西山雅祥 白眉センター特定准教授（物質－細胞統合システム拠点連携准教授）、金井保 工学研究科講師、竹川宜宏 名古屋大学理学研究科博士後期課程学生、本間道夫 同教授らの研究グループは、生物進化の源流に位置する超好熱性細菌の運動機能を明らかにすることに成功しました。本研究の成果から、細菌の祖先は水素イオンではなく、ナトリウムイオンを使ってべん毛モーターを回転させていたことが強く示唆されました。
本研究成果は、英国科学誌「Scientific Reports」において、2015年8月5日午前10時（英国時間）に公開されました。
研究者からのコメント
今回の成果を応用することで、太古の地球で诞生した原始生命体の谜を解き明かすことができるかもしれません。また、さまざまな极限环境生物の遗伝子配列を利用することで、新たな人工ナノモーターの创造が期待できます。
本研究成果のポイント
- 超好热性细菌のべん毛および运动能を解析
- 原始细菌型モーターを大肠菌内で再构筑し、そのエネルギー源がナトリウムイオン流であることを明らかに
- 进化におけるモーターのエネルギー源の変迁をはじめて提唱
概要
细菌は、べん毛と呼ばれるらせん状の繊维をスクリューのように回転させることで水中を自由に泳ぐことができます。べん毛の回転はその根元の小さなモーターによって駆动されます。べん毛モーターを动かすためのエネルギー源は、モーター内を通るイオンの流れで、水素イオン、ナトリウムイオン、カリウムイオンなど、生物种によって异なるイオンを使うことが知られています。これらのエネルギー源の违いが、生物の进化においてどのように生み出されてきたのか、これまで分かっていませんでした。
本研究成果では、生物の进化の初期段阶に分岐した细菌群に属する Aquifex aeolicus のべん毛モーターに着目しました。この细菌のエネルギー変换ユニットを大肠菌のモーター内で働かせたところ、本来は水素イオンを使って回転するモーターが、ナトリウムイオンを使って回転するようになりました。さまざまな细菌の遗伝子配列を比较することで、细菌の祖先がナトリウムイオンを使ってモーターのエネルギー変换を行っていたことや、エネルギー変换ユニットが进化の过程で他の细菌へと水平伝播されたことなどを予想させる结果が得られました。
べん毛モーターは、直径が50ナノメートル（2万分の1ミリメートル）という小ささでありながら、秒速200～1000回転以上という速さで回転します。このような微小でかつ高速回転するモーターは、人工物はもちろんのこと自然界でも他に类を见ません。
大肠菌は水素イオン（贬 + ）を使ってモーター回転のためのエネルギー変换を行うのに対して、细菌の祖先ではナトリウムイオン（狈补 + ）を用いてエネルギー変换を行っていたことが强く示唆された。
详しい研究内容について
书誌情报
[DOI]
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Norihiro Takekawa, Masayoshi Nishiyama, Tsuyoshi Kaneseki, Tamotsu Kanai, Haruyuki Atomi, Seiji Kojima, Michio Homma
"Sodium-driven energy conversion for flagellar rotation of the earliest divergent hyperthermophilic bacterium"
Scientific Reports 5, Article number: 12711 (2015)
Published online: 05 August 2015
