いに液滴のような細胞様の区画構造が与える影響を、実験と理論の両面から明らかにしました。生命の起源において自己複製分子が持続的に進化していくためには、それらが微小な区画に封入されることが重要であると考えられてきましたが、区画同士の混ざり方が分子の複製に与える影響は十分に明らかではありませんでした。

本研究では、自己複製RNA分子 ^※1 とそれに依存して増殖する寄生型RNA分子 ^※2 からなる実験モデルと、RNAの増殖と区画同士の混ざり方を記述する理論モデルを組み合わせ、この混ざり方と、過去の状態が部分的に引き継がれる性質 (構成記憶) が、分子系の振る舞いに重要な影響を与えることを示しました。

本成果は、2026年4月15日（水）に米国科学アカデミーが発行する『Proceedings of the National Academy of Science of the United States of America (PNAS)』で公開されました。

図１ 混ざり方によって自己複製RNAの振る舞いが変わる

これまでの研究で分かっていたこと

生命の起源では、RNAのような自己複製する情報分子があり、進化によって複雑化していったと想像されています。しかし、進化の過程では機能を失った寄生型RNA分子が出現し、情報が維持できなくなることが問題となります。このような状況を緩和する仕組みとして、分子を細胞のような小さな空間に分ける「区画化」が重要であると考えられてきました。区画化によって分子同士の相互作用が局所的に制限され、寄生型分子の影響が抑えられると考えられています。

一方で、従来の理論では、区画の内容が完全に混ざると仮定した単純化がしばしば用いられてきましたが、部分的な混合が起こる状況や、過去の分子組成がどの程度引き継がれるかという点が分子系に与える影響は十分に理解されていませんでした。

新たに実現しようとしたこと、明らかになったこと

本研究では、自己複製分子と寄生型分子の増減や時間変化を記述する従来の理論モデルを拡張し、分子同士を分けた区画が完全に混ざらない状態を扱う新たな枠組みを構築しました。特に、区画同士の混ざり方を連続的なパラメータとして導入することで、完全に混ざらない状態から均一に近い状態までの分子の振る舞いを一貫して記述できるようにしました。また、それぞれの区画の混ざり方に応じて過去の分子組成を部分的に保持する性質に着目し、この効果を「構成記憶」として捉え、理論に取り入れました。さらに、複数種類の自己複製分子と寄生型分子を同時に扱えるようにすることで、より現実に近い分子系の振る舞いを解析可能にしました。

次に、自己複製RNAと寄生型RNAを用いて、油中に分散した微小液滴（油中水滴）からなる実験モデルを構築しました。この系では、それぞれの液滴が独立した区画として振る舞い、内部でRNAの複製が進行します。液滴間の混合の程度を制御して実験を行ったところ、混合が弱い場合には液滴ごとの分子組成のばらつきが強く残り、その結果として寄生型RNAが優勢になりやすい一方で、十分な混合がある場合には自己複製RNAと寄生型RNAが空間的に分離され、自己複製RNAが維持されやすくなることがわかりました。また、区画がよく希釈される条件では、自己複製RNAが維持されやすくなる傾向も確認されました。さらに、蛍光分子を用いた解析により、液滴間で実際にどの程度分子が混ざっているかを定量的に評価し、理論で導入した混合パラメータと対応づけることに成功しました。これらの結果は、構築した理論モデルとよく一致していました。

加えて、複数の自己複製RNAと寄生型RNAを組み合わせた長期的な複製実験を行ったところ、4種類のRNAが周期的に割合を変化させながら共存する振る舞いが観察されました (図2)。このような共存が起こることは過去の研究から予想されていましたが、その仕組みは明らかではありませんでした。本研究では、この振る舞いが液滴間の混合が中程度である条件において、理論モデルにより再現されました。この結果は、分子の共存に区画同士の混ざり方が影響していることを示唆しています。

