理化学研究所研究Discovery Saga

理化学研究所（理研）量子コンピュータ研究センター超伝導量子エレクトロニクス研究チームのチャン・チュン・ワイ・サンボ研究員、中村泰信チームディレクターらの共同研究グループは、量子コンピュータの応用において量子ビットの測定効率を大幅に向上させる新方式の「進行波型ジョセフソンパラメトリック増幅器（JTWPA）[1]」を開発しました。本研究成果は、量子コンピュータにおける高精度かつ複数量子ビットの同時...

キーワード：測定誤差/アーキテクチャ/不完全性/最適化/技術進歩/ジョセフソン接合/進行波/超伝導体/非線形/閉じ込め/量子コンピュータ/量子光学/量子情報/量子通信/量子電磁力学/広帯域/超伝導/量子ビット/エッチング/量子センシング/位相整合/共振器/絶縁体/導波路/誘電体/量子エレクトロニクス/ボトルネック/インピーダンス/シミュレーション/シリコン/センシング/トンネル/トンネル効果/マイクロ/マイクロ波/周波数/電磁力/微細構造/量子力学/同時測定/副作用

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発表日：2025年10月18日

三者間量子もつれの根本的な限界を解明

－自然界における有限温度の量子もつれの長年の謎に決着－

理化学研究所（理研）量子コンピュータ研究センター量子複雑性解析理研白眉研究チームの桑原知剛理研白眉研究チームリーダー（開拓研究所桑原量子複雑性解析理研白眉研究チーム理研白眉研究チームリーダー）は、熱平衡状態（有限温度）[1]における量子もつれ[2]の性質について、長年未解決であった「三者間の量子もつれ[3]が長...

キーワード：量子アルゴリズム/コンピューティング/情報量/アルゴリズム/最適化/量子計算/複雑性/ハミルトニアン/エンタングルメント/トポロジー/トポロジカル秩序/低エネルギー励起/熱揺らぎ/閉じ込め/揺らぎ/量子コンピュータ/量子シミュレーション/量子もつれ/量子相関/量子通信/数値シミュレーション/量子ビット/トポロジカル/量子コンピューティング/シミュレーション/極低温/量子効果/量子力学/相互情報量

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発表日：2025年10月13日

細胞増殖法則を80年、180年越しに統一する原理を解明

－複数栄養源の量が変化しても適用可能な代謝理論を構築－

理化学研究所（理研）生命機能科学研究センター多階層生命動態研究チームの山岸純平基礎科学特別研究員と東京科学大学（Science Tokyo）未来社会創成研究院地球生命研究所（ELSI）の畠山哲央特任准教授の共同研究チームは、細胞増殖についてこれまで経験的に知られていた古典的法則の背後にある統一原理を解明しました。これは細胞の増殖・成長が代謝におけるさまざまな資源のやりくりによって制約されるという原理で、一般法則として「大域的制約原理」と名付けました。本研究成果は、生命科学における基礎理論として細胞増殖のメカニズムへのより深い理解をもたらすだけでなく、発酵産業やバイオ燃料生...

キーワード：最適化/化学物質/海洋/微生物群集/統計力学/普遍性/数値計算/グルコース/遺伝情報/生物群集/生産性/モデル生物/発酵/代謝工学/病原菌/資源配分/土壌/バイオ燃料/生態学/微生物/ゲノム情報/ELSI/大腸/がん細胞/システム生物学/バイオテクノロジー/細胞増殖/代謝酵素/大腸菌/ゲノム/細菌/腸内細菌

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発表日：2025年9月21日

新型コロナワクチンの継続的な接種を優先すべきは誰か？

－抗体応答不良の集団特定で接種戦略を最適化、感染拡大・重症化抑制へ－

名古屋大学大学院理学研究科の岩見真吾教授（理化学研究所数理創造研究センター客員研究員）の研究グループは、福島県立医科大学の坪倉正治教授らとの共同研究により、COVID-19 mRNAワクチンの初回2回接種から1回目の追加接種後における血中IgG（S）抗体価の変動を解析し、「耐久型」「脆弱型」「急速低下型」という三つの特徴的な抗体応答パターンが存在することを明らかにしました。詳細は名古...

