ちょこば(旧chocovanilla)のブログ一覧

今回はトンデモ路線で(笑)

■面白い読み物があった。

今回はトンデモストーリーを
でもありえない話じゃないと思います。
トンデモホームページからの紹介じゃありません。
もちろん学問の世界でも、まだこれからの分野です。
ただ、ミトコンドリアの祖であるαプロテオバクテリア
の能力からすれば、きっとこんなストーリーじゃないかと思って
書いてみました。

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ミトコンドリアは恐るべきキラースカベンジャーだったかもしれない。
彼らは感染して細胞を破壊する恐ろしい生き物だった。
細胞に入り込みアポトーシスを試み、遺体を消化する。
その為には過度に活性化させる必要がある。
細胞内の栄養をまずは奪い、ATPを彼らは供給して見せた
やがてバランスを崩した細胞は、栄養供給を試みて膨れ上がり
一方で排出不良を起こしてラジカルを多く抱ええてしまう。
ラジカルの放出に伴いミトコンドリアはシトクロムCを出して細胞を破壊し
スカベンジャーとして増殖を行う。

そんな中、寄生体を殺さない、穏やかなミトコンドリアが現れた
ATPを程々に供給し、のんびりと暮らす、
自らの遺伝子を宿主に送り込み
のんびりと細胞の中で生きる事を決めたのだ。

後はダーウィン選択である。
宿主を殺して出て行くのと
宿主を長生きさせるのと、どちらが効率がいいだろう？
そもそも外界が一番危ないし、また進入する手間も問題である
進入時に異物処理される可能性も高い。
強い宿主であれば、彼らと運命を共にした方がはるかに生き残れる。

やがて彼らはスカベンジャーとしての機能を失った。
少なくとも不必要な機能だったのか、或いは栄養を不必要に取る
スカベンジャー機能がない群の方が「母体」が長生きできたのだと思う。

彼らは牙を失ったことで、しまいには自発的な分裂能力も失って
宿主の生存によって存在が左右される身となったのだ。
更にそのうちの多細胞群落主は、余計な細胞を殺せるかどうか
或いは癌を殺せるかどうかで、ミトコンドリアを使いこなすようになった。
単純に使いこなせた個体群は繁栄できたが、
そのコントロールに失敗した場合、
癌化で群落が崩壊し絶滅したからだ。
一方のがん細胞も凶悪化で延命を図ったが、増殖力を増しすぎた
がん細胞は外界で行きぬくにはあまりにも我が強すぎた。


そうなればむしろ細胞には長生きしてもらう必要が発生する。
ゆっくりかつエネルギー産生の能力を得たメタン生成菌は
酸素を恐れる必要もなくなり(酸素はミトコンドリアに食べてもらう)
ゆっくりと進化を始めたのではないだろうか？

面白いのはシグナルがラジカルである事だ。
ラジカルセンサーが間違いでなかったことに
かなりびっくりしている＾＾；
高ラジカルであるという事は老化している、と勝手に体が判断し
細胞活動を弱めて、体にあった活動にしようとするのかもしれない。

彼らは寄生できない時はあらゆる手を使って生き延びていたのかもしれない
少なくともラジカルを感知する能力があり
ひょっとすると放射線を食べたりこねたりできる
･･･というのはさすがに怪しいが
受動的な能力を恐らく仲間の光合成細菌が有しているのは
非常に面白い物だと思います。
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日経系のTECH　ONからの　出展です。
ミトコンドリアは利己的なのか利他的なのか

二人の出会い
　20億年くらい前に，たまたまある「事件」が起こらなかったら，今でも地球は細菌の惑星だったのかもしれない。それはそれで細菌にとっては幸せなことだったのかもしれないが，とにかく起きてしまったから，筆者もこれを読んでいる読者の方もここにいる。その「事件」とは，ある細菌「メタン生成細菌」がミトコンドリアの先祖に当たる「α-プロテオバクテリア」を取り込んで，融合した生命体をつくったことである。本書では，「二人のなれそめ」をストーリー仕立てで次のように書いている（本書p．81）。

