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April 20, 2022

体内の嗅覚受容体は病気を嗅ぎ分けるのに役立つかもしれない。Science dailyより

Smell receptors in the body could help sniff out disease

https://www.sciencedaily.com/releases/2018/07/180712100214.htm

体内の嗅覚受容体は病気を嗅ぎ分けるのに役立つかもしれない

Olfactory cells found throughout the body may help or harm depending on location

体全体にある嗅覚細胞は、場所によって役に立ったり害を及ぼしたりすることがある

Full Story

A review of more than 200 studies reveals that olfactory receptors -- proteins that bind to odors that aid the sense of smell -- perform a wide range of mostly unknown functions outside the nose. The function of extra-nasal olfactory receptors has the potential to be used in the diagnosis and treatment of health conditions such as cancer. The article is published in the July issue of Physiological Reviews.

200以上の研究のレビューでは、嗅覚受容体(嗅覚を助ける匂いに結合するタンパク質)が鼻の外でほとんど未知の幅広い機能を実行することが明らかになりました。鼻腔外の嗅覚受容体の機能は、がんなどの健康状態の診断および治療に使用される可能性がある。この記事は、生理学的レビューの7月号に掲載されています。

Olfactory, or smell, receptors were originally thought to be only in the sensory nerve cells (neurons) of nasal cavity tissues. However, more recent and extensive study suggests that the receptors "occur in nearly the entire human body, [and] they appear to be substantially more functionally important than previously suggested," researchers from Ruhr-University Bochum in Germany wrote. In addition to the receptors playing a major role in the sense of smell, "several essential physiological and pathophysiological processes have been described as targeted by human [olfactory receptors], including path finding, cell growth, [cell death], migration and secretion."

嗅覚、または匂い、受容体はもともと鼻腔組織の感覚神経細胞(ニューロン)にのみ存在すると考えられていました。しかし、より最近の広範な研究は、受容体が「人体のほぼ全域で発生し、以前に示唆されていたよりも機能的にかなり重要であるように見える」ことを示唆していると、ドイツのルール大学ボーフムの研究者は書いている。嗅覚において主要な役割を果たす受容体に加えて、「経路探索、細胞増殖、[細胞死]、[遊走および分泌]を含む、いくつかの重要な生理学的および病態生理学的プロセスがヒト[嗅覚受容体]によって標的とされていると記載されている。

The research team summarized the location and purpose of certain types of olfactory receptors, including those that may be beneficial to general health:

研究チームは 総合的な健康状態に有益と思われるものを含む、ある種の嗅覚受容体の位置と目的についてまとめています。

*Receptors present in heart muscle cells may be a metabolic regulator of heart function.

心筋細胞にある受容体は、心臓機能の代謝調節因子である可能性があります

metabolic regulator 代謝因子

*Receptors activated in the immune system have been seen to promote the death of certain types of leukemia cells.

*免疫系で活性化された受容体は、特定タイプの白血病細胞の細胞死を促進することが分かっている。

*Smell receptors in the liver reduce the spread of liver cancer cells.

肝臓にある嗅覚受容体は、肝臓がん細胞の転移を抑制します。

*Receptors in the skin increase the regeneration of skin cells and help speed wound healing.

*皮膚にある受容体は、皮膚細胞の再生を促進し、創傷治癒を早めます。

The review also reveals ways in which olfactory receptors may affect the development of disease, including:

このレビューでは、嗅覚受容体が病気の発生に影響を与える可能性がある方法も明らかにしています。

*Receptors concentrated in the prostate tissue, especially in men with prostate cancer, contribute to the reduction or progression of the disease.

*前立腺組織に集中する受容体は、特に前立腺癌の男性において、疾患の軽減または進行に寄与する。

*Receptors in the colon may reduce the growth of colon cancer cells.

