細胞内相分離によるプリンヌクレオチド合成の活性化 -生体内プリン量を適切に保つ仕組みと治療応用の可能性-

2025年5月1日
国立大学法人群馬大学
国立大学法人筑波大学

 

群馬大学(群馬県前橋市)未来先端研究機構の高稲正勝助教(当時)は筑波大学計算科学研究センターの森田陸離研究員(当時)、群馬大学生体調節研究所の吉成祐人助教および西村隆史教授との共同研究により、細胞内でプリンヌクレオチド(注1(以下、プリン)合成が活性化する仕組みの一端を解明しました。

プリンはエネルギー代謝や核酸合成に関与する、生物にとって重要な代謝産物ですが、その合成を調節する仕組みは十分には解明されていませんでした。今回、研究チームはプリン合成の化学反応の一部を触媒する酵素が、細胞内の液-液相分離現象(注2により動的な凝縮体を形成することを発見しました(図1)。また分子動力学シミュレーション(注3から、凝縮体形成は酵素反応の効率を高めることが予測されました。この凝縮体形成は環境中のプリン塩基の量に依存し、実際に凝縮体を形成できない変異体酵素を持つ細胞では、プリン合成活性が低下していました。

プリンの過剰生産は高尿酸血症や痛風を誘発するほか、多くのガン細胞ではプリン合成が異常亢進しています。本研究成果により生体内のプリン量を減少させる阻害剤の標的となる分子が同定され、痛風やガンの治療薬の創発に繋がる可能性があります。

研究成果は2025年4月10日、米国のオープンアクセスジャーナル PLOS Biology 誌に掲載されました。

 

用語解説

注1)プリンヌクレオチド(purine nucleotide)

細胞の中で使われる重要な分子の一種で、遺伝情報を伝えるDNAやRNAの材料になり、生命活動に欠かせない役割を担っている。

注2)液-液相分離(liquid-liquid phase separation)

均質な液体が互いに異なる2つの液体相に分かれる現象。細胞内で膜を持たない構造体(液滴あるいは凝縮体)を形成する原動力となる。細胞内の多くの生物学的プロセスで重要な役割を果たしている。

注3)分子動力学シミュレーション(molecular dynamics simulation)

原子や分子の動きをコンピュータ上で計算し、予測する手法。化学反応がどのように進行するか、あるいは特定の化学物質がどのように相互作用するかなどを調べることができる。

 

プレスリリース全文はこちら

掲載論文

【題名】
Phase separation of the PRPP amidotransferase into dynamic condensates promotes de novo purine synthesis in yeast(PRPPアミドトランスフェラーゼの動的凝縮体への相分離は酵母内のプリン新規合成を促進する)
 
【掲載誌】 
PLOS Biology
 
【DOI】
10.1371/journal.pbio.3003111

 

 

【受賞】塩川浩昭准教授が令和7年文部科学大臣表彰 若手科学者賞を受賞

計算情報学研究部門の塩川 浩昭准教授が令和7年度 科学技術分野の文部科学大臣表彰若手科学者賞を受賞されました。

受賞業績名:大規模データの超高速分析アルゴリズムに関する研究

表彰式は4月15日に文部科学省3階 講堂で開催される予定です。

 

関連URL(文部科学省 令和7年度科学技術分野の文部科学大臣表彰受賞者等の決定について)https://www.mext.go.jp/b_menu/houdou/mext_01503.html

 

 

Associate Professor Doan Quang-Van to contribute to IPCC Special Report on Climate Change and Cities

Doan Quang Van, an expert from the Center for Computational Sciences, has been appointed as a lead author for the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) Special Report on Climate Change and Cities.
 
Associate Professor Doan is one of just four lead authors from Japan and among 100 global experts from 50 countries. He was selected from more than 1,200 nominations submitted by governments and international organizations to contribute to this significant publication by IPCC—the United Nations body responsible for assessing climate change science. Scheduled for release in 2027, the report will synthesize recent scientific research and propose practical solutions to tackle the challenges of climate change in urban environments.
 
For the first time, the IPCC is dedicating an entire report to cities, recognizing their central role in both contributing to and mitigating climate change. To kickstart the work, lead authors gathered in Osaka, Japan, last week (March 10-14) to define the report’s key priorities.
 
Urban areas are responsible for 70% of global greenhouse gas emissions while producing 80% of global GDP,” says A/Prof. Doan. “This report is designed to help cities become climate-resilient by providing decision-makers with clear, science-backed strategies.”
 
He adds: “By linking climate science with policy, we can give global and local leaders the knowledge they need to act on climate risks effectively. At the same time, this report will help identify critical knowledge gaps that will shape future research.”
 
A/Prof. Doan is a recognized researcher in atmospheric science and urban climate modeling. He specializes in computational methods for high-resolution climate simulations and urban extreme weather and climate. As an Associate Professor at the University of Tsukuba’s Center for Computational Sciences, he has been pioneering the integration of physics-based modeling with AI techniques to improve climate research.
 
Internationally, A/Prof. Doan collaborates with major urban climate research institutions. He serves as a board member of the Board on Urban Environment at the American Meteorological Society from 2020 and leads several research initiatives on urban climate prediction and AI/ML applications under the World Meteorological Organization. His work on the IPCC Special Report highlights the critical role of computational science in advancing knowledge of urban climate change and developing solutions for climate-resilient cities worldwide.

 

Assoc. Prof. Doan (seventh from the left) and Chapter 2 fellow lead authors of the IPCC Special Report.
Assoc. Prof. Doan (second from left) with IPCC Working Group II Co-chair Prof. Winston Chow (fourth from the right) and fellow lead authors of the IPCC Special Report.