　むかしむかし，酸素がほとんどない海の底で，メタン生成菌とα-プロテオバクテリアが隣り合って暮らしていた。α-プロテオバクテリアはあの手この手で食物を漁って必死に生きていたが，食物（ほかの細菌の遺骸）を発酵させてエネルギーを生み出すことも多く，水素と二酸化炭素を廃棄物として放出していた。メタン生成菌は，そんな廃棄物を食べて平穏に暮らしていた。（中略）この関係があまりにも心地よく便利だったので，ふたりはいつも寄り添って育ち，メタン生成菌は次第に形を変えて，相棒を包み込んでいった。（中略）時が経つにつれ，包囲は窮屈になり，哀れなα-プロテオバクテリアは表面の多くをふさがれて，食物を取り込めなくなってしまった。（中略）そこで，ひとつの可能性として，物理的にメタン生成菌の中に入り込んだことが考えられる。すると，メタン生成菌は自らの表皮を使って必要な食物をなんでも取り込め，α-プロテオバクテリアとともに心地よい関係を続けられる。

　「心地よい関係」はさらに進んで，α-プロテオバクテリアの遺伝子がメタン生成菌に移動するようになった。例えば，メタン生成菌との良好な関係が行き過ぎてしまって包み込まれて窒息死したα-プロテオバクテリアは遺伝子を周囲にばら撒き，その一部がメタン生成菌の染色体に組み込まれた。こうして，2種の遺伝子群を手に入れたメタン生成菌は，万能選手となり，周囲の環境から食物を取り込み，それを発酵させてエネルギーを取り出せるようになった。途中経過は省くが，結果としてα-プロテオバクテリアはその遺伝子をメタン生成菌に移動させることによって，核と，α-プロテオバクテリアの発展形としてのミトコンドリアからなる真核細胞が誕生したのである。

　ミトコンドリアはそのほとんどの遺伝子を核に移したが，一部遺伝子を残すに至った。これは，ミトコンドリアが呼吸を司っているからである（本書では呼吸のメカニズムを化学的に詳しく解説している）。生物の負荷の程度に応じて，臨機応変に呼吸し，エネルギーを生み出すために，ミトコンドリア遺伝子で制御しているのである。

そうだ，食べてしまえばいい
　こうしてミトコンドリアを手に入れた真核細胞は，細菌の大型化・複雑化への進化を阻んでいたネックを解消した。大型化しても，真核細胞は細胞内のミトコンドリアの数を増やすだけでエネルギー効率を高めることが可能になった。細菌の利己的行動は「ライバルよりも複製を急ぐこと」だったが，真核細胞の利己的行動は「ライバルを食べること」になった。大型化し，複雑化するエネルギーがミトコンドリアによって可能になったのである。

　これがより複雑な多細胞生物に進化するきっかけになったのだが，それにしても，真核細胞や多細胞生物は，「利己」「利他」という観点から見ると，ややこしい存在である。一つの細胞からなる細菌が，自らの利益のために行動するというのはシンプルで分かりやすいが，多細胞生物では複数の細胞からなるために，勝手に一つの細胞が利己的に行動すると多細胞生物は破滅する。その一例がガンである。闇雲に増殖を続けるガン細胞は，細胞が古来から本来持っていた利己的な部分が出現したものだとみることもできる。
多細胞生物は，進化の過程で，こうした細胞の利己的行動を抑える仕組みを備えた。その一つが，「アポトーシス」と呼ばれる細胞死である。アポトーシスによって，不要な細胞を取り除くことで，本来勝手に増えようとする細胞の「夢」を打ち砕いて，多細胞生物という個体が自然選択の勝者になるようにしたのである。そしてその利他行動をコントロールをしているのが，核ではなく，ミトコンドリアだという。

