Imachi Hiroyuki, 일본 해양 과학 기술 연구소 (Matsunaga KO)의 초고전 연구부 (Matsunaga KO) 및 Masaru K Nobu의 수석 연구원 인 Imachi Hiroyuki는 National Institute의 생물학적 프로세스 연구 부서 (Nakabachi Ryoji)의 생물학적 프로세스 연구 부서의 연구원 인 Masaru K Nobu (Masaru K Nobu) (Nakabachi Ryoji)의 회장과 관련이 있다고 말했다 심해 퇴적물의 무료 바카라 생물 조상 ( "Archia (※ 1)')를 배양했습니다
복잡한 세포 구조를 가진 무료 바카라 생물 (인간, 식물, 물고기, 곰팡이 등)의 조상은 간단한 세포 구조를 가진 원핵 생물 인 Archea가 태어 났을 때 태어 났을 때, 박테리아의 세포를 섭취 할 때, 내부 및 공식적으로는 원핵 생물입니다 공생 박테리아는 결국 미토콘드리아로가는 길을 따릅니다 최근의 연구에 따르면 Asgard로 알려진 Archaeans 그룹은 무료 바카라 생물에 가장 가깝지만, 그들의 존재는 환경 게놈 정보를 통해서만 확인되었으며, 그 실체는 완전히 수수께끼로 남아있었습니다
이 연구는 독특한 생물 반응기 기술을 소개합니다 (2011 년 6 월 9 일보고,2015 년 7 월 24 일보고), 최신 유전자 분석 기술과 전통적인 문화 기술을 결합함으로써, 우리는 Asgard 그룹에 속한 Archia의 배양에 도전했습니다 12 년간의 연구 후, 우리는 세계 최초의 Asgard Achia를 성공적으로 배양했습니다 이 고고는 그리스 신화의 신인 Prometheus (이하 MK-D1 균주라고 함)를 참조하여 Prometheoarchaeum syntrophicum mk-d1 균주로 지명되었습니다
MK-D1 균주는 직경이 550 nm (약 1/2000의 1mm) 인 구형 세포이며 무산소 환경에서만 성장했습니다 아미노산은 에너지 원으로 사용되지만 성장은 다른 미생물에 의존한다는 것이 밝혀졌습니다 게놈 분석은 MK-D1 균주가 무료 바카라 생물에 고유 한 것으로 간주 된 많은 유전자 (예 : 액틴 및 유비퀴틴을 생성하는 유전자)를 가지고 있음을 밝혀 냈습니다 이러한 유전자를 운반하고 무료 바카라 생물과 밀접하게 관련되어 있음에도 불구하고, 상세한 전자 현미경 관찰에 따르면, MK-D1 균주의 세포는 무료 바카라 생물과 같은 복잡한 세포 구조 (예 : 핵 및 골지)가 없으며 다른 고고학과 마찬가지로 간단한 내부 구조를 가지고 있음을 밝혀냈다 다른 한편으로, MK-D1 균주의 세포는 다른 고고 나 박테리아에서는 관찰되지 않는 복잡한 형태를 가지고 있음이 밝혀졌다 특징적인 것은 세포 외부의 긴 촉수와 같은 돌기의 형성과 많은 소포의 방출이었다
또한,이 연구에서 성공적으로 배양 된 MK-D1 균주의 세포 구조 및 생리 학적 특성과 관련된 연구 결과와 지금까지 무료 바카라 생물의 기원과 관련된 연구 결과에 근거하여, 우리는 무료 바카라 생물의 탄생에 대한 새로운 진화론을 묘사하고, "Anaerobic 환경에서 성장하는 고고"는 "Anaerobic 환경에서 성장하는 고고"를 묘사합니다 복잡한 세포 구조와 산소 "3) 모델이 제안되었습니다