 

 

ドアン・クアン・ヴァン准教授、IPCC特別報告書『気候変動と都市』に貢献

計算科学センターの研究者であるドアン グアン ヴァン准教授が、気候変動に関する政府間パネル(IPCC)の特別報告書『気候変動と都市』の主任著者に任命されました。

ドアン准教授は、日本から選ばれた4名の主任著者の一人であり、50カ国から集まった100人の世界的な専門家の一員です。彼は、各国政府や国際機関から提出された1,200件以上の推薦の中から選出され、IPCCによるこの重要な出版物に貢献することになりました。IPCCは気候変動を科学的に評価する国連の機関であり、本報告書は2027年に公開予定で、最新の科学的研究を統合し、都市における気候変動の課題に対する実用的な解決策を提案することを目的としています。

今回、IPCCが都市に特化した報告書を発表するのは初めてのことです。報告書執筆の開始にあたり、主任著者たちは先週(3月10日~14日)、大阪に集まり、報告書の主要な優先課題を策定しました。 「都市は世界の温室効果ガス排出量の70%を占める一方で、世界のGDPの80%を生み出しています」とドアン准教授は述べています。「本報告書は、気候変動に適応できる都市の持続可能な発展のために、各国政府に対して明確で科学的根拠に基づいた戦略を提供することを目的としています。」 さらに、「同時に、本報告書は今後の研究の方向性を決定する上で重要な知識のギャップを特定するのにも役立ちます」と付け加えました。

ドアン准教授は、都市気候モデリングの分野で高い評価を受ける研究者です。彼は、高解像度気候シミュレーションや都市域における極端気候・気象を専門としています。筑波大学計算科学センターの准教授として、物理のモデルとAI技術の統合を推進し、気候研究の発展に貢献しています。

国際的にも、ドアン准教授は主要な気候研究機関と協力しています。彼は、アメリカ気象学会(AMS)の都市環境委員会の委員を務め、世界気象機関(WMO)の下で都市気候予測やAI/ML応用に関する複数の研究プロジェクトを主導しています。彼のIPCC特別報告書への貢献は、都市気候変動の理解を深めることに寄与します。また、気候変動に適応した持続可能な都市を構築するための解決策を開発する上で、計算科学の重要な役割を強調するものとなるでしょう。

Assoc. Prof. Doan (seventh from the left) and Chapter 2 fellow lead authors of the IPCC Special Report.
Assoc. Prof. Doan (second from left) with IPCC Working Group II Co-chair Prof. Winston Chow (fourth from the right) and fellow lead authors of the IPCC Special Report.

 

 

【受賞】大須賀教授が2024年度日本天文学会欧文研究報告論文賞を受賞

宇宙物理研究部門の大須賀 健教授が、2024年度の日本天文学会欧文研究報告論文賞を受賞しました。

受賞論文は以下のとおりです。
“The origins and impact of outflow from super-Eddington flow”
Takaaki Kitaki, Shin Mineshige, Ken Ohsuga, and Tomohisa Kawashima
Vol. 73 (2021), No. 2, pp. 450–466

日本天文学会 欧文研究報告論文受賞者一覧

2024 CCS-KISTI ワークショップ

韓国科学技術情報研究院(KISTI)と研究交流会を開催します。

日程: March 28 (Fri), 2025
場所: Zoom 

プログラム

10:00-10:10

opening remarks
10:10-10:30  Multi-GPU Parallelization for Large-Scale Flow Simulations Ki-Ha Kim
10:30-10:50   Development of a GPU-accelerated AMR hydrodynamics code Hajime Fukushima
10:50-11:10  Autotuning framework for HPC applications on exascale computers Oh-Kyoung Kwon
11:10-11:30  Parallel Implementation of Number-Theoretic Transform on GPU Clusters Daisuke Takahashi
  lunch break  
13:00-13:20  Introduction to the Newly Established KISTI-6 Supercomputer Ji-Hoon Kang
13:20-13:40   CCS Research Update and New Supercomputer Miyabi Taisuke Boku
13:40-14:00  A Variant of VQE for Tight-binding Simulations of Finite-size Perovskite Supercell Dongkeun Lee

14:00-14:20

 Floquet-Weyl Semimetal Induced by a Circularly Polarized Laser Nobuya Maeshima
14:30-14:50  Climate change in cities: How do we predict it and address underlying uncertain Doan Quang Van
14:50-15:10  Experiences in Lattice Boltzmann Method with Open-Source Code Minwoo Kim
15:10-15:20 closing remarks

2024 CCS-KISTI Workshop

Date: March 28 (Fri), 2025
Venue: Zoom 

Schedule

10:00-10:10

opening remarks
10:10-10:30  Multi-GPU Parallelization for Large-Scale Flow Simulations Ki-Ha Kim
10:30-10:50   Development of a GPU-accelerated AMR hydrodynamics code Hajime Fukushima
10:50-11:10  Autotuning framework for HPC applications on exascale computers Oh-Kyoung Kwon
11:10-11:30  Parallel Implementation of Number-Theoretic Transform on GPU Clusters Daisuke Takahashi
  lunch break  
13:00-13:20  Introduction to the Newly Established KISTI-6 Supercomputer Ji-Hoon Kang
13:20-13:40   CCS Research Update and New Supercomputer Miyabi Taisuke Boku
13:40-14:00  A Variant of VQE for Tight-binding Simulations of Finite-size Perovskite Supercell Dongkeun Lee

14:00-14:20

 Floquet-Weyl Semimetal Induced by a Circularly Polarized Laser Nobuya Maeshima
14:30-14:50  Climate change in cities: How do we predict it and address underlying uncertain Doan Quang Van
14:50-15:10  Experiences in Lattice Boltzmann Method with Open-Source Code Minwoo Kim
15:10-15:20 closing remarks

