【DNA】ヒトゲノムの3D構造は「丸めた麺のようなフラクタル」

ヒトゲノムを数百万の断片に分解し、その配列をリバース・エンジニアリングする手法
により、ゲノムの3次元構造の画像が、かつてないほどの高解像度で作成された。

再現された構造は目を見張るようなフラクタル形状をしている。この手法を使えば、
ゲノムのDNAの内容だけでなく、ゲノムの形状そのものが、人間の発達や疾病にどのよう
な影響を及ぼしているか調べることが可能になるだろう。

「染色体の空間構造が、ゲノムの制御に非常に重要だということが明らかになった」と、
『Science』誌の10月9日号に発表された今回の研究論文を執筆した1人で、マサチュー
セッツ大学医学部の分子生物学者であるJob Dekker氏は話す。

初歩的な生物の教科書や、一般の人々のイメージの中では、ヒトゲノムは23対の染色体に
おけるDNAとタンパク質の複合体[クロマチン]の中に収められ、それら染色体はきれいな
X型をして1つ1つの細胞核の中に並んでいるように描かれている。しかし実際には、その
ような状態になるのは細胞が分裂しようとしているごく短い間だけだ。それ以外のとき
染色体は、絶え間なく形を変えるかたまりとして存在する。むろん、染色体を構成する
ひも状のDNAも、密集してかたまりになっている。ゲノムを端から端までまっすぐに伸ばす
と、約2メートルほどの長さになる。

何十年も前から、一部の細胞生物学者たちの間では、ゲノムが圧縮されているのは効率よく
保存するための仕組みというだけでなく、遺伝子の機能や相互作用そのものに関係している
のではないかと考えられてきた。しかし、それを突き止めるのは容易ではない。ゲノム配列
を解析しようとするとゲノムの形状が壊れてしまうし、電子顕微鏡では活性表面の下をほと
んど見通すことはできない。その構成要素は知られていても、ゲノムが本当はどんな形状を
しているのかは謎のままだった。

http://img1.wiredvision.jp/news/200910/2009101323-1.jpg
http://wiredvision.jp/news/200910/2009101323.html

>>2-5に続く

>>1続き

ゲノムの構造を直接見ることなく解明する方法として、研究チームはまず細胞核をホルム
アルデヒドに浸した。ホルムアルデヒドはDNAと相互作用して接着剤のような働きをする。
これによって、ゲノムの直鎖状配列では離れているが、実際の3次元のゲノム空間では近接
している遺伝子どうしがつなぎ合わされた。

研究チームはその後、ホルムアルデヒドによるつながりは残したまま、直鎖状配列の遺伝子
どうしのつながりは分解するような化学物質を加えた。その結果、ペアになった遺伝子の集
まりができあがった。それはちょうど、麺を100万もの細かな層に切り分けて混ぜ合わせ、
ボール状に凍らせたようなものだった。

遺伝子のペアを調べることで、元のゲノムではどの遺伝子どうしが近接していたのかが特定
された。ソフトウェアを用いて、遺伝子ペアをゲノム上での既知の配列と相互参照した結果、
ゲノムのデジタル立体構造が組み立てられた。その立体は目を見張るようなものだった。
「どこにも結び目がなかった。絡み合った箇所が1つもない。麺を驚異的に密集させて丸めた
ボールのようでありながら、その麺の一部を引っ張り出したり戻したりできる。しかも、
全体の構造は全く崩れない」と語るのは、論文の共同執筆者でハーバード大学の計算生物学者
であるErez Lieberman-Aiden氏だ。

これを数学的に説明すると、ゲノムのこれら断片は折りたたまれてヒルベルト曲線[フラクタル
図形の1つ]に似たものを形成している。ヒルベルト曲線は、決して重複することなく2次元の
空間を埋め尽くすことのできる図形の一種だが、同じことが3次元で行なわれているわけだ。

ゲノムの形状と遺伝子的な機能を結びつけて研究することで、「直鎖状配列」のみに焦点をあて
てきた従来のゲノミクスによっては不明だった疾病と遺伝子との関係も解き明かされていく
だろうと期待されている。研究チームはさらに、ゲノムの形状がどのように変化するのかについて
も研究したいと考えている。幹細胞から成熟細胞に変化する間、そして細胞が機能している間、
ゲノムの形状は常に変化しているとみられているが、詳しいことはわかっていない。
（抜粋）

http://wiredvision.jp/news/200910/2009101323.html

人類がラーメンを欲するのはDNAのせいなのだ

もうね、何言ってるかわかんない

ラーメンマンコだなカスが

生めん構造

で、それは旨いのか？

こんな麺の玉みたいなのが、分裂する時にはきれいに
２３対に分かれて分裂するってすごいな

訳わからん
小学生でもわかるような記事を書けよ

これで「青春ストレート麺」になったUFOは人類の食い物ではないと証明された

メルカトルなんとか

凄いね。
見事なくらいフラクタル曲線。

これなら空間に細密重点しながら切れることなく結び目が出来ることもなく固まっていられる

フラクタルって面白いなぁ

なるほど

迷路

数学でヒルベルト曲線ってのがあるのよ。
それはこんな曲線
ttp://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/46/Hilbert_curve.gif

