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【坂口至徳の科学の現場を歩く】光合成、すでに太古の細菌が完成させていた メタン生成菌…神戸大・奈良先端大、食糧やバイオ燃料増産に期待

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【坂口至徳の科学の現場を歩く】
光合成、すでに太古の細菌が完成させていた メタン生成菌…神戸大・奈良先端大、食糧やバイオ燃料増産に期待

メタン生成菌がCO2を固定し、炭水化物を合成する仕組みである「原始カルビン回路」の模式図。ルビスコが二酸化炭素を取り込み、ホスホリプロキナーゼが二酸化炭素の受け取り手になる分子(リブロースビスリン酸)をつくっており、光合成によるカルビン回路と共通している。また、太陽エネルギーを注入してさまざまな炭水化物を作り上げていく段階も共通しているが、一部がメタンや脂質の原料をつくる経路に置き換わっている(蘆田弘樹・神戸大准教授提供) メタン生成菌がCO2を固定し、炭水化物を合成する仕組みである「原始カルビン回路」の模式図。ルビスコが二酸化炭素を取り込み、ホスホリプロキナーゼが二酸化炭素の受け取り手になる分子(リブロースビスリン酸)をつくっており、光合成によるカルビン回路と共通している。また、太陽エネルギーを注入してさまざまな炭水化物を作り上げていく段階も共通しているが、一部がメタンや脂質の原料をつくる経路に置き換わっている(蘆田弘樹・神戸大准教授提供)

 こうしたことから、研究グループは、「ルビスコ」と「ホスホリブロキナーゼ」というCO2の取り込みに関わる2つの酵素の遺伝子について、ゲノム(遺伝情報)のデータベースを解析したところ、地球上に生命が誕生したあと、極めて初期に出現したメタン生成菌が持っていることを見つけた。この細菌は海底の熱鉱床付近の極限環境から動物の消化器官まで存在していて、光合成を行わず、水素(H)とCO2からメタンを生産している。つまり、光合成を行う生物特有の酵素の遺伝子とみられていたものが、光合成の仕組みがない時代からすでに存在していたことになる。

実際に、みつかったメタン生成菌の遺伝子を使って合成した酵素は、光合成の仕組みの中でCO2から炭水化物を合成する「カルビン回路」といわれる代謝の過程で機能できた。さらに、このメタン生成菌の遺伝子解析や代謝産物の網羅的な解析から、メタン生成菌では、まったく知られていなかったCO2の取り込み、炭水化物生成の仕組みを作り上げており、その一部の反応は、光合成の仕組みと共通していた(図参照)。このことから、研究グループは「光合成の仕組みに進化するさいの原型になった」とする。

蘆田准教授は「今後、生命誕生から約40億年間の遺伝子進化の機構が明らかになることによって、地球全体の進化機構、生物の生存戦略の本質が見えてくると期待されます。一方で、食糧増産のための光合成の機能改良にも結び付けていきたい」と話している。

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坂口至徳 坂口至徳 昭和50年、産経新聞社入社。社会部記者、文化部次長などを経て編集局編集委員兼論説委員、客員論説委員。この間、科学記者として医学医療を中心に科学一般を取材。

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