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【特集】 第三の生命鎖「糖鎖」を活用・制御するケミカルバイオロジー
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特集にあたって
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戸嶋一敦(慶應義塾大学 理工学部 応用化学科 教授)
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糖鎖を認識する高分子:レクチン
Sugar-binding Protein“Lectin”
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小林夕香((株)J-オイルミルズ 生化学研究所 研究員)
河岸洋和(静岡大学 創造科学技術大学院 教授)
レクチンが発見されて100年以上が経ち,レクチンという用語は生化学および細胞生物学の分野で定着し,多くのレクチンの生体内での役割は未だ定かではないものの,生化学および細胞生物学での研究手段としては一層繁用されるようになった。多くのレクチンが市販され,安易に入手できるようになり,有用な糖鎖プローブとしての地位を確立してきている。
【目次】
1. はじめに
2. レクチンの分類
3. レクチンの生理活性
4. レクチンの糖結合特異性
5. レクチンの活性の測定方法
6. レクチンの利用
7. おわりに
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糖鎖を認識する超分子
Supramolecules as Artificial Lectins
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高橋大介(慶應義塾大学 理工学部 応用化学科 助教)
戸嶋一敦(慶應義塾大学 理工学部 応用化学科 教授)
生体内の糖鎖は,生体高分子である核酸やタンパクと水素結合およびイオン結合等の非共有結合を介して相互作用することにより,様々な生命現象や疾患に関与している。このため,天然型の相互作用を模倣した人工低分子レセプターは,生体内におけるタンパク-糖鎖間相互作用を深く理解するためのモデル分子として利用できるだけでなく,糖鎖の構造活性相関の解明を促進する新たなツール,さらには,糖鎖が密接に関与する疾患をターゲットとした予防,診断,治療薬への応用が期待できることから,現在注目を集めている。本稿では,糖鎖を,非共有結合を介して認識するバイオミメティックな低分子レセプター(超分子)に焦点をあて,最近の報告例を中心に紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. 糖鎖-タンパク(レクチン)間相互作用
3. 非環状型低分子レセプターの創製
4. 環状型低分子レセプターの創製
5. 今後の展望
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糖分子を認識する人工レセプター:ボロン酸
Molecular Receptor for Saccharide Recognition:Boronic Acid
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甲元一也(甲南大学 フロンティアサイエンス学部 生命化学科 准教授)
新海征治(崇城大学 工学部 ナノサイエンス学科 教授)
本稿では,水中で糖分子に含まれるcis-1,2-ジオールや1,3-ジオールと可逆的な共有結合を形成するボロン酸基(-B(OH)2)を利用した人工糖レセプターの分子設計戦略と,リン酸化糖,ウロン酸を含む種々の糖分子に対する人工レセプターの錯化挙動について紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. ボロン酸の特徴
3. ボロン酸基の空間配置と糖分子認識レセプター
4. 回転軸を持つレセプターとそのシグナル増幅機能
5. レクチンとのコンジュゲート
6. おわりに
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糖クラスターの構造と機能
Structure and Function of Glycoclusters
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青山安宏(同志社大学 理工学部 機能分子・生命化学科 生体機能化学研究室 教授)
糖鎖は核酸やタンパク質と同じく生体の情報素子である。しかしながら,構造形成や機能発現の基盤となる糖鎖の相互作用形態は,核酸やタンパク質に比べ,不明な点が多い。ここでは,筆者らが進めてきた単分子糖クラスターを用いる研究から明らかになった糖鎖の“意外な”相互作用(構造形成)能と機能について述べる。
【目次】
1. はじめに
2. 大環状糖クラスター化合物
3. 糖クラスターの多彩な極性相互作用能
4. 糖クラスターの集積挙動とグリコウイルスの生成
5. 遺伝子キャリアとしてのグリコウイルス
6. おわりに
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糖鎖を用いた生体内イメージングとターゲティング
In Vivo Imaging and Targeting by Oligosaccharides and Related Molcules
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田中克典(大阪大学 大学院理学研究科 助教)
深瀬浩一(大阪大学 大学院理学研究科 教授)