図2　4種類のRNAの長期的な複製実験

以上の結果は、分子の振る舞いが単に区画化されているかどうかだけでなく、区画同士がどの程度混ざるか、そして過去の分子組成がどの程度引き継がれるかによって決まることを示しています。

研究の波及効果や社会的影響

本研究は、生命がどのような環境で成立し得たのかという根本的な問いに対して、分子の振る舞いに影響を与える具体的な要因を示した点で、生命の起源に関する理解を前進させるものです。これにより、生命の成立に適した初期の地球環境について、より現実的に議論できる基盤が整います。

また、液滴に分子を封入し、その混ざり方を制御することで挙動が変化するという知見は、人工細胞や合成生物学の分野への応用が期待されます。例えば、進化する人工細胞の設計指針としての活用が考えられます。

課題、今後の展望

本研究では、区画の混ざり方がRNA自己複製系の振る舞いに与える影響を明らかにしましたが、長期的な進化に与える影響については今後の課題です。例えば、混ざり方の違いによって進化するRNAの多様性がどのように変化するかについては、今後の検証が必要です。また、これまでに様々な原始細胞の構造が提唱されていますが、異なるタイプの区画構造においても同様の現象が見られるかどうかを調べることも重要な課題です。

研究者のコメント

生命の起源では、自己複製する分子がどのような条件で維持され、進化へとつながる振る舞いを示すのかが重要な問題です。本研究では、分子の混ざり方と過去の状態 (構成記憶) に着目することで、その振る舞いを理論的に理解できることを示しました。この結果は、初期生命が存在した環境を考える上で重要な手がかりになると考えています。

用語解説

※1　自己複製するRNA
RNA はリボ核酸（Ribonucleic acid）のことであり、遺伝情報を記録可能な分子である。本研究で用いたRNAは、自身を複製するウイルス由来の酵素（複製酵素）の遺伝子をコードしている。これを無細胞翻訳系と呼ばれる、タンパク質や小分子からなる反応液と混ぜることで、遺伝子が読み出されて複製酵素が生産され、その結果RNAが複製される。

※2　寄生型のRNA
RNAは複製の過程で変異が生じ、情報が書き換わったり失われたりすることがある。本研究で用いた寄生型のRNAは、複製酵素の遺伝子の一部領域を欠損している。そのため、自ら複製酵素をつくることができず、周囲の自己複製RNAが生産する複製酵素に依存して複製する。

論文情報

雑誌名：Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America
論文名：Compositional memory matters for early molecular systems
執筆者名（所属機関名）：Barnabe Ledoux* (パリ市立工業物理化学高等専門大学)、桑原涼歌 (早稲田大学)、市橋伯一 (東京大学)、水内良* (早稲田大学)、David Lacoste (パリ市立工業物理化学高等専門大学)
掲載日時：2026年4月15日
掲載URL：https://doi.org/10.1073/pnas.2537522123
DOI：10.1073/pnas.2537522123
*：責任著者

キーワード

生命の起源、RNA、自己複製、進化、液滴、構成記憶、人工細胞

研究助成

研究費名：日本学術振興会 科学研究費助成事業 挑戦的研究 (萌芽)
課題番号：25K22442
研究課題名：原始細胞モデルにおける自己複製分子システムの進化
研究代表者名（所属機関名）：水内 良（早稲田大学）

演題：Gap theorems and achirality for automorphisms of K3 surfaces and Enriques surfaces

日時：2026年5月22日(金) 16:30-18:10

会場：早稲田大学　西早稲田キャンパス　51号館 18-08室

講師：高田　佑太  (東京大学大学院数理科学研究科　特任研究員)

