研究者格付けチェック【Nature 論文のアブストラクトはどっち?】

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研究者格付けチェック【Nature 論文のアブストラクトはどっち?】

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新年あけましておめでとうございます! お正月の恒例イベントの1つと言えば、テレビ朝日系列のお正月番組「芸能人格付けチェック」ですね。今回はそのパロディとして「研究者格付けチェック」を行おうと思います!!

お題は Nature 論文のアブストラクト!

これから皆さんには 2 つのアブストラクトを読んでいただきます。そのうち 1 つは2021 年のノーベル化学賞の受賞者でもある一流化学者 David MacMillan 教授の研究室から 2023 年に Nature 誌に報告された以下の一流論文のアブストラクトです。

Wiesenfeldt, M. P.; Rossi-Ashton, J. A.; Perry, I. B.; Diesel, J.; Garry, O. L.; Bartels, F.; Coote, S. C.; Ma, X.; Yeung, C. S.; Bennett, D. J.; MacMillan, D. W. C. General access to cubanes as benzene bioisosteres
Nature 2023, 618, 513–518. DOI: 10.1038/s41586-023-06021-8

対抗するのは、ChatGPT にその論文を読み込ませて書かせた “summary”です。一流の研究者の皆さんなら、Nature 論文のアブストラクトと ChatGPT が書いた summary の違いくらい、分かって当然ですよね?!

では、こちらがその 2 つのアブストラクトです。

A のアブストラクト
The replacement of benzene rings with sp³-hybridized bioisosteres in drug candidates generally improves pharmacokinetic properties while retaining biological activity. Rigid, strained frameworks such as bicyclo[1.1.1]pentane and cubane are particularly well suited as the ring strain imparts high bond strength and thus metabolic stability on their C–H bonds. Cubane is the ideal bioisostere as it provides the closest geometric match to benzene. At present, however, all cubanes in drug design, like almost all benzene bioisosteres, act solely as substitutes for mono- or para-substituted benzene rings. This is owing to the difficulty of accessing 1,3- and 1,2-disubstituted cubane precursors. The adoption of cubane in drug design has been further hindered by the poor compatibility of cross-coupling reactions with the cubane scaffold, owing to a competing metal-catalysed valence isomerization. Here we report expedient routes to 1,3- and 1,2-disubstituted cubane building blocks using a convenient cyclobutadiene precursor and a photolytic C–H carboxylation reaction, respectively. Moreover, we leverage the slow oxidative addition and rapid reductive elimination of copper to develop C–N, C–C(sp3), C–C(sp2) and C–CF3 cross-coupling protocols. Our research enables facile elaboration of all cubane isomers into drug candidates, thus enabling ideal bioisosteric replacement of ortho-, meta– and para-substituted benzenes.

B のアブストラクト
In this work, we set out to remove two major obstacles that have limited the broader adoption of cubanes as benzene bioisosteres: the lack of practical access to nonlinear cubane isomers and the incompatibility of the cubane framework with common cross-coupling chemistry. We developed a concise and scalable synthesis of the 1,3-disubstituted cubane core by designing an easily prepared dihydropyridazine-derived cyclobutadiene precursor and combining photochemical cyclization with quinone-mediated oxidation to assemble the cubane scaffold in a short sequence. In parallel, we established an efficient route to the 1,2-isomer through a light-driven C–H carboxylation of a commercially available 1,4-diester, enabling straightforward access to a substitution pattern that previously required lengthy transformations. Building on these advances, we created a unified copper-mediated metallaphotoredox platform that allows decarboxylative amination, alkylation, arylation, and trifluoromethylation of cubanes. The choice of copper proved crucial in suppressing strain-induced valence isomerization while enabling efficient radical–radical coupling. We show that all major cubane isomers can undergo these transformations and demonstrate the utility of this chemistry through the rapid synthesis of cubane analogues of therapeutically relevant molecules. Early biological evaluation indicates that cubane incorporation maintains or enhances metabolic stability and solubility, highlighting the potential of these scaffolds to expand structure–property space in drug discovery.

選択肢についての補足

結果発表の前にヒントとしてChatGPT に書かせたプロンプトについてお教えします。

今回 ChatGPT には次のお願いを英語でしました。

添付した論文の summary を筆頭著者になったつもりで作成すること
長さは 180-220 words 程度
本物のアブストラクトからはコピーしないこと

大まかにはこれだけです。

一方、David MacMillan 先生についてのご紹介です。UC Irvineで Larry Overman 教授の下で PhD を取得し、Harvard 大学の David Evans 教授の下でポスドクをされました。1998 年から独立して UC Berkeley で研究室を持ち, 2000 年に Caltech へ移動したのちに、2004 年から Princeton 大学へ移られました。David MacMillan 先生は、有機分子触媒 (organocatalyst) や有機光酸化還元触媒 (photoredox catalyst) を用いた有機反応の手法の発展に貢献してきました。2021 年に有機分子触媒の発展を理由にノーベル化学賞を受賞されましたが、有機光酸化還元触媒の功績に関してもノーベル賞候補に挙げられるほどの画期的な成果を次々に報告している、超一流の科学者です。

結果発表ッー!!!