本稿では,(1)リポソームを糖鎖の担体とした,シアリルルイスXの炎症やがんの生体内蛍光イメージング,(2)リジン残基への高速標識法の開発を基盤とした,糖タンパク質の陽電子放出崩壊断層撮影(PET)イメージング,および(3)タンパク質への化学的な擬似的翻訳後糖鎖修飾を用いた,人工糖タンパク質による炎症や感染症のターゲティングを紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. 可溶性糖鎖,および糖タンパク質の生体内イメージング
2.1 リポソームを糖鎖の担体とするシアリルルイスXの炎症やがんのインビボ蛍光イメージング
2.2 リジン残基への革新的標識法の開発に基づく糖タンパク質の陽電子放出崩壊断層撮影(PET)イメージング:シアル酸含有糖鎖によるタンパク質の血中内安定性への影響
3. 化学的に糖鎖修飾を施した人工糖タンパク質による炎症や感染症のターゲティング
4. おわりに
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生合成経路を用いたバクテリア細胞壁への分子提示法
Surface Display of Bacteria via a Cell-Wall Biosynthetic Pathway
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貞許礼子(お茶の水女子大学 お茶大アカデミック・プロダクション 特任助教)
【目次】
1. はじめに
2. バクテリア細胞壁とその生合成経路
3. バクテリア細胞壁の生合成に取り込まれる分子の探索
4. 生合成経路から細胞壁に取り込まれているのか
5. 乳酸菌表面への糖鎖提示による基板への接着性付加
6. より汎用性をもたせるために
6.1 化学合成が簡単な化合物ではできないのか
6.2 新しい前駆体誘導体の細胞壁への取り込み
6.3 細菌1個あたりのケトン基の提示数の見積もり
6.4 他の菌株への汎用性
6.5 培地中のグルコース濃度の影響
7. まとめと展望
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標的糖鎖を光分解する生体機能分子の創製
Development of Target-selective Oligosaccharides Photo-degrading Agents
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戸嶋一敦(慶應義塾大学 理工学部 応用化学科 教授)
多様な構造と機能を有し,第三の生命鎖と呼ばれる「糖鎖」。この機能を「理解」し,「活用」する科学技術の開発が精力的に行われている中,人為的に「制御」するための新しい技術が開発された。本稿では,標的とする糖鎖を選択的に光分解することができる人工生体機能分子の創製について紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. 糖鎖を光分解する小分子の発見
3. 分解物の同定と分解機構
4. アントラキノン-レクチンハイブリッド分子による標的糖鎖選択的光分解
5. おわりに
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ライブラリー選択法による糖鎖認識を制御する新規ペプチドの開発
Library Selection of Peptides that Regulate Carbohydrate Recognition
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松原輝彦(慶應義塾大学 理工学部 生命情報学科 講師)
佐藤智典(慶應義塾大学 理工学部 生命情報学科 教授)
ファージ提示法によるランダムライブラリーからの選択手法により,糖鎖ミミックなペプチドリガンドおよび糖鎖認識するペプチドを得ることができた。これらのペプチドはインフルエンザウイルスの感染阻害活性を示すことがわかった。
【目次】
1. はじめに
2. タンパク質-糖鎖間相互作用をペプチドで阻害する
3. インフルエンザウイルスと糖鎖
4. 糖鎖を「模倣(ミミック)」するペプチド
5. 糖鎖を認識するペプチド
6. おわりに
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BIO R&D
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海洋微生物が生産する新規な生理活性物質の探索
Screening of Novel Bioactive Compounds from Marine Microorganisms
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水品善之(神戸学院大学 栄養学部;同大学 大学院食品薬品総合科学研究科 准教授)
全国各地に棲息する野生の海洋生物(海藻・珊瑚・苔など)を無菌的に採集して,そこに寄生している海洋微生物(カビ・細菌など)を分離,培養した。そして,50種類以上の海洋微生物を株化した後,それらを培養した代謝産物からDNA合成酵素阻害活性を指標にスクリーニングを行った。いくつかの菌体に活性を見出したので,活性成分を単離・精製した。化学構造解析の結果,新規物質を高頻度で見出すことができた。このことから,海洋生物に寄生する海洋微生物は未開拓の天然資源であり,新規でかつ有用な生理活性物質の発見が期待できる。
【目次】
1. はじめに
2. 野生の海洋生物に寄生する海洋微生物の分離
3. 菌株の培養とスクリーニング
4. DNA合成酵素(pol)の阻害活性の測定
5. 海洋微生物からpol阻害剤の単離・精製と構造決定
5.1 1-Deoxyrubralactone(1)
5.2 Kasanosin A(2)とKasanosin B(3)
5.3 Hymenoic acid(4)
5.4 Penicilliol A(5)とPenicilliol B(6)
5.5 Trichoderonic acid B(7)
6. 海洋生物から見出した新規物質の生理活性
