最小のゲノムを持つ微生物が生命の限界を押し広げる

共生的 細菌 昆虫細胞内に生息する昆虫は、あらゆる生物として知られている中で最も小さなゲノムを持っています。さらに調査結果 細胞小器官間の区別を曖昧にする ミトコンドリアや自然界の最も必要最低限の微生物のようなものです。

「この高度に統合された共生生物がどこで終わり、細胞小器官が始まるのかを正確に言うのは非常に難しいと思います」と彼は言う。 ピョートル・ウカシク ポーランド、クラクフのヤギェウォ大学にて。 「これは非常に曖昧な境界線です。」

ウンカは植物の樹液だけを食べて生きている昆虫で、古くからの共生細菌との関係のおかげで栄養を補っています。何百万年もかけて、これらの微生物はウンカの腹部の特殊な細胞内に生息するように進化し、ウンカが甘い食事からは得られない栄養素を生成します。これらの細菌の多くは完全に宿主に依存しており、その遺伝子ツールキットを祖先のサイズの数分の一まで劣化させています。

Łukasik と彼の同僚は、この細菌とバグの関係の進化と、これらの細菌のゲノムがどれほど小さくなるかに興味を持っていました。研究チームは、ウンカ類 19 科にわたる 149 匹の昆虫をサンプリングし、昆虫の腹部組織から DNA を抽出しました。研究者らはDNAを分析して配列決定し、共生細菌のゲノムを再構築した。 ヴィダニア そして スルシア。

細菌のゲノムは非常に小さかった。ゲノムの長さは、遺伝暗号における対になった「文字」の配列である塩基対の数で測定できます。細菌のゲノムの長さは 181,000 塩基対未満でした。比較のために言うと、ヒトゲノムの長さは数十億塩基対です。

そのうちのいくつかは、 ヴィダニア ゲノムの長さはわずか 50,000 塩基対で、既知の生命体としては最小のものです。以前は最小のものは ナスイアヨコバイと呼ばれるウンカの親戚が宿主とする共生細菌で、大きさは10万塩基対強です。

50,000 塩基対では、 ヴィダニア ゲノムは、生きているとはみなされないウイルスに見られるゲノムの規模です。たとえば、covid-19 の背後にあるウイルスのゲノム長は約 30,000 塩基対です。そのうちのいくつかは、 ヴィダニア タンパク質をコードする遺伝子の数はわずか約 60 個であり、その数は記録上最も少ないものです。

この細菌は約 2 億 6,300 万年にわたって昆虫宿主とともに進化しており、ウンカの 2 つの異なるグループ内で非常に小さなゲノム サイズを独立して進化させてきました。これらの細菌が行う数少ないことの 1 つは、昆虫の外骨格を作成および強化するための化学前駆体であるアミノ酸フェニルアラニンを生成することです。

Łukasikと彼のチームは、昆虫が細菌によって供給されていた栄養素を含む新しい食物を食べるとき、またはより多くの微生物が侵入してそれらの役割を引き継ぐときに、大量の遺伝子の損失が起こるのではないかと考えています。

高度に減少した細菌は、動物や植物の細胞内のエネルギーを生成する細胞小器官であるミトコンドリアや葉緑体を彷彿とさせます。 古代の細菌の子孫。共生細菌も同様に宿主細胞内に存在し、世代間で受け継がれます。

「『オルガネラ』は単なる単語なので、誰かがこれらを定義に含めたい場合は、これらをオルガネラと呼んでも問題ありません」と彼は言います。 ナンシー・モーラン テキサス大学オースティン校の博士はこの研究には関与していませんでした。 「しかし、ミトコンドリアや葉緑体との違いはまだ残っています。」

ミトコンドリアはさらに古く、15 億年以上前に誕生しましたが、そのゲノムはさらに小さく、約 15,000 塩基対です。

「これらの共生生物は、ミトコンドリアや葉緑体に見られるような、生物全体のほとんどの細胞ではなく、特殊な宿主細胞の中でのみ生きています」とモラン氏は言う。

Łukasik は、これらの細菌とミトコンドリアは、宿主に対する進化の「依存の勾配」上の異なる場所に存在しているだけであると考えています。彼は、より小さな共生生物のゲノムさえもまだ発見されていないのではないかと考えている。