一般利用の募集

筑波大学計算科学研究センターでは、JCAHPC が運用するスーパーコンピュータ Miyabi(Miyabi-G: 1,120 ノード、GH200、78.8 PFLOPS, Miyabi-C: 190 ノード、Xeon CPU Max 9480、1.3 PFLOPS)及び筑波大学計算科学研究センターが運用するビッグメモリスーパコンピュータPegasus (150ノード、SPR、H100、不揮発性メモリ、8.1 PFLOPS)について、Miyabiの7%、Pegasus の20%を目安とした計算機資源を、全国共同利用機関として有償の一般利用に供することといたします。

2025年度の一般利用を募集しますので、希望される方は以下の要領でご応募下さい。

https://www.ccs.tsukuba.ac.jp/kyodoriyou/ippan/

The 1st University of Tsukuba (UT) – Indian Institute of Science (IISc) Joint Workshop for Computational Sciences and High Performance Computing

Date and Venue  / Program / Registration  

In this joint workshop, we focus on searching the opportunity for collaborative research between two national institutes, University of Tsukuba and the Indian Institute of Science (IISc) especially on the fields of advanced computational sciences and high performance computing, where both institutes have strong points on these research fields. The Center for Computational Sciences (CCS) of University of Tsukuba is a representative institute in Japan on these fields and jointly hosts the workshop with IISc.
We aim to construct a strong partnership toward the advanced collaboration supported by both institutes to lead the world-class research based on the Japan-India partnership, which is strongly desired to proceed nowadays. In this memorial first joint workshop, we especially focus on five scientific fields; Material Science, Astrophysics, Bioscience, Global Environmental Science, and Computer Science for Supercomputing. We also aim to make a partnership not only between two institutes but also involving industry for supercomputing to spread the collaboration to the real world.
The workshop consists of multiple sessions of flash talks from both CCS and IISc for each scientific fields as well as the overall introduction of the two institutes, followed by special talks from industry, Fujitsu Corporation. In the last part, we discuss on how to proceed with our collaboration among institutes, nations, and academia and industry, in the panel session.
The workshop is open and we welcome any participant who is interested into the topics.

Date and Venue

Date: March 26, 2025, 9:30-13:10(India Time); 13:00-16:40 (Japan Time)
Venue: Zoom *The Zoom link (passcode) will be sent to registrants just before the symposium.

Program

India time Japan time title speaker
9:30 – 13:00 – Opening remarks Prof. Takeaki Sakurai (Director, OGI)
9:35 – 13:05 – Introduction UT CCS Prof. Taisuke Boku (Director, CCS)
9:50 – 13:20 – Introduction IISc SERC Prof. Sathish Vadhiyar (Chair, SERC, IISc)
10:05 – 13:35 – Developments and Applications of Hybrid DFT-Implicit Solvation Models in Electrochemistry Prof. Minoru Otani (CCS)
10:15 – 13:45 – Merging Quantum and Classical Simulations with Machine Learning for Understanding and Designing Materials Dr. Ananth Govind Rajan, Chem Engg.
    Fast and scalable computational methods for ab initio modeling of materials in the exascale era Dr. Phani Motamarri, CDS
10:25 – 13:55 – Division of Astrophysics: Overview & AGN Feedback  Prof. Ken Ohsuga, Asst. Prof. Alex Wagner (CCS)
10:35 – 14:05 –  Astrophysical gas dynamics: From black hole accretion disk to intercluster medium Prof. Banibrata Mukhopadhyay, Physics
10:45 – 14:15 – Break  
10:55 – 14:25 – Multiscale simulations of biomolecular systems using exascale computing Prof. Anand Srivastava, Molecular Biophysics Unit
11:05 –  14:35 – Molecular Dynamics Insights into 3D Domain Swapping in Human Antibody Light Chain Asst. Prof. Kowit Hengphasatporn (CCS)
11:15 – 14:45 – Ocean model  simulations at  sub-mesoscale (~1km) resolving resolution Prof. PN Vinayachandran
11:25 – 14:55 – Numerical Simulations of Urban and Mountain Meteorology from Micro- to Meso-Scales Prof. Hiroyuki Kusaka (CCS)
11:35 –  15:05 – Break  
11:45 – 15:15 – Invited Talk (Fujistu Ltd.)
Fujitsu Small Research Lab: Driving Research and Talent Development in Partnership with Universities
Mr. Hirotaro Ohira (Academia-Industry liaison)
    Invited Talk (Fujistu Ltd.)
Collaboration Between Tsukuba University and Fujitsu: Achievements and Future Prospects in Next-Generation Data Platforms
Dr. Kohta Nakashima (SRL with CCS-Tsukuba)
12:05 – 15:35 – Panel Discussion   
13:05 – 16:35 – Closing remarks  (IISc OIR)  

Registration

Participants should finish the registration by March 24, 2025.  The registration is free but mandatory.  