이 성과는 생물학의 주요 미스터리 인 "무료 바카라 생물의 기원"에 대한 많은 통찰력을 제공합니다 심해 퇴적물에 사는 것으로 여겨지는 무료 바카라 생물과 밀접한 관련이있는 MK-D1 균주를 사용하고 다른 고고 병증 및 원시적 인 단일 세포 무료 바카라 생물을 배양하는 추가 연구는 고고에서 무료 바카라 생물로 진화 한 경로를 더 자세히 보여줄 것으로 예상됩니다
이 연구는 과학 홍보, 과학 연구 JP18687006, JP21687006, JP24687011, JP15H02419, JP19H01005, JP18H03367, JP26712612, JP18H026, JP15H02419를위한 일본 사회의 지원으로 수행되었습니다 JP18H05295, JP16J10845, JP18H04468, JP18K18795, Advanced Bioimaging Support Platform ABIS (JP16H06280) 및 Physiology의 공동 사용 연구 (19-504)
이 결과는 1 월 16 일 (일본 시간) 영국 과학 저널 Nature의 온라인 판에 게시 될 예정입니다
논문 제목 :
원핵 생물-에우 카시 테 인터페이스에서 고원의 분리
(원핵 생물과 무료 바카라 생물 사이의 경계에 위치한 고고학의 분리)
저자 : Imachi Hiroyuki1*, Masaru K Nobu (Nobu)2,1*, Nakahara nozomi1,2,3, Morono Yuki1, Ogawara Miyuki1, Takagi Yoshihiro1, Takano Yoshishige4, Uematsu Katsuyuki5, Ikuta Tetsuro6, Ito Motoo1, Matsui Yohei4, Miyazaki 압류1, Murata Kazuyoshi7, Saito Yumi1, Sakai Sanae1, Chihong Song (Song Ziyun)7, Takaku eiji1, Yamanaka Yuko1, Yamaguchi Takashi3, Kamagata Yoichi2, Tamaki Hideyuki2, Takai Ken1,8
1 일본 해양 연구 개발 기관, 초기 연구 개발 기관, 2 국립 선진 산업 과학 기술 연구소, 생물학적 과정 연구 부서, 3 Nagaoka 기술 대학, 환경 및 사회 인프라 공학부, 4 일본 해양 연구 및 개발 기관, 해양 기능 부서, 5 해양 연구 기관, 6 국제 환경 및 국제 환경, 7 연구소, 8 국립 자연 과학 연구소, 생명 창조 탐사 센터
*두 저자는이 연구에 동등하게 기여합니다
무료 바카라 생물의 탄생의 열쇠를 보유한 미생물 "Archia"를 성공적으로 배양했습니다
https : //wwwyoutubecom/watch? time_continue = 18 & v = p1zr4t6vmtg & feature = emb_logo
인간과 식물을 포함한 무료 바카라 생물은 어떻게 지구에 왔습니까? 무료 바카라 생물 세포는 DNA- 함유 핵, 단백질 및 지질막으로 구성된 다수의 소기관으로 구성된 복잡한 구조를 갖는다 이 복잡한 구조를 갖는 무료 바카라 생물은 세포 내에 핵이나 소기관이없는 단순한 세포 구조를 가진 원핵 생물 (고고학 및 박테리아)에서 태어 났다고한다 무료 바카라 생물 세포의 탄생을 위해 다양한 가설이 제안되었지만, 가설은 최초의 무료 바카라 생물이 원핵 생물이 원핵 생물 인 Alchea에 의해 사용되었을 때 태어났다는 것이 널리 뒷받침되며, 세포 (미토콘드리아의 조상), 세포에 대칭적인 관계를 구축함으로써 원핵 생물 인 Alchea에 의해 사용되었을 때 태어났다 그러나, 중간체와 같은 유기체는 지금까지 원핵 생물에서 무료 바카라 생물로 전이하는 것으로 밝혀지지 않았기 때문에 가설을 테스트하기가 어렵고 무료 바카라 생물의 기원에 대한 연구는 오랫동안 정체되었습니다