キーワード：最適化/危機管理/mRNA/ワクチン/抗体/新型コロナウイルス感染症

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発表日：2025年9月9日

宇宙のビッグ・バンを全方位で探る

－「この世の始まり」を新実験sPHENIXで突き止める－

理化学研究所（理研）仁科加速器科学研究センター RHIC物理研究室のチェンウェイ・シー国際プログラム・アソシエイト、糠塚元気基礎科学特別研究員、中川格専任研究員、奈良女子大学研究院自然科学系物理学領域の蜂谷崇准教授らの国際共同研究グループは、10年の開発・建設期間を経てsPHENIX[1]実験の主要検出器の一つである中間飛跡検出器（INTT）を完成させ、2023年からの実験で高エネルギーに加速された...

キーワード：最適化/先端技術/実験計画/カロリメータ/クォーク・グルーオン・プラズマ/原子核/原子衝突/高エネルギー/時間分解/精密測定/閉じ込め/陽子/ノイズ/加速器/素粒子/中性子/内部構造/検出器/放射線検出器/時間分解能/アミン/シナリオ/スピン/センサー/加工精度/原子力/実証実験/超電導/分解能/スギ/放射線

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発表日：2025年9月7日

病原体を見分ける植物のセンサーをデザイン

－免疫受容体を人工設計し新たな病原体の認識を可能に－

理化学研究所（理研）環境資源科学研究センター植物免疫研究グループの白須賢グループディレクター（環境資源科学研究センター副センター長）、ブルーノ・ポクマン・ゴウ基礎科学特別研究員、門田康弘専任研究員らの国際共同研究グループは、植物が病原体からの"危険サイン"を検知するセンサーの役割を持つ免疫受容体[1]をさまざまな種から網羅的に探索する方法を開発しました。さらに、この手法を用いて、多様な細菌を認識する新...

キーワード：パターン認識/プログラミング/最適化/情報学/人工知能（AI）/レジリエンス/環境変動/バクテリア/分子構造/アブラナ科/タンパク質合成/ロイシン/翻訳開始/ブラシノステロイド/共進化/生命情報/質量分析/持続可能/持続可能な開発/センサー/マイクロ/二酸化炭素/EF-Tu/候補遺伝子/インフォマティクス/構造予測/アポプラスト/酸化酵素/部位特異的変異/哺乳類/アブラナ科植物/リン酸/植物ホルモン/植物免疫/病害抵抗性/シロイヌナズナ/トマト/糸状菌/イネ/キメラ/ゲノム編集技術/形質転換/酵素活性/細胞壁/多糖類/抵抗性/土壌/キチン/耐病性/微生物/アミノ酸配列/ロイシンリッチリピート/病原体/免疫系/オミックス/ゲノム情報/タバコ/機能解析/細胞膜/翻訳制御/酵素反応/ショック/ホルモン/発展途上国/分子機構/ゲノム編集/脱リン酸化/アミノ酸/キナーゼ/グルタミン酸/クローニング/クロマトグラフィー/シグナル伝達機構/スクリーニング/ステロイド

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発表日：2025年8月28日

カーボンナノチューブ量子光源を狙い通りにつくる

－次世代量子通信技術の実用化に前進－

理化学研究所（理研）光量子工学研究センター量子オプトエレクトロニクス研究チームの加藤雄一郎チームディレクター（開拓研究所加藤ナノ量子フォトニクス研究室主任研究員）、小澤大知研究員（研究当時、現客員研究員）、開拓研究本部加藤ナノ量子フォトニクス研究室の塩田勇人研修生（研究当時）らの研究チームは、カーボンナノチューブ[1]上に狙った数・位置・波長の...