対象：一般

参加方法：入場無料、直接会場へお越しください。

主催：基幹理工学部 数学応用数理専攻

問合せ：早稲田大学 理工センター 総務課

TEL：03-5286-3000

URL: https://sites.google.com/view/waseda-ag-seminar

極超音速実験機のマッハ5燃焼実験に成功
～時速約5,400 kmで飛行する極超音速機の実現に向けた貴重なデータを取得～

発表のポイント

• 国内初の極超音速実験機を用いたマッハ５（音速の5倍に相当する時速約5,400km）燃焼実験に成功しました。
• 極超音速旅客機の実現に必要な主要技術を、マッハ５での飛行環境を模擬した試験で実証し、実用化に向けた貴重なデータの取得に成功しました。

学校法人早稲田大学（所在地：東京都新宿区、理事長：田中愛治）は、国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構（以下、「JAXA」）、東京大学、慶應義塾大学との共同研究において、JAXA角田宇宙センター（宮城県角田市）のラムジェットエンジン試験設備を用いて、我が国で初めて、極超音速実験機を用いた音速の5倍（時速約5,400km）に相当するマッハ５燃焼実験に成功しました。
本実験により、将来期待される太平洋を２時間で横断できる「極超音速旅客機」や、高度100km程度に到達する「スペースプレーン」の実現に向けた、貴重なデータを取得しました。
※　早稲田大学の研究代表者は理工学術院 佐藤哲也教授です。

（１）本研究による開発状況および実験内容について

日本が先行して研究開発を進めている極超音速空気吸込みエンジン技術について、本研究では、マッハ５環境下で飛行実証し、機体とエンジンを一体として制御する機体／推進統合制御技術の構築を目指しています。

早稲田大学、東京大学、慶應義塾大学とJAXAとの共同研究チームは、観測ロケット等による飛行実証を見据えた極超音速実験機の設計・製作を行い、音速の５倍（時速約5,400 km）に相当するマッハ５飛行環境を模擬した燃焼実験^※1を実施しました。早稲田大学では、本研究の取りまとめと、極超音速気流を吸い込む空気取入口の設計・解析を担当しました。今回製作した実験機の特徴・新規性、実施した実験内容は次の通りです。

極超音速飛行では、機体とエンジンの相互干渉が非常に強いことが大きな特徴です。飛行マッハ数や機体の姿勢によって機体に形成される衝撃波が変化し、エンジンに取り込まれる気流の状態が大きく変わります。また、エンジンの推力は機体の運動に直接影響を与えるため、機体とエンジンは互いに強く結び付いたシステムとして振る舞います。このため、極超音速機では、機体の空力設計、エンジンの燃焼設計を個別に行うのではなく、一体のシステムとして取り扱う「機体／推進統合設計・制御」が必要になります。

本研究では統合的設計を行い、極超音速飛行環境においても安定したエンジン作動と機体制御が可能となる構成として、必要最小規模である全長2mの極超音速実験機を実現しました。その際、マッハ５の飛行状態では空気の圧縮加熱によって機体周囲の空気温度が1,000℃ 程度に達します。このような高温環境に対応するため、耐熱材料と遮熱構造を組み合わせた軽量耐熱構造として設計し、高温環境下でも機体および内部の電子機器が正常に動作できる構造を構築しました。

上述の極超音速実験機を用いた実験にあたっては、JAXA角田宇宙センター（宮城県角田市）のラムジェットエンジン試験設備を使用して、マッハ５の飛行状態を模擬した極超音速風洞での燃焼実験を実施しました。具体的な実験項目及びその様子は以下の通りです。

① 極超音速実験機の燃焼実験（試験設備でマッハ５飛行状態を模擬）ⒸJAXA

② ラムジェットエンジンの燃焼作動ⒸJAXA

③ 実験機の耐熱性能の測定ⒸJAXA

④ 実験機の操舵翼の動作ⒸJAXA

（２）本実験の成果と今後の展開

今回の実験によって、これらの空力、推進、構造の統合設計の妥当性を確認することができました。さらに、耐熱構造の設計解析手法を検証するための機体表面温度分布の計測や、水素燃料を用いるラムジェットエンジンの排気が地球環境に与える影響を調べるための排気温度場の計測等を実施し、将来の極超音速機の実用化に向けた基礎データを取得しました。