그러나 상황은 2015 년에 극적으로 바뀌 었습니다 스웨덴 연구팀Metagenomic Analysis (※ 2)심해 퇴적물에 살고있는 Lochiarchaeta라는 문화되지 않은 고풍 그룹의 게놈을 해독하는 데 사용되었으며, 분자 계통 발생 학적 분석은이 고풍 그룹이 무료 바카라 생물에 비해 가장 가까운 것이라고 주장했다 이 주장을 뒷받침하기 위해, 우리는 Lochiarchiota의 게놈에 무료 바카라 생물에 고유 한 것으로 간주 된 많은 유전자가 있음을 발견했습니다 (예를 들어, 경부 성 망상 수송 등과 관련된 무료 바카라 생물 세포 및 유전자의 골격 구조의 형성에 관여하는 액틴) 또한, 연구팀은 Metagenomic 분석을 통해 Lochiarchiota와 밀접한 관련이있는 다른 Archaeota 그룹이 무료 바카라 생물에 고유 한 것으로 간주 된 많은 유전자를 가지고 있음을 밝혀 냈습니다 Lochiarchiota와 관련 Archia 그룹을 결합한 Taxon (Ummon)은 Norse 신화의 신들이 거주하는 세계가 Asgard라고 불리며 현재 무료 바카라 생물 기원의 주요 후보로 여겨집니다 그러나이 고고 그룹의 존재는 환경 게놈 정보를 통해서만 확인되었으므로, 물질 (세포 형태, 삶의 방식 등)은 미스터리에 완전히 덮여있었습니다 이 고풍 그룹이 진정한 무료 바카라 생물의 유기체라면, 그 문제는 자연스럽게 발생합니다 1) 이미 무료 바카라 생물과 마찬가지로 핵 및 소기관이있는 복잡한 세포 구조가 있으며, 2) 미토콘드리아의 조상을 세포에 포함시킬 수있는 박테리아를 자연적으로 구체화 할 수있는 능력이 있다면, 이는 세포 외부에서 큰 실질을 포함 할 수 있습니다 이러한 질문에 답하기 위해서는 실험실에서 아스가르드 어퍼 기둥에 속하는 고고를 자세히 배양하고 검사하는 것이 필수적입니다 따라서 전세계 Asgard Kamimon Archia의 문화에 대한 기대가 크게 나타났습니다
반면에,이 논문의 주요 저자 인 Imachi는 2006 년부터 Asgard Kamimon Archia가 무료 바카라 생물의 기원으로 주목을 받기 시작하기 오래 전부터 그것을 재배하려고 노력해 왔습니다 그 이유는 아스가르드 근거 중 하나 인 Lokiarchiota가 전 세계 잠수함 퇴적물에 지배적으로 존재하기 때문입니다리보솜 RNA 유전자 (※ 3)를 기반으로 한 유전자 분석에서 알려져 있습니다 (당시 그것은 Lochiarchiota라는 이름이 아닌 Deep-Sea Archaeal Group [DSAG] 또는 Marine Benthic Group-B [MBG-B]라고 불렀으며,이 Archa를 배양함으로써 그들은 생리 학적 특성과 환경에서의 역할을 설명하고 싶었습니다
