児玉 有紀

研究テーマ

1.  繊毛虫のミドリゾウリムシと緑藻クロレラを用いた細胞内共生の成立および維持機構の解明

2.  ミドリゾウリムシと共生クロレラの生物資源としての実用化に関する研究

  研究内容  

　淡水産の繊毛虫のミドリゾウリムシ（Paramecium bursaria）の細胞内には緑藻類のクロレラが共生している。ミドリゾウリムシは体長約120 μmの単細胞の真核生物で、1細胞内の共生クロレラ数は約700細胞にも及ぶ。

　ミドリゾウリムシとクロレラは古くから知られている相利共生の関係にあるが、まだ互いの存在が生存に必須なまでに共生関係が進んでいる「絶対共生」の関係には至っておらず、それぞれ単独での生存が可能である。したがって、ミドリゾウリムシは動物細胞が植物化する進化の中間段階の性質、つまり、独立栄養生物と従属栄養生物の両方の性質を合わせもつ混合栄養生物であるといえる。そのため、1950年代以降から現在に至るまで真核生物の進化や多様化に関する研究のモデル生物とされてきた。

　クロレラを人為的に除去した白色のミドリゾウリムシに、ミドリゾウリムシから単離した共生クロレラを与え経時的に観察し、クロレラの再共生過程の全容を初めて明らかにした（Kodama and Fujishima, 2005, Protoplasma）。また、再共生の成立に必須な次の4つのチェックポイントの存在を明らかにした。

①クロレラ除去細胞とクロレラを混合してから3分以降に、アシドソームとリソソームが融合した宿主食胞内で一部のクロレラが一時的に宿主消化酵素に耐性を示す（Kodama et al., 2007, Protoplasma）。

②30分以降に、ダイナミンが関与する食胞膜の出芽によってクロレラが宿主細胞質中に1細胞ずつ遊離する（Kodama and Fujishima, 2012, Protist）。

③細胞質中に遊離したクロレラを包む食胞膜が、宿主リソソーム融合を阻止する共生胞（perialgal vacuole, PV）膜に分化する （Kodama and Fujishima, 2009, Protist）。

④共生クロレラを包むPV膜が宿主細胞表層直下に接着して安定化し、24時間後には細胞分裂を開始して細胞内共生を成立させる（Kodama and Fujishima, 2012, Environmental Microbiology）。

各チェックポイントの調節機構に関して次の結果を得ている。

　さらに、クロレラと共生前後のミドリゾウリムシのトランスクリプトーム解析を行い、共生によって発現が変化するミドリゾウリムシの遺伝子を初めて明らかにした（Kodama et al., 2014, BMC Genomics）。この論文は、アクセス数が多い注目論文として、同雑誌のHighly accessed articleに認定された。

　また、ミドリゾウリムシの細胞内にクロレラが共生すると、宿主ミドリゾウリムシのミトコンドリア数が減少し、その機能も低下することを複数の方法で初めて証明した（Kodama and Fujishima, 2022, Scientific Reports）。

左から共生クロレラを持つミドリゾウリムシ、人為的にクロレラを除去して作成した白色細胞、抗トリコシストモノクローナル抗体を用いた間接蛍光抗体法写真、ミドリゾウリムシ培養試験管 

細胞内にクロレラが共生しているミドリゾウリムシとクロレラ除去白色細胞の動画。細胞内で光っているものはカルシウム塩とリン酸塩から成る結晶構造。

  目標   

　細胞内共生は、原核細胞からの真核細胞の誕生や、真核細胞の進化と多様化の原動力となった普遍的生命現象で、地球上の至るところで繰り返して行われている。本研究成果は、生物多様性を創出した細胞内共生の成立機構の解明に突破口を与えるだけでなく、サンゴと褐虫藻の共生のように生態系に重要な役割を果たす現象の保全にもつながると期待している。

　また、ミドリゾウリムシを用いた水環境改善や、ミドリゾウリムシが持つ有用物質の単離と利活用、ミドリゾウリムシの水生生物の餌としての活用など、環境改善やSDGs実現に関する取り組みも行なっている。

  3分間 研究紹介動画【夢ナビTALK】

ミドリゾウリムシが解き明かす細胞進化の謎／【夢ナビTALK】（3分間）

  30分間 研究紹介動画【夢ナビ講義】

ミドリゾウリムシが解き明かす細胞進化の謎 （30分のミニ講義動画）