酸素極小層から深海まで続くマンガン酸化の実態を解明
―セリウム同位体が明らかにする海洋中の新しい物質循環モデル―

2026年5月11日
東京大学
海洋研究開発機構（JAMSTEC）
高知大学
名古屋大学
弘前大学
法政大学
高輝度光科学研究センター
広島大学

発表のポイント
◆ 海水およびマンガンクラスト中のセリウム（Ce）安定同位体比の鉛直分布を初めて明らかにした。
◆ 酸素極小層（OMZ）内部を含め、深海に至るまで連続的にマンガン酸化物が形成されることを実証した。
◆ 海洋中のマンガン循環と希土類元素^（注1）の挙動を統合的に理解する新しいモデルを提案した。

発表者・研究者等情報
東京大学
　大学院理学系研究科　地球惑星科学専攻
　　Li Wenshuai 博士研究員（現 中国地質大学（武漢）教授）
　　高橋 嘉夫 教授（兼 東京大学 アイソトープ総合センター センター長）
　大気海洋研究所
　　小畑 元 教授
　　漢那 直也 助教（現 岡山大学環境生命自然科学学域 准教授）
海洋研究開発機構（JAMSTEC）物質地球科学研究部門
　　中田 亮一 主任研究員（兼 広島大学大学院先進理工系科学研究科 客員准教授）
　　柏原 輝彦 主任研究員
高知大学海洋コア国際研究所
　　臼井 朗 特任教授 (名誉教授)
名古屋大学大学院環境学研究科
　　淺原 良浩 准教授
弘前大学 被ばく医療総合研究所
　　田副 博文 教授
法政大学 自然科学センター・文学部 地理学科
　　田中 雅人 准教授
高輝度光科学研究センター
　　河村 直己 主幹研究員
　　東 晃太朗 主幹研究員

研究助成
　本研究は、中国国家自然科学基金「No. 42573006、No. 42550152」、日本学術振興会「外国人特別研究員 No. P21313」、科研費「特別研究員奨励費 課題番号22F21313、22KF0083」、科研費「課題番号 24H00268、24K21564、24K22346、23H03986、22H00166、22F21313、22KK0166」、米国国立科学財団「助成金番号 OCE-2140395」、科研費「基盤研究(S) 課題番号： 26K21720」科研費「学術変革領域研究(A) 課題番号26H00438」の支援により実施されました。

謝辞
　本研究で行った解析は、SPring-8（課題番号：2023A1453, 2023A1455, 2024A1446, 2024A1483, 2024A1484, 2024A1486, 2024B1493, 2024B1496, 2024B1905）と、高エネルギー加速器研究機構の放射光実験施設Photon Factoryのビームラインにおいて、高エネルギー加速器研究機構の承認のもとで実施しました（課題番号：2022G126, 2024G123）。また、本研究は、東京大学大気海洋研究所の研究船共同利用プログラム（学術研究船「白鳳丸」、JURCAOSSH22-02）の支援も受けました。F. Liu氏（成都理工大学）に、Ce標準溶液（CDUT-Ce）をご提供いただいたことに感謝いたします。

【用語解説】

メタノールを効率よくエネルギー変換する酵素の立体構造を解明

2026年4月30日
国立大学法人筑波大学
東海国立大学機構岐阜大学
理化学研究所
国立大学法人東北大学

筑波大学 計算科学研究センター
谷 一寿　教授
岐阜大学 応用生物科学部
中川 智行　教授
理化学研究所 放射光科学研究センター／東北大学 多元物質科学研究所
米倉 功治　グループディレクター／教授

近年、地球温暖化対策や資源循環の観点から、カーボンニュートラル社会の実現が求められています。その中で、二酸化炭素やメタンから合成可能なメタノールは、液体で扱いやすく、さまざまな化学製品の原料にもなることから、環境負荷の低い再生可能な炭素資源として重要な物質です。このメタノールを工業的に効率よく利用する手段として、メタノールのみを栄養源として増殖するメチロトローフ酵母 Ogataea methanolica^※1 が広く用いられています。
この酵母は、メタノール分解に関わるアルコールオキシダーゼ(AOD)^※2 という酵素を持っています。これには複数の種類があり、特に、低濃度のメタノール環境で効率よく働くMod1pと高濃度環境でも機能するMod2pという2種類のよく似た構造の酵素を使い分けています。しかしながら、両者はアミノ酸配列が約85％も共通しており、なぜこのような働きの違いが生じるのかは長年の課題でした。そこで本研究では、クライオ電子顕微鏡^※3 を用いて、Mod1pとMod2pそれぞれの詳細な構造解析を行いました。