1本の線が90度ずつ曲がってるだけなんだけど、
平面をみっちり埋めることが出来る

DNAの鎖も1本。
これがヒルベルト曲線のようにぐねぐねと平面をみっちり埋めるように置かれてて
その平面をクシャっとしたのが>>1の右図ね。

ヒルベルト曲線になってると、どこにも結び目が無いから
途中を引っ張り出しても全く他と絡み合わずに引き出せる。

頭の良い人は凄いな。

地球上の人間がすべて俺だったら、
こんなことは何億年かかっても分からないままだ。

縮麺最強ですな。

ちんこ

誰か三行で頼む

よくわからんが精子最強ってことか

>>19
ち
ぢ
れ

日系のコイケ博士が解明したんだったら世界中大笑いだったのにね(´･ω･`)

つまり、人のプログラムは超スパゲティコードで、
書いてある紙はラーメンのようにグチャグチャに丸めてあると。
たしかに神じゃないとこんなアホなデザインはできない。

塩基配列の直線上だと遠距離にある塩基配列が、三次元になった時はご近所になるんで、
遺伝子の機能としちゃ深い関係にあるかもしれない

…って解釈は、あってる？

空間のフラクタルってよくわからんな

>>15
立体にして、球体の中心あたりのひもを引っ張りだしたら絡まったりしないの？

>>23
スパゲッティーモンスター教団ってこれを知っててやってるのかな？
確かに祈りの言葉もラーメンだし・・・。

これをデコード出来るのは凄いな

小池さんのゲノムだろ

>>24
俺も生物学は専門じゃないけど、そんな解釈であってると思うよ

1本にすると遠いけど、実は3次元に格納されてるときは近いDNA同士が
なんか作用しあって、病気の原因になってたり、あるいはもっと重要な働き
をしてたりするのかもしれないっていう記事と理解した。

今までは3次元配置を考慮せずに研究してたわけだから
3次元配置が重要となると、飛躍的に研究すべきことが増えるねぇ

俺の股間はインモラル

>>15
ヒルベルト曲線でググったらメモリキャッシュ向上とかデータベース改善とかに当たった。
塩基配列はデータ集合だし、当たりっぽいね。
あとタンパク質、とくに酵素は3次構造で機能発現するしね。

ヒルベルト曲線のを球体にまとめられるのかな?。

>>16
それ、俺もよく考えるｗ
ギリシャ時代の科学にすら、何億年経っても到達できないと思う。

なにがなんだかちっともわからない
しのう

これはDNAがフラクタル構造を効率良く生成する性質を持ってるって事だから
どういう仕組みでこうなるのかを解明できたら半導体に応用して高密度化
出来るかも知れない。

>>22
>>1の画像が小池先生の頭みたい

>ヒルベルト曲線[フラクタル
>図形の1つ]に似たものを形成している。ヒルベルト曲線は、決して重複することなく2次元の
>空間を埋め尽くすことのできる図形の一種だが、同じことが3次元で行なわれているわけだ。

ここ読んだだけで自然のすごさに感動
数学的分野がこういう分野にまで出てくることにも感動

やはり人類は母なるスパゲッティーモンスターによりインテリジェンスデザインされた存在なのだ！

面妖な

日本の計算生物学者は、
１．プログラムがまともに組めない
２．生物の知識がない
３．数学の知識がない

のいずれかで閉鎖的だから、
能力ある奴を素直に認める海外に負けるな。

>>19
ラー

メ

ン

ミウラ折りですね？

昔フラクタクル曲線描くだけ、っていう
フリーソフトあったよね。15年くらい前

これがうわさに聞くラーメン構造ですか。
惑星ラーメタルの技術ですな。

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な〜んの役にも立たない研究だ
こんなことに貴重な人材を費やすなんて正気の沙汰とは思えないな
理系って馬鹿が多いんじゃね？