本実験結果を踏まえて、極超音速実験機を観測ロケット等に搭載してマッハ５程度の飛行実験の実施を構想しています。極超音速飛行技術が確立されれば、太平洋を２時間で横断できる「極超音速旅客機」や、高度100km程度に到達する「スペースプレーン」の実現につながることが期待されます。

（３）研究助成

研究費名：科学研究費補助金 基盤研究(S)
研究課題名：観測ロケットを用いた極超音速フライトテストベッドの構築と機体推進統合制御の実証
研究代表者名（所属機関名）：佐藤哲也（早稲田大学）

（４）用語解説

※1 風洞実験
航空機などの模型を風洞装置内に設置して、模型周囲に実際の飛行状態を模擬した空気流を流すことで、飛行状態で起きる現象を調査するための実験。

第2回社会文化領域コース進入説明会を、2026年6月11日 (木)にオンラインで開催します。
関心のある学生は、以下のポスターおよび社会文化領域ウェブサイト上の情報をよく確認し、必要な手続きをとってください。

• 進入説明会開催のおしらせ

文部科学省卓越大学院プログラム『パワー・エネルギー・プロフェッショナル(PEP)育成プログラム』は、
電力・エネルギー新産業創出に寄与する人材を輩出することを目的とした修士・博士後期5年一貫の博士人材育成プログラムです。

この度、本プログラムの2026年9月・2027年4月進入／編入 募集説明会を以下のように開催致します。
当日は、プログラム説明後に現役PEP生２名（電力系・エネルギーマテリアル系）も参加して、
皆さんの質問にお答えします。
お気軽にお申込みください！

＜日時＞
2026年5月15日（金）12:30～13:10
形式：Zoomオンラインミーティング（途中入退室可）
※申請フォームから参加登録いただいた方にURL等詳細を、前日までにメールでお送り致します

＜申請フォーム＞
PEPプログラムに少しでも関心のある方はお気軽に、以下URLよりお申込みください。
https://forms.office.com/r/8f5QMsVbRh
申込締切：5月14日（木）10:00まで

＜ポスター＞
ポスター
＜参加対象＞
①電力系・エネルギーマテリアル系の専攻分野に関心を持ち、以下大学院専攻への進学を検討している学部正規学生の方
②現在、電力系・エネルギーマテリアル系を専攻分野として以下専攻に在籍している大学院正規学生で、次の何れかに該当する方

• 修士課程・一貫制博士課程1年生、2年生在学中の方
• 博士後期課程に入学予定または一貫制博士課程3年次に進級予定の方

＜対象専攻＞

• 基幹理工学研究科（機械科学・航空宇宙専攻、電子物理システム学専攻）
• 創造理工学研究科（地球・環境資源理工学専攻）
• 先進理工学研究科（応用化学専攻、電気・情報生命専攻、ナノ理工学専攻^（注）、先進理工学専攻）
• 環境・エネルギー研究科（環境・エネルギー専攻）
  ^（注）・2027年4月以降、ナノ理工学専攻では修士課程の募集を停止します。
  これに伴い、本プログラム受入れ対象は博士後期課程（社会人枠含む）および一貫制度博士課程3年入学予定者となります。
  ・2027年4月時点で同専攻修士課程に在学中の学生は、出願資格を引き続き有します。
  ・「2026年9月」進入枠については、本内容は適用されません。

＜内容＞

• プログラム概要説明（研究指導、支援体制、カリキュラム、進路、経済的支援 etc.)
• 進入/編入募集日程
• 現役PEP生によるプログラム紹介
• Q&Aタイム

＜ご参考＞
PEP卓越大学院プログラムHP　https://dpt-pep.w.waseda.jp/
パンフレット　https://dpt-pep.w.waseda.jp/about/?id=pamphlet
募集要項出願書類　https://www.waseda.jp/fsci/admissions_gs/guidelines/pep/