6.1 polやその他のDNA代謝系酵素に対する阻害活性
6.2 ヒトがん細胞増殖抑制活性
7. 考察
8. 今後の課題
9. おわりに
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トバモウイルスの宿主域が制限されるしくみ
Mechanisms Underlying the Host Range Restriction of Tobamoviruses
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石橋和大((独)農業生物資源研究所 植物・微生物間相互作用研究ユニット 特別研究員)
石川雅之((独)農業生物資源研究所 植物・微生物間相互作用研究ユニット 上級研究員)
ウイルスはそれぞれ決まった生物種(宿主)にだけ感染するが,ウイルスの宿主範囲がどのようにして決まっているのかは,ほとんどわかっていない。筆者らは,ある種のトバモウイルスがトマトに感染できない原因が,ウイルスタンパク質の機能阻害を含む多層的要因にあることを明らかにした。
【目次】
1. はじめに
2. 植物のウイルス抵抗性遺伝子
3. トマトモザイクウイルス抵抗性遺伝子Tm-1
4. ToMV感受性トマトがもつTm-1対立遺伝子tm-1
5. トマトには複数のTMGMV増殖抑制因子が存在する
6. おわりに
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連載:バイオ産業と生物多様性条約解説シリーズ(8)
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特許出願時の出所開示要件にいかに対処すべきか
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森岡 一(CBD-ABS研究会)
【目次】
1. はじめに
2. 関連国際フォーラムにおける出所開示要件の議論
2.1 WIPOフォーラム
2.2 CDBフォーラム
2.3 WTO/TRIPSフォーラム
3. 各国における出所開示要件の現状
4. 中国専利法改正による出所開示要件
5. バイオパイレシーと主張された特許の無効訴訟
6. 特許出願時の出所開示要件への実務対応のありかた
6.1 特許管理上の課題
6.2 特許出願実務の課題
6.2.1 定義問題
6.2.2 生物遺伝資源の出所が不明,不確かなときの取り扱い
6.2.3 罰則
6.2.4 伝統的知識
7. 出所開示要件に関する考察
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BIO PRODUCTS
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カラギーナン
Carrageenan
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【目次】
1. 概要
2. 製法
3. 生産動向
4. 需要動向
5. 価格
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特集にあたって
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戸嶋一敦(慶應義塾大学 理工学部 応用化学科 教授)
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糖鎖を認識する高分子:レクチン
Sugar-binding Protein“Lectin”
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小林夕香((株)J-オイルミルズ 生化学研究所 研究員)
河岸洋和(静岡大学 創造科学技術大学院 教授)
レクチンが発見されて100年以上が経ち,レクチンという用語は生化学および細胞生物学の分野で定着し,多くのレクチンの生体内での役割は未だ定かではないものの,生化学および細胞生物学での研究手段としては一層繁用されるようになった。多くのレクチンが市販され,安易に入手できるようになり,有用な糖鎖プローブとしての地位を確立してきている。
【目次】
1. はじめに
2. レクチンの分類
3. レクチンの生理活性
4. レクチンの糖結合特異性
5. レクチンの活性の測定方法
6. レクチンの利用
7. おわりに
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糖鎖を認識する超分子
Supramolecules as Artificial Lectins
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高橋大介(慶應義塾大学 理工学部 応用化学科 助教)
戸嶋一敦(慶應義塾大学 理工学部 応用化学科 教授)
生体内の糖鎖は,生体高分子である核酸やタンパクと水素結合およびイオン結合等の非共有結合を介して相互作用することにより,様々な生命現象や疾患に関与している。このため,天然型の相互作用を模倣した人工低分子レセプターは,生体内におけるタンパク-糖鎖間相互作用を深く理解するためのモデル分子として利用できるだけでなく,糖鎖の構造活性相関の解明を促進する新たなツール,さらには,糖鎖が密接に関与する疾患をターゲットとした予防,診断,治療薬への応用が期待できることから,現在注目を集めている。本稿では,糖鎖を,非共有結合を介して認識するバイオミメティックな低分子レセプター(超分子)に焦点をあて,最近の報告例を中心に紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. 糖鎖-タンパク(レクチン)間相互作用
3. 非環状型低分子レセプターの創製
4. 環状型低分子レセプターの創製
5. 今後の展望
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糖分子を認識する人工レセプター:ボロン酸