本研究では、クライオ電子顕微鏡を用いて、両酵素の立体構造を詳細に解析しました（図１）。その結果、いずれも8つのタンパク質からなる安定した構造を形成し、基本的な構造はよく似ていることが分かりました。一方で、機能に関わる重要な違いも明らかになりました。第一に、補酵素FAD^※4 の酵素への結合様式が異なり、Mod1pでは通常のFADの一部が変換されたa-FAD^※4 が利用されていました。第二に、酵素表面の電荷分布に違いがあり、分子間相互作用や安定性に影響していることが示されました。第三に、タンパク質外周においてアミノ酸配列が大きく異なる領域が存在し（図２）、それに伴い立体構造にも違いが認められ、この差が酵素活性の安定性に関与している可能性が示唆されました。このような構造上の違いが、メタノールに対する反応性や環境適応の差異を生み出していると考えられます。
さらに、これら2種類の酵素が混在した複合体を形成する可能性も示されたことから、環境変化に応じて代謝を柔軟に調節する仕組みがあると考えられます。
本研究により、類似した酵素であっても、わずかな構造の違いが酵素機能の大きな差を生むことが分子レベルで初めて明らかになりました。

本研究成果は、これまで経験的に知られていた酵素機能の違いを、分子レベルで説明するものです。この知見を基に、今後、酵素機能の改良およびバイオ生産技術の高度化を推進し、メチロトローフ酵母を用いた燃料や化学製品の効率的な生産への貢献を目指します。これらの取り組みは、メタノールを原料とするバイオリファイナリー^※5 の実現に向けた重要な基盤技術となると期待されます。

本研究は、国立研究開発法人日本医療研究開発機構(AMED)創薬等ライフサイエンス研究支援基盤事業(BINDS)（JP21am0101118、JP22ama121006、JP25ama121004）、JST未来社会創造事業(JPMJMI23G2)、科研費(JP18K19875)、量子情報生命科学研究センター等の助成を受けて実施されました。

【用語解説】

抗体によるT細胞応答の新たな制御機構の発見
－自己免疫、アレルギー疾患の制御法や最適化ワクチン抗原の開発への応用に期待－

2026年4月16日
（大阪大学様が2026年4月16日に発表したプレスリリースを掲載しています）
大阪大学
東北大学
東京科学大学
信州大学
理化学研究所

【研究成果のポイント】
◆ 免疫応答の過程で、特定の抗原に反応するT細胞の働きを選択的に抑える新しい抗体「 免疫誘導性T細胞受容体様抗体(Immune-induced TCR-like antibody：iTab) 」が、マウスで自然に作られることを発見した。
◆ iTabは、抗原ペプチドとMHC^※1 クラスII分子を認識し、T細胞受容体(TCR)^※2が抗原ペプチドの認識を妨げることで、抗原特異的な免疫反応を抑えることが分かった。また、iTabの誘導には、抗原ペプチドの両端にある「フランキング残基」が重要であることも明らかにした。
◆ 自己免疫疾患モデルマウスでは、iTabを誘導するペプチドで前もって免疫する、あるいはiTab自体を投与することで、病態の進行を抑えられることを示した。
◆ 将来的に、自己免疫疾患やアレルギーに対する抗原特異的な免疫制御法の開発や最適なワクチン抗原の設計への応用が期待される。

研究の背景
　免疫は、細菌やウイルスなどの異物から体を守るために欠かせない仕組みです。一方で、免疫反応が過剰になったり、自分自身の成分に反応してしまったりすると、アレルギーや自己免疫疾患の原因になります。そのため、必要な免疫機能は保ちながら、問題となる免疫反応だけを狙って抑える方法の開発が重要な課題となっています。
　CD4陽性T細胞は、抗原提示細胞の表面に提示された「抗原ペプチド-MHCクラスII複合体」を認識して活性化します。これまで、この複合体を認識する“TCR様抗体”は人工的に作製できることが知られていましたが、通常の免疫応答の中で自然に生じるかどうかはよく分かっていませんでした。また、実際に体内で提示される抗原ペプチドには、T細胞が認識する中心部分だけでなく、その前後に「フランキング残基」と呼ばれる余分な配列が付いていることが多い一方で、その役割は十分に理解されていませんでした。

研究の概要
1. 新たな抗体「iTab」の発見
　本研究ではまず、卵白リゾチーム(HEL)やミエリン関連抗原などでマウスを免疫すると、抗原そのものに対する通常の抗体だけでなく、抗原ペプチド-MHCクラスII複合体を認識する抗体が誘導されることを見いだしました。研究グループはこの抗体を 「Immune-induced TCR-like antibody(iTab)、免疫誘導性TCR様抗体」 と名付けました。iTabは、抗原ペプチドだけ、あるいはMHCクラスIIだけを認識するのではなく、その組み合わせが作る立体的な構造を認識する点が特徴です（ 図2） 。

