OIST、生命誕生前の原始の海でタンパク質などが移動するための仕組みを発見

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沖縄科学技術大学院大学(OIST)は4月25日、細胞や微生物が、環境中の化学シグナルに反応して移動するプロセスである「化学走性」に関する根本的な疑問に答えるため、実験室で同現象を模倣するための合成液滴を作成し、現象を正確に分離、制御、研究できるようにした結果、単純な化学的相互作用によって、タンパク質などの非生命でも移動することが可能であることを発見したと発表した。

同成果は、OIST タンパク質工学・進化ユニットのアレッサンドロ・ベヴィラクワ大学院生、同・パオラ・ラウリーノ准教授に加え、OIST マイクロ・バイオ・ナノ流体ユニットとOIST 複雑流体・流動ユニットの研究者も参加した共同研究チームによるもの。詳細は、米国化学会が刊行する機関学術誌「Journal of the American Chemical Society」に掲載された。

現在の地球には、ヒトを含めて数多くの生物が存在しているが、地球がおよそ46億年前に誕生した直後は、全面が溶融したマグマオーシャンだったと考えられており、当然その時には生命はまったく存在していなかったはずである。その後、宇宙空間から水やさまざまな有機分子がもたらされ、そうした「原始スープ」(生命を生んだ液体)から生命は誕生したとする仮説が、有力な説の1つとなっている。

原始スープの中において、タンパク質などの有機分子が移動できることが重要と考えられるが、それを実現するのが化学走性であり、その研究のために今回、合成液滴が作られた。液滴を作ること自体はそれほど困難ではないかも知れないが、すべての変数を正確に制御しながら、生物学的プロセスを可能な限り現実に近い形で模倣することは大変困難だという。

合成された膜のない液滴には、細胞内の混雑状態を模倣するために、ウシのタンパク質である「ウシ血清アルブミン」(BSA)が非常に高濃度で含まれており、また尿素をアンモニアに分解する酵素「ウレアーゼ」なども含まれている点が特徴とする。

アンモニアはpH値が高い、つまり塩基性(アルカリ性)の化合物。酵素がアンモニアの生成を触媒するにつれて、アンモニアは溶液中に拡散し、pH値の高い「ハロー」を液滴の周りに形成する。その結果、液滴はほかの液滴を検知して、互いに向かって移動することができるという。このことから、液滴の化学走性を理解する鍵は、pH勾配にあることが明らかにされた。