*大腸にある受容体は、大腸がん細胞の増殖を抑える可能性がある。

*Receptors in the digestive tract may cause chronic diarrhea or constipation but may

消化管にある受容体は、慢性的な下痢や便秘を引き起こす可能性があるが、消化の改善に寄与する可能性もある。

The existence of olfactory receptors outside the nose -- either positive or negative -- plays an important role in disease progression and physiological function but is not yet fully understood. Their role as a possible biomarker for disease requires more research, the authors said. Study "must be expanded to develop promising clinical strategies in the future," the researchers wrote.

鼻以外に存在する嗅覚受容体は、(ポジティブまたはネガティブ)の存在は、疾患の進行や生理機能に重要な役割を果たすが、まだ十分に理解されていない。疾患のバイオマーカーとしての役割は、さらなる研究が必要であると著者らは述べている。研究者らは、「将来、有望な臨床戦略を開発するために、研究を拡大する必要がある」と書いている。

考えたこと

嗅覚受容体は、(ポジティブまたはネガティブ)の存在のことを読んで、Medicine Hands Massage Therapy for People with Cancerに出てくるがん遺伝子のことを思い出し紹介します。
がん遺伝子にもポジティブまたはネガティブがあります。

尚、本にはマッサージによってがんは転移しないと記載されています。

*Proto-oncogene がん原遺伝子

Proto-oncogene、which control growth and tissue repair. The defective version of these genes are known as oncogenes. Their expression results in excessive cell proliferationMutation within control genes also cause failure of cell’s regulatory system that induce apoptosis (programed cell death) when cell senses it cannot repair damage to its own DNA

がん原遺伝子、増殖と組織修復を制御します。これらの遺伝子の欠陥バージョンは、がん遺伝子として知られている。それらの発現は過剰な細胞増殖をもたらす。また、また、制御遺伝子に変異があると、細胞が自身のDNAの損傷を修復できないと判断したときに、アポトーシス(プログラムされた細胞死)を誘導する制御システムに障害が発生します。

oncogene がん遺伝子

*Tumor suppress genes がん抑制遺伝子

Tumor suppress genes normally regulate cell growth in an measured fashion; they stifle tumor growth acting a braking system that halts inappropriate growth. When they are inactivated by mutation, uncontrolled cell cell proliferation is allowed to go unchecked.

がん抑制遺伝子は、通常、細胞増殖を慎重な方法で制御しています。腫瘍抑制遺伝子は、腫瘍の増殖を抑制し、不適切な増殖を停止させるブレーキシステムとして機能します。突然変異によって不活性化されると、無秩序な細胞増殖が許容されるようになる。

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April 14, 2022

植物生物音響学(植物が発する音波と一致する周波数の音波にのみ反応)

Plant bioacoustics

植物生物音響学


From Wikipedia, the free encyclopedia
https://en.wikipedia.org/wiki/Plant_bioacoustics

Plant bioacoustics refers to the creation of sound waves by plants. Measured sound emissions by plants as well as differential germination rates, growth rates and behavioral modifications in response to sound are well documented.[1] Plants detect neighbors by means other than well-established communicative signals including volatile chemicals, light detection, direct contact and root signaling.[2][3][4] Because sound waves travel efficiently through soil and can be produced with minimal energy expenditure, plants may use sound as a means for interpreting their environment and surroundings. Preliminary evidence supports that plants create sound in root tips when cell walls break.[5] Because plant roots respond only to sound waves at frequencies which match waves emitted by the plants themselves, it is likely that plants can receive and transduce sound vibrations into signals to elicit behavioral modifications as a form of below ground communication.[6]

植物生物音響学は、植物による音波の生成を指す。植物によって測定された音の放射、ならびに音に応答した異なる発芽率、成長率および行動変化は十分に文書化されている。[1]植物は、揮発性化学物質、光検出、直接接触および根シグナル伝達を含む、十分に確立された通信信号以外の手段によって近隣植物を検出する。[2][3][4]音波は土壌中を効率よく伝わり、最小限のエネルギー消費で生成できるため、植物は環境を解釈する手段として音を使用する可能性がある。予備的証拠は、細胞壁が壊れると植物が根の先端に音を作り出すことを裏付けています。[5] 植物の根は、植物自身が発する音波と一致する周波数の音波にのみ反応するため、植物は音の振動を受信して信号に変換し、地下通信の一形態として行動の変化を誘発することができる可能性が高いです。。[6]