이 연구에서 2006 년 5 월, Lokiarchiota를 포함한 다양한 배양되지 않은 미생물을 포함하는 심해 퇴적물은 Manned Subsel Research Evesel Shinkai 6500에 의해 Nankai Trough의 Methane Gush Zone (깊이 2533m)에서 수집되었습니다 (그림 1) 수집 된 심해 퇴적물을 다운 플로우 교수형 스폰지 (DHS) 반응기에 넣고 메탄 거쉬 구역의 환경을 시뮬레이션하는 배양 조건 하에서 약 2,000 일 동안 배양 하였다 Lochiarchiota를 포함한 다양한 배양되지 않은 미생물은 16S 리보솜 RNA 유전자에 기초한 유전자 분석을 사용하여 DHS 반응기에서 확인되었다 다음으로, 다양한 배지를 함유하는 수백 개의 시험관을 준비하고 DHS 반응기에서 배양 된 개별 미생물을 분리하려고 시도 하였다 약 1 년 후카사 미노산 (※ 4)를 함유하는 혐기성 배지를 함유하는 시험관에서 그리고 항생제 (박테리아 성장을 억제하기 위해), 우리는 미생물의 성장으로 여겨지는 약한 배지의 습도를 관찰했습니다 배양 물은 16S 리보솜 RNA 유전자에 기초한 유전자 분석을 사용하여 검사 한 후 소수의 lochiarchiota와 몇몇 다른 미생물이 있음을 발견 하였다 그 후, 배양 물은 정량적 PCR을 사용 하여이 lochiarchiota의 성장을 모니터링하면서 심었다 그 과정 에서이 lochiarchiota의 성장률은 매우 느립니다 (Cellular)배가 시간 (※ 5)증식 중에 약 14-25 일) 및 최대 세포 밀도가 매우 낮습니다 (~ 105cells/ml)가 명확 해졌습니다 이 성장률과 최대 세포 밀도는 가장 연구 된 모델 미생물 대장균보다 약 1000 배 낮았습니다 또한, 어류 방법, 전자 현미경 관찰, 메타 게놈 분석 및 안정적인 동위 원소 표지 아미노산을 사용한 배양 실험은이 혐기성 환경 에서이 로키 아르 치오 타 대사 아미노산을 보여 주었고, 다른 미세 조건으로 생성 된 수소는 다른 미세 organism에 전달 된 것으로 밝혀졌다 (황산염 박테리아에 전달되고) 관계 마지막으로, 우리는 심해 예금이 수집 된 후 12 년 후 Lokiarchiota를 복용 할 것입니다Methanogenium우리는 그것을 메탄 생성 고고 속을 가진 두 가지 유형의 미생물로 구성된 순수한 공동 배양 시스템으로 성공적으로 분리했습니다 이 lochiarchaeum은 그리스 신화의 신인 Prometheus가 진흙에서 인간을 창조하고 인류의 불을 주었기 때문에 Prometheoarchaeum syntrophicum 균질 mk-d1로 명명되었습니다 (그들은 미토콘드리아를 습득하여 산소를 활용하여 거대한 에너지로 그들을 이용할 수있게되었습니다)
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| 그림 1 : 심해 퇴적물에서 MK-D1 변형을 분리하는 과정 |
MK-D1은 무산소 환경에서만 성장할 수 있고 에너지 원으로 아미노산 또는 펩티드를 사용하여 자랄 수있는 혐기성 미생물로 발견되었습니다 다양한 전자 현미경을 사용하여 상세한 세포 구조를 검사 한 후, MK-D1 균주의 세포는 직경이 약 550 nm (약 1/2000의 약 1/2000) 인 작은 천골이며, 그들이 함께 모이는 세포의 응집체를 형성한다는 것이 밝혀졌다 또한, 냉동 전자 현미경 단층 촬영 및 투과 전자 현미경을 사용하여 세포의 내부 구조를 검사함으로써, 다른 고고와 마찬가지로 MK-D1 균주의 내부 구조는 "아스가르드 고고는 핵과 소기관이 무료 바카라 생물과 같은 복잡한 세포"라고 배신한다 한편, MK-D1 균주의 세포 형태는 다른 원핵 생물에서는 관찰되지 않는 복잡한 형태를 갖는 것으로 밝혀졌다 