2. iTabの産生機構
　次に、iTabがどのような条件で作られるかを詳しく調べたところ、抗原ペプチドの両端に存在するフランキング残基が重要であることが分かりました。T細胞が認識する最小限のペプチドだけではiTabはほとんど誘導されませんでしたが、フランキング残基を含むペプチドではiTabが効率よく誘導されました。さらに、こうしたフランキング残基を含むペプチドは、抗原提示細胞の中で自然に作られ、MHCクラスII上に提示されていることも示されました。

3. iTabの機能解析
　機能解析では、iTabがT細胞受容体(TCR)による抗原認識を妨げ、抗原特異的なCD4陽性T細胞の活性化を抑えることを解明しました。iTabによってT細胞の活性化シグナルが弱まり、炎症反応の指標も低下しました。また、単クローンiTabを用いた解析から、iTabがマウス体内でも抗原特異的な免疫応答を抑制できることが示されました。

4. iTabの構造解析
　さらに、クライオ電子顕微鏡による構造解析により、iTabが抗原ペプチドのフランキング残基とMHCクラスIIの両方を同時に認識していることを明らかにしました。これは、iTabがT細胞受容体に似た仕組みで抗原提示の場を見分けていることを示す重要な結果です。

5. 自己免疫疾患モデルマウスを用いたiTabによる自己免疫応答の制御
　研究グループは、多発性硬化症のモデルとして広く用いられる実験的自己免疫性脳脊髄炎(EAE)でもiTabの効果を検証しました。その結果、病気の原因となる自己抗原に対するiTabは、病原性T細胞の活性化を抑え、炎症性サイトカインの産生を低下させ、病態の進行を有意に抑制しました（ 図3） 。さらに、病原性T細胞を刺激しにくいよう改変した、iTab誘導能をもつペプチドで事前に免疫したマウスでも、EAE症状の軽減が確認されました。これらの結果は、iTabが自己抗原に対する過剰な免疫反応を選択的に抑える可能性を示しており、自己免疫疾患に対する新しい抗原特異的治療戦略の基盤となることが期待されます。

本研究成果が社会に与える影響（本研究成果の意義）
　本研究は、生体に本来備わっている「抗原特異的な免疫応答を制御する抗体(iTab)」の存在を初めて明らかにしました。特定の抗原に対する免疫応答がいかにして適切に収束するのか、その制御機構の解明は非常に重要です。本研究により、産生されたiTabがT細胞の活性化を能動的に抑え込み、免疫応答を収束させるという、全く新しい免疫制御メカニズムが示されました。
MHCの遺伝子多型は、免疫系の異常な活性化によって引き起こされる様々な自己免疫疾患やアレルギー疾患において、最も強く関連する遺伝的要因として知られています。今回明らかにしたiTabの誘導アプローチを応用することで、標的抗原が明らかになっている自己免疫疾患やアレルギー疾患に対して新たな治療の開発が期待できます。逆にiTabの産生を誘導しない抗原を設計することによる持続性の高いワクチン抗原の最適化にも応用が期待できます。

特記事項
　本研究成果は、2026年4月16日（木）18時（日本時間）に国際学術誌「Nature Communications」に掲載されました。
本研究は、日本学術振興会科研費、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)、免疫アレルギー疾患実用化研究事業の一環として行われました。

【用語説明】

参考URL
研究室ホームページ https://immchem.biken.osaka-u.ac.jp
荒瀬 尚 教授 https://rd.iai.osaka-u.ac.jp/ja/8926a7bc71557953.html

表面に集まるゲルマニウム原子がゲルマネン合成の鍵
―加熱か冷却かで「粒」か「シート」かが決まる原理を解明、量子ビット材料探索に貢献―

2026年4月23日
国立研究開発法人日本原子力研究開発機構
国立大学法人東京大学 生産技術研究所
一般財団法人ファインセラミックスセンター

【発表のポイント】
● ゲルマニウム原子が一原子の厚みで蜂の巣状に並んだもので、壊れにくい量子ビットを実現する候補として理論予測されている材料です。しかし、その成長の仕組みは未解明であり、作製中に粒状ゲルマニウムが混在することが課題でした。
● 本研究では、ゲルマニウム基板上の銀薄膜に加熱・冷却でゲルマネンを作製する手法を詳細に解析しました。結果、加熱中300℃で現れたゲルマニウム粒が500℃で消えること、500℃から300℃への冷却中に銀薄膜表面のゲルマニウム量が増えることの２工程がシート状のゲルマネン形成の鍵であることを明らかにしました。
● 500℃の高温状態を経験する必要性を解明し、ゲルマネン作製における再現性や安定性を高めました。また、他の原子一層物質での作製への発展性があることを示しました。この知見はゲルマネンの安定合成を通じて壊れにくい量子ビット材料の探索に貢献します。