＜お問合せ＞
PEP卓越大学院プログラム事務局（51号館1F理工統合事務所内）
Email：[email protected]　　　TEL：03-5286-3238

組織侵襲性細菌が組織を壊す仕組みを解明！
～移植再生医療に応用の可能性～

発表のポイント

• 糖尿病患者への膵島移植^※1）などの先進医療を支える基盤技術の一つに、ドナー組織から目的の細胞のみを取り出す酵素製剤があります。細胞の足場であるコラーゲンを消化して組織をバラバラにする目的で、病原細菌由来のコラーゲン分解酵素^※2）が使われています。
• 1990年代に岡山大学の松下治名誉教授らが細菌から同定・命名した二種類の酵素遺伝子を基礎に、2016年に二種類の安全な組換え酵素が我が国の製薬企業から発売されました。しかし、これらの酵素が効率よくコラーゲンを消化する仕組みは未だ不明でした。
• 今回の研究は、原子レベルで酵素の形と動きを調べ、組織侵襲性細菌^※3）がコラーゲンを連続して細切れにする仕組みを明らかにしたものです。この発見により組換え酵素の改良設計が可能になり、多様な移植医療、再生医療および治療に応用されると期待されます。

岡山大学の松下治名誉教授と岡山大学学術研究院医歯薬学域の武部克希助教（研究当時。現：北海道大学講師）、大阪大学大学院薬学研究科の河原一樹助教（研究当時。現：大阪公立大学講師）ら、愛媛県立医療技術大学の美間健彦教授、早稲田大学の小出隆規教授ら、米国アーカンソー大学のジョシュア・サコン（Joshua Sakon）教授らの国際共同研究グループは、組織侵襲性細菌がコラーゲン分解酵素によりコラーゲンを連続的に切断する仕組みを解明しました。

この研究成果は4月2日、英国の総合科学誌「Nature Communications」にResearch Articleとして掲載されました。

コラーゲンは、細長い三重らせんという特異な形のタンパク質です。細菌が作るコラーゲン分解酵素は、コラーゲンを取り込み、らせんをほぐして切断、その後らせん軸に沿って少しずつ前進し、コラーゲンを細切れにすると考えられます。この仕組みは、ヒトや動物が持つコラーゲン分解酵素が細長いコラーゲンの途中1カ所だけを特異的に切断する仕組みとは根本的に異なっていました。

本研究成果は、生命の進化と病原細菌による巧妙な感染機構の獲得を考える上で興味深い発見であるとともに、組換え酵素の改良設計を通じて多様な移植再生医療に応用されると期待されます。

（１）発表内容

＜現状＞

コラーゲンは、ヒトや動物の組織を形作る重要なタンパク質です。コラーゲンは3本のポリペプチド鎖^※4）（α鎖）の三重らせん構造から成り、構造が極めて安定で、一般的なタンパク質分解酵素では分解されません。組織侵襲性細菌はコラーゲン分解酵素（細菌性コラゲナーゼ）を分泌してコラーゲンを分解し、組織を破壊して感染を急速に拡大します。一方で、この酵素は、その高い組織分解活性を利用して、糖尿病患者へ移植するための膵島細胞の分離や拘縮性疾患^※5）の治療に応用されています。しかし、この酵素がどのような仕組みでコラーゲンを分解するのかは不明でした。