[Registration here]

Miyabi スーパーコンピュータシステム「大規模 HPC チャレンジ」公募日程

最先端共同HPC基盤施設(JCAHPC)では、2025年4月より、Miyabiスーパーコンピュータシステムにおいて「大規模 HPC チャレンジ」を実施します。
「大規模 HPC チャレンジ」は、Miyabi(Miyabi-G)スーパーコンピュータシステムの演算加速ノード群 (1,090 ノード) 又はMiyabi(Miyabi-C)スーパーコンピュータシステムの汎用CPUノード群 (184 ノード) 或いは両方を専有利用することができる公募型プロジェクトです。

提供資源

Miyabi スーパーコンピュータシステム

  • 最大、Miyabi-Gの1,090 ノード(78,480コア、GPU 1,090基)又はMiyabi-Cの184 ノード(20,608コア)、或いは両方を最大24時間専有利用できます。

利用案内

  • 1 ヶ月に 1 回、原則として月末処理前日 9:00 頃 ~ 翌日の 9:00 までの最大24時間、最大Miyabi-Gの1,090 ノード(78,480コア、GPU 1,090基)又はMiyabi-Cの184 ノード(20,608コア)、或いは両方を専有利用することが可能です。
  • 課題は公募制とし、現ユーザーに限定せず、広く課題を募集します。個人、およびグループによる応募が可能ですが、各月に 1 グループの採用を原則とします。
  • 本制度により得られた成果については公開していただきます。成果公開には「Miyabi 演算加速ノード群(Miaybi-G))」、「Miaybi 汎用CPUノード群(Miaybi-C)」の利用、「大規模 HPC チャレンジ」制度によって実施した旨を明記していただきます。また、広報誌等への成果報告記事の執筆を行っていただきます。
  • センターの主催、共催するセミナー、ワークショップ等でご発表いただく場合があります。
  • 利用料金は無料です。

公募日程

「大規模 HPC チャレンジ」の課題募集を以下の日程で予定しております。

  • メンテナンス等の都合により募集スケジュールが変更となることがあります。
  • 年複数回を申し込むことも可能ですが、申込状況によりご希望に添えない場合もありますのであらかじめご了承ください。また、一回の申し込みで利用可能なのは一回のみです。

2025 年度実施日程 (予定)

第1回

実施時期 募集締切 審査 採択通知
2025年 4月22日(火) 9:00 ~ 4月23日(水) 9:00
2025年 5月27日(火) 9:00 ~ 5月28日(水) 9:00
2025年 6月24日(火) 9:00 ~ 6月25日(水) 9:00
2025年 7月22日(火) 9:00 ~ 7月23日(水) 9:00
2025年
3月17日(月)
17:00
2025年3月下旬 2025年4月上旬

第2回

実施時期 募集締切 審査 採択通知
2025年 8月28日(木) 9:00 ~ 8月29日(金) 9:00
2025年 9月25日(木) 9:00 ~ 9月26日(金) 9:00
2025年10月28日(火) 9:00 ~ 10月29日(水) 9:00
2025年11月25日(火) 9:00 ~ 11月26日(水) 9:00
2025年
7月22日(火)
17:00
2025年7月下旬 2025年8月上旬

第3回

実施時期 募集締切 審査 採択通知
2025年12月23日(火) 9:00 ~ 12月24日(水) 9:00
2026年 1月27日(火) 9:00 ~ 1月28日(水) 9:00
2026年 2月24日(火) 9:00 ~ 2月25日(水) 9:00
2026年 3月30日(月) 9:00 ~ 3月31日(火) 9:00
2025年
11月17日(月)
17:00
2025年11月下旬 2025年12月上旬

応募詳細

大規模HPCチャレンジへの応募詳細につきましてはこちらを御覧ください。

採択課題

論文等で研究成果を報告する場合の英文表記について

本制度を用いて英語論文等を出版される場合は、以下の例文の記載をお願いします。

本制度の英語名

“Large-scale HPC Challenge” Project, Joint Center for Advanced High Performance Computing(JCAHPC).

謝辞の英文例

Computational resource of Supermicro ARS-111GL-DNHR-LCC and FUJITSU PRIMERGY CX2550 M7 (Miyabi) was awarded by “Large-scale HPC Challenge” Project, Joint Center for Advanced High Performance Computing(JCAHPC).

大規模 HPC チャレンジ FAQ

 

令和6年度 年次報告会(2025年2月28日)

日時:2025年2月28日(金)14:00~17:00
会場:計算科学研究センターワークショップ室

計算科学研究センター 令和6年度年次報告会を行います。本年度はポスター発表となります。

プログラム(コアタイム)

所属部門 氏名 コアタイム
素粒子物理研究部門 藏増 嘉伸 15:00-16:00
素粒子物理研究部門 石塚 成人 16:00-17:00
素粒子物理研究部門 大野 浩史 14:00-15:00
素粒子物理研究部門 秋山 進一郎 16:00-17:00
宇宙物理研究部門 大須賀 健 動画対応
宇宙物理研究部門 森 正夫 動画対応
宇宙物理研究部門 矢島 秀伸 16:00-17:00
宇宙物理研究部門 吉川 耕司 14:00-15:00
宇宙物理研究部門 福島 肇 15:00-16:00
宇宙物理研究部門 朝比奈 雄太 14:00-15:00
原子核物理研究部門 中務 孝 16:00-17:00
原子核物理研究部門 清水 則孝 14:00-15:00
原子核物理研究部門 日野原 伸生 16:00-17:00
原子核物理研究部門 宮城 宇志 14:00-15:00
量子物性研究部門 矢花 一浩 15:00-16:00
量子物性研究部門 大谷 実 14:00-15:00
量子物性研究部門 小泉 裕康 15:00-16:00
量子物性研究部門 Tong Xiao-Min 15:00-16:00
量子物性研究部門 前島 展也 16:00-17:00
量子物性研究部門 萩原 聡 14:00-15:00
生命科学研究部門・生命機能情報分野 重田 育照  
生命科学研究部門・生命機能情報分野 谷 一寿 15:00-16:00
生命科学研究部門・生命機能情報分野 庄司 光男 16:00-17:00
生命科学研究部門・生命機能情報分野 原田 隆平 15:00-16:00
生命科学研究部門・生命機能情報分野 堀 優太 14:00-15:00
生命科学研究部門・生命機能情報分野 Kowit Hengphasatporn 14:00-15:00
生命科学研究部門・生命機能情報分野 岡澤 一樹 15:00-16:00
生命科学研究部門・分子進化分野 稲垣 祐司 15:00-16:00
生命科学研究部門・分子進化分野 中山 卓郎 16:00-17:00
地球環境研究部門 日下 博幸 15:00-16:00
地球環境研究部門 ドアン グアン ヴァン 16:00-17:00
高性能計算システム研究部門 朴 泰祐 動画対応
高性能計算システム研究部門 高橋 大介 14:00-15:00
高性能計算システム研究部門 建部 修見 動画対応
高性能計算システム研究部門 額田 彰 15:00-16:00
高性能計算システム研究部門 多田野 寛人 16:00-17:00
高性能計算システム研究部門 藤田 典久 14:00-15:00
計算情報学研究部門・データ基盤分野 天笠 俊之 動画対応
計算情報学研究部門・データ基盤分野 塩川 浩昭 16:00-17:00
計算情報学研究部門・データ基盤分野 堀江 和正 15:00-16:00
計算情報学研究部門・データ基盤分野 サーヴォン・ブー 14:00-15:00
計算情報学研究部門・計算メディア分野 亀田 能成 15:00-16:00
計算情報学研究部門・計算メディア分野 北原 格 14:00-15:00
計算情報学研究部門・計算メディア分野 謝 淳 16:00-17:00