アポトーシスの起源
　なぜ，ミトコンドリアがアポトーシスの担い手になったのかという理由がとても興味深い。さきほど，ミトコンドリアの先祖と宿主は最初は共生関係にあったという説を紹介したが，一方で逆に最初の真核生物では，ミトコンドリアの祖先は宿主細胞に寄生していたと考えられるという説もあるという（どちらが主流なのかは決着がついていないようだ）。「おそらく原ミトコンドリアは古細菌に入り，その状態をしばらく監視してから，宿主を死に追いやり，梱包された細胞の断片をむさぼり食うと，次の古細菌に移って行ったのだろう」（p．299）。この細菌を殺すメカニズムがアポトーシスの起源だと考えられる。つまり，最初はミトコンドリアの利己的な行動だったものが，後に多細胞生物を維持するための利他的行動に変化したのである。

　ミトコンドリアがどのようにしてアポトーシスを起こすのかというメカニズムはかなり明らかになっているようだ。細胞が損傷してエネルギーはあるのに分裂できない状態になると，呼吸を司る「呼吸鎖」という器官では，行き場がなくなった電子で詰まり，フリーラジカル発生する。これがミトコンドリアの膜にある脂質を酸化し，シトクロムCという物質を放出する。このシトクロムCがさらに体内の分子と反応して，ガスパーゼという細胞分子を切断する物質を活性化するのである。

有性生殖の起源
　ミトコンドリアの「利己的」な行動はまた，有性生殖（2つの細胞の接合によって両者の遺伝子が組み替えられ、新たな遺伝子の組み合わせを持つ個体が生じること）の起源にもなっているという。宿主細胞が損傷を受けて細胞分裂ができなくなると，ミトコンドリアはすでに宿主細胞の中でしか生きられない体になっていたので，これを回避するために他の宿主細胞に融合する手段として，有性生殖を編み出したということだ。

　このあたりは，かなり難解である。本書を読んでも筆者はなかなか理解できなかった。まず，宿主細胞が単細胞からコロニー，多細胞と進化するにつれて，有性生殖をうながすシグナル（フリーラジカルの発生）が出る。そのシグナルは，その宿主細胞が損傷しているということを告げることになり，全体としてはそのような細胞は取り除いた方がよいということになるのだそうだ。つまり，有性生殖をしたがる細胞は殺されるのである。すべて殺されては，生殖そのものができなくなるために，本当に生殖するための唯一の「例外」として生殖できる細胞を隔離することにした。こうして，多細胞生物は有性生殖でしか，複製ができなくなった，というややこしい話である。

ミトコンドリアと、光合成細菌の類似、面白い物です＾＾
実はそれについてはもうネタ話を下書きで作りましたけど、
トンデモ路線にふっているので、まだ出しません。

■今日は共生を好む、アルファプロテオバクテリア族のお話をします。
いずれも光合成細菌のおなかまで、どうも根粒菌(大豆などの根でチッソ固定する物)
なんも広くそのお仲間のようですよ。

ま、彼らには彼らなりの意図があるわけで、ボランティアじゃないんですけどね。

■そんないくつかの共生例を紹介しましょう。
αプロテオバクテリア族の不思議な特性、
さあ、どのように結びつくのでしょうか？
(ミトコンドリアに次話でつながります)

2011年06月30日
太古から続く動物と細菌の共生

背景：
細菌を含む微生物は多くの動物や植物と共生関係にある。もっとも身近なものでは、哺乳類の腸内細菌が挙げられ、宿主の消化吸収や免疫機能など様々な利点をもたらしている。

要約：
1970年代の前半に、Paracatenulaという扁平動物が発見された。熱帯の海から地中海地方へと広く分布するこの動物は、口も肛門もないため、どのように栄養を得ているのか分かっていなかった。そこでこの度、オーストリアにあるウィーン大学のJorg Ott博士率いる研究チームによって、Paracatenulaは細菌と共生することで栄養を得ていることが分かった。 Riegeriaと呼ばれるこの細菌は、硫黄化合物を酸化することでエネルギーを得、無機炭素化合物を有機炭素化合物へと合成しているようだ。この共生生物の高い生産性によって、Paracatenulaは生きるのに必要な栄養を全てそこからまかなっているようだ。

様々な門に属する多くの動物が、このような共生関係にあることは知られている。宿主の大きな多様性に比べて、殆どの共生生物はガンマプロテオバクテリアとイプシロンプロテオバクテリアのみに限られている。しかし今回発見された細菌は、アルファプロテオバクテリアであった。