キーワード：光ファイバー通信/アスペクト/機械学習/最適化/カイラリティ/幾何構造/光検出器/光物性/相関関数/閉じ込め/量子通信/テクトニクス/近赤外/検出器/光化学/2次元物質/ナノ物質/有機分子/材料科学/ファイバー/反応制御/単層カーボンナノチューブ/フォトニクス/位置制御/光通信/赤外光/単一光子/単一光子源/単一分子/発光材料/量子デバイス/ベンゼン/紫外線/原子配列/電子構造/カーボン/光学特性/カーボンナノチューブ/シリコン/ナノメートル/ナノ材料/マイクロ/モデル化/レーザー/極低温/光ファイバー/構造最適化/量子力学/ナノチューブ/技術革新/光イメージング/ナノテクノロジー/近赤外光

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発表日：2025年8月26日

光合成が強光ストレスに応答して膜脂質転換を行う機構を解明

－光合成生物の膜脂質改変技術の開発へ－

光合成生物は、環境ストレスに応答することで、光合成活性を最適化しています。光合成の場であるチラコイド膜においては、強光や低CO2などの環境変化に応じて膜脂質組成が変化することで光合成活性が制御されていると考えられますが、その分子機構については不明です。本研究では、光合成微生物であるシアノバクテリアを用いて、糖脂質の前駆体であるジアシルグリセロール（DAG）をリン脂質の前駆体であるホスファチジン酸（PA）へ変換するDAGキナーゼ（DGK）の変異株を作出し、強光ストレス応答における膜脂質転換の役割について解明しました。dgkA変異株では、強光ストレス下におけるホスファチジルグ...

キーワード：最適化/環境変化/バクテリア/二量体/光化学/シアノバクテリア/チラコイド膜/光化学系I/光化学系II/光合成/前駆体/二酸化炭素/環境ストレス/変異株/微生物/ジアシルグリセロール/糖脂質/膜脂質/分子機構/キナーゼ/ストレス応答/リン脂質/ストレス/脂質

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発表日：2025年8月21日

仮想空間装置の実験で、CO₂が蚊の感覚を研ぎ澄ますことが明らかに

花王株式会社（社長・長谷部佳宏）ヒューマンヘルスケア研究所と国立研究開発法人理化学研究所（理事長・五神真）脳神経科学研究センター知覚神経回路機構研究チームは、蚊に最適化した仮想空間装置を用いた実験により、CO2の存在が蚊の行動に影響を与え、さまざまな視覚情報やにおいに対する反応を強める可能性を明らかにしました。この結果は、蚊に刺されやすい状況を理解する手助けとなり、効果的な対策を考えるための重要な情報になると期待されます。詳細は...

キーワード：仮想空間/最適化/視覚情報/二酸化炭素/脳神経科学/神経科学/神経回路/ヘルスケア

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発表日：2025年8月20日

生体分子モーターの回転駆動機構を原子レベルで解明

－「歪み」と「押し出し」から成る駆動力－

理化学研究所（理研）開拓研究所杉田理論分子科学研究室の杉田有治主任研究員（計算科学研究センター粒子系生物物理研究チームチームプリンシパル）、本橋昌大大学院生リサーチ・アソシエイトらの共同研究グループは、生体内でエネルギー変換を担う分子モーター[1]である「F1-ATPase」の回転機構について、計算機シミュレーションを用いて解析し、原子レベルの「歪（ひず）み」と「押し出し」によっ...

キーワード：データ駆動/スーパーコンピュータ/最適化/自由エネルギー/人工知能（AI）/計算量/分子動力学シミュレーション/計算機シミュレーション/分子構造/一分子観察/高分子/ATP合成/静電相互作用/材料科学/生体分子モーター/結合状態/加水分解/遷移状態/水分解/単一分子/TMD/シミュレーション/ナノスケール/ポリマー/マルチスケール/モーター/モデリング/結晶化/大規模計算/電子顕微鏡/電子顕微鏡法/動力学/分解能/分子シミュレーション/分子動力学/並列計算/生体内/エネルギー変換/好熱菌/リン酸/スギ/ATP合成酵素/MDシミュレーション/クライオ電子顕微鏡/分子モーター/高分解能/細胞膜/アデノシン/ナノマシン/生物物理/動態解析/分子機構/ナノテクノロジー/ATP/アミノ酸/ミトコンドリア/構造変化/高次構造/細胞骨格/生体高分子/生体分子/生体膜/分子動力学計算/立体構造/細菌/脂質