Bioacoustics 生物音響学
germination 発芽

Buzz pollination, or sonication, serves as an example of a behavioral response to specific frequencies of vibrations in plants. Some 2000 plants species, including Dodecatheon and Heliamphora have evolved buzz pollination in which they release pollen from anthers only when vibrated at a certain frequency created exclusively by bee flight muscles. The vibrations cause pollen granules to gain kinetic energy and escape from pores in the anthers.[7]

バズ受粉、または超音波処理は、植物における振動の特定の周波数に対する行動応答の例として役立つ。ドデカテオン(サクラソウ)やヘリアンフォラ(食中植物)を含む約2000種の植物は、ミツバチのミツバチ飛翔筋のみよって作りだされる特定の周波数でのみ葯(やく)から花粉を放出するバズ受粉を進化させました。この振動によって、花粉粒は運動エネルギーを得て、葯の孔から脱出する[7]。

buzz pollination:バズ(振動)受粉.
sonication 超音波処理
Dodecatheonドデカテオン(サクラソウ科)原産北アメリカ西部
Heliamphora ヘリアンフォラ
ヘリアンフォラ属 Heliamphora はサラセニア科に所属する植物の1属である。口が大きく開いた筒状の葉を付ける食虫植物であり、その点でサラセニアによく似るが、蓋がごく小さいのが特徴である。南アメリカ北部にあるギアナ高地のみに分布し、多くの種が知られる。ウィキペディア

anther:葯【やく】

葯【やく】おしべの一部で,ふつう花糸の先端に生じ,花粉形成が行われる袋状の部分。中に花粉を生じる花粉嚢2個からなる葯胞が2個集まって1個の葯ができる。 百科事典マイペディア「葯」の解説

bee flight muscles ミツバチ飛翔筋

Similar to buzz pollination, there's a species of evening primrose that has shown to respond to bee wing beats and sounds of similar frequencies by producing sweeter nectar. Oenothera drummondii (beach evening primrose) is a perennial subshrub native to the Southeastern United States, but has become naturalized on almost every continent.[8] The plant grows among coastal dunes and sandy environments. It has been discovered that O. drummondii flowers produce significantly sweeter nectar within three minutes when exposed to bee wingbeats and artificial sounds containing similar frequencies.[9] A possibility for this behavior is the fact that if the plant can sense when a pollinator is nearby, there is a high probability another pollinator will be in the area momentarily.

バズ(振動)受粉と同様に、ハチの羽音や同じような周波数の音に反応して、より甘い蜜を作ることが分かっている月見草の一種がある。Oenothera drummondii(海岸月見草)は、米国南東部原産の多年生亜低木ですが、ほとんどすべての大陸に帰化しています[8]。この植物は、海岸砂丘や砂地の間で生育します。O. drummondiiの花は、ハチの羽音と同様の周波数を含む人工音にさらされると、3分以内にかなり甘い蜜を作ることが発見された[9]。この行動の可能性としては、受粉媒介者が近くにいることを植物が感知できれば、別の受粉媒介者が瞬間的にその場所にいる可能性が高いということが考えられる

evening primrose 月見草
Oenothera drummondii マツヨイグサ属の花
pollinators 授粉媒介者

In order to increase the chance of pollination, nectar with a higher sugar concentration is produced. It has been hypothesized that the flower serves as the “ear” which contains mechanoreceptors on the plasma membranes of the cells to detect mechanical vibration.[9] A possible mechanism behind this is the activation of mechanoreceptors by sound waves, which causes a flux of Ca2+ into the plant cell causing it to depolarize[10] Because of the specific frequencies produced by the pollinators’ wings, perhaps only a distinct amount of Ca2+ enters the cell, which would ultimately determine the plant hormones and expression of genes involved in the downstream effect.