＜研究成果の内容＞

細菌性コラゲナーゼ単体、および酵素とコラーゲン様三重らせん型基質^※2）の複合体の形と動きを、クライオ電子顕微鏡^※6）を用いて観察し、この酵素がどのようにしてコラーゲンを細切れにするのかを明らかにしました。コラゲナーゼにはドーナツ状の部分があり、まずリングの一部を開閉して細長いらせん型コラーゲンをその内部に取り込みます（図2a, b）。次に、コラーゲン周囲の水分子を取り除いてらせん構造をゆるめ、1本ずつに分かれたα鎖をそれぞれリング内の別の場所に誘導します（図2c）。うち1本のα鎖は、らせん構造からループ状に曲げ出され、引き延ばされて活性中心^※7）で切断されます（図1, 2c）。切られた部分が酵素から遊離すると、酵素は残る2本のα鎖を“レール”のように使い、三重らせん部分を探して、らせん軸に沿って前進し、1本のα鎖を切断する反応を繰り返すと考えられます（図2d-f）。

いったん前に進んで切断すると後戻りはできないため、細菌性コラゲナーゼは「らせんに沿って一方向に歩きながら三重らせんをほぐしつつ切断する」を繰り返すラチェット・ウォーキング型のコラーゲン分解を行うと考えられます。この仕組みは、ヒトや動物のコラゲナーゼが長細いコラーゲンの1カ所だけを特異的に切断する一撃離脱型の分解とは根本的に異なっていると思われます。

＜社会的な意義＞

生命の進化と病原細菌の成り立ちを考える上で興味深い発見であるとともに、この発見に基づく酵素の改良設計を行なうことで、幹細胞の分離、細胞シートの作製、再生軟骨の表面処理、人工組織の成形など、移植再生医療の分野で幅広く応用されると期待されます。

（２）論文情報

論 文 名：Bacterial collagenase harnesses collagen geometry for processive cleavage.
掲 載 誌：Nature Communications
著  　者：Hiroya Oki, Katsuki Takebe, Adjoa Bonsu, Kazunori Fujii, Ryo Masuda, Nicholas Henderson, Takehiko Mima, Takaki Koide, Mahmoud Moradi, Osamu Matsushita*, Joshua Sakon*, Kazuki Kawahara*
D  O  I：https://doi.org/10.1038/s41467-026-71099-3　受理2026.3.13、掲載2026.4.2

（３）研究資金

本研究は、独立行政法人日本学術振興会(JSPS)「科学研究費助成事業」（若手・JP23K14519研究代表 沖 大也; 基盤C・JP23K06545研究代表 松下 治; 基盤C・JP24K10218研究代表 河原 一樹）、日本医療研究開発機構(AMED)「生命科学・創薬研究支援基盤事業(BINDS)」(JP22ama121003）、乳酸菌研究会助成金(2023, 2024研究代表 松下 治)、National Science Foundation (grant 2218054, 研究代表 Joshua Sakon)の支援を受けて実施しました。また、論文掲載に当たり、the University of Arkansas Libraries Open Access Publishing Fundの支援をいただきました。

（４）補足・用語説明

1）「膵島移植」ドナーの膵臓からインスリン分泌細胞（膵島）を分離し糖尿病患者に移植する治療法。

2）「酵素と基質」酵素は生体内で反応を促進するタンパク質（触媒）。基質はその作用を受けて分解・合成される物質。本研究では、酵素の細菌性コラゲナーゼが基質のコラーゲン分子を分解する。

3）「組織侵襲性細菌」ガス壊疽菌群、ビブリオ属菌などの病原細菌。

4）「ポリペプチド鎖」タンパク質の基本構造。多数のアミノ酸がペプチド結合（-CO-NH-）で直鎖状に連なっている。コラーゲン分子を構成する3本のポリペプチド鎖は、それぞれα鎖と呼ばれる。

5）「拘縮性疾患」ここでは、腱や腱膜などの線維組織にコラーゲンが異常に増えてしこりになり、本来の動きが制限される病気。デュピュイトラン拘縮、ペロニー病など。

6）「クライオ電子顕微鏡」生物試料を急速凍結し、生のまま電子顕微鏡で撮影する技術。タンパク質などの立体構造を、自然に近い状態で原子レベルの分解能で解析できる。

7）「活性中心」酵素の表面で実際に化学反応が起こる場所。