本当に生命って神秘だわ

>>47
そうだね^^

>>34
･･･火を起こすことを思いつけるかどうか。

蛋白質の立体構造が非常に大切で、アミノ酸同士の組み合わせから立体構造が
コンピューター上でシミュレートできるようになるのが最終目的といってもいいんじゃないか？
今どこまで進んでいるか知らんが

これが実現しちゃうと、あらゆる薬が短時間で作れるようになる。

多分後、１００年は無理だろうけど。

>>50
泣けてきたｗ

つまり『空飛ぶスパゲッティモンスター教団』が正しかったということか！

>>30
thanks.　つまり成績順だとエミちゃんと俺は天と地に別れるが、
三次元だとチュッチュできるかも…だな。

>>51
塩基配列をPCのメモリに使えば、細胞一個で1〜40ギガ Byte ぐらいの容量が入ると思う。
確か細胞分裂は20分ぐらいで完了するから、データ転送速度は、
細胞一個12ギガとして、10M Byte/Sec ぐらい？
遅いけど小型大容量のメモリとして、バックアップ用にはいいかもしんない。

>>34
マジレスすると君よりもっと知能の低い猿人が
火を使うようになったのがたったの50万年前だ。
君は自分が思っている程馬鹿じゃないよ。

>>54の下のほう
おもしろい。
つか、転送速度（というかコピー速度）けっこう速いな。
シーケンシャルじゃなくてメモリ全域での同時処理だろうから、
当然かも知れんけど。

　　　　　　　　　　_Y_
　 　 　 　 　 　 ｒ'｡∧｡ｙ.
　　　　　　　　　ゝ∨ノ　　　　　　　>>34が糞レス　 　 　 　 　 　 　,,,ｨf...,,,__
　　　　　　　　　 ）~~（ 　 　 　 　 　　　　してている間に　　　_,,.∠/ﾞ`'''t-nヾ￣"'''=ー-.....,,,
　　　　　　　　　,i　　 i, 　 　 　 　 　 　　　　　　　　　　　　　,z'"　　　￣￣　／nﾞﾞ''''ー--...
　　　　　　　　 ,ｉ>　　 <ｉ 　 　 文明はどんどん発達し　 　 r”^ヽ 　　　　　く:::::|::|:::〔〕〔〕
　　　　　　　　 ｉ>　　　<ｉ. 　 　 ていく・・・・・・。　　　　　　入_,..ﾉ ℃ 　　　　￣U￣＿二ﾆ＝
`=.,,ｰ- ...,,,__　 |,ｒ'''"7ヽ､|　 __,,,... -ｰ,,.=' 　 　 　 　 　　　　>ーｚ-,,,...--,‐,‐;;:'''""~
　　~''':x.,,　 ~"|{ G ゝG }|"~　 ,,z:''" 　 　 　 　 　 　 　 　 　　　 ＿＿＿
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kinnmo-

こういう研究してる人ってどういうものを勉強すればなれるんだ？
数学と化学と生物？

>>56
後は細胞を腐らせない工夫なんだが。

家電がインテリジェント化してIPv6 が普及すっと家庭内 LAN が必要になる。
その際は冷蔵庫を家庭内LANのサーバにしようって案があってね。
冷蔵庫って常時電源入ってるから。んで、予想されうる事故としては。

父ちゃんが秘蔵の画像コレクションをコソーリ冷凍室の豚肉にバックアップしたら、
晩飯は酢豚で、晩のオカズになってしまいましたとゆー

字だけ見たらいまいちわからん
モデル見たらなるほどという表現

>>52
製鉄なんか絶対無理。自信ある。

>>60
遺伝子の記憶といえばアサシンクリードだな。もうすぐ2が出るんだっけ

>>59
実験して、発見して、科学する
あとはPC

>>50
俺なんかラーメンを鍋で煮ている間に、レンジで冷凍のオニギリを解凍しておくことさえ思いつかなかったからな。やんなるよ（　・ω・）ｙ─┛〜〜

>>54
塩基配列はATGCで２ビットだから、細胞あたりの容量は800Mbyteくらいだな。
素直にUSBメモリ使ったほうがいいと思うｗ

>>41
CどころかPerlすら使えない奴が計算生物学やってたりするからな。
生物学的に妥当性が低い方程式ひねりまわしてる数学出身者とか
微分方程式すら理解できない生物学出身者がいたりして困るｗ
>>1のマッチングプログラムを書ける研究者なんて
日本には片手で数えるくらいしかいないかも・・orz

>>41
話し分かる奴がいたか・・ｗ。
だいたい、センター試験に欠陥がある。
悪いシステムじゃないがね。時代遅れ。
今の時代プログラム一つ組めない研究者はバカの部類に入ると思う。