受粉の機会を増やすために、糖分濃度の高い蜜が作られる。花は「耳」として機能しており、細胞の細胞膜には機械振動を感知する機械受容器が存在する[9]。その背後にあるメカニズムとして、考えられることは音波によって機械受容器が活性化し、植物細胞内にCa2+が流入して細胞が脱分極する[10]。受粉媒介者の羽が発する特定の周波数のため、おそらく明確な量のCa2+だけが細胞に入り、それが最終的に植物ホルモンや下流効果に関わる遺伝子の発現を決定することになるのだろう。

mechanical vibration 機械振動
plasma membranes 原形質膜
mechanoreceptor;機械受容器
機械受容器(きかいじゅようき、mechanoreceptor)は、機械刺激をうけて最終的に求心性インパルスの発生をひきおこす受容器の総称である。触覚・聴覚・重力覚・平衡覚・圧覚・張力覚・振動覚などに関する受容器が該当する。ウィキペディア
depolarize 脱分極
down-stream effect 下流効果

Research has shown that there is a calmodulin-like gene that could be a sensor of Ca2+ concentrations in cells, therefore amounts of Ca2+ in a plant cell could have substantial effects over the response of a stimuli.[11]Due to the hormones and genes expressed in the petals of the flower, the transport of sugar into the nectar was increased by about 20%, giving it a higher concentration than compared to the nectar of flowers that were exposed to higher frequencies or no sound at all.[9]An LDV (Laser Doppler vibrometer) was used to determine if the recordings would result in vibration of the petals. Petal velocity was shown in response to a honey bee and moth sound signal as well as low frequency feedbacks, but not high frequency feedbacks.[9]

研究によると、細胞内のCa2+濃度のセンサーとなり得るカルモジュリン様遺伝子が存在することが分かっており、植物細胞内のCa2+量が刺激に対する反応に大きな影響を与える可能性があることが分かっている。[11]花弁に発現したホルモンと遺伝子により、蜜への糖の輸送が約20%増加し、より高い周波数にさらされたかまったく音が聞こえなかった花の蜜と比較して、より高濃度になった[9]。LDV(レーザードップラー振動計)を使って、録音によって花びらの振動が起こるかどうかを調べました。花弁の速度は、ミツバチと蛾の音信号への応答と低周波のフィードバックが示されたが、高周波のフィードバックは示されなかった[9]。

calmodulin-カルモジュリン

Plants emit audio acoustic emissions between 10?240 Hz as well as ultrasonic acoustic emissions (UAE) within 20?300 kHz. Evidence for plant mechanosensory abilities are shown when roots are subjected to unidirectional 220 Hz sound and subsequently grow in the direction of the vibration source.[6] Using electrograph vibrational detection, structured sound wave emissions were detected along the elongation zone of root tips of corn plants in the form of loud and frequent clicks.When plants are isolated from contact, chemical, and light signal exchange with neighboring plants they are still able to sense their neighbors and detect relatives through alternative mechanisms, among which sound vibrations could play an important role. Furthermore, ultrasonic acoustic emissions (UAE) have been detected in a range of different plants which result from collapsing water columns under high tension.[13] UAE studies show different frequencies of sound emissions based on whether or not drought conditions are present. Whether or not UAE are used by plants as a communication mechanism is not known.[14]