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発表日：2025年8月9日

海洋細菌由来のテルペン合成酵素の機能を解明

－原子レベルでの酵素機能を理解し機能の改変を実現－

理化学研究所（理研）環境資源科学研究センター天然物生合成研究ユニットの高橋俊二ユニットリーダー、藤山敬介訪問研究員（研究当時、現植物化学遺伝学研究チーム基礎科学特別研究員）、髙木海テクニカルスタッフⅠ、ニュー・ノック・クウィン・ヴォ特別研究員（研究当時、現植物ゲノム発現研究チーム研究員）、森田直子テクニカルスタッフⅠ、分子構造解析ユニットの野川俊彦技師の研究チームは、ユニークなドメイン[1]構成を有する海洋細菌Aquimarina spongiae由来の...

キーワード：最適化/人工知能（AI）/先端技術/海洋/水分子/分子構造/二量体/触媒反応/X線結晶解析/結晶解析/X線結晶構造解析/ブラシノステロイド/結晶構造解析/分子進化/触媒作用/持続可能/持続可能な開発/環境負荷/結晶化/構造最適化/生体内/X線結晶構造/カルス/部位特異的変異/テルペン/リン酸/海洋細菌/結晶構造/変異体/技術革新/ホスファターゼ/二次代謝/生合成/生合成遺伝子/生合成酵素/炭化水素/二次代謝産物/微生物/アミノ酸配列/酵素反応/代謝産物/発展途上国/脱リン酸化/アミノ酸/ステロイド/テルペノイド/ラット/環化反応/抗炎症/抗炎症作用/生体分子/生理活性/創薬/天然化合物/天然有機化合物/立体構造/ウイルス/ゲノム/遺伝学/遺伝子/抗がん剤/細菌/真菌

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発表日：2025年7月31日

AIで実現する高解像度銀河シミュレーション

－銀河進化の計算を6カ月短縮し約2カ月で完了－

理化学研究所（理研）数理創造研究センター数理基礎部門の平島敬也基礎科学特別研究員、東京大学大学院理学系研究科の藤井通子准教授、森脇可奈助教、東北公益文科大学公益学部公益学科の平居悠講師、神戸大学大学院理学研究科の斎藤貴之准教授、牧野淳一郎特命教授、マックス・プランク天体物理学研究所のウーリッヒ・フィリップ・ステインワンデル博士研究員、フラットアイアン研究所計算天体物理学センターのシャーリー・ホーグループリーダーの国際共同研究グループは、人工知能（AI）の深層学習[1]...

キーワード：ミリ波/AI/スーパーコンピュータ/ニューラルネットワーク/フレームワーク/画像処理/画像認識/機械学習/最適化/自然言語/自然言語処理/深層学習/人工知能（AI）/言語処理/密度揺らぎ/揺らぎ/生命の起源/サブミリ波/すばる望遠鏡/ダークマター/暗黒物質/宇宙物理学/衛星/化学進化/銀河/銀河形成/銀河系/銀河進化/元素合成/初期宇宙/衝撃波/新星/数値シミュレーション/数値計算/星間物質/星形成/星形成領域/太陽/大質量星/超新星/超新星爆発/超伝導/天体物理学/天文学/分光器/望遠鏡/惑星/矮小銀河/ボトルネック/大規模数値計算/エンジン/シミュレーション/ニューラルネット/フィードバック/モデル化/動力学/分解能/マッピング/層構造/高分解能/妥当性/ラット

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発表日：2025年7月31日

「AI聖徳太子」が複数情報を聞き分け、開発方針を指示

－多様な要求物性の環境低負荷型プラスチック材開発に貢献－

理化学研究所（理研）環境資源科学研究センター環境代謝分析研究チームの藤田凌研修生（研究当時）、天本義史客員研究員、菊地淳チームディレクターの研究チームは、人工知能（AI）を用いて環境低負荷型のプラスチックの材料設計サイクルを高速化する手法を開発しました。本研究成果は、単一の計測から複数情報を抽出することで、多様な物性を要求される環境低負荷型のプラスチック材料開発に貢献するものと期待されます。カーボンニュートラル、サーキュラーエコノミー、ネイチャーポジティブ[1]に向...