アルファプロテオバクテリアの他の例では、ミトコンドリアがこのグループの細菌が由来だと考えられ、またマメ科の植物の根に住むものや、チフスを引き起こす細菌などが知られている。最近の研究では、細菌との共生関係は感染と殆ど、または全く同じメカニズムであると考えられている。

今回発見されたParacatenulaとRiegeriaの共生関係を研究することで、他のアルファプロテオバクテリアがどのように動物内に進入したのかなど、基本的なメカニズムの解明に繋がるだろうという。
RiegeriaはParacatenulaの組織の50％以上の細胞内で共生しており、これは既知の動物と細菌のどんな共生関係よりも高く、またDNAなどから推定した共生の始まりは5億年前と、既知のどんな共生関係よりも古いことが分かった。更に、この共生生物は宿主の子孫にそのまま受け継がれ、5億年もの間共生生物の入れ替えはなかったようだ。
補足：
プロテオバクテリアというのは、真正細菌の巨大な門の1つで、大腸菌やサルモネラ菌などを含む多種多様な細菌が属する。他の生物に共生や寄生するものや、自由生活性のものなど大きな多様性を持つ。

■そう、ミトコンドリアは感染して生き延びていたようなんですよね。
まるで蜂の卵を芋虫に産み付けるようにね。
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2009年12月22日　発表
トコジラミに必須栄養素を供給する細胞内共生細菌ボルバキアの発見

独立行政法人 産業技術総合研究所【理事長 野間口 有】（以下「産総研」という）ゲノムファクトリー研究部門【研究部門長 鎌形 洋一】生物共生進化機構研究グループ 深津 武馬 研究グループ長、細川 貴弘 産総研特別研究員らは、吸血衛生害虫として古くから知られ、近年の殺虫剤耐性や先進国での再興が問題となっているトコジラミ（別名 南京虫）にとって、ボルバキアという共生細菌が生存に必須であり、その生理機能が必須栄養素ビタミンB類の供給にあることを解明した。

　ボルバキアは多種多様な昆虫類に存在する共生細菌だが、その影響は一般に寄生的、すなわち宿主にはメリットが無いというのが従来の常識であった。トコジラミが特殊化した細胞から成る専用の共生器官を構築して、その細胞内だけにボルバキアをすまわせ、必須栄養素を作らせるという高度な相利共生関係の発見であり、「寄生」関係が「相利共生」関係の進化的起源となったことを実証した。またボルバキアが吸血衛生害虫であるトコジラミの生存に必須な共生細菌ということで、防除や制御の新規標的としても有望であり、応用的な展開も期待される。
　この研究成果は米国の学術専門誌「Proceedings of the National Academy of Sciences USA」（米国科学アカデミー紀要）のウェブサイトで2009年12月22日午前5時（日本時間）に掲載される。
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私たちは、日本産3系統、オーストラリア産2系統のトコジラミから精巣や卵巣の近傍にある一対の共生器官を解剖摘出してDNAを抽出し、細菌遺伝子の検出をおこなった。その結果、調べた105個体すべてからボルバキアが検出された。一方でγプロテオバクテリアは56個体（53 %）からしか検出されなかった。特に、日本産の1系統については、まったくγプロテオバクテリアが存在しなかった。すべての個体から検出されるのではないことから、従来の見解に反し、このγプロテオバクテリアはトコジラミの生存に必須な共生細菌ではないことが示唆された。
　定量的PCR法によってトコジラミの組織別のボルバキア感染密度を調べたところ、共生器官および雌の卵巣のみに高密度で存在することがわかった。In situハイブリダイゼーション法で体内局在を可視化したところ、雌雄ともにボルバキア感染は腹部に存在する一対の共生器官に限られていることがわかった（図3A、B）。また、雌の卵巣内で卵が形成されていく過程で卵の端にボルバキアが感染して、親から子への垂直伝達が行われ、卵の受精後、胚発生の段階で共生器官に局在していく（図3C）ことが判明した。
それでは本当にこのボルバキアがトコジラミの生存や繁殖に必須な共生細菌なのだろうか？ボルバキアのみに感染しているトコジラミ系統に、抗生物質入りのウサギ血液を人工給餌装置（図4A、 B）を用いて投与することにより、ボルバキア感染を除去した虫を作成した。成虫に抗生物質を与えてボルバキアを除去した場合は、卵の孵化率が激減した（図4C）。幼虫を抗生物質処理した場合は、幼虫期間が有意に延長し（図4D）、成虫まで到達できたものはわずかであった（図4E）。すなわち、ボルバキア感染が確かにトコジラミの正常な成長や繁殖に重要であることが示された。
それではトコジラミの成長や繁殖においてボルバキアが担う必須機能の実体は何なのか？脊椎動物の血液は栄養豊富なように思えるが、虫にとって必要なある種の栄養素、特にビタミンB類が欠乏している。そこで人工給餌装置で与えるウサギ血液にビタミンB群を添加したところ、抗生物質処理によってボルバキア感染を除去したトコジラミでも、卵孵化率、幼虫期間、成虫羽化率においてボルバキア除去の悪影響から完全に回復した（図4C-E）。これらの実験結果より、トコジラミの唯一の食物である血液中に不足するビタミンB群の供給が、共生細菌ボルバキアの担う主要な生物機能であることが示された。
　この研究により、従来は寄生的な共生細菌であると考えられてきたボルバキアが、トコジラミにおいては特殊化した共生器官の細胞内に局在し、宿主昆虫に必須な生物機能を果たす相利共生細菌に進化したことが実証された。