植物は10-240Hzの音声アコースティック・エミッショと20-300kHzの超音波アコースティック・エミッショ(UAE)を放射する。植物の機械受容能力の証拠は、根が一方向性の220Hzの音にさらされ、その後、振動源の方向に成長したときに示される。エレクトロノグラフの振動検出器を用いて、トウモロコシ植物の根先の伸長域 に沿って、大きくて頻繁なクリックの形で構造化された音波放射が検出された。植物が近隣植物との接触、化学、および光信号交換から隔離されているとき、彼らはまだ近隣植物を感知し、代替メカニズムを通して類縁植物を検出することができ、その中で音の振動が重要な役割を果たす可能性があります。さらに、超音波アコースティック・エミッショ(UAE)は、高張力下での導管の水柱崩壊に起因するさまざまな植物の範囲で検出されています[13]。 超音波アコースティック・エミッショ(UAE)は、干ばつ状態が存在するかどうかに基づいて音の放射の周波数が異なることを示している[13]。超音波アコースティック・エミッショ(UAE)が通信メカニズムとして植物によって使用されているかどうかは不明である[1]。14]

ultrasonic acoustic emissions 超音波アコースティックエミッション(UAE)法
mechanosensory 機械受容

エレクトロノグラフ
光の微弱な天体の直接像やスペクトルなどの二次元画像検出を行うための装置。天体画像を光電面に結像させ,光電子に変換して電子像を得る
百科事典マイペディア「エレクトロノグラフ」の解説

vibrational detection 振動検出器
elongation zone 伸長域

Although the explicit mechanisms through which sound emissions are created and detected in plants are not known, there are theories which shed light on possible mechanisms.Mechanical vibrations caused by charged cell membranes and walls is a leading hypothesis for acoustic emission generation. Myosins and other mechanochemical enzymes which use chemical energy in the form of ATP to produce mechanical vibrations in cells may also contribute to sound wave generation in plant cells. These mechanisms may lead to overall nanomechanical oscillations of cytoskeletal components, which can generate both low and high frequency vibrations.[6]

植物で音の放射が生成され、検出される明確なメカニズムはわかっていないが、その可能性を示す理論はある。帯電した細胞膜や細胞壁によって引き起こされる機械的振動は、アコースティックエミッション発生メカニズムの有力な仮説である。ミオシンおよび他のメカノケミカル酵素は、ATPという化学エネルギーを使って細胞に機械的振動を与えるが、植物細胞における音波の発生にも寄与している可能性がある。これらのメカニズムは、 細胞骨格成分の全体的なナノ機械共振器につながり、低周波と高周波の両方の振動を発生させることができる可能性がある[6]。

mechanochemical enzymes:メカノケミカル酵素
nanomechanical oscillations ナノ機械共振器
cytoskeletal component 細胞骨格成分

用語

Bioacoustics 生物音響学を調べていたときに見つけた本。

『生き物と音の事典』のなかの植物に関する項目紹介
http://bacoust.org/?page_id=1423

第8章 昆虫類ほか
8-1 昆虫の発音 高梨琢磨
8-2 昆虫の音と振動の受容器 高梨琢磨
8-33 植物と動物の音や振動による相互作用 山尾 僚
8-34 植物の機械感覚 飯田秀利
8-35 植物のアコースティック・エミッション 蔭山健介

バズ受粉 - ASIANPROFILE.WIKI
https://www.asianprofile.wiki/wiki/Buzz-pollination

バズ受粉または超音波処理は、葯によって多かれ少なかれしっかりと保持されている花粉を放出するために、孤独なミツバチなどの一部のミツバチによって使用される技術です。[1]バズ受粉した植物種の葯は通常管状で、一端にのみ開口部があり、内部の花粉は滑らかにきめがあり、しっかりと付着しています。トマトなどの自家受粉植物では、風が葯の毛穴から花粉を振り落とし、受粉を達成するのに十分な場合があります。ミツバチの訪問も花粉をゆるめる可能性がありますが、これらの植物のより効率的な受粉は、超音波処理を専門とするいくつかの昆虫種によって達成されますまたはバズ受粉。[2]

花粉を放出するために、孤独なミツバチは花をつかんで飛翔筋を急速に動かし、花と葯を振動させて花粉を取り除きます。振動を伴う受粉はバズ受粉と呼ばれます。ミツバチはバズ受粉を行うことができません。[2]世界の花の約9%は、主にバズ受粉を使用して受粉されます。[3]