주목할만한 특징은 세포 외부 촉수와 같은 길고 분지 된 돌출 구조의 형성이었다 (도 2) 또한, 그것은 세포 외부의 많은 소포를 방출하는 것으로 밝혀졌습니다 우리는 또한 세포막을 구성하는 막 지질 분자를 조사했으며, 이는 세포 진화를 고려하는 데 중요합니다 결과적으로, MK-D1 균주는 이전에 알려진 고고와 유사한 이소 프레 노이드 형 막 지질 분자 구조를 가졌다 기존 무료 바카라 생물 유기체의 세포막이 지방산의 에스테르-결합 구조를 갖는 것을 고려할 때, 고고가 무료 바카라 생물 세포로 진화함에 따라 이소 프레 노이드에서 지방산 유형으로 전환 된 세포막 지질이 전환되는 것으로 추정된다
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| 그림 2 배양 된 Archea MK-D1 균주의 주사 전자 현미경 사진 위의 두 사진은 성장할 때 세포 형태를 보여줍니다 그들은 단독으로 또는 많은 경우에 골재를 생성합니다 아래 두 장의 사진은 확산이 끝날 때 세포 형태를 보여 주어 길고 촉수 같은 분기 돌기를 생성합니다 흰색 화살표는 MK-D1 균주에 의해 세포 외에 방출 된 소포를 나타낸다 |
우리는 이번에 MK-D1 균주를 배양 할 수 있었기 때문에 MK-D1 균주의 전장 게놈 서열을 결정할 수있었습니다 이 전장 게놈 정보를 사용하여리보솜 단백질 (※ 6)서열 기반 분자 계통 발생 학적 분석으로서, MK-D1 균주는 무료 바카라 생물 그룹을 가진 자매 그룹을 형성했으며, 이는 "MK-D1 균주가 배양 된 원핵 생물로서 무료 바카라 생물에 가장 가까운 유기체임을 나타낸다 (도 3) 또한, MK-D1 균주의 게놈은 또한 무료 바카라 생물에 고유 한 것으로 간주 된 액틴, 유비퀴틴 및 소포체 수송과 관련된 많은 유전자를 함유하고, RNA 발현 분석은 이들 유전자 그룹이 실제로 세포에서 발현된다는 것을 확인 하였다 무료 바카라 생물에 고유 한 것으로 간주 된 이들 유전자 중, 액틴을 생성하는 유전자가 가장 발현되었다 또한, MK-D1 균주의 게놈에 대한 상세한 분석은 자체 세포를 생성하는 데 필수적인 아미노산, 비타민 및 뉴클레오티드를 합성 할 수 없음을 시사했다 결과는 MK-D1 균주가 에너지 원 아미노산의 사용을 위해 다른 미생물과의 공생에 의존 할뿐만 아니라 자체 세포 합성 및 성장에 필수적인 물질은 다른 미생물로부터의 공급에 의존한다는 것을 시사한다 또한, MK-D1 균주의 게놈을 Asgard의 아민 고고의 이전에보고 된 게놈 정보와 비교할 때, 우리는 아미노산으로부터의 에너지 획득과 관련된 유전자가 Asgard의 아민 고고에서 보존된다는 것을 발견했다 이 비교 게놈 분석의 결과는 아스가르드 상부 기둥의 조상 인 고고가 아미노산을 사용하여 성장했음을 강력하게 시사합니다 따라서 무료 바카라 생물의 조상 인 Archa는 에너지 원으로 아미노산을 사용하여 성장했다고 생각할 수 있습니다
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| 그림 3 : 리보솜 단백질 서열을 연결하는 서열을 사용하여 최대 가능성 방법을 사용하여 구성된 분자 계통 발생 트리 MK-D1 균주는 배양 된 원핵 생물로서 무료 바카라 생물에 가장 가까운 유기체 인 것으로 밝혀졌다 지점 지점의 숫자는 분기의 확률 (%)을 나타냅니다 측면 길이는 진화 거리를 나타냅니다 (스케일 바에 대한 왼쪽 상단 참조) |