キーワード：統計モデル/相関係数/特徴抽出/AI/アルゴリズム/ニューラルネットワーク/機械学習/最適化/情報抽出/畳み込みニューラルネットワーク/信号処理/深層学習/人工知能（AI）/医療機器/完新世/沿岸生態系/温室効果ガス/環境分析/低炭素社会/パルス/原子核/磁気共鳴/複雑系/揺らぎ/ノイズ/ヘリウム/温室効果/気候変動/磁場/超伝導/惑星/構造形成/自己組織/分子ダイナミクス/高分子/ケミカルリサイクル/生分解/カーボンニュートラル/持続可能/低炭素/ボトルネック/紫外線/持続可能な開発/評価手法/材料設計/カーボン/シミュレーション/ダイナミクス/ニューラルネット/プラスチック/ポリマー/マルチスケール/メタン/リサイクル/永久磁石/結晶化/高分子材料/資源循環/自動車/二酸化炭素/二酸化炭素/散逸構造/インフォマティクス/生分解性/生態系/水利用/土地利用/土地利用変化/プランクトン/植物プランクトン/生物多様性/微生物/磁気共鳴画像/組織化/超分子

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発表日：2025年7月31日

1光子で2原子を同時励起する現象を観測

－超伝導量子回路が見せる新しい量子力学現象－

理化学研究所（理研）量子コンピュータ研究センター超伝導量子シミュレーション研究チームの朝永顕成研究員（研究当時）、蔡兆申チームディレクターらの国際共同研究グループは、量子コンピュータへの応用が期待される基本素子である超伝導量子回路を用いて、1光子が2原子を同時励起する現象を観測しました。今回、国際共同研究グループは、超伝導量子回路を用いて作製した二つの人工原子（量子ビット[1]）を、一つの共振器...

キーワード：コンピューティング/最適化/人工知能（AI）/地球科学/量子コンピュータ/量子シミュレーション/量子情報/量子情報処理/エネルギースペクトル/素粒子/スペクトル/超伝導/励起状態/量子ビット/トランジスタ/共振器/量子エレクトロニクス/シミュレーション/周波数/新エネルギー/量子力学/SPECT/生体イメージング

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発表日：2025年7月31日

脳知能の三大理論を統合する三重等価性

－神経回路は外界のアルゴリズムを自律的に模倣する－

理化学研究所（理研）脳神経科学研究センター脳型知能理論研究ユニットの磯村拓哉ユニットリーダーは、あるクラスの神経回路の力学系、統計的推論、チューリングマシン[1]の数理的表現が同値であること、すなわちこれらの概念の間に三重等価性があることを数理解析により明らかにしました。本研究成果は、統計的推論やアルゴリズム的情報処理の神経基盤への理解を進め、ヒトや動物の知性の理解に貢献することが期待されます。生物の知能を特徴付けることは、挑戦的で重要な課題です。しかし、知能情報処理の三大理論で...

キーワード：モデル選択/計算理論/生成モデル/知能情報処理/AI/アルゴリズム/ベイズモデル/計算モデル/最適化/自由エネルギー/情報理論/神経回路モデル/符号化/オートマトン/微分方程式/統計力学/力学系/数値シミュレーション/自己組織/メモリ/シミュレーション/ダイナミクス/シナプス/神経活動/神経生理学/トマト/脳神経科学/組織化/脳科学/ドーパミン/可塑性/神経伝達物質/妥当性/アセチルコリン/シナプス可塑性/セロトニン/ノルアドレナリン/神経科学/神経回路/神経細胞/遺伝子/生理学

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発表日：2025年7月31日

半導体の製造プロセスを“一気通貫”で最適化！AI活用により企業の壁を越えスピーディな性能改善に貢献

名古屋大学未来材料・システム研究所の宇治原徹教授、理化学研究所革新知能統合研究センターの沓掛健太朗客員研究員（現名古屋大学未来材料・システム研究所准教授）、グローバルウェーハズ・ジャパン株式会社の永井勇太参事、アイクリスタル株式会社の髙石将輝代表取締役、関翔太取締役技術統括、ソニーセミコンダクタマニュファクチャリング株式会社の谷川公一主幹技師らの研究グループは、Siウェーハ製造プロセスからCIS製造プロセスまでのデジタルツインを仮想空間上に構築して最適化することで、企業の壁を越えた最適化を実現しました。詳細は...

