東大など、光合成活性を持った葉緑体の動物の細胞への移植に成功

東京大学(東大)、理化学研究所(理研)、東京理科大学(理科大)、早稲田大学(早大)、科学技術振興機構(JST)は10月31日、藻類から光合成活性を持つ葉緑体を取り出し、ハムスターの培養細胞内に移植することに成功し、少なくとも2日間は同培養細胞内で光合成活性を保持していたことを確認できたことを発表した。

今回の研究による、光合成活性のある葉緑体を持つ動物細胞の模式図 (出所:理科大Webサイト)

同成果は、東大大学院新領域創成科学研究科先端生命科学専攻の青木遼太大学院生、同・乾弥生特任研究員、同・岡部耀二大学院生、同・澤田幸希大学院生(研究当時)、同・森田隼登(研究当時)、同・ジェノ・バティスト特任研究員、同・丸山真一朗准教授、同・松永幸大教授、理研環境資源科学研究センターの佐藤繭子技師、同・武田紀子テクニカルスタッフII、同・豊岡公徳上級技師、理科大教養教育研究院神楽坂キャンパス教養部の鞆達也教授、早大教育・総合科学学術院の園池公毅教授らの共同研究チームによるもの。詳細は、日本学士院が刊行する自然科学の幅広い分野を扱う英文学術士「Proceedings of the Japan Academy, Series B, Physical and Biological Sciences」に掲載された。

葉緑体は、多数のクロロフィル(葉緑素)を有する植物細胞や藻類にある細胞内小器官で、光合成を担うことで知られる。今から12～16億年前、酸素発生型光合成細菌の「シアノバクテリア」(の先祖)が動物細胞(真核生物)に共生し、藻類が誕生したことで葉緑体が誕生したと考えられているが、動物細胞は通常、葉緑体を異物として認識して消化してしまうため、移植は困難とされてきた。そこで研究チームは今回、新たな手法を用いて葉緑体を動物細胞に取り込ませることにしたという。

具体的には、原始的な藻類で、最小の細胞サイズ、最少の遺伝子数、細胞内小器官を1個ずつしか持たないなど、光合成細菌が共生を開始して藻類が出現して間もない頃の姿を留めていることが特徴の「シアニディシゾン」(シゾン)から光合成活性を持った状態の葉緑体の単離が試みられた。葉緑体のゲノムに関して、進化するに従ってサイズが小さくなり遺伝子数が減少していくが、シゾンのものは他の藻類や植物の約2倍の遺伝子数を保持しており、それだけ原始的であることがわかるという。

葉緑体の移植手法はこれまで、細いガラス管を用いて細胞内に注入したり、物理的に細胞膜に穴を開けて取り込ませるといった方法が取られていたが、半世紀以上も前から移植実験は行われてきたものの、これまで取り込まれた葉緑体が光合成活性が確認されたことはなかったことから、今回の研究では、ハムスターの卵巣から確立された培養細胞の「CHO細胞」が有する「貪食作用」(細胞が異物を取り込む能力)を高めるという新たな手法を開発することで、同細胞に最大で45個の葉緑体を取り込ませることに成功したという。