마지막으로,이 연구에서 밝혀진 MK-D1 균주의 세포 형태, 생리 학적 및 유전 적 특징에 근거하여, 현재까지 무료 바카라 생물의 기원과 관련된 결과에 따르면, 우리는 무료 바카라 생물의 출생에 대한 새로운 진화론을 도입했다3) 모델 "(그림 4) (그림 4) 약 27 억 년 전, 시아 노 박테리아의 도착은 지구상에서 산소가 증가하는 주요 산화 사건으로 이어졌습니다 Archea, 무료 바카라 세포의 조상 인 박테리아 세포의 조상 인 미토콘드리아의 조상 인 산성이면에 해독 될 수 있습니다 MK-D1 균주에서 관찰 된 바와 같이, 긴 촉수와 소포를 사용하여 미토콘드리아 조상을 포착합니다
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| 그림 4 : 무료 바카라 생물의 탄생에 관한 새로운 진화론 "entangle-Engulf-endogenize (e3) "모델" "모델"은 잡히는 것을 의미하며, engulf는 삼키며 내부 발달을 의미하며, 무료 바카라 생물의 조상 인 고고 (파란색으로 표시된 세포)가 박테리아 (붉은 색으로 표시된 세포)를 취하는 세포 (적색으로 표시된 세포)를 세포로, 그리고 이들의 상징적 인 짝짓기로 취하는 과정을 나타냅니다 약 27 억 년 전에 시작된 대규모 산화 사건에 의해 산소가 생성 될 때, 고고는 무산소 환경에서만 성장할 수있는 무료 바카라 생물의 조상 인 고고가 산소의 존재조차도 성장할 수있는 황산염 감소 박테리아 (오렌지로 표시된 세포)와 공존하기 시작했으며, 산소 (미토콘드 인의 조상)를 해독 할 수 있습니다 산소를 이용할 수있는 박테리아 세포를 Archa의 세포에 의해 촬영 하였다 아미노산을 공유함으로써 하나의 세포가 된 Archia Archia의 자체 "쉘 (세포벽)"은 막이 완전히 닫히는 것을 막았으며 고고와 미토콘드리아의 몸을 분리하는 "핵막"을 방지했습니다 공생 관계가 발전함에 따라, 유전자 교환이 발생하고 통합이 진행되었다 (예 : 세포를 둘러싼 막은 미토콘드리아 등에 균질 해졌다) 호스트 Archa의 에너지 통화 (ATP)를 강탈하는 기능 (AAC)을 생성하고 개발함으로써 고고와 박테리아의 관계는 공생에서 기생충으로 전환되었습니다 Archia는 미토콘드리아에 에너지 생산 대사를 완전히 위임하여 AAC 역류를 촉진하고 두 당사자간에 ATP를 공유하는 공생 시스템을 확립했습니다 이 일련의 진화를 통해, 우리의 조상 인 무료 바카라 생물은 아미노산 에너지 원, 산소-흡기 시스템 및 핵막과 같은 복잡한 세포 구조로 태어났습니다 |
우리는 MK-D1 균주에 대한보다 자세한 조사로 시작할 계획입니다 고고 학적 균주 MK-D1에서 무료 바카라 생물에 고유 한 것으로 간주되는 유전자의 기능을 조사함으로써, 이들 유전자의 원래 역할을 이해하는 것이 가능하다 우리는 또한 긴 촉수와 같은 돌출 구조와 소포의 구성 요소와 MK-D1 균주에서 관찰 된 그들의 역할을 명확히하는 것을 목표로한다 또한, 우리는 원시 단일 세포 무료 바카라 생물뿐만 아니라 MK-D1 균주 외에 무료 바카라 생물과 밀접한 관련이있는 다른 고고학을 배양하고 그 특성을 명확히하려고 시도 할 것입니다 이러한 연구를 진행함으로써, 고고학에서 무료 바카라 생물로 진화 한 길은 더 명확해질 것으로 예상된다