キーワード：仮想空間/最適化/人工知能（AI）/クリスタル/デジタルツイン/半導体/CIS

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発表日：2025年7月31日

データ駆動型生成AIの限界に迫る

－生成AIで信頼性の高い分子設計を実現する戦略－

横浜市立大学大学院生命医科学研究科生命情報科学研究室の吉澤竜哉さん（博士後期課程1年）、石田祥一特任講師、寺山慧准教授、理化学研究所生命機能科学研究センター制御分子設計研究チームの佐藤朋広研究員、大田雅照上級研究員、本間光貴チームリーダーの研究グループは、生成AIを用いたデータ駆動型分子設計において、AIの予測信頼性を維持しながら複数の特性を同時に最適化するためのフレームワークを開発しました。詳細は...

キーワード：データ駆動/フレームワーク/最適化/人工知能（AI）/生命情報/分子設計

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発表日：2025年7月31日

金星大気を解析する新手法

－Bred Vectorエネルギー方程式による運動メカニズムの解明－

理化学研究所（理研）計算科学研究センターデータ同化研究チームの三好建正チームリーダー（開拓研究本部三好予測科学研究室主任研究員）、リャン・ジェンユウ特別研究員、慶應義塾大学法学部物理学教室の杉本憲彦教授の共同研究チームは、金星大気に初めてBred Vector[1]エネルギー方程式による解析手法を適用し、新たな運動メカニズムを発見しました。本研究成果は、同手法を他のさまざまな惑星大気に適用する可能性を切り開き、惑星大気の運動メカニズムの解明に貢献すると期待されます。金星は地球と大...

キーワード：最適化/海洋/地球温暖化/温室効果/気象学/金星大気/大気循環/大気大循環/地球観測/予測可能性/衛星/金星/数値シミュレーション/太陽/太陽系/大気大循環モデル/地球型惑星/望遠鏡/惑星/惑星大気/惑星探査/太陽光/紫外線/情報提供/熱力学/シミュレーション/シミュレータ/データ同化/モデル化/二酸化炭素/流体力/流体力学/エネルギー変換/スギ/衛星データ/温暖化/レジリエント

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発表日：2025年7月31日

単一アミノ酸分解能かつ網羅的なエピトープ解析法の開発

－抗体を利用する生物学・医学研究の再現性向上のために－

理化学研究所（理研）生命機能科学研究センター合成生物学研究チームの上田泰己チームリーダー（東京大学大学院医学系研究科機能生物学専攻システムズ薬理学教室教授）、松本桂彦客員研究員（東京大学大学院医学系研究科機能生物学専攻システムズ薬理学教室講師）、原田頌子テクニカルスタッフ（研究当時）、吉田将太リサーチアソシエイトらの共同研究グループは、抗体が認識するエピトープ[1]を、単一アミノ酸...

キーワード：スループット/品質評価/GPU/プロトコル/画像処理/最適化/並列化/並列処理/がん研究/ホットスポット/クローン/タンパク質合成/翻訳開始/翻訳終結/tRNA/遺伝情報/診断薬/浸透率/添加剤/分解能/ハイスループット/チロシン水酸化酵素/一細胞/神経活動/線条体/カルス/酸化酵素/哺乳類/病原性/アミノ酸配列/病原体/アミノアシルtRNA/アルギニン/アンチセンス/エピトープ/ゲノムワイド/C-Fos/cDNA/p53/ニューロン/関節/中枢神経/動物モデル/病理/病理学/免疫染色/臨床応用/mRNA/神経伝達物質/モデルマウス/モノクローナル抗体/次世代シーケンサー/自己抗原/自己抗体/多発性硬化症/B細胞/PCR/アミノ酸/がん細胞/がん抑制遺伝子/タンパク質分解/マウス/リウマチ/関節リウマチ/血液/抗原/抗体医薬/合成生物学/自己免疫/自己免疫疾患/疾患モデルマウス/神経変性/神経変性疾患/創薬/転写因子

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