◆γプロテオバクテリア
グラム陰性細菌の１グループ。有名なγプロテオバクテリアのメンバーとしては、大腸菌やコレラ菌などがある。アブラムシの細胞内共生細菌ブフネラや、ツェツェバエの細胞内共生細菌ウィグルスワーシアもγプロテオバクテリアに属する。ちなみにボルバキアはαプロテオバクテリアという異なるグループのメンバーである。[戻る]


【おまけ】　迷走神経系もなかなか面白い物です。
かと言ってむやみにEMXを飲むのはお勧めしないなあ。
あいつら何食ってるか分からないんだもん。
スカベンジャーだとは思うんだけど・・

腸内細菌と心臓発作背景：
腸内細菌は宿主に対して様々な効能を与えており、消化吸収や免疫系だけではなく、他にも様々な影響を与えていると考えられている。

要約：
ウィスコンシン医科大学のJonh E. Baker博士らによって、腸内細菌の量や種類から人々が心臓発作を起こす可能性を予測し、またそれらを制御することによって心臓発作のリスクを軽減することができる可能性が示された。

Baker博士によると、この発見は心臓発作の予防や治療にとても大きな役割を果たすだろうという。腸内細菌、その代謝産物、心臓への傷の生化学的な繋がりが心臓発作からの死亡リスクを減らし、またヒトに好影響を与える微生物群であるプロバイオティックと共に、心血管系の健康を増進させることが出来る。

この実験では3つのグループに分けられたラットが使用された。1つめのグループは通常の餌、2つめのグループは抗生物質であるバンコマイシン、3つめのグループはプロバイオティックとして乳酸菌の一種が与えられた。

すると抗生物質を与えられたグループのラットは通常の餌を与えられたグループに比べて、レプチンと呼ばれる食欲や代謝をコントロールするタンパク質の量が減り、心臓発作の程度が弱まり、またそこからの回復も早かった。

このラットの体内では抗生物質が総腸内細菌量を減らし、特定の細菌や真菌の量が増えたようだ。またこのグループのラットにレプチンを与えると、抗生物質による効果が相殺された。

またプロバイオティックを与えられたグループにも特定の細菌や真菌の量が増え、レプチンの生成量が減少し、抗生物質を与えられてたグループと同様の効果を示した。またレプチンを与えた時にも同様に、プロバイオティックによる効果が相殺された。

論文誌の編集者であるGerald Weissmann博士によると、心臓発作の予防にヨーグルトを処方できるわけではないが、この研究によって腸内細菌が体内の傷にどのように影響するのかという理解が深まることになるという。現在医者が患者のコレステロール値や血圧を心臓発作のリスク管理に利用しているように、腸内細菌によってもそれが可能になるだろう。