間違って答えを見てしまうことを防ぐために一旦空白を挟みます。

正解は

A 本物
B ChatGPT

でした。

Nature にはアブストラクトのフォーマットがある

簡単すぎたでしょうか? 研究者のなかには Nature や Science といった一流誌に研究成果を掲載することを目標に日々活動している人は多くいることでしょう。そのような一流の研究者の皆さんならば、Nature のアブストラクトの形式ももちろんご存知なので正解できましたよね!?

と、煽ってみたものの、Nature に論文を掲載したことがある研究者はほんの一握りであることは確かで、そもそも「Nature へ投稿しよう! 」と筆者向けのガイドラインに目を通したことがある人も多くはないでしょう。というわけで一流研究者に近づくべく、Nature のアブストラクトのフォーマットについて学習して、一流論文のアブストラクトを分析してみましょう。

以下が Nature 誌のアブストラクトに関するガイドラインです。カッコ内の日本語は、私による日本語訳です。

One or two sentences providing a basic introduction to the field, comprehensible to a scientist in any discipline. (あらゆる分野の科学者が理解できるような、分野への基礎的な導入 1-2 文)

Two to three sentences of more detailed background, comprehensible to scientists in related disciplines. (関連分野の科学者が理解できるような、より詳細な研究背景 2-3 文)

One sentence clearly stating the general problem being addressed by this particular study (本研究が解決する一般的な問題を明示した 1文).

One sentence summarizing the main result (with the words “here we show” or their equivalent). (主要な結果を要約した 1 文, “Here we show” やそれと等価な表現を利用して)

Two or three sentences explaining what the main result reveals in direct comparison to what was thought to be the case previously, or how the main result adds to previous knowledge (以前の研究と比較してどのような知見を明らかにしたか、あるいは従来の知識にどのように付加価値を与えるかを説明した 2-3 文)

One or two sentences to put the results into a more general context. (得られた結果によってもたらされる、より広範な分野への影響を 1-2文)

ではお題の Nature 論文のアブストラクトの各文がどのような役割を果たしているか分析してみましょう。

あらゆる分野の科学者が理解できるような、分野への基礎的な導入
The replacement of benzene rings with sp³-hybridized bioisosteres in drug candidates generally improves pharmacokinetic properties while retaining biological activity.

関連分野の科学者が理解できるような、より詳細な研究背景
Rigid, strained frameworks such as bicyclo[1.1.1]pentane and cubane are particularly well suited as the ring strain imparts high bond strength and thus metabolic stability on their C–H bonds. Cubane is the ideal bioisostere as it provides the closest geometric match to benzene.

本研究が解決する一般的な問題①
At present, however, all cubanes in drug design, like almost all benzene bioisosteres, act solely as substitutes for mono- or para-substituted benzene rings. This is owing to the difficulty of accessing 1,3- and 1,2-disubstituted cubane precursors.

本研究が解決する一般的な問題②
The adoption of cubane in drug design has been further hindered by the poor compatibility of cross-coupling reactions with the cubane scaffold, owing to a competing metal-catalysed valence isomerization.

主要な結果を要約
Here we report expedient routes to 1,3- and 1,2-disubstituted cubane building blocks using a convenient cyclobutadiene precursor and a photolytic C–H carboxylation reaction, respectively. Moreover, we leverage the slow oxidative addition and rapid reductive elimination of copper to develop C–N, C–C(sp3), C–C(sp2) and C–CF3 cross-coupling protocols.

得られた結果によってもたらされる、より広範な分野への影響
Our research enables facile elaboration of all cubane isomers into drug candidates, thus enabling ideal bioisosteric replacement of ortho-, meta– and para-substituted benzenes.

