窒素を「固定」できる最初の細胞小器官を科学者が文書化

カリフォルニア大学サンタクルーズ校の研究者らは、単細胞シアノバクテリアが海藻、 Braarudosphaera bigelowii ( B. bigelowii ) 内で窒素固定細胞小器官に進化したことを確認した。

内部共生生物は、内部共生生物と宿主が相互に有益な関係を共有している場合、別の生物の内部に生息し、宿主細胞によって邪魔されずに内部に留まる生物です。内部共生生物は、エンドサイトーシスと呼ばれるプロセスに由来します。このプロセスでは、宿主細胞が異物や他の生物を飲み込み、外膜に入るときにそれをパッケージします。

よく知られている内部共生生物は、細胞活動を促進する分子である ATP (アデノシン三リン酸) を生成するミトコンドリア、または「細胞の発電所」です。 Lynn Margulis によって提案された内部共生理論では、ミトコンドリアは最初の真核細胞に吸収された細菌から進化したと主張しています。

これらの細菌は共生関係を築き、呼吸を通じてエネルギーを交換します。ミトコンドリアの二重膜が細菌の細胞壁に似ていることから、細菌との類似点は明らかです。内部共生理論は、ミトコンドリアの起源と進化について考えられる理論の 1 つであり、依然として激しく議論されています。ミトコンドリアの革新により、今日私たちが目にする動物、菌類、植物を形成する細胞が誕生しました。

細胞内の細胞小器官は、人体の器官に似ています。これらは、細胞や身体の機能を可能にする特定の機能を実行する構造です。

研究者らは、単細胞藻類B. bigelowii内で窒素固定細胞小器官 (ニトロプラストと呼ばれる) に進化したと長い間考えられてきた、シアノバクテリアCandidatus Atelocanobacterium thalassa (UCYN-A) を研究しました。

研究チームは、軟X線断層撮影と呼ばれる実験技術を使用して、藻類の細胞分裂を観察しました。藻類細胞はUCYN-Aとともに分裂した。得られた各娘細胞は単一の UCYN-A を継承しました。細胞小器官についての標準的な説明はありませんが、協調分裂とタンパク質の輸入が重要な構成要素として認識されています。 UCYN-A はこれらの基準を満たしており、ミトコンドリアと並ぶ細胞小器官としての地位を獲得しています。

UCYN-A のタンパク質の約半分は内部で生成されるのではなく、宿主藻類に由来します。これらの外因性タンパク質は、UCYN-A の窒素固定を助け、その有効性を高める可能性があります。さらに、UCYN-A には、他の細胞小器官と同様に、「アドレス タグ」によって識別される特異的なタンパク質伝達機構が存在します。

窒素肥料は世界的な温室効果ガスの排出量を増加させ、農家に極度の経済的プレッシャーを与えます。マメ科植物など他の植物に依存せず、自ら窒素を固定する農作物の開発が必要です。

UCYN-Aのようなニトロプラストはこの目的には理想的ではないが、ニトロプラストの初期段階（輸入タンパク質を必要としない）のシアノバクテリアはより容易に作物に組み込まれる可能性があると研究者らは提案している。 B. bigelowiiに関するさらなる研究は、科学界が植物細胞に窒素固定を導入する方法を理解するのに役立つ可能性があります。

ニュース参照:

コール、Ｔ ．海藻の窒素固定細胞小器官。サイエンス、vol. 384、n. 6692、2024。