顕微鏡で見た、毛むくじゃらのスリッパ型の水生微生物 ゾウリムシ ブルサリア 小さな緑色のビー玉の継ぎ目で破裂しているように見えることがよくあります。しかし、緑の球体はまったく別の生物です:クロレラ 、ゾウリムシの柔軟な細胞膜の範囲内に時折避難する藻類。それぞれの種は単独で生き残ることができますが、この 2 つは頻繁かつ繰り返し内部共生パートナーシップに関与しています。防御力と栄養素を提供する代わりに、ゾウリムシは、藻類のテナントが光合成する食物を共有することを要求します.
ゾウリムシが藻類を消化しないのは、それらが作り出す糖分を失うからというのが一般的な通念です。しかし、biorxiv.orgプレプリントサーバーに投稿された新しい研究は、藻類が安定化フェイルセーフシステムによっても保護されている可能性があることを示唆しています.貪欲なゾウリムシがその居住者の食事を作る場合、藻類の消化されたRNAの断片が宿主の能力を妨げる可能性があります.成長して繁殖する。ゾウリムシと クロレラ の間のダイナミクスを理解する 自然界に見られる無数の他の内部共生についての洞察が得られる可能性があり、真核生物 (オルガネラを含む複合細胞) を生成したと考えられている元の内部共生を維持するのに何が役立ったかについてのヒントを提供することさえあります.
「真核生物の宿主と真核生物の内部共生生物との間の相互作用を支配する普遍的な原則は何かを理解したいと考えています」と、ダルハウジー大学の生化学者であるジョン・アーチボルド氏は述べています.
相利共生関係は双方に利益をもたらすが、本質的に安定していると考えるのは間違っている、とオックスフォード大学の進化ゲノミクス教授であり、研究の上級著者であるトーマス・リチャーズは述べた. 「彼らは常にお互いに勝とうとしています」と彼は言いました。 「そのため、長期的な安定性が得られるとは考えにくいです。」
たとえば、ゾウリムシは暗闇の中で内部共生生物を消化することが研究によって示されています。暗闇では、藻類は光合成を行うことができず、宿主を砂糖でなだめることができません.オックスフォード大学のポスドクで、この研究の筆頭著者であるベン・ジェンキンスは、「共生生物は、状況が変動しても、つまり状況が変化しても、安定性を維持する何かを武器庫に持っている必要があります」と述べています。 「安定した状態を保つには、このホメオスタシスが必要です。」
Jenkins は、この安定化メカニズムに生物の RNA が関与している可能性があると考えていました。なぜなら、彼の同僚は、細胞質に浮遊する宿主と共生生物の転写産物の間に強い類似性がある多くの領域に気付いていたからです。彼は、宿主と共生生物の RNA の混同が何らかの結果をもたらすのではないかと考えました。 「これらのトランスクリプトを区別できない場合、ホストもトランスクリプトの違いを見分けられない可能性が高い」と彼は言いました.
それが事実であるかどうかを調べるために、ジェンキンスと彼の同僚は、最初に藻類を無効にする抗生物質を投与し、ゾウリムシが今では役に立たない居住者を消化するように導きました.藻類が消化されると、その細胞内臓 (タンパク質、遺伝物質、オルガネラなどすべて) が宿主の細胞質に流出し、そこで酵素によってゆっくりと分解されます。
藻類の共生生物がいなければ、予想通り、サンプル中のゾウリムシの数は劇的に減少しました。しかし、ジェンキンスと彼の同僚は、RNA 干渉 (RNAi) に対するゾウリムシのシステムをオフにしたとき、別の何かが進行中であることに気付きました。RNA 干渉 (RNAi) は、遺伝子調節を沈黙させ、ウイルスや他の侵入者からの外来遺伝物質と戦うために部分的に発生したと考えられているプロセスです。改変されたゾウリムシは、無傷の RNAi システムを持つゾウリムシよりも個体数の減少がはるかに少なくなっています。
追跡調査の結果、宿主のゲノムの一部に最も類似した浮遊藻類 RNA が、ゾウリムシ内でシグナル伝達カスケードを開始する可能性が高いことが示されました。このカスケードは、細胞がその遺伝子情報でオーバーランしつつあることを伝えており、ウイルスやその他の侵入者の存在を示している可能性があります。これにより、細胞は相同遺伝子の発現を遅くし、それらがコードするタンパク質を少なくします.