詳細に分析してみたところ、必ずしもガイドラインの文章の内訳と必ずしも一文一役割で対応しているようには見えませんでした。しかし、おおまかなガイドラインの枠組みからは逸れていないことが見えます。大まかなガイドラインの枠組みとは「あらゆる分野の読者にわかる一般的な問題提起から始まり、徐々に専門性を高めて具体的な問題設定をする。鍵となる結果を述べて、最後に本研究の影響を一般的に広げる」ということです。もっと端的に言うと「広い視野から狭めて狭めて、最後にもう一度広げる」という感じです。

では逆に ChatGPT にお願いした Summary の文の要素はどのようになっているでしょうか。少し分析してみます。

本研究が解決する主要な問題
In this work, we set out to remove two major obstacles that have limited the broader adoption of cubanes as benzene bioisosteres: the lack of practical access to nonlinear cubane isomers and the incompatibility of the cubane framework with common cross-coupling chemistry.

結果１
We developed a concise and scalable synthesis of the 1,3-disubstituted cubane core by designing an easily prepared dihydropyridazine-derived cyclobutadiene precursor and combining photochemical cyclization with quinone-mediated oxidation to assemble the cubane scaffold in a short sequence.

結果2
In parallel, we established an efficient route to the 1,2-isomer through a light-driven C–H carboxylation of a commercially available 1,4-diester, enabling straightforward access to a substitution pattern that previously required lengthy transformations.

結果3
Building on these advances, we created a unified copper-mediated metallaphotoredox platform that allows decarboxylative amination, alkylation, arylation, and trifluoromethylation of cubanes. The choice of copper proved crucial in suppressing strain-induced valence isomerization while enabling efficient radical–radical coupling.

得られた結果によってもたらされる、より広範な分野への影響
We show that all major cubane isomers can undergo these transformations and demonstrate the utility of this chemistry through the rapid synthesis of cubane analogues of therapeutically relevant molecules. Early biological evaluation indicates that cubane incorporation maintains or enhances metabolic stability and solubility, highlighting the potential of these scaffolds to expand structure–property space in drug discovery.

一番の違いは、この ChatGPT による要約はいきなり “In this work” という文言から始めて、本研究が解決する具体的な問題について言及していることです。ある程度読者層の分野が決まっている専門誌であればこのような導入方法でも問題ないかもしれませんが、Nature のような一般科学雑誌には不向きな導入と言えるでしょう。なによりガイドラインと沿っていません。分野が与える広範囲な影響を最後に述べているものの、一文目で専門的な話をしてしまうと多くの人が「自分には関係ない」と思って一文目で読むのをやめてしまう可能性があります。

さらに本物のアブストラクトとの違いを挙げると、本物のアブストラクトは研究背景や解決しようとする問題について丁寧に解説していたのに対し、この ChatGPT の要約は結果を詳細に記述しています。ガイドラインによる結果に対する要求は、要約１文とその説明2-3文程度でした。より結果のインパクトを求める一流誌だからこそ、「Wow!!」と読者を驚かせる鍵となる結果だけを述べることが重要になります。結果の詳細をグダグダ述べることは求められていないようです。結果に関するそれぞれの文も、なんとなくブツ切りで個別な文章という感じがして、本物のアブストラクトと比較するとストーリーが見受けられません。

皆さんももう一度、ChatGPT の summary と本物のアブストラクトをご自身の目で見比べてみながら、Nature のガイドラインに沿った一流のアブストラクトを鑑賞してみてください。

ちなみに実はこの記事のダミーの選択肢を作るにあたって、ChatGPT のいくつかプロンプトを試しました。きちんとプロンプトで細かい指示を与えると、それっぽいアブストラクトを ChatGPT も生成してくれます。しかし、今回は Nature のアブストラクトのフォーマットを見抜くという点にクイズの焦点を絞りたかったので、Nature のフォーマットになっていないものをあえてダミーとして採用しました。

Nature フォーマットを利用してアブストラクトを書く訓練をしてみよう

余談ですが、ダミーに「絶対アカン！」という3つ目の選択肢を作る他の方法として、「本物のアブストラクトを見ずに本文だけを読んで、論文を読み始めて 1.5時間以内に私 (大学院生) が自力で作成する」ということも試みていました。その結果、Nature のアブストラクトのフォーマットは知っていたので、ストーリー上は似た感じのアブストラクトが再現されるという現象が起きました。もちろん表現の稚拙さや細かい内容の部分で違いは見られたので、選択肢に加えても難易度は上昇しなかったと思いますが、Nature のフォーマットについて問うクイズのダミーとしては不適かな、と思って選択肢に加えるのをやめました。

ダミー選択肢を自分で作ってみたとき、読んだ論文のアブストラクトをNature のフォーマットで作成してみるということで、論文に対する理解が深まる効果があるのではないかと思いました。やっていることは、「研究者目線からの論文読解を促す抄録フォーマット (ケムステ記事)」と似たことになると思います、さらには Nature の論文を読んで、自力でアブストラクトを作成してみて本物と比較をすることで、アブストラクトを書く訓練にもなりそうだな、と思いました。