【受賞】大須賀教授、清水准教授が筑波大学2024 BEST FACULTY MEMBERに選ばれました

計算科学研究センター 宇宙物理研究部門の大須賀 健教授と原子核物理研究部門の清水 則孝准教授が、筑波大学2024 BEST FACULTY MEMBERに選ばれました。

表彰式は2月17日に筑波キャンパスで開催されました。

(左:永田学長、右:大須賀教授)
(左:永田学長、右:大須賀教授)
(左:永田学長、右:清水准教授)
(左:永田学長、右:清水准教授)

Elucidating the Photosynthetic Mechanism of Purple Sulfur Bacteria Living in High-Salt, High-Alkaline Environments

Researchers at University of Tsukuba have investigated the structure and light energy transfer efficiency of a protein complex crucial to the photosynthesis of purple sulfur bacteria thriving in high-salt, high-alkaline environments. Cryo-electron microscopy observation and computer analysis revealed that this unique protein complex significantly enhances energy conversion ability.


Tsukuba, Japan—Unlike plants and cyanobacteria, photosynthetic bacteria, such as purple sulfur bacteria, thrive in extreme environments with high salt concentrations and alkalinity. These bacteria use hydrogen sulfide (H2S) to convert solar into chemical energy. Light-harvesting protein complexes—specifically the light-harvesting two complex (LH2) and the core light-harvesting reaction center complex (LH1-RC)—play a crucial role in this process. Halorhodospira halophila, a purple sulfur bacterium, is believed to perform photosynthesis efficiently by integrating LH2 and LH1-RC. However, in nonsulfur bacteria, the interaction between LH2 and LH1-RC has been reported to be weak, and this key difference remains unclear.

Fig. Structure of the Core Light-Harvesting Reaction Center Complex (LH1-RC) and the Light-Harvesting Supercomplex (LH1-LH2) of Hlr. halophila Visualized by Cryo-Electron Microscopy.
Fig. Structure of the Core Light-Harvesting Reaction Center Complex (LH1-RC) and the Light-Harvesting Supercomplex (LH1-LH2) of Hlr. halophila Visualized by Cryo-Electron Microscopy. ー This illustration shows how two isoforms of the α and β chains in the LH1 subunit pair together to form a ring. The LH1 ring is structured to surround both the reaction center and the LH2 complex, which are depicted in semi-transparent colors on the left and right, respectively.

To investigate this, researchers employed cryo-electron microscopy to observe LH2 and LH1-RC from Hlr. halophila at the amino acid level. Results revealed that LH1-LH2 and LH1-RC complexes are formed, the smallest unit of the LH1 structure is composed of an unusual polypeptide chain, and this LH1 structure surrounds LH2 or RC. Furthermore, experiments measuring intermolecular energy transfer showed that the LH1-LH2 complex achieves almost 100% light energy transfer efficiency, suggesting that its structural arrangement enhances energy conversion.

These findings provide new insights into how bacteria perform highly efficient photosynthesis even under extreme conditions while converting toxic H2S into sulfur. This knowledge could contribute to advancements in solar energy and environmental conservation.

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This work was supported in part by JSPS KAKENHI Grant Numbers 20H05086, 20H02856, 23K05822, 24K01620, 22K06144, 24H02084, 22K18694, 21H01985, 22H05416, 24H01128, and 22K19060, Japan.

Original Paper

Title of original paper:
A distinct double-ring LH1-LH2 photocomplex from an extremophilic phototroph
Journal:
Nature Communications
DOI:
10.1038/s41467-024-55811-9

 

 

高塩濃度・高アルカリ環境に棲息する紅色硫黄細菌の光合成機構を解明

2025年2月14日
国立大学法人筑波大学

高塩濃度・高アルカリ環境下に棲息する紅色硫黄細菌が行う光合成において重要な役割を担うタンパク質複合体の構造と光エネルギー転送効率を、クライオ電子顕微鏡観察と計算機解析により調べました。その結果、特殊なタンパク質複合体の構造が、エネルギー変換能力を向上させることが示唆されました。


 高塩濃度・高アルカリといった極限環境に適応して棲息する紅色硫黄細菌などの光合成硫黄細菌が行う光合成は、植物やシアノバクテリアとは異なり、硫化水素を使って太陽光エネルギーを化学エネルギーに変換します。この過程では、光を集めるタンパク質複合体である光捕集2複合体(LH2)とコア光捕集反応中心複合体(LH1-RC)が重要な役割を果たしています。紅色硫黄細菌の一種であるHalorhodospira halophila(Hlr. halophila)は、LH2とLH1-RCが一体化しているかのように振る舞うことで、効率的に光合成を行なっていると考えられています。一方で、一般的な紅色非硫黄細菌ではLH2とLH1-RCの相互作用は弱いことが報告されており、この違いは謎に包まれていました。

