繊毛と鞭毛は、細胞上の2つの異なるタイプの微視的な付属物です。繊毛は動物と微生物の両方に見られますが、ほとんどの植物には見られません。べん毛は、真核生物の配偶子だけでなく、細菌の移動にも使用されます。繊毛と鞭毛はどちらも移動機能を果たしますが、方法が異なります。どちらもモータータンパク質であるダイニンと微小管に依存しています。
TL;DR (長すぎる; 読んでいない)
繊毛と鞭毛は細胞上のオルガネラであり、生物の推進力、感覚装置、クリアランス メカニズム、その他多数の重要な機能を提供します。
繊毛とは?
繊毛は、17 世紀後半に Antonie van Leeuwenhoek によって発見された最初の細胞小器官でした。彼は、「動物」（おそらく原生動物）の上にある運動性（動く）繊毛、「小さな足」を観察しました。非運動性の繊毛は、より良い顕微鏡でずっと後に観察されました。ほとんどの繊毛は動物のほぼすべての種類の細胞に存在し、進化の過程で多くの種にわたって保存されています。しかし、一部の繊毛は配偶子の形で植物に見られます。繊毛は、原形質膜で覆われている繊毛軸糸と呼ばれる配置の微小管でできています。細胞体は毛様体タンパク質を作り、それらを軸糸の先端に移動させます。このプロセスは、繊毛内または鞭毛内輸送 (IFT) と呼ばれます。現在、科学者たちは、ヒトゲノムの約 10% が繊毛とその発生に専念していると考えています。
繊毛の長さは 1 ～ 10 マイクロメートルです。これらの毛のような付属器官は、物質を動かすだけでなく、細胞を動かす働きもします。ハマグリなどの水生生物の体液を移動させ、食物や酸素の輸送を可能にします。繊毛は、破片や潜在的な病原体が体内に侵入するのを防ぐことにより、動物の肺の呼吸を助けます.繊毛は鞭毛よりも短く、より多くの数が集中しています。それらはグループ内でほぼ同時に素早いストロークで移動する傾向があり、波の効果を構成します。繊毛は、ある種の原生動物の移動にも役立ちます。繊毛には、運動性 (動く) 繊毛と非運動性 (または一次) 繊毛の 2 種類があり、どちらも IFT システムを介して機能します。運動性繊毛は、耳の内側だけでなく、気道や肺にも存在します。非運動性繊毛は多くの臓器に存在します。
鞭毛とは
べん毛は、細菌や真核生物の配偶子、一部の原生動物の移動を助ける付属物です。べん毛は、尾のように単数である傾向があります。彼らは通常、繊毛よりも長いです。原核生物では、鞭毛は回転する小さなモーターのように機能します。真核生物では、よりスムーズな動きをします。
繊毛の機能
繊毛は、細胞周期だけでなく、心臓などの動物の発生においても役割を果たします。繊毛は、特定のタンパク質を選択的に適切に機能させます。繊毛は、細胞通信と分子輸送の役割も果たします。
運動性繊毛は、2 つの微小管の中心とともに、9 つの外側微小管ペアの 9+2 配列を持っています。運動性繊毛は、そのリズミカルな起伏を利用して物質を一掃し、汚れ、ほこり、微生物、粘液を除去して病気を防ぎます。これが、それらが気道の内壁に存在する理由です。運動性繊毛は、細胞外液の感知と移動の両方を行うことができます。
非運動性または一次繊毛は、運動性繊毛と同じ構造には適合しません。それらは、中央の微小管構造のない個々の付属微小管として配置されています。それらはダイニンアームを持たないため、一般的に運動性がありません。何年もの間、科学者はこれらの一次繊毛に焦点を当てていなかったため、その機能についてほとんど知りませんでした。非運動性の繊毛は、細胞の感覚装置として機能し、信号を検出します。それらは感覚ニューロンで重要な役割を果たします。非運動性繊毛は、尿の流れを感知する腎臓や、網膜の光受容体の目の中に見られます。光受容体では、それらは重要なタンパク質を光受容体の内側セグメントから外側セグメントに輸送する機能を果たします。この機能がなければ、光受容体は死んでしまいます。繊毛が液体の流れを感知すると、細胞の成長が変化します。
繊毛が提供するのは、クリアランス機能と感覚機能だけではありません。それらはまた、動物の共生マイクロバイオームの生息地または募集エリアを提供します。イカなどの水生動物では、これらの粘液上皮組織は一般的で内部表面ではないため、より直接的に観察できます。宿主組織には 2 種類の繊毛集団が存在します。1 つはバクテリアのような小さな粒子に沿って波打つが大きな粒子は排除する長い繊毛を持つもので、もう 1 つは環境液を混合する短い拍動繊毛です。これらの繊毛は、マイクロバイオームの共生生物を動員するために機能します。それらは、バクテリアやその他の小さな粒子を保護されたゾーンに移動させるゾーンで機能し、液体を混合して化学信号を促進し、バクテリアが目的の領域にコロニーを形成できるようにします.したがって、繊毛は、細菌をろ過、除去、局在化、選択、集約し、繊毛表面の接着を制御する働きをします。
繊毛は、エクトソームの小胞分泌に関与することも発見されています。最近の研究では、繊毛と細胞経路の間の相互作用が明らかになり、細胞コミュニケーションや疾患への洞察を提供する可能性があります.