■新しい心配事も特にないので
(敢えて言えば慶長三陸地震が北海道沖M9とか、
菅直人が反原発で生き延びようとしているとかあるんですが)

首都大学東京　 生命科学コース／生命科学専攻
が光合成細菌を｢まじめに｣科学しています。

確かにこんなのみた事ありますね。

光はクロロフィルやカロテノイドなどの光合成色素に吸収され，光合成反応中心複合体（単に反応中心とも呼ばれる）に結合したクロロフィルまで色素間を伝達される．これが光捕集系である．反応中心に結合したクロロフィルは，光エネルギーを用いて電子を放出する．引き続きキノンやチトクロムなどの成分を経由した電子伝達が進行してプロトンが生体膜を横切って輸送され，やがてＡＴＰの合成に至る．

アニメーション製作:山田さん
　光合成細菌には，酸素がない状態でのみ生育するもの（嫌気性：緑色イオウ細菌とヘリオバクテリア），基本的に酸素がある状態で生育するもの（好気性：シアノバクテリア），いずれの状態でも生育できるもの（通性嫌気性：紅色細菌と繊維状光合成細菌）がある．通性嫌気性のものは，一般に嫌気状態でのみ光合成を行い，好気状態では光合成色素を作らずに呼吸によって生育する．しかし，同じグループの中に嫌気状態では光合成を行わず，好気状態で補助的に光エネルギーを使う細菌がある．これを好気性光合成細菌と呼ぶ．


■･･･なんかどこかで見た絵です。
ミトコンドリアに良く似ていますね・・・
ミトコンドリアセンサーカテゴリー




こいつらも放射線を使って動けるんじゃないかという
ちょっとトンデモ説がありました・・・
β線かなといいましたが・・・

水素伝達系とATPアーゼの存在、
全く無関係ではなさそうです。
もちろん今の段階では分かりませんが
将来の大きな鍵はこの辺りにあってもおかしくないなと思うのでした

それもそのはず
ミトコンドリアや葉緑体は、光合成細菌を祖先にするといわれています。
葉緑体とは
３．葉緑体の起源
　ミトコンドリアや葉緑体はこれらのオルガネラ自身のDNAを有していることから、原始的な真核細胞は元来酸素を利用することのできない研寄生生物であったが、進化の過程で呼吸能を持つ好気性細菌や光合成能を持つ光合成細菌が共生した結果、現在のミトコンドリアと葉緑体ができたと考えられている（図２）。この説を細胞内共生説といい、1970年に出版された「真核細胞の起源」のなかでLynn Margulisが唱えた。現在では表２に示した多くの観察結果から、細胞内共生説は広く支持されている。

今ではその仲間のバクテリアのようですがどちらにしろバクテリア起源です
ウィキのミトコンドリアより
＞ミトコンドリアは好気性細菌でリケッチアに近いαプロテオバクテリアが真核細胞に共生することによって獲得されたと考えられている[6]。リン・マーギュリスの細胞内共生説では単に好気性バクテリアが起源とされていたが、その後すぐの1970年代にすでにミトコンドリアの起源が現在でいうαプロテオバクテリアだという意見が出ている。脱窒細菌Paracoccus denitrificansや暗所好気条件で培養した紅色光合成細菌Rhodobacter sphaeroidesは呼吸鎖の構成や阻害剤への応答がミトコンドリアのものと類似しており、特にシトクロムcがミトコンドリアのものと互換性を持つ点が注目された[24]。
細胞核DNAにコードされているシトクロムcだけでなく、ミトコンドリアDNAにコードされているリボソームRNAの配列を使った系統解析でもαプロテオバクテリア起源であることが示され、1980年代にはミトコンドリアのαプロテオバクテリア起源は受け入れられるようになった[25]。

■だからミトコンドリアがセシウムを食ってもおかしくない訳で(笑)トンデモとは言っても、そこにはもしかすると人類の進化にまつわるまじめな話がトンデモを放り捨てると現れることもある、というお話でした。