「[モデル システム] はタイム マシンに相当します。これを使用すると、過去にさかのぼって、初期の共生相互作用を見ることができます」と Archibald 氏は述べています。 「彼らは共生の言語を最高レベルで発見しました。」
この研究には関与していないカリフォルニア大学リバーサイド校の微生物学者兼遺伝学者である Hailing Jin は、この研究を刺激的であると述べ、細胞の RNAi の重要性を強調した過去 10 年間のより大きな研究に適合すると述べた。機械。 Jin 氏によると、科学者が異なる生物、種、さらには王国間の RNAi 相互作用の調査に注意を向けるようになったのは、ここ 5 年ほどのことです。
Jenkins は、共生安定性のためのこの RNAi メカニズムを興味深いものにしているのは (それが他の生物でも維持されている場合)、宿主と共生生物の間で数千年以上の共進化を必要とせずに開発できることであると指摘しました。 2 つの生物間の遺伝子配列に十分な重複があり、内部共生生物の遺伝物質が完全に消化されておらず、宿主が RNAi システムを持っている限り、どのような内部共生にも機能するはずです。
共生関係を安定させるメカニズムを理解することは、古代の内部共生から進化したと思われる最初の真核生物に関する貴重な洞察を提供する可能性があります。複雑な生命が内部共生パートナーシップから発展するためには、選択がその出現を促進するように作用できる初期安定期間がなければならない、とジェンキンスは述べた.単純な原核細胞 (バクテリアと古細菌) は真核生物と同じ RNAi システムを持っていませんが、新しい研究で示された一般的な原理は真核発生に関連している可能性があります。原核生物に由来する可能性があります。
ユニバーシティ カレッジ ロンドンの進化生化学者で、真核生物の起源と進化を研究している Nick Lane は、ほとんどの内部共生は失敗に終わり、どちらか一方が他方を絶滅に追いやっていると述べています。 「失敗はルールであり、時には成功することもあります」と彼は言いました。 「これは、成功を可能にするメカニズムの非常に良い例です。」
ただし、この初期の研究はまだピアレビューが必要であり、安定化メカニズムが研究者の実験プロトコルの人工物であるかどうかを判断することは困難です。ドイツのハインリッヒ・ハイネ大学の進化生物学者で、この研究には参加していないウィリアム・マーティンは、ゾウリムシが暗所で藻類を食べると、消化プロセスが遅く、部分的であると指摘する。 Jenkins と彼の同僚が藻類を除去するために使用した抗生物質は、迅速に作用しました。報告されている RNAi 相互作用は、これより遅い速度では起こらない可能性があります。
将来の研究でこれらの発見が確認されれば、このメカニズムは内部共生の文脈を超えて重要になる可能性があります。 Jenkins 氏は、この研究の結果を利用して、細胞が共食いを思いとどまらせる同様の組み込みメカニズムを持っているかどうかを確認したいと述べています。たとえば、ゾウリムシが別のゾウリムシを食べた場合、Jenkins 氏は、それらの遺伝子配列がほぼ同一であることを考えると、消化された細胞からの浮遊遺伝子ビットも攻撃者の RNAi メカニズムを活性化すると予想すると述べています。
「共食いに対するこの代償、または少なくとも非常に近い親戚を食べることに対する代償が、まったく同じメカニズムを通じて現れることを想像することができます」とジェンキンスは言いました.
