エルサレム・ヘブライ大学のヨッシ・パルティエル教授率いる研究チームと、オーストリアのワイツマンおよびISTの研究チームは最近、核スピンが生物活動に与える重大な影響を明らかにする研究を実施した。この発見は長年の仮説に疑問を投げかけ、バイオテクノロジーと量子生物学の進歩に刺激的な可能性をもたらします。
研究者らは、核スピンが生物学的プロセス、特にキラル環境における酸素動力学に重大な影響を与えることを発見した。この画期的な進歩は、バイオテクノロジー、量子生物学、同位体分離、核磁気共鳴技術に革命をもたらすでしょう。出典: 米国科学アカデミー紀要
科学者たちは、核スピンが生物学的プロセスに影響を及ぼさないと長い間信じてきました。しかし、最近の研究では、特定の同位体がその核スピンに応じて異なる挙動を示すことが示されました。研究チームは、酸素の安定同位体（16O、17O、18O）に焦点を当て、核スピンがキラル環境、特に酸素輸送中の酸素のダイナミクスに大きな影響を与えていることを発見しました。
権威ある米国科学アカデミー紀要（PNAS）に発表されたこの研究結果は、制御された同位体分離に潜在的な影響を及ぼし、核磁気共鳴（NMR）技術に革命をもたらす可能性がある。
主任研究者のヨッシ・パルティエル教授は、これらの発見の意味について興奮を表明した。同氏は、「我々の研究は、核スピンが生物学的プロセスにおいて重要な役割を果たしていることを示しており、核スピンの操作がバイオテクノロジーや量子生物学における画期的な応用につながる可能性があることを示唆している。これは同位体分別プロセスに革命をもたらし、核磁気共鳴などの分野に新たな可能性をもたらす可能性を秘めている」と語った。
研究者たちは、生物体内の小さな粒子の「奇妙な」挙動を研究してきました。たとえば、鳥の航行における量子効果を研究することは、一部の鳥が長い旅の途中で道を見つけるのに役立つ可能性があります。植物では、エネルギーとして太陽光を効率的に利用することが量子効果の影響を受けます。
微粒子の世界と生物とのこのつながりは、生命が出現し始め、キラリティーとして知られる特殊な形状を持つ分子が誕生した数十億年前に遡ると考えられます。キラリティーは、正しい形状を持つ分子のみが生体で必要な役割を果たすことができるため、重要です。
カイラリティと量子力学の関係は、小さな磁気の形のように機能する「スピン」に見られます。キラル分子は、そのスピンに応じて異なる方法で粒子と相互作用することができ、これを「キラリティー誘起スピン選択性」(CISS) と呼びます。
科学者たちは、キラル分子が関与する生命過程において、スピンが電子などの小さな粒子に影響を与えることを発見しました。彼らは、スピンが生物学的輸送の基礎であるイオンや分子などのより大きな粒子にも影響を与えるかどうかを研究したいと考えていました。そこで彼らは、異なるスピンを持つ水の粒子を使って実験を行いました。その結果、スピンが細胞内での水の挙動に影響を及ぼし、水は異なる速度で細胞に入り、キラル分子が関与すると独特の方法で反応することが示された。
この研究は、生命過程におけるスピンの重要性を強調しています。スピンを理解して制御することは、生物の仕組みに大きな影響を与える可能性があります。また、医療画像の改善や病気の新しい治療方法の創出にも役立つ可能性があります。