深海生物の生存の秘密：クシクラゲの脂質構造を解明

環境への適応

まず最初に、クシクラゲはクラゲに似ていますが、実際には密接な関係はありません。クシクラゲは「クシクラゲ門（Ctenophora）」に属し、捕食者であり、バレーボール大まで成長し、世界中の海洋でさまざまな深さに生息しています。

細胞膜は、脂質とタンパク質の薄いシートで構成されており、細胞が適切に機能するためには特定の特性を維持する必要があります。極寒の環境で脂質の流動性を維持する「homeoviscous adaptation」が何十年も前から知られていましたが、深海に生息する生物がどのように極端な圧力に適応しているのか、またその適応が寒冷への適応と同じメカニズムかどうかは不明でした。

ブディン博士は大腸菌（E. coli）でhomeoviscous adaptationを研究していましたが、モントレー湾水族館研究所（MBARI）のシニアサイエンティストであるスティーブン・ハドック博士が、クシクラゲも同じ適応をしているかどうかを尋ねた際、興味を持ちました。

複雑な生物は異なる種類の脂質を持っています。人間の場合、心臓、肺、皮膚など、それぞれの部位で異なる脂質を持ち、形状も円筒形や円錐形などさまざまです。

クシクラゲが寒冷と圧力に同じメカニズムで適応しているかどうかを解明するため、温度変数を制御する必要がありました。本研究のリードオーサーであり、MBARIとUCサンディエゴで働いていたジェイコブ・ウィニコフ博士は、カリフォルニアの深海（寒冷、高圧）や北極海の表面（寒冷、高圧ではない）から採取されたクシクラゲを分析しました。

「クシクラゲは、極端な冷たさとは別に、圧力に適応するために独特の脂質構造を持っていることがわかりました」とブディン博士は述べています。「実際、圧力が細胞膜を維持しているのです。」

研究者たちはこの適応を「homeocurvature」と呼んでおり、円錐形の脂質が極端な圧力下で正常に機能するように進化していることを示しています。深海のクシクラゲが表面に引き上げられると、脂質の形状が戻り、細胞膜が分裂して生物は崩壊します。

この円錐形の脂質は「プラスマロゲン」と呼ばれるホスホリピッドの一種です。プラスマロゲンは人間の脳に豊富に存在し、その減少は脳機能の低下やアルツハイマー病などの神経変性疾患と関連しています。

「クシクラゲの脂質代謝が人間と似ているため、研究対象に選びました」とブディン博士は述べています。「プラスマロゲンが見つかることは予想していましたが、深海のクシクラゲの脂質の75％を占めるほど多いことには驚きました。」

この発見をさらに確認するため、研究チームは高圧チャンバーで大腸菌を用いた2つの実験を行いました。1つは未変化の大腸菌、もう1つはプラスマロゲンを合成するように遺伝子操作された大腸菌です。未変化の大腸菌は死滅しましたが、プラスマロゲンを持つ大腸菌は繁殖しました。

これらの実験は数年にわたり、複数の機関や分野の共同研究者と共に行われました。UCサンディエゴでは、ブディン博士のグループが生物物理学と微生物学の実験を行い、エドワード・デニス教授の研究室が質量分析による脂質分析を実施しました。MBARIの海洋生物学者がクシクラゲを採取し、デラウェア大学の物理学者が異なる圧力下での膜挙動をコンピュータシミュレーションで検証しました。

ブディン博士は、細胞が脂質を生成する仕組みを研究することに興味があり、この発見が脳の健康と病気におけるプラスマロゲンの役割のさらなる研究につながることを期待しています。

「この研究は、プラスマロゲンが非常にユニークな生物物理的特性を持っていることを示しています。今後の課題は、それらの特性が私たち自身の細胞の機能にどのように重要であるかを解明することです。」

著者一覧：
ダニエル・ミルシュタイン、エドワード・A・デニス、アーロン・アルマンド、オズワルド・クエヘンベルガー、イタイ・ブディン（いずれもUCサンディエゴ）；ジェイコブ・R・ウィニコフ（ハーバード大学）；サシリ・J・バルガス-ウルバノ、ミゲル・ペドラザ、エドワード・リマン（いずれもデラウェア大学）；アレクサンダー・ソッド（国立小児健康発達研究所）；リチャード・E・ギリラン（コーネル大学）；スティーブン・H・D・ハドック（MBARI）。

この研究は、深海生物が極端な圧力にどのように適応しているのかを解明した重要な発見です。クシクラゲの独特な脂質構造「プラスマロゲン」が深海での生存に不可欠であることを示し、さらにこの発見が人間の脳の健康と病気の理解にもつながる可能性があります。深海の謎に一歩近づいた感がありますね。

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