かつては森の中を散歩するだけで、新しい生命体を見つけることができました。それほど単純ではありません。最も目立つ生物は、長い間カタログ化され、生命の木に固定されており、発見されていない生物は簡単にはあきらめません.最高の科学機器を備えた同じ水飲み場で一日中過ごしても、何も思いつかないかもしれません.
ですから、発見が実際に起こるとき、それらが急流でやってくることがあるのは驚くべきことではないかもしれません。別の見方を見つけると、斬新な生命体がいたるところに現れます。
カリフォルニア大学バークレー校に拠点を置く微生物学者のチームは、最近、生命を検出するそのような新しい方法の 1 つを見つけました。彼らの研究により、既知のバクテリアの種類 (または門) の数が一気に 50% 近く増加しました。これは、これまでに地球上でどれだけ多くの生命体が私たちの目に留まらなかったかを示す劇的な変化です。
「生命の木の枝のいくつかは以前に注目されていました」と、ジル・バンフィールドの研究室の学生で論文の主執筆者であるクリス・ブラウンは言いました。 「この調査により、多くのギャップを埋めることができました。」
人生最高のネット
組織のツールとして、ツリー オブ ライフは長い間使用されてきました。ラマルクには彼のバージョンがありました。ダーウィンには別のものがありました。現在の木の基本構造は、40 年前に微生物学者 Carl Woese にまでさかのぼります。彼は生命を 3 つの領域に分けました。バクテリア;そして古細菌、独自の特徴を持つ単細胞微生物。しばらくすると、発見は新しい検索方法を見つけることにかかってきました。
米国エネルギー省共同ゲノム研究所所長のエドワード・ルービン氏は、「私たちは以前、植物と動物だけだと思っていました。 「その後、顕微鏡を手に入れ、微生物を手に入れました。その後、少量の DNA 配列決定を行いました。」
研究者の成功は、より基本的な技術のおかげでもありますが、DNA 配列決定はこの現在の研究の中心です。チームは、コロラド州ライフルの町の近くのコロラド川の研究サイトから水のサンプルを収集しました。配列決定を行う前に、水を 0.2 ミクロンと 0.1 ミクロンの幅の細孔を持つ 1 組のフィルターに通してから分析しました。フィルターによって捕捉された細胞。この時点で、彼らはすでに未発見の生命体を手にしていた.
「ほとんどの人はバクテリアの方が大きいと思っていましたが、ほとんどのバクテリアはもっと大きいです」とルービンは言いました。 「[Banfield] は、非常に少数の個体群が存在することを示しました。」
研究者は細胞材料から DNA を抽出し、シーケンスのために共同ゲノム研究所に送りました。彼らが返したのはめちゃくちゃだった。何千もの異なるジグソー パズルのピースの箱を渡され、最終的な画像がどのように見えるかを知らずにそれらを組み立てなければならないことを想像してみてください。これは、研究者がメタゲノム解析を実行する際に直面する課題です。つまり、多くの生物からスクランブルされた遺伝物質を一度に配列決定します。
バークレー チームは、シーケンスされた遺伝子コードのビットをコンティグと呼ばれる少し長い文字列に組み立てるアルゴリズムを使用して、再組み立てプロセスを開始しました。
「もはや DNA の小さな断片ではなく、より大きな断片を持っています」と Brown 氏は言います。 「次に、これらのより大きな断片のどれが単一のゲノムの一部であるかを突き止めます。」
コンティグを組み合わせてゲノム配列を再構築するプロセスのこの部分は、ゲノムビニングと呼ばれます。それを実行するために、研究者は、研究の共著者である Itai Sharon によってタスク用にカスタマイズされた別の一連のアルゴリズムに依存していました。彼らはまた、いくつかの特徴が特定のゲノムに対して一貫しているという事実に基づいて、何をどこに置くかについて決定を下して、ゲノムの一部を手動で組み立てました。たとえば、G と C の割合は、生物の DNA のどの部分でも同様です。
アセンブリが完了すると、研究者は 8 つの完全な細菌ゲノムと 789 のドラフト ゲノムを取得し、およそ 90% が完成しました。一部の生物は以前に垣間見られていました。他の多くはまったく新しいものでした.
これまで誰もこれらの生物を発見していなかったのは、小さな生命体を探すために使用されてきた従来の方法がすべての生物に有効ではないからです。その方法には、16S rRNA 遺伝子が含まれます。これは、指紋に含まれる遺伝子コードがすべての生物に固有のものであるため、しばしば指紋と比較されます。科学者は、Rifle の水サンプルのような DNA シチューに直面すると、プライマーと呼ばれる物質を使用して、すべての 16S rRNA 遺伝子を引き出して増幅します。問題は、すべての 16S rRNA 遺伝子がプライマーと反応するわけではないため、一部の生物が実質的に見えなくなることです。
「プライマーは、人々が望んでいるほどうまく機能しません」とブラウンは言いました. 「私たちが再構築した配列の多くは、従来の 16S 増幅型の方法では見落とされていたであろうことを示しました。」
完全またはほぼ完全なゲノムを再構築することにより、ブラウンと彼の共同研究者は、16S rRNA 遺伝子の位置を特定し、プライマーに頼ることなく生物を特定することができました。このグループは、その結果を Nature の 7 月 9 日号に掲載しました。 .
彼らが作成したより完全なゲノム図により、発見した生命体の特徴を引き出すこともできました。彼らが発見したすべての生物は、約 100 万塩基対という非常に短いゲノムを持っています (E. coli と比較してください)。 、約500万個あります）、それらはすべて最小限の代謝機能を持っているため、発酵を使用してエネルギーを生成する必要があります.また、多くの基本的な生合成経路が欠落しており、ヌクレオチドとアミノ酸を作る助けが必要です.
「彼らは生き残るために、ある程度他の生物に依存しているに違いありません。これは、誰も実験室でそれらを成長させることができなかった理由も説明しています」とブラウンは言いました.
新しいドメイン?
新しい生物の発見はかなり切り詰められています:見つけたか、見つけていないかのどちらかです。生物を分類して生命の木に当てはめるには、より多くの判断が必要です。
研究者は、789 の生物を 35 の門 (そのうち 28 が新たに発見されたもの) に分類し、ドメイン バクテリア内に配置しました。彼らは、生物の進化の歴史と、生物の 16S rRNA 遺伝子のコードの類似性に基づいて分類を行いました。コードの少なくとも 75% が共通しているものは、同じ門に分類されました。
これらの新たな追加により、現在、およそ 90 の同定された細菌門があります。これは 1 年前よりもはるかに多い数ですが、微生物学者が完全な計算が完了すると推定される 1,300 から 1,500 門よりもはるかに少ない数です。しかし、遺伝子配列決定とゲノム ビニングの最近の進歩により、Brown と Banfield は楽観的になり、それらすべてをマッピングするのにそれほど時間はかからないでしょう.
「今後数年のうちに、生命の木の大部分が見えてくると思います」と Banfield はメールに書いています。
もちろん、すべてを見たと思うとすぐに、新しい見方を思いつきます。ルービンは、新しい研究で使用されたようなツールの開発により、生命の探索が「成長産業」になると考えており、驚くべき方法で成長が起こる可能性が高いと考えています.
「物事を別の角度から見ることは、細菌、古細菌、真核生物の対等なパートナーである第 4 のドメインの可能性を提供するかもしれません」と彼は言いました。 「生命がどのように機能するかについての基本的な情報を教えてくれる新しいものは常にあります。」