たまたま、プログラムを組める（笑）奴が必死だなｗｗｗ

>>66
つまり、ガイアメモリかｗ

>>67
Perlなんて勉強すれば数日もせずに使えそうな気がするが
学生に教えてみるとそうでもないんだよな。
そもそもプログラムくらい独学でやれよと思うｗ
計算生物学の分野で研究者やってて、コーディングを下に投げてる奴とか聞くと
日本は欧米に追いつけるのか疑問を感じるよ。

>>68
オールドタイプ乙
現在の生物学の先端分野では、プログラミング能力は基礎教養ですが。

>>68
「読み、書き、ソロバン」の基礎は変らない。ソロバンがPCに変わっただけ。


今の２０以下は小中からネットがある環境が普通で
ある程度知的水準が高い子は、ネットで動くCGIに興味がいくのは普通。
そこからプログラムの１つは嗜むのが普通だと思うわ。

プログラムを組むと一言で言っても、用途に応じて使う言語・環境を考慮するべき。
例えば、ビットマップエディタを使えば確かに全ての絵を描くことができるが、
普通はそうしないのと同じ。
数学的な計算をやるならC言語を使うよりもMATLAB使った方が有利。
Perlとかあり得ん。

しかしMATLABは４０万ぐらいするだろ？tool kitを含めると百万はかかるし、更新料はかかるし（　・ω・）ｙ─┛〜〜

>>70
C と Perl は文法が毛深すぎて、かえって初心者には向かないと思う。
やってみて意外と初心者にウケがよかったのが LISP。文法も構造も単純だからね。

ナマモノ方面はデータ容量が桁違いにデカいんで、素人が下手に作っても、
応答速度的に使い物にならん気がするんだが。
それよかライブラリを充実させた方が近道じゃね？

それだ！新メニュー｢DNAラーメン｣
遺伝子ラーメンでもいいかもだ

あ、血液型にちなんでＡ型ラーメンとかＢ型ラーメンなんかも売れそうｗ

>>72
いやいや、そこまで使い込んでないがbioperlとか便利だぞ。
使い分けたほうが良いのは同意。

まあC言語を使う必要がある機会はほとんど無いのは確かだが、
他の研究で公開されてるプログラムがCで書かれたりするからなぁ・・
ある程度読む能力は必要だと思う。

編んだ毛糸をほぐして丸めたような
フラクタル

自然造形物でフラクタル図形でないものをさがす方が困難

エヴァ的なものを感じた

やべぇ
私の専門だわ
ヒルベルトじゃないが, ゴスパーの怪物曲線とか研究してたわ
お呼びは, かから...ないよな...

>>73
プログラムを組める人を1人雇うより、よっぽど安いと思うけどなｗ

>>47

思い出した。
包丁人味平が作った縮れた一本麺のラーメン。
あれだな。

つまるところ屋上でキリンが飼えるわけですか？

すごいな。
発現制御とかのインプリントとかの制御が三次元で語られる日も近いのかもな。
明日、原著読もっと。

これ、バクテリアでも誰かやってくれないかな？絶対に似た制御あるよな？

>>70
計算生物学というのはよく知らんが
欧米では研究者とプログラマーがペアで仕事するのはよくある事。

二次元のヒルベルト曲線との類似がどうとか書いてあるけど、
これってどの程度ただしいの？２次元と３次元じゃあ、たとえ
ば曲線のトポロジーなんかえらい違いがでるよね。

これ計算上作れただけで、まだ実際の確認ってされてないんでしょ？

俺が要約してやる。とりやえずＤＮＡやセントラルドグマやらクロマチンの説明は面倒だからそこら辺はググレカス！
ＤＮＡって奴は蛋白質の設計図とその使う量と時期を書いた計画書みたいな物だ。だからた情報を大量に持ってる。
そしてその構造は二本の紐が螺旋状になって一本の長い紐になってる。この情報が詰まった紐の長さは人のＤＮＡで１８０ｃｍくらいだ。
この１８０ｃｍ位の紐が一個の細胞の核にしっかりと収まっているから驚きだ。
この紐を細胞の核中に収納しているんだが、収納しているだけじゃダメだ。実際蛋白質を作らなきゃならんから情報を読みとれるようにしなきゃならん
そしてそれがどうなってやっているか？てのが今回の研究、この収納のされたＤＮＡの状態が丸まった麺のようになってると分かった。
一見このグジャグジャの麺は全然絡まっておらず、いつでも好きな部分取り出せる様になってるってこと。
たとえるならあれだ、あずまんがのゆかり先生の机みたいなもんだ。一見カオスに見えるがとりだしたいものがすぐ取り出せる。
ゆかり先生の机との違いは情報を取り出してもバラバラにならないことと情報量がとてつもなく膨大だってこと
まじＤＮＡすげーよ！

