スウェーデンの淡水細菌が失われた遺伝子と予想外の光合成能力を明らかにする

細菌は、地球上で最も多様で古代の生命形態の 1 つです。しかし、それらについて知られていることの多くは、人間の健康における役割について研究されている少数の種に由来しています。

「細菌種の大多数は未解明のままであり、このことが細菌がどのように生態系を形成し、さまざまな環境で繁栄するために進化してきたのかについての私たちの理解を本当に制限しています」と研究の筆頭著者であるジョエル・ホールグレンは言う。

ほとんどの細菌は、単純で対称的な細胞分裂を通じて繁殖します。しかし、「茎のある」外観で知られるカウロバクテラル目の 1 つの特徴的なグループのメンバーは、このパターンから逸脱しています。それらはより複雑なライフサイクルを持ち、非対称な細胞分裂を伴い、2 つの異なる細胞タイプ (1 つは移動性で探索的な細胞、もう 1 つは固着性と生殖性) をもたらします。

この複雑なライフサイクルの背後にある進化的理由は、長い間科学者を困惑させてきました。 Caulobacterales 細菌も環境中に広く存在していることが知られており、自然界では植物物質の重要な分解者であると考えられていますが、その生態と進化については十分に研究されていません。

カウロバクテラル目の遺伝的発見

ストックホルム大学の研究者らは、スウェーデンとフィンランドの森の湖から新たに収集されたサンプルを含む、既知のカウロバクテラル目すべての種の DNA を分析した。彼らの発見は、 ネイチャーコミュニケーションズ。

彼らは、いくつかの淡水種が、そのグループの複雑な生活環に典型的に関連する100以上の遺伝子を欠いていることを発見した。

これらの細菌はこれまで知られていなかった属の3つの新種に相当し、研究チームはラテン語で「尾のない細菌」を意味するAcaudatibacterと名付けた。

興味深いことに、エクアドルで分離された別の土壌カウロバクテラル属のメンバーも、同じ一連の生活環遺伝子を欠いており、研究者らが顕微鏡で観察したところ、単純で対称的な細胞分裂によって繁殖する。別々の系統におけるこの独立した複雑性の喪失により、細菌の複雑なライフサイクルに不可欠な一連の遺伝子についての洞察が得られます。

「進化によってライフサイクルの複雑さが同じように何度も逆転したのは興味深いことです」とジョエル・ホールグレン氏は言います。 「これは、細菌のライフサイクルの進化の過程で複雑さがどのように生じ、消滅するのかを示す独特の遺伝的特徴を私たちに与えてくれます。」

予期せぬ発見とコラボレーション

研究者らはまた、別の予想外の発見もした。スウェーデンの湖の細菌は、カウロバクテラル目ではこれまで知られていなかった能力である光合成に必要な遺伝子をすべて持っており、光合成がこれまで考えられていたよりも細菌の間で広く普及していることを強調した。実際、さらなる分析により、このグループの種の約 10% が光エネルギーを収集するための遺伝子を持っていることが明らかになりました。

「母国からの新しい細菌種が、微生物学の基本概念に新たな視点を与えてくれることは大変興味深いことです」とハルグレン氏は言う。

この研究は、ストックホルム大学の 2 つの研究グループ間の緊密な学際的共同研究であり、研究開始当時はどちらも生命科学の国家インフラである SciLifeLab に拠点を置いていました。

「このプロジェクトは、私の研究室の細菌細胞生物学および遺伝学の専門知識と、サラヒ・ガルシアのグループの強力な微生物ゲノミクスおよび生態学の専門知識を組み合わせたものです」と上級著者のクリスティーナ・ジョナスは述べています。