研究成果

生命誕生に迫る始原的代謝系の発見 -多元的オミクス研究による新奇TCA回路の証明-


2018年02月27日


     跡見晴幸 工学研究科教授、布浦拓郎 国立研究開発法人海洋研究開発機構主任研究員らの研究グループは、北海道大学、製品評価技術基盤機構と共同で、南部沖縄トラフの熱水活動域から採取した試料から単離した細菌が、アミノ酸などの化合物生合成に不可欠なTCA(クエン酸)回路の中でも、最も始原的な形態の回路を有することを発見しました。

     本研究成果は、2018年2月2日午前4時に米国の科学誌「Science」に掲載されました。

    研究者からのコメント

     初期生命の形態は、独立栄養であったのか、あるいは従属栄養であったのか、永い議論が続いています。今回示したこの始原的な新奇TCA回路の特性は、「初期生命が原始地球の生命誕生の場において、利用可能な物質の存在量に応じて、柔軟に代謝を変化させる混合栄養生命として誕生した」という可能性を強く示しています。

    概要

     多くの生物にとってTCA回路は生存に必須の代謝機構であり、その起源は生命の共通祖先の誕生、更には化学進化の時代にまで遡る「最も始原的な基幹代謝の一つ」と考えられています。TCA回路にはいくつかの形態が存在し、生命誕生前後の始原的なTCA回路の姿については様々な議論があります。

     本研究グループは、始原的バクテリア系統に属する好熱性水素酸化硫黄還元細菌Thermosulfidibacter takaii(以下、Thermosulfidibacter)が最も始原的な形態のTCA回路を持つことを示しました。多元的オミクス解析(ゲノミクス(遺伝子:DNA)、トランスクリプトミクス(遺伝子:RNA)、プロテオミクス(蛋白質)、メタボロミクス(代謝物)等を包括して解析・解明する研究)の結果、Thermosulfidibacterが独立栄養または混合栄養条件でも、全く同じ酵素群を用い、利用できる炭素源に応じて回路の反応方向を柔軟に変化させる、可逆的なTCA回路を保持していることが明らかになりました。

     これまで全く同じ酵素群を用いたTCA回路で独立栄養と従属栄養の両方の機能を使い分ける生物は見つかっていませんでした。Thermosulfidibacterで観察された新奇TCA回路はダイナミックに変動する環境条件に適応して反応の向きを切り替えるという、最も祖先型のTCA回路が備えていたであろう特性を示していると考えられます。

    図:生命誕生のイメージ。有機物プールから誕生したとする従属栄養生命起源説、無機触媒・化学エネルギー等を基盤として生命が誕生したとする独立栄養生命起源説の間で議論が続いている。従属栄養生命起源説では生命活動の永続性に、独立栄養生命起源説では生命活動に必要な濃度に有機物が濃集する仕組みにおいて脆弱性が指摘されている。混合栄養生命起源説であれば、既存説の脆弱性を解決することが可能である。

    詳しい研究内容について

    書誌情報

    【DOI】 https://doi.org/10.1126/science.aao3407

    Takuro Nunoura, Yoshito Chikaraishi, Rikihisa Izaki, Takashi Suwa, Takaaki Sato, Takeshi Harada, Koji Mori, Yumiko Kato, Masayuki Miyazaki, Shigeru Shimamur6, Katsunori Yanagawa, Aya Shuto, Naohiko Ohkouchi, Nobuyuki Fujita, Yoshihiro Takaki, Haruyuki Atomi, Ken Takai (2018). A primordial and reversible TCA cycle in a facultatively chemolithoautotrophic thermophile. Science, 359(6375), 559-563.


    生命誕生に迫る始原的代謝系の発見 -多元的オミクス研究による新奇TCA回路の証明-
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