鞭毛の機能
べん毛は、原核生物と真核生物に見られます。それらは、細菌の表面から20マイクロメートルにも及ぶ長さに達するいくつかのタンパク質でできた長いフィラメントオルガネラです。通常、鞭毛は繊毛よりも長く、動きと推進力を提供します。細菌のべん毛フィラメント モーターは、毎分 15,000 回転 (rpm) の速さで回転できます。鞭毛の遊泳能力は、食物や栄養素の探索、繁殖、宿主への侵入など、その機能を助けます。
細菌などの原核生物では、鞭毛は推進メカニズムとして機能します。それらは、バクテリアが液体の中を泳ぐ主な方法です。細菌の鞭毛は、トルク用のイオン モーター、モーター トルクを伝達するフック、およびフィラメント、または細菌を推進する長い尾のような構造を持っています。モーターが回転してフィラメントの挙動に影響を与え、細菌の移動方向を変えることができます。鞭毛が時計回りに動くと、スーパーコイルを形成します。いくつかの鞭毛は束を形成することができ、これらは細菌がまっすぐな道を進むのを助けます.反対方向に回転すると、フィラメントはより短いスーパーコイルを形成し、鞭毛の束が分解されて回転します。実験用の高解像度が不足しているため、科学者はコンピュータ シミュレーションを使用してべん毛の動きを予測しています。
流体内の摩擦の量は、フィラメントがスーパーコイルになる方法に影響します。細菌は、大腸菌などのいくつかの鞭毛を宿主とすることができます。べん毛は、細菌が一方向に泳ぐことを可能にし、必要に応じて向きを変えます。これは、押したり引いたりするサイクルを含むさまざまな方法を使用する、回転するらせん状のべん毛を介して機能します。別の移動方法は、細胞体を束にして包み込むことによって達成されます。このように、べん毛は動きを逆転させるのにも役立ちます。バクテリアは困難な空間に遭遇すると、鞭毛が束を再構成または分解できるようにすることで、位置を変えることができます。このポリモーフィックな状態遷移はさまざまな速度を可能にし、プッシュ状態とプル状態は通常、ラップされた状態よりも高速です。これはさまざまな環境で役立ちます。たとえば、らせん状の束は、コルク抜き効果で粘性領域を介して細菌を移動させることができます。これは細菌の探索に役立ちます。
べん毛は細菌に動きを提供するだけでなく、病原菌が宿主にコロニーを形成して病気を伝染させるメカニズムも提供します。べん毛は、ひねって貼り付ける方法を使用して、バクテリアを表面に固定します。べん毛は、宿主組織への接着のための橋または足場としても機能します。
真核生物のべん毛は、組成が原核生物から分岐しています。真核生物のべん毛は、はるかに多くのタンパク質を含み、同じ一般的な運動および制御パターンで、運動性繊毛といくらか類似しています。べん毛は運動だけでなく、細胞の栄養補給や真核生物の生殖にも使用されます。鞭毛は鞭毛内輸送を使用します。これは、鞭毛の移動性を与えるシグナル伝達分子に必要なタンパク質の複合体の輸送です。べん毛は、マスティゴフォラ原生動物などの微視的な生物に存在するか、より大きな動物の内部に存在する可能性があります。多くの微視的な寄生虫も鞭毛を持っており、宿主生物を介した移動を助けます。これらの原生生物の寄生虫の鞭毛は、昆虫などのベクターへの付着を助ける傍鞭毛桿またはPFRも運びます。真核生物の鞭毛の他の例には、精子のような配偶子の尾が含まれます。べん毛は海綿やその他の水生生物にも見られます。これらの生き物のべん毛は、呼吸のために水を動かすのに役立ちます。真核生物のべん毛は、ほとんど小さなアンテナまたは感覚器官としても機能します。科学者たちは、真核生物のべん毛の幅広い機能を理解し始めたばかりです.
