ミトコンドリアの機能と類似性を持つ巨大細菌Epulopiscium viviparusの全ゲノム解析

Epulopiscium属の最初のメンバーは1985年に発見されました。この属の全メンバーは、熱帯海洋のサンゴ礁環境、例えばグレートバリアリーフや紅海に生息する特定のカクレクマノミの腸内に共生しています。

「その巨大なサイズのために、科学者たちは当初、それが何らかの異なるタイプの原生動物だと信じていました。Epulopisciumの名前は、ラテン語の根、epulo（客の意味）とpiscium（魚の意味）から来ています。ほとんどの細菌が自分自身を半分に分けて2つの子孫を作るのに対し、E. viviparusは最大で12個の自己複製を作成し、親細胞内で成長し、その後、活動的で泳ぐ （viviparusは『生まれながらにして生きる』を意味する）」と、アンガート博士は言いました。

これらの巨大細菌の研究には、それらが生息する魚を捕獲し、細胞を保存するか、できるだけ迅速かつ慎重にDNAやRNAを抽出することが求められます」とアンガート博士は言います。彼女は数十年にわたり、オーストラリアのリザードアイランド研究ステーションの魚類生物学者と協力して、サンプルを収集し研究してきました。

研究者らは、E. viviparusがその極端な代謝ニーズをどのように満たしているのかを知ることに特に興味を持っていました。太陽光から自らエネルギーを作り出すのではなく、環境から栄養素を摂取して養う細菌は、一般的に酸素へのアクセスがあるかないかの2つのグループに分かれます。酸素がない場合、細菌はエネルギーを抽出するために発酵を利用することが多く、「発酵する生物は、栄養素から得られる利益がそれほど大きくない」とアンガート博士は言います。

E. viviparusが実際に発酵者であることが分かったことは、その巨大なサイズ、極端な繁殖、そして泳ぐ能力すべてが、より多くのエネルギーを必要とするため、謎をより大きくしました。

研究者らは、E. viviparusがその環境の最大限を活用するために、代謝を変化させていることを発見しました。この変化には、エネルギーを作り出し、移動する（コレラを引き起こす細菌が使用するのと同じ泳ぎ方）ための珍しい方法の利用、および宿主の腸内で利用可能な栄養素を収穫するための酵素を大量に生成するための遺伝コードの大部分を費やすことが含まれます。特に多く生成されている酵素の中には、すべての細胞のエネルギー通貨であるATPを作るために使用されるものがあります。

「E. viviparusの外縁に沿って走る高度に折りたたまれた膜は、エネルギーを生成し、輸送するためのタンパク質にとって重要なスペースを提供し、より複雑な生物の細胞内のミトコンドリアの機能といくつか驚くべき類似性を持っています」とアンガート博士は言いました。

「私たちは皆、そのフレーズ『ミトコンドリアは細胞の発電所です』を知っています。そして驚くべきことに、E. viviparus内のこれらの膜は、ミトコンドリアと同じモデルに何とか収束しています：彼らはエネルギーを生産するポンプが働ける表面積を増やすために高度に折りたたまれた膜を持ち、その増加した表面積はエネルギーの発電所を作り出します。」とアンガート博士は言いました。

著者らは次のように書いています：「発酵とそのナトリウムイオンが豊富な環境を共同で利用することにより、細胞はATP合成と鞭毛運動を駆動するナトリウム動力源を生成します。ATPアーゼとその他の膜タンパク質の高い発現により、Ca. E. viviparusは以前にミトコンドリア内膜について記述された構造-機能関係に収束したようです。」

この基礎研究は、将来的に多くの応用可能性を持っています。特に、E. viviparusが藻類で見つかる栄養素を利用する効果的な戦略を持っているため、「藻類の成長を活用した家畜の飼料や再生可能エネルギー、人間の栄養などに有望」とアンガート博士は言います。

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