Molecular Receptor for Saccharide Recognition:Boronic Acid
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甲元一也(甲南大学 フロンティアサイエンス学部 生命化学科 准教授)
新海征治(崇城大学 工学部 ナノサイエンス学科 教授)
本稿では,水中で糖分子に含まれるcis-1,2-ジオールや1,3-ジオールと可逆的な共有結合を形成するボロン酸基(-B(OH)2)を利用した人工糖レセプターの分子設計戦略と,リン酸化糖,ウロン酸を含む種々の糖分子に対する人工レセプターの錯化挙動について紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. ボロン酸の特徴
3. ボロン酸基の空間配置と糖分子認識レセプター
4. 回転軸を持つレセプターとそのシグナル増幅機能
5. レクチンとのコンジュゲート
6. おわりに
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糖クラスターの構造と機能
Structure and Function of Glycoclusters
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青山安宏(同志社大学 理工学部 機能分子・生命化学科 生体機能化学研究室 教授)
糖鎖は核酸やタンパク質と同じく生体の情報素子である。しかしながら,構造形成や機能発現の基盤となる糖鎖の相互作用形態は,核酸やタンパク質に比べ,不明な点が多い。ここでは,筆者らが進めてきた単分子糖クラスターを用いる研究から明らかになった糖鎖の“意外な”相互作用(構造形成)能と機能について述べる。
【目次】
1. はじめに
2. 大環状糖クラスター化合物
3. 糖クラスターの多彩な極性相互作用能
4. 糖クラスターの集積挙動とグリコウイルスの生成
5. 遺伝子キャリアとしてのグリコウイルス
6. おわりに
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糖鎖を用いた生体内イメージングとターゲティング
In Vivo Imaging and Targeting by Oligosaccharides and Related Molcules
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田中克典(大阪大学 大学院理学研究科 助教)
深瀬浩一(大阪大学 大学院理学研究科 教授)
本稿では,(1)リポソームを糖鎖の担体とした,シアリルルイスXの炎症やがんの生体内蛍光イメージング,(2)リジン残基への高速標識法の開発を基盤とした,糖タンパク質の陽電子放出崩壊断層撮影(PET)イメージング,および(3)タンパク質への化学的な擬似的翻訳後糖鎖修飾を用いた,人工糖タンパク質による炎症や感染症のターゲティングを紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. 可溶性糖鎖,および糖タンパク質の生体内イメージング
2.1 リポソームを糖鎖の担体とするシアリルルイスXの炎症やがんのインビボ蛍光イメージング
2.2 リジン残基への革新的標識法の開発に基づく糖タンパク質の陽電子放出崩壊断層撮影(PET)イメージング:シアル酸含有糖鎖によるタンパク質の血中内安定性への影響
3. 化学的に糖鎖修飾を施した人工糖タンパク質による炎症や感染症のターゲティング
4. おわりに
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生合成経路を用いたバクテリア細胞壁への分子提示法
Surface Display of Bacteria via a Cell-Wall Biosynthetic Pathway
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貞許礼子(お茶の水女子大学 お茶大アカデミック・プロダクション 特任助教)
【目次】
1. はじめに
2. バクテリア細胞壁とその生合成経路
3. バクテリア細胞壁の生合成に取り込まれる分子の探索
4. 生合成経路から細胞壁に取り込まれているのか
5. 乳酸菌表面への糖鎖提示による基板への接着性付加
6. より汎用性をもたせるために
6.1 化学合成が簡単な化合物ではできないのか
6.2 新しい前駆体誘導体の細胞壁への取り込み
6.3 細菌1個あたりのケトン基の提示数の見積もり
6.4 他の菌株への汎用性
6.5 培地中のグルコース濃度の影響
7. まとめと展望
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標的糖鎖を光分解する生体機能分子の創製
Development of Target-selective Oligosaccharides Photo-degrading Agents
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戸嶋一敦(慶應義塾大学 理工学部 応用化学科 教授)
多様な構造と機能を有し,第三の生命鎖と呼ばれる「糖鎖」。この機能を「理解」し,「活用」する科学技術の開発が精力的に行われている中,人為的に「制御」するための新しい技術が開発された。本稿では,標的とする糖鎖を選択的に光分解することができる人工生体機能分子の創製について紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. 糖鎖を光分解する小分子の発見
3. 分解物の同定と分解機構
4. アントラキノン-レクチンハイブリッド分子による標的糖鎖選択的光分解
5. おわりに
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ライブラリー選択法による糖鎖認識を制御する新規ペプチドの開発