 そこで、クライオ電子顕微鏡を用いて、Hlr. halophila由来のLH2、LH1-RCを含む試料溶液をアミノ酸レベルで観察しました。その結果、LH1-LH2、LH1-RCという複合体を形成しており、LH1構造の最小単位は、通常とは異なるポリペプチド鎖で構成されていること、さらに、このLH1構造が、LH2あるいはRCを取り囲んでいることが明らかになりました。また分子間のエネルギー移動計測実験から、このLH1-LH2複合体は、光エネルギー転送効率がほぼ100%であることも分かり、このようなタンパク質複合体の構造が、エネルギー変換能力を向上させていることが示唆されました。

 本研究成果は、多くの生物にとって有毒な硫化水素を硫黄に変換しながら、極限環境下でも高効率で光合成を行う細菌の仕組みを明らにするものです。これにより、太陽光エネルギーの有効活用や環境保全への応用が期待されます。

クライオ電⼦顕微鏡により可視化されたHlr. halophilaのコア光捕集反応中⼼複合体(LH1-RC)と光捕集共複合体(LH1-LH2)の⽴体構造。LH1 サブニットのα、β鎖のそれぞれ2種類のアイソフォーム注10)がペアとなって、リングの最⼩構造単位を形成している様⼦を図⽰化した。LH1リングがRCとLH2(半透明⾊部分)をそれぞれ取り囲むように並んでいる。

 

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【題名】 A distinct double-ring LH1-LH2 photocomplex from an extremophilic phototroph
(極限環境下に棲息する紅色硫黄細菌由来の光捕集複合体LH1-LH2の二重リング構造) 
【掲載誌】 Nature Communications 
【DOI】 10.1038/s41467-024-55811-9

“Resident Services Utilizing Drones for Normal and Emergency Situations in Setouchi Town, Amami Oshima” Wins the 7th Japan Open Innovation Award “Minister of Land, Infrastructure, Transport and Tourism Award”

– The Initiative Aiming for Sustainable Town Development has been Highly Evaluated for its Collaboration Between Industry, Government, and Academia –

Japan Airlines Co., Ltd. (hereinafter ”JAL”), Amami Island Drone Co., Ltd. (hereinafter ”AID”), Setouchi Town in Oshima District, Kagoshima Prefecture (hereinafter  “Setouchi Town”), the National Research Institute for Earth Science and Disaster Resilience (hereinafter “NIED”), and the University of Tsukuba have jointly undertaken the initiative “Resident Services Utilizing Drones for Normal and Emergency Situations in Setouchi Town, Amami Oshima” (hereinafter “this initiative”). On February 5, 2025, this initiative was awarded the “Minister of Land, Infrastructure, Transport and Tourism Award” at the 7th Japan Open Innovation Awards hosted by the Cabinet Office.

The Japan Open Innovation Prize recognizes initiatives with high leadership and originality that are expected to serve as role models to further promote open innovation in Japan. It honors exemplary initiatives with significant social impact and sustainability, with minister’s awards and other awards presented in various fields.

This initiative has been highly evaluated for its pioneering efforts in addressing regional issues such as disaster response and logistics on remote islands, contributing to the sustainable town development that Setouchi Town aims for, where . It has also been recognized for its potential to serve as a model for other remote islands, aging regions, and isolated areas during disasters.

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「奄美大島瀬戸内町におけるドローンを活用した平時・有事対応の住民サービス」が、第7回日本オープンイノベーション大賞「国土交通大臣賞」を受賞

2025年2月6日
瀬戸内町
日本航空株式会社
奄美アイランドドローン株式会社
国立研究開発法人防災科学技術研究所
国立大学法人筑波大学

「奄美大島瀬戸内町におけるドローンを活用した平時・有事対応の住民サービス」が、第7回日本オープンイノベーション大賞「国土交通大臣賞」を受賞

~「誰もが住み続けたい」持続可能なまちづくりに、産官学連携した取り組みが高く評価されました~

 

日本航空株式会社(以下、JAL)、奄美アイランドドローン株式会社(以下、AID)、鹿児島県大島郡瀬戸内町(以下、瀬戸内町)、国立研究開発法人防災科学技術研究所(以下、防災科研)、国立大学法人筑波大学(以下、筑波大学)は、「奄美大島瀬戸内町におけるドローンを活用した平時・有事対応の住民サービス」における共同の取り組みにより、2025年2月5日、内閣府主催の第7回日本オープンイノベーション大賞において国土交通大臣賞を受賞しました。

日本オープンイノベーション大賞は、我が国のオープンイノベーションをさらに推進するために、ロールモデルとして期待される先導性や独創性の高い取り組みを称えるもので、模範となるようなもの、社会インパクトの大きいもの、持続可能性のあるものについて、担当分野ごとの大臣賞、長官賞、経済団体、学術団体の会長賞などが表彰されます。

本取り組みは、離島の災害対応や物流など地域固有の課題解決はじめ、瀬戸内町が目指す「誰もが住み続けたい」持続可能なまちづくりに貢献すべく産官学連携して取り組む先導性のある事業であること、および、他の離島や高齢化が進む地域、災害時の孤立地域・防災対応へのモデル展開可能性が高く評価されました。

