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真核生物:その始祖の物語

生命体の原核生物と真核生物への従来のグループ分けは、1977 年に rRNA 配列の特徴付けによって改訂され、古細菌 (当時は「古細菌」と呼ばれていた) が「細菌と真核生物との関係と同じように、細菌とは遠い関係にある」ことが明らかになりました。真正細菌(すべての典型的な細菌を含む)、古細菌、および真核生物に分類されます。 真核生物の起源の問題は残った。 やがて、真核生物の古細菌の祖先を支持する証拠が構築され始めました。 特に興味深いのは、アスガルド古細菌がそのゲノムに数百の真核生物シグネチャータンパク質 (ESP) 遺伝子を持っているという発見でした。 ESP は、真核生物の特徴である細胞骨格と複雑な細胞構造の発達において重要な役割を果たします。 21 年 2022 月 XNUMX 日に発表された画期的な研究で、研究者は、クライオ電子トモグラフィーを使用して画像化した、とらえどころのないアスガルド古細菌の培養に成功したことを報告しました。 彼らは、アスガルド細胞が実際に複雑なアクチンベースの細胞骨格を持っていることを観察しました。 これは、真核生物の古細菌の祖先の最初の直接的な視覚的証拠であり、真核生物の起源を理解するための重要なステップです。  

1977 年まで、地球上の生命体は次のように分類されていました。 真核生物 原核生物(明確に定義された核内への細胞の遺伝物質の包含と細胞骨格の存在を特徴とする複雑な形態)および原核生物(特定の核を持たず、細胞質内に遺伝物質を有する単純な生命体、細菌および古細菌を含む)。携帯電話だと思われていました 真核生物 約2億年前におそらく原核生物から進化しました。しかし、真核生物は正確にどのようにして生まれたのでしょうか?複雑な細胞生命体は、より単純な細胞生命体とどのようにつながっているのでしょうか?これは生物学における大きな未解決の問題でした。  

遺伝子とタンパク質の分子生物学における技術的進歩は、1977 年に古細菌 (当時は「古細菌」と呼ばれていた) が ''細菌と同様に細菌とは遠い関係にある 真核生物。 '原核生物と真核生物への生命体の初期の区別は、細胞小器官のレベルでの表現型の違いに基づいていました。 代わりに、系統発生関係は広く分布する分子に基づく必要があります。 リボソーム RNA (rRNA) は、あらゆる自己複製システムに存在し、その配列が時間とともにほとんど変化しない生体分子の XNUMX つです。 rRNA 配列の特徴付けに基づく分析では、生物を真正細菌 (すべての典型的な細菌で構成される) にグループ化する必要がありました。 古代、および真核生物1.  

その後、古細菌と真核生物の間の密接な関係の証拠が明らかになり始めています。 1983 年に、古細菌と細菌の DNA 依存性 RNA ポリメラーゼが発見されました。 真核生物 同じタイプです。どちらも驚くほど類似した免疫化学的特性を示し、両方とも共通の祖先構造に由来しています。2. タンパク質ペアの推定された複合系統樹に基づいて、1989 年に発表された別の研究では、真正細菌よりも真核生物に古細菌が密接に関係していることが明らかになりました。3。この時点までに、古細菌の起源は、 真核生物 は確立されましたが、正確な古細菌の種はまだ特定され、研究されていません。  

成功に続くゲノム研究の成長 ゲノムプロジェクト、この地域に待望の補充を提供しました。 2015 年から 2020 年にかけて、いくつかの研究でアスガルドが 古代 真核生物特有の遺伝子を持っています。 彼らのゲノムには、真核生物に特有と考えられるタンパク質が豊富に含まれています。 これらの研究により、アスガルド古細菌はゲノム内に数百もの真核生物シグネチャータンパク質(ESP)遺伝子が存在するため、真核生物に遺伝的に最も近いことが明確に特定された。  

次のステップは、ESP が複雑な細胞構造の形成において重要な役割を果たしていると広く信じられているように、アスガルド古細菌の内部セラー構造を物理的に視覚化して、ESP の役割を確認することでした。 このためには、この古細菌の高度に濃縮された文化が必要でしたが、アスガルドは捉えどころがなく、神秘的であることが知られています。 実験室でそれらを研究するのに十分な量で培養することは困難です。 21 年 2022 月 XNUMX 日に最近報告された研究によると、この困難は現在克服されています。  

研究者たちは、XNUMX 年間の懸命な努力の後、即興の技術を開発し、実験室で非常に豊かな文化を育てることに成功しました。Candidatus Lokiarchaeum ossiferum'、アスガルド門のメンバー。 これは、研究者がアスガルドの内部細胞構造を視覚化して研究することを可能にしたという点でも、注目に値する成果でした。    

濃縮培養物を画像化するためにクライオ電子断層撮影法が使用された。アスガルド細胞は、球状の細胞体と分岐した突起のネットワークを持っていました。細胞表面構造は複雑であった。細胞骨格は細胞体全体に広がっています。ねじれた二本鎖フィラメントはロキアクチン (つまり、ロキアーキオータによってコードされるアクチン相同体) を構成します。したがって、アスガルド細胞は複雑なアクチンベースの細胞骨格を持っており、研究者らはそれが最初の細胞の進化よりも前であると提案しています。 真核生物.  

真核生物の古細菌の祖先の最初の具体的な物理的/視覚的証拠として、これは生物学の驚くべき進歩です。

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参照:  

  1. Woese CR および Fox GE、1977 年。原核生物ドメインの系統発生構造: 一次界。 1977 年 74 月発行。PNAS。 11 (5088) 5090-XNUMX。 土井: https://doi.org/10.1073/pnas.74.11.5088  
  1. ユエ、J. 1983. 古細菌と真核生物は、共通のタイプの DNA 依存性 RNA ポリメラーゼを持っています。 EMBO J. 2, 1291–1294 (1983). 土井: https://doi.org/10.1002/j.1460-2075.1983.tb01583.x  
  1. 岩部 直子 1989. 重複遺伝子の系統樹から推測される古細菌、真正細菌、および真核生物の進化的関係。 議事録国立アカデミー。 科学。 米国 86、9355–9359。 土井: https://doi.org/10.1073/pnas.86.23.9355  
  1. ロドリゲス オリベイラ、T.、 . 2022年。アスガルド古細菌におけるアクチン細胞骨格と複雑な細胞構造。 公開日: 21 年 2022 月 2022 日。Nature (XNUMX 年)。 土井: https://doi.org/10.1038/s41586-022-05550-y  

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ウメシュプラサド
ウメシュプラサド
科学ジャーナリスト | 『Scientific European』誌創設編集者

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