【これまでの背景・経緯】
　ゲルマネンは、ゲルマニウム原子が蜂の巣状構造をとる原子一層のシート状材料です。理論研究ではゲルマネンは壊れにくい量子ビットの候補として期待されています。ゲルマニウム基板の上に銀薄膜を作り、「500℃までの加熱・室温までの冷却」を行うと、銀薄膜表面にゲルマニウムがにじみ出る過程でゲルマネンが生じることが知られています。しかし、ゲルマニウムは本来、立体的な粒状構造が最も安定です。なぜ最安定の粒ではなくシート状のゲルマネンが選ばれるのか、その仕組みは分かっておらず、粒状のゲルマニウムの抑制はゲルマネンの安定合成に向けた課題でした。さらにゲルマネンは空気に触れると変質しやすいため、作製途中の状態を真空中でそのまま追跡する必要がありました。

【今回の成果】
　研究チームは、ゲルマニウム基板上に厚さ150 nm（ナノメートル、ナノは10億分の1）の銀薄膜を作製し、試料を真空中から外に出さずに500℃までの加熱と室温までの冷却を行いました。この間、レーザー光を用いるラマン分光法で作製中の状態変化を追跡し、図2(a)のようにゲルマニウム原子の状態を明らかにしました。

　室温から300℃まで加熱した時点（図2(b) A）において、ラマンスペクトル（図2(c) Aの青線）には立体的なゲルマニウム粒を示すピークが現れたことから、加熱中の300℃では「粒」が選ばれることが分かりました。続けて500℃（図2(b) Bの緑線）まで加熱すると、粒を示す信号は消えました。このことから、500℃では粒状構造が消えて、ゲルマニウムが原子状態で銀薄膜の表面を出入りするように動く状態になったと考えられます。また、銀薄膜中に含まれるゲルマニウム原子の初期量を変えた実験においても、初期状態に依らず500℃ではこの表面状態に至ることも分かりました。
　次に、500℃の高温状態から冷却すると、300℃に至った時点（図2(b) Cの赤線）でゲルマネンを示す２つのピークが観測され、ゲルマネンの形成を確認しました。つまり、同じ300℃でも、室温から加熱してきた300℃と、500℃から冷却してきた300℃という履歴の違いによって「粒」になるか「シート」になるかが逆転することを示しました。
　さらに、ゲルマネン形成時のゲルマニウム原子の挙動を明らかにするため、X線光電子分光法（XPS）を用いて、加熱・冷却しながら銀薄膜表面のゲルマニウム原子の量を観測しました。その結果、室温から加熱中の300℃ではゲルマニウム原子の量は「一層分」に満たないのに対し、500℃から冷却で300℃に達した時点で「一層分」を上回る水準に増えていました（図3 (a)）。つまり、室温から300℃へ上げた場合は表面ゲルマニウム量が少なく、粒などの競合相が生じやすい一方、500℃から300℃へ下げた場合は表面がゲルマニウムに富んだ環境になり、シート状のゲルマネンが選ばれやすくなることを見出しました。

【今後の展望】
　本成果は、ゲルマネン作製を妨げる競合相が登場しにくい条件とその理由を、温度履歴、原子の移動距離、表面ゲルマニウム量の変化の3点から説明し、これまで経験則で組み立てていた合成条件を今後は設計原理として扱えるようにした点に意義があります。これにより、量子材料候補として期待されるゲルマネンを、より再現よく安定に作製する条件最適化が進むと期待されます。また、この考え方は他の原子一層材料にも広がる可能性があり、材料開拓の新たな指針になると考えられます。

【各機関の役割】
＜原子力機構＞
寺澤知潮（研究副主幹）：研究立案、実験、解析、考察、総括
矢野雅大（研究員）、津田泰孝（研究副主幹）：実験、考察
吉越章隆（研究主幹）、朝岡秀人（研究専門官）：考察
鈴木誠也（研究副主幹）：試料提供、実験、考察、総括補佐
＜東京大学　生産技術研究所＞
小澤孝拓（助教）：実験、考察
＜ファインセラミックスセンター＞
勝部大樹（上級研究員）：実験、考察

【助成金の情報】
本研究はJST PRESTO（JPMJPR21B7）、JSPS科研費（26420289、19H05789、20K05338、23H01811、23K26504、23K26540、24K01407）、MEXT卓越研究員事業（JPMXS0320210036）、JAEA理事長裁量経費・萌芽研究・黎明研究、および熊谷科学技術振興財団の支援を受けて実施しました。SPring-8における測定はJASRI承認（課題番号: 2022A3801、2022B3801、2023A3801、2023B3801、2024A3801）の下で行いました。

【用語の説明】