■本取り組みについて
【概要】
奄美大島瀬戸内町において、2023年11月、瀬戸内町とJALはドローン運航会社AIDを共同設立し、2024年2月よりドローンおよびICT技術を活用した住民向け行政サービスを提供しています。防災から生活物流にわたる課題に対応すべく、災害時と平時を区別しないフェーズフリーなドローン物流インフラを構築し、住民も参加するICT連携によって、僻地医療サービスの維持を図るなど、「誰もが住み続けたい」持続可能なまちづくりに、産官学連携し取り組んでいます。        

     

【これまでの経緯】
瀬戸内町は、その地理的条件から、二次離島(加計呂麻島、与路島、請島)を中心に、台風・豪雨など自然災害時には道路寸断で孤立集落が発生し、また、平時においても、船舶に頼る移動・輸送は時間がかかる上、天候により頻繁に停滞するなど、防災から日常生活面にわたる地域課題を抱えていました。

人口減少・高齢化が進む瀬戸内町は、2020年、「誰もが住み続けたい」持続可能なまちづくりを目指す中、JALグループと連携協定(*1)を締結しました。これら地域社会の課題解決に向け、ドローンやデジタル技術を活用した離島モデルの社会実装を目指し、防災科研ならびに筑波大学とも連携しながら、地域住民も参加しての共同検討・実証を重ねました。

2023年11月、瀬戸内町とJALは共同出資にてドローン運航会社AIDを設立し、2024年2月より定期運航を開始、防災から生活物流にわたりドローン・ICT連携を活用した住民向け行政サービスを提供しています(*2)。

AIDは、離島の地理や輸送物資の特性に合わせ、航続距離・積載重量に優れる大型物流ドローンを使用し、JALよりドローン運航管理・安全管理などのノウハウ提供を受けながら、与路島・請島への災害時・平時にわたりフェーズフリーに対応する運航体制を構築しました。

こうしたドローン活用・ICT連携は、地域防災計画に反映されるとともに、処方薬のオンライン服薬指導導入により僻地医療サービスを維持するなど、持続可能なまちづくりに貢献しています。

引き続き、瀬戸内町におけるAIDによる安全・安心なドローン運航事業を礎に、本取り組みを地域に根ざしたドローン・ICTを活用した社会実装モデルとして、奄美群島全体への拡大展開を目指してまいります。

 

(*1)2020年10月14日プレスリリース
奄美 瀬戸内町、日本エアコミューター、JAL、三井住友海上およびMS&ADインタ-リスク総研が連携協定を締結、ドローンを用いた地域課題解決を目指す

(*2)2023年2月29日プレスリリース
奄美瀬戸内町とJALは、共同でドローン運航会社「奄美アイランドドローン㈱」を設立

 

■受賞者のコメント 

奄美大島瀬戸内町 
町長 鎌田 愛人
有人離島三島を有する本町においては、町営定期船の欠航や災害時の集落孤立などが課題でありましたが、本町と共に、大型ドローンを活用した課題解決に取り組んでいただき、このような賞の受賞に繋げて頂いた日本航空、防災科研、筑波大学の皆様方に心から感謝申し上げます。本町は「瀬戸内町DX推進計画」に沿い、ドローンに留まらず様々な行政サービスをデジタルファーストで取り組んでいます。その中でドローン事業においては、災害・物資運搬・地籍や森林調査・スマート農業などを、この度の受賞を契機にさらに推進していきたいと考えております。

 

日本航空株式会社
イノベーション本部エアモビリティ創造部 部長 村越 仁
鹿児島-奄美大島線の就航以来60余年、JALグループは地元の皆さまと共に、奄美群島の魅力発信や島への 誘客、そして環境保全活動などにも取り組んでまいりました。2020年に、瀬戸内町よりお声掛けをいただき、 航空事業で培った技術・知見を活かしたドローンの取り組みで地域課題解決を目指すべく連携協定を締結、以 来、多くの関係機関・企業の皆様からご支援をいただきながら、本取り組みを推進してまいりました。この度の 受賞も励みに、瀬戸内町とAIDが取り組むDX推進を、今後も安全・安心なドローン運航支援を通じて応援してまいります。

 

奄美アイランドドローン株式会社
代表取締役 登島 敏文
2月末に迎える就航一周年の節目において、この度の栄誉ある受賞に社員一同、大変感激しております。弊社は瀬戸内町よりドローン運航を受託し、与路島や請島などの二次離島へ処方薬や給食食材、新聞などの生活物資の輸送を担うほか、災害時には町の防災対応として、被災状況の偵察や緊急物資輸送も担うなど、「島の暮らしを空から支える」ドローン事業を展開しています。これからもパートナーの皆さまのご支援をいただきながら、地元に根ざした事業運営を推進すべく、ドローン人財育成に努め、安全運航体制を一層強化し、島の地域課題解決に貢献してまいります。

 

国立研究開発法人防災科学技術研究所
主任専門研究員 内山 庄一郎
このたび、栄誉ある賞を受賞したことを大変光栄に思います。本事業は、私たち防災科研が提唱する、地域の防災は地域で守る「地産地防」の理念に基づき、地域の力を活かしたイノベーションとして、平時から災害時まで活用できるフェーズフリーな仕組みを目指してきました。この受賞を励みに、地域とともに成長し、安全で持続可能な社会の実現に向けて、挑戦を続けてまいります。関係者の皆様のご支援に心より感謝を申し上げます。

 

国立大学法人筑波大学 計算科学研究センター
教授 北原 格
平時から災害時までフェーズフリーに対応できるモビリティ社会の構築を目指す「『フェーズフリーな超しなやか社会』を実現する5D-MaaS共創拠点」の活動を通じて、本事業に関わらせていただきました。産官学連携で住民参加ワークショップを開催し、次世代モビリティがもたらす未来を地域の子供達と一緒に楽しく思い描くことができました。その取り組みがこのような素晴らしい賞の受賞につながったこと、関係者の皆さまに感謝申し上げます。