繊毛関連疾患
最近の科学的発見により、繊毛に関連する突然変異やその他の欠陥が多くの病気を引き起こすことがわかっています。これらの状態は繊毛症と呼ばれます。それらは、それらに苦しむ個人に深刻な影響を与えます。いくつかの繊毛症には、認知障害、網膜変性、難聴、無嗅覚症 (嗅覚の喪失)、頭蓋顔面の異常、肺および気道の異常、左右の非対称性および関連する心臓の欠陥、膵嚢胞、肝疾患、不妊症、多指症および腎臓の異常が含まれます。嚢胞など。さらに、一部の癌は繊毛症と関係があります。
繊毛機能不全に関連するいくつかの腎疾患には、ネフロン癆および常染色体優性および常染色体劣性多発性嚢胞腎が含まれます。機能不全の繊毛は、尿の流れが検出されないため細胞分裂を止めることができず、嚢胞の発生につながります.
カルタゲナー症候群では、ダイニンアームの機能不全により、気道からバクテリアやその他の物質が除去されなくなります。これにより、呼吸器感染症が繰り返される可能性があります。
Bardet-Biedl 症候群では、繊毛の奇形が網膜変性、多指症、脳障害、肥満などの問題を引き起こします。
非遺伝性疾患は、たばこの残留物などによる繊毛の損傷から生じる可能性があります。これは、気管支炎やその他の問題につながる可能性があります。
病原体はまた、ボルデテラ種などの繊毛による細菌の通常の共生的育成を指揮することができます。これにより、繊毛の鼓動が減少し、病原体が基質に付着し、人間の気道の感染につながります.
鞭毛に関連する病気
多くの細菌感染症は鞭毛機能に関連しています。病原性細菌の例には、サルモネラ・エンテリカ、大腸菌、緑膿菌、およびカンピロバクター・ジェジュニが含まれる。細菌が宿主組織に侵入する原因となる多くの相互作用が発生します。べん毛は結合プローブとして機能し、宿主基質での購入を求めます。一部の植物細菌は、鞭毛を使用して植物組織に付着します。これにより、果物や野菜などの農産物が、人や動物に感染するバクテリアの二次宿主になります。その一例がリステリア・モノサイトゲネスであり、もちろん大腸菌とサルモネラ菌は食中毒の悪名高い病原体です。
ヘリコバクター ピロリは鞭毛を使って粘液を泳ぎ、胃の粘膜に侵入し、胃酸を保護します。粘液の裏打ちは、鞭毛に結合することによってそのような侵入を捕捉するための免疫防御として機能しますが、一部の細菌は、認識を逃れて捕獲するいくつかの方法を見つけます.鞭毛のフィラメントは、宿主が認識できないように分解したり、その発現や運動性を停止したりすることがあります.
カルタゲナー症候群は鞭毛にも影響を与えます。この症候群は、微小管間のダイニンアームを破壊します。その結果、精子細胞が鞭毛から泳いで卵子を受精させるために必要な推進力を欠いているため、不妊症となります。
科学者が繊毛と鞭毛についてより多くのことを学び、生物におけるそれらの役割をさらに解明するにつれて、病気を治療し、薬を作るための新しいアプローチが続くはずです.
