2010年12月16日発表
サブテラネウムがどんなアーキアなのかわかった!
生命の進化のなぞにせまる!
地球上の生命は、どのように進化してきたのでしょうか。すべての生命に共通する
図1:生命の進化の道のり
いま、数え切れないほど多くの生命が息づく地球。中でも大きな
写真1:アーキア
そこで研究者は、カルディアーケルム サブテラネウムというアーキアを研究しました。その結果、サブテラネウムから「ユビキチン―プロテアソームシステム」に必要な
今回の発見は、生命の進化のなぞを解明する上で大きな手がかりです。研究者はこれからも研究を続けて、そのなぞにせまります。
まず、アーキアとは
図2:色々な場所に生きるアーキア
その好熱性の種類は、アーキアの中でも特に生命の共通祖先に近い
微生物を解析する方法の1つに、ゲノム解析というものがあります。ゲノムとは遺伝子の集まりで、すべての生命がもつ設計図のようなものです。そのゲノムは一度に全体を解析することはできません。だから、微生物から取り出したゲノムを一度バラバラにして、
微生物の研究では、ふつうは目的の微生物だけを育て(培養)数を増やしてから解析します。数を増やせば、よりくわしく調べられるからです。けれども、現在の
そこで開発されたのが「メタゲノム解析」です。環境の中の様々な微生物がまざった状態で、そのまま、ゲノム解析をする方法です。これなら、培養できない微生物のゲノムを解析でき、その情報から、培養できない微生物の特徴や役わりなどがわかります。
今回研究者は、そのメタゲノム解析でサブテラネウムを調べました(図3)。
図3:実験の流れ
サブテラネウムからゲノムの断片を集めつなぎ合わせて、合計で1,680,928個のDNA
【その1】サブテラネウムは、新しい分類の生き物!
地球上の生命は、それぞれの特徴に分けて細かくまとめられます。分類といいます。その分け方は、大きな方から細かい方へ、界−門−綱−目−科−属−種となります(図4)。
今回、サブテラネウムは他の生命とは全くちがう性質を持つことが明らかになりました。分類では、なんと"門"レベルで新しい種類です。
図4:分類
【その2】水素をエネルギー源にする
たとえば海では、植物プランクトンが日光のエネルギーを利用して光合成をして、自分で栄養分を作り成長します(図5)。そして、その植物プランクトンは動物プランクトンに食べられます。さらに、その動物プランクトンは魚に、魚は
図5:独立栄養生物と従属栄養生物
サブテラネウムは、その独立栄養生物にあたり、環境中の水素からエネルギーを取り出して自分で栄養分をつくる種類とわかったのです。
【その3】「ユビキチン―プロテアソームシステム」に欠かせない遺伝子群を発見!
共通生命が進化して、アーキアとバクテリアに分かれユーカリアが誕生するとともに、生命の体(細胞)のしくみも大きく発達しました。そのしくみの1つが、ユビキチン―プロテアソームシステムです。ユビキチンとは小さなタンパク質です(図6)。
図6:ユビキチン
たとえば、人間の細胞内では毎日タンパク質が作られていますが、中には不良品やいらなくなるタンパク質もあります。それらが細胞内にとどまっていると、病気を引き起こしてしまいます。それをふせぐために、不要なタンパク質を探し出すのがユビキチンなのです。ユビキチンが不要なタンパク質にくっ付くことで、「いらないよ!分解して!」という印になります(図7)。すると、それを目印にプロテアソームという
図7:ユビキチンプロテアソームシステム
このような、ユビキチンがタンパク質にくっ付いてからプロテアソームが分解するまでをユビキチン―プロテアソームシステムと言います。これまで、このしくみはアーキアやバクテリアからは見つからなかったので、ユーカリアが誕生した時につくられたものと考えられてきました。
けれども今回、そのユビキチン―プロテアソームシステムに不可欠な遺伝子群が、好熱性アーキアであるサブテラネウムからも見つかったのです。この発見によって、ユビキチン―プロテアソームシステムの原型が、これまで考えられていた時点よりも前から存在していた
図8:ユビキチンープロテアソームシステムの存在
今回はサブテラネウムのメタゲノム解析に、世界で初めて成功しました。そして、ユビキチン―プロテアソームシステムの原型と考えられるしくみを発見しました。これからは、その原型がユーカリアでも機能するのかを確かめます。また、そのしくみはユーカリアの進化にともなって広がったので、どのように発達してきたのかを解明していきます。