 

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最先端共同HPC基盤施設(JCAHPC)の新スーパーコンピュータシステム Miyabi(みやび)の運用開始披露式典を開催

1月15日、筑波大学計算科学研究センター(センター長:朴 泰祐)と東京大学情報基盤センター(センター長:千葉 滋)が共同運営する「最先端共同HPC基盤施設」(JCAHPC:Joint Center for Advanced High Performance Computing、施設長:朴 泰祐)において、新スーパーコンピュータシステムMiyabiの運用開始披露式典が、システムの設置場所である東京大学柏キャンパスで開催されました。式典には、文部科学省研究振興局参事官 国分政秀氏を始め多くの来賓、東京大学 田浦健次朗副学長、筑波大学 重田育照副学長、及び開発に携わった多くの関係者が列席し、最新スーパーコンピュータシステムMiyabiの運用開始を祝いました。

式辞を述べる朴泰祐施設長

 

朴施設長は式辞で、「筑波大学と東京大学の(間に位置する柏キャンパスという)地の利と人の和を活かして、学術目的で国内2位のスーパーコンピュータシステムMiyabiを導入することができた。」と二大学の強い連携を語りました。

国分参事官による祝辞の様子

講演の様子

 

式典の後半では、東京大学情報基盤センターの塙 敏博教授、中島研吾教授による講演が行われました。中島教授は「Miyabiの名前は計算性能が高いだけでなく、それを難なく使える、エレガントな計算科学ができるマシンということに由来する。ユーザーのGPUへの移行やAi for Scienceの試みをサポートしていきたい」と意気込みを述べました。

Miyabiは2025年1月14日より正式運用を開始し、2025年4月より文部科学省HPCIプログラムや両大学の各種共同利用・共同研究プログラムに供される予定です。

新スーパーコンピュータシステムMiyabi
(左から、千葉副施設長、朴施設長)

第150回計算科学コロキウムを、2月14日(金)14:00より開催します

第150回計算科学コロキウムを開催いたします。多数のご来聴をお待ちしております。

講演タイトル:「デジタル駆動触媒開発」
講演者:矢田陽 博士(https://irc3.aist.go.jp/incorporate/team/digital/
日時:2025年2月14日(金)14:00-15:00
場所:計算科学研究センター 会議室B
講演内容:従来の触媒開発は研究者の経験や勘に大きく依存し、触媒開発に長い期間と多大な労力を費やす必要があったため、効率的な触媒開発の方法論構築が強く望まれている。そのため近年、機械学習などのデータ科学を触媒反応に適用して研究開発を加速させる動きが強くなってきた。本講演では、産総研が取り組む機械学習や自動実験などのデジタル技術を活用した触媒設計・開発技術について紹介する。

世話人: 堀優太

149th Colloquium of the Center for Computational Sciences

149th Colloquium

Title: Supramolecular Chemistry of Macrocycles Focusing on the Precise Assembly of Molecular Binding Units
Speaker: Assist. Prof. Takashi Nakamura
(Department of Chemistry, Institute of Pure and Applied Sciences, University of Tsukuba)
Date: 22 January 2025
Time: 11:00 – 12:00
Venue: Meeting Room A
Language: English

Takashi Nakamura

Takashi Nakamura received his Ph.D. in 2013 from the University of Tokyo under the supervision of Prof. Mitsuhiko Shionoya. He joined the laboratory of Prof. Akira Harada at Osaka University as a postdoctoral fellow in 2013. He worked as an assistant professor with Prof. Tatsuya Nabeshima at University of Tsukuba since 2014. Since 2021, he has been a principal investigator of Supramolecular Chemistry Group as a Tsukuba Top Runner Assistant Professor at University of Tsukuba. He received the Chemical Society of Japan Award for Young Chemists in 2020, and the Young Scientists’ Award in the Commendation for Science and Technology by the Minister of Education, Culture, Sports, Science and Technology, Japan in 2022. Since 2024, he has been leading a JST PRESTO project as its principal investigator. His current research interest is the precise construction of supramolecules and exploration of their functions.

Abstract:

Natural receptor proteins can selectively bind substrates within a pocket surrounded by multiple amino acid residues. During the recognition process, relatively weak intermolecular interactions, such as hydrogen bonds, act synergistically to achieve high selectivity. In contrast, it has been challenging for synthetic receptors to achieve precise molecular binding by arranging multiple interaction sites in an unsymmetrical manner.

     Our group has developed novel macrocyclic receptors with precise recognition capabilities based on two key strategies: (A) the assembly of metal coordination sites and (B) the desymmetrization of molecular components. Specifically, I will present our recent progress on cyclic oligomers of chelate complexes capable of multipoint coordination, and cyclodextrin derivatives equipped with hydrogen bonding sites such as amide and carboxyl groups.

References

  1. (a) Commun. 2017, 8, 129. (b) Chem. Commun. 2019, 55, 2421–2424. (c) Eur. J. Inorg. Chem. 2021, 308–313. (d) Inorg. Chem. 2023, 62, 12886–12894. (e) Chem. Commun. 2024, 60, 1281–1284.
  2. (a) Am. Chem. Soc. 2019, 141, 6462–6467. (b) Inorg. Chem. 2019, 58, 7863–7872. (c) Inorg. Chem. 2024, 63, 12697–12702. (d) Chem. Commun. 2025, 61, 921–924.
  3. (a) Commun. 2019, 55, 3872–3875. (b) Chem. Lett. 2020, 49, 493–496. (c) Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 3080–3086. (d) Chem. Sci. 2025, 16, 171–181.
  4. (a) In revision.

世話人: 重田育照、Kowit Hengphasatporn