Oenothera drummondiiを調べていた時に見つけた記事
虫の羽音を聞く植物を発見、「耳」は花、研究
マツヨイグサ
https://natgeo.nikkeibp.co.jp/atcl/news/19/011700040/

ハチの羽音を聞いて3分で蜜の糖度が上昇、授粉を有利に

ハダニー氏の研究チームがマツヨイグサ属の花(Oenothera drummondii)を使って実験したところ、花粉を媒介するハチの羽の振動を感じ取ってから数分のうちに、蜜の糖度が一時的に高くなったことがわかった。つまり、花が耳の役割をもち、ハチの羽音の特定の周波数だけを拾って、風などの関係ない音を無視していた

機械受容
https://www.biophys.jp/highschool/C-32.html

「生物で起こる機械信号から化学信号への情報変換」
■背景
 センサー(sensor)という言葉を聞いたことがあると思います。一般に、センサーは、何らかの物理的情報を感知して、別の情報へと変換する要素のことを言います。例えば、カラオケで手にするマイクは音を電気信号に変換する音センサーです。温度計や光量計もそれぞれ温度センサー、光センサーと言えます。 細胞にも様々なセンサーがあり、生体の成長や健康の維持に重要な役割を果たしています。2012年のノーベル化学賞では、ホルモンや神経伝達物資、光、においなどの細胞センサー(Gタンパク質共役受容体)が受賞対象となりました。昨今の研究から、Gタンパク質共役受容体とは限らない新しいタイプの細胞センサーとして、力(ちから)のセンサー(メカノセンサー・mechanosensor, mechanoreceptor)が存在しており(図1)、やはり生命にとって重要な役割を果たしていることが明らかになっています。
 「機械受容」【対応する英語としてはmechanoreception、もしくは(直訳すると「力変換」ですが)メカノトランスダクション・mechanotransduction、あるいは機械的刺激を知覚することからメカノセンシング・mechanosensingなどの言葉が使われます】とは、そのようなメカノセンサーが果たす役割そのもの、つまり機械的(力学的・mechano-)情報を生化学的情報(イオンチャネルの開閉、酵素活性の制御、タンパク質との結合の調整など)に変換すること、あるいはメカノセンサーを使って細胞が自らに負荷された「力」に応答する過程全体を指す言葉です。

カルモジュリン
https://bsd.neuroinf.jp/wiki/%E3%82%AB%E3%83%AB%E3%83%A2%E3%82%B8%E3%83%A5%E3%83%AA%E3%83%B3

カルモジュリンは148アミノ酸残基、分子量約16.7kDa、酸性のCa2++結合タンパク質であり、それぞれ2つのEFハンドドメインからなるN末側ドメインとC末側ドメインがリンカーでつながったダンベル様構造をしている。カルモジュリンは、酵母、植物、昆虫からヒトまで真核生物に発現しており、特に脊椎動物の中では高い保存性を示す。Ca2+と結合することで、Ca2+バッファーとして働くほか、下流のタンパク質に結合して活性などを調節し、Ca2+センサーとしてCa2+シグナル伝達の中でも非常に重要な役割を果たす。特に脳においては、Ca2+シグナル伝達をコントロールする中心的な役割を担い、神経突起形成、軸索伸展、シナプス形成、シナプス可塑性、記憶・学習など様々な機能に関わる。

アコースティック・エミッションとは
http://web.tuat.ac.jp/~biomtrl/news/aemore/aemore.html

アコースティック・エミッション(acoustic emission, AE)は、材料の亀裂の発生や進展などの破壊に伴って発生する弾性波(振動、音波)で、地震も地球規模のAEと考えることができる。木材が折れる時の「ポキッ」という音もAEであるが、この音が聞こえる前から超音波領域(周波数20kHz以上)でのAEが発生することが知られていた。近年の超音波技法の進歩に伴いAEを用いて破壊の情報を知ろうとする計測の技術が確立された。

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