３行に要約してくれ

医学部所属の連中が書いた論文なんて信憑性ゼロだぞ。
あいつら科学的検証法を知らないからな。

一つの仮説としては面白いけど、
ホルムアルデヒドとか、直鎖状時に接合する部位を解く薬剤が、３次元構造に影響を与えることはないの？

こまけーことは気にするなってか

DNAのコーディングと親和性の高いＣコンパイラ　欲しいな・・

>>90
ゲノムを薬剤で処理して
コンピュータにかけたら
立体的な本棚みたいな構造だった

スパゲッティースレ？

要約：人のゲノムはラーメンの麺玉だった。しかもどこ引っ張っても絡まない。

>>70
Perlを覚える自信はあるが、
自分でたいていのソフトを組めるようになった段階で、
他人の書いたソースを読めるようになれる自信がない。

螺旋を逆にしたらどうなるんだろ

何気にすごい結果なんじゃないか？
価値が、DNAの構造解明の２０分の１ぐらいの

神秘に一歩、ちかづいたな

中学生の頃、塾の授業中に、凄い耳クソがとれたことがある。
それこそ、フラクタル構造な、薄い鰹節を丸めたみたいな、伸ばしたらなんぼやねん的な。
あれ、とっときゃよかった。伸ばしたら２メートルはあった。
人間の神秘を我が肉体で実感したひとときだったのに。
DNAより耳クソに神秘を感じた14歳の夜。

これって、再現性はどうよ。
なんどやっても全く同じに折りたたまれるの？
それとも、ちぢれ麺構造はとるけど、近接する配列のペアリングは変わるの？
保存されるペアと、ランダムカップリングされるペアがあると、面白いね。

ゼルゲ〜ノム　ゼルゲ〜ノム♪

日曜の朝、テレ朝から聞こえてくる

それも大ショッカーの仲間か？

フラクタルって結局なんか実際に役に立ってる場面て有るの？

マンデルブロ集合って宇宙の無限を感じさせるね

ヒトゲノムで株は分かる!

マチカネフラクタル

汁がよく絡みそうだな　(´･ω･`)

未だにフラクタルが分からん
何度説明されても分からん

かなら前から言われてただろッ
やっと観測できるようになったのか

なるほど。一筆書き＋３次元＋最小の折りたたみ（ただしほどいたときに結び目ができない）という
制約条件でこうなってるのか。
生物ってすげーな

ｵｯｽ！オラ大発見してしまったぞ
左側の画像は一筆書きだ

>>105
圧縮アルゴリズム

ヒルベルト立体(？)の関数って発見されてるの？

>>86
勉強熱心な学者ならそれでいいが、日本のただそこでふんぞり返ってる
だけの馬鹿だと、２−３年でプログラマに生物学の知識を追い抜かれ
るんじゃね？
よくある、腐れ病院の、座ってるだけ医師＋違法だけど経験豊富で
診断の補助をする古株看護婦みたいな感じ

>>102
塩基情報が壊れちゃうとよそとくっついちゃう事はよくあってそれが病気の原因に
なるらしい。それらを直すタンパクも存在するし、活動するんだけど
人によってはその働きが強かったり強すぎたり弱かったりもするらしい。
あとまあ突然変異とかそういうんでも。活性酸素が一番の原因らしいが。

修復係も居るけど、壊し屋さんも居て、上手に直らないとぶった切って壊しちゃう。
それが細胞の自殺でアポトーシスと呼ばれてる。
これを上手に起こせないのが癌でいくらでも増えちゃう。

んで再現性は、両端についてるテロメアって部分が同じ塩基配列の繰り返しになってて
そこをあわせる事で、ずれが生じないようになってる。
だがその度にテロメアは余り切り取られていくので、それが細胞の寿命回数になる。
人の場合約60回。

ココまでウリナラ起源は出た？

>>116
そうなればプログラムも組めて生物学にも詳しい
優秀な人材が育って目出度いわけだが

>>91
理学部の分子生物屋さんですか。
アカポス無くて可哀想に。

俺は見切りつけて就職で工学に逃げたわ。
人間、判断が大事だぜｗｗｗｗｗｗ

>>106
樹里亞集合とあわせて３Dにしてたのがあたっけ

南斗最後の将・慈母星/ユリア

>>119
日本の研究所がそこまで寛容あると思っているのかｗ？