Library Selection of Peptides that Regulate Carbohydrate Recognition
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松原輝彦(慶應義塾大学 理工学部 生命情報学科 講師)
佐藤智典(慶應義塾大学 理工学部 生命情報学科 教授)
ファージ提示法によるランダムライブラリーからの選択手法により,糖鎖ミミックなペプチドリガンドおよび糖鎖認識するペプチドを得ることができた。これらのペプチドはインフルエンザウイルスの感染阻害活性を示すことがわかった。
【目次】
1. はじめに
2. タンパク質-糖鎖間相互作用をペプチドで阻害する
3. インフルエンザウイルスと糖鎖
4. 糖鎖を「模倣(ミミック)」するペプチド
5. 糖鎖を認識するペプチド
6. おわりに
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BIO R&D
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海洋微生物が生産する新規な生理活性物質の探索
Screening of Novel Bioactive Compounds from Marine Microorganisms
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水品善之(神戸学院大学 栄養学部;同大学 大学院食品薬品総合科学研究科 准教授)
全国各地に棲息する野生の海洋生物(海藻・珊瑚・苔など)を無菌的に採集して,そこに寄生している海洋微生物(カビ・細菌など)を分離,培養した。そして,50種類以上の海洋微生物を株化した後,それらを培養した代謝産物からDNA合成酵素阻害活性を指標にスクリーニングを行った。いくつかの菌体に活性を見出したので,活性成分を単離・精製した。化学構造解析の結果,新規物質を高頻度で見出すことができた。このことから,海洋生物に寄生する海洋微生物は未開拓の天然資源であり,新規でかつ有用な生理活性物質の発見が期待できる。
【目次】
1. はじめに
2. 野生の海洋生物に寄生する海洋微生物の分離
3. 菌株の培養とスクリーニング
4. DNA合成酵素(pol)の阻害活性の測定
5. 海洋微生物からpol阻害剤の単離・精製と構造決定
5.1 1-Deoxyrubralactone(1)
5.2 Kasanosin A(2)とKasanosin B(3)
5.3 Hymenoic acid(4)
5.4 Penicilliol A(5)とPenicilliol B(6)
5.5 Trichoderonic acid B(7)
6. 海洋生物から見出した新規物質の生理活性
6.1 polやその他のDNA代謝系酵素に対する阻害活性
6.2 ヒトがん細胞増殖抑制活性
7. 考察
8. 今後の課題
9. おわりに
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トバモウイルスの宿主域が制限されるしくみ
Mechanisms Underlying the Host Range Restriction of Tobamoviruses
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石橋和大((独)農業生物資源研究所 植物・微生物間相互作用研究ユニット 特別研究員)
石川雅之((独)農業生物資源研究所 植物・微生物間相互作用研究ユニット 上級研究員)
ウイルスはそれぞれ決まった生物種(宿主)にだけ感染するが,ウイルスの宿主範囲がどのようにして決まっているのかは,ほとんどわかっていない。筆者らは,ある種のトバモウイルスがトマトに感染できない原因が,ウイルスタンパク質の機能阻害を含む多層的要因にあることを明らかにした。
【目次】
1. はじめに
2. 植物のウイルス抵抗性遺伝子
3. トマトモザイクウイルス抵抗性遺伝子Tm-1
4. ToMV感受性トマトがもつTm-1対立遺伝子tm-1
5. トマトには複数のTMGMV増殖抑制因子が存在する
6. おわりに
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連載:バイオ産業と生物多様性条約解説シリーズ(8)
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特許出願時の出所開示要件にいかに対処すべきか
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森岡 一(CBD-ABS研究会)
【目次】
1. はじめに
2. 関連国際フォーラムにおける出所開示要件の議論
2.1 WIPOフォーラム
2.2 CDBフォーラム
2.3 WTO/TRIPSフォーラム
3. 各国における出所開示要件の現状
4. 中国専利法改正による出所開示要件
5. バイオパイレシーと主張された特許の無効訴訟
6. 特許出願時の出所開示要件への実務対応のありかた
6.1 特許管理上の課題
6.2 特許出願実務の課題
6.2.1 定義問題
6.2.2 生物遺伝資源の出所が不明,不確かなときの取り扱い
6.2.3 罰則
6.2.4 伝統的知識
7. 出所開示要件に関する考察
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BIO PRODUCTS
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カラギーナン
Carrageenan
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【目次】
1. 概要
2. 製法
3. 生産動向
4. 需要動向
5. 価格
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