昆虫の細胞内に住む共生細菌は、既知の生物の中で最も小さなゲノムを持っています。この発見は、ミトコンドリアなどの細胞小器官と自然界の最も基本的な微生物との区別をさらに曖昧にします。

「この高度に統合された共生がどこで終わり、小器官が始まるのかを正確に言うのは非常に難しいと思います」とポーランド、クラクフのヤギェウォ大学のピョートル・ルカシク氏は言う。 「それは非常に曖昧な境界線です。」

ウンカは植物の樹液のみで生存し、古くからの共生細菌との関係により栄養を補う昆虫です。何百万年もかけて、これらの微生物はウンカの腸内の特殊な細胞内に生息するように進化し、ウンカが甘い食事からは得られない栄養素を生成しました。これらの細菌の多くは宿主に完全に依存しており、その遺伝子ツールキットが祖先のサイズの数分の一に劣化することを許しています。

ルカシックと彼の同僚は、この細菌とバグの関係の進化と、これらの細菌のゲノムがどれほど小さくなり得るかに興味を持っていました。研究チームは、19 種類のウンカ科の 149 匹の昆虫をサンプリングし、昆虫の腹部組織から DNA を抽出しました。研究者はDNAを分析して配列し、共生細菌のゲノムを再構築する ヴィダニア そして スルシア。

細菌のゲノムは非常に小さかった。ゲノムの長さは、遺伝暗号内の対になった「文字」の配列である塩基対の数で測定できます。細菌のゲノムの長さは 181,000 塩基対未満でした。比較のために言うと、ヒトゲノムの長さは数十億塩基対です。

の一部 ヴィダニア ゲノムの長さはわずか 50,000 塩基対で、既知の生命体としては最小のものです。最初は最年少でした なすやヨコバイと呼ばれるウンカの近縁種が宿主とする共生細菌の塩基対数は 100,000 強です。

50,000塩基対では、 ヴィダニア ゲノムは、生きているとはみなされないウイルスに見られる規模です。たとえば、新型コロナウイルス感染症 (COVID-19) の背後にあるウイルスのゲノムの長さは約 30,000 塩基対です。の一部 ヴィダニア タンパク質をコードする遺伝子は約 60 個しかなく、記録上最も少ないものの 1 つです。

この細菌は約 2 億 6,300 万年にわたって昆虫宿主と共進化し、2 つの異なるグループのウンカ内で非常に小さなゲノム サイズを独立して進化させてきました。これらの細菌が行うことの 1 つは、昆虫の外骨格を構築および強化するために使用される化学前駆体であるアミノ酸のフェニルアラニンを生成することです。

ルカシク氏と彼のチームは、昆虫がこれまで細菌によって供給されていた栄養素を含む新しい食物を食べるとき、またはより多くの微生物が到来してそれらの役割を引き継ぐときに、大規模な遺伝子の損失が発生する可能性があると考えている。

高度に減少した細菌は、ミトコンドリアと葉緑体、つまり古代の細菌の子孫である動植物の細胞内のエネルギー生産細胞小器官を彷彿とさせます。共生細菌も同様に宿主細胞内に生息し、世代間で受け継がれます。

「『オルガネラ』は単なる単語なので、定義に含めたい人がいるなら、私はこれらのオルガネラをそう呼んでも問題ありません」と、この研究には関与していないテキサス大学オースティン校のナンシー・モーランは言う。 「しかし、ミトコンドリアや葉緑体との違いはまだ残っています。」

ミトコンドリアは非常に古く、15 億年以上前に誕生しましたが、そのゲノムはさらに小さく、約 15,000 塩基対です。

「これらの共生生物は、ミトコンドリアや葉緑体で見られるような、生物全体のほとんどの細胞ではなく、特定の宿主細胞でのみ生きています」とモラン氏は言う。

ルカシックは、これらの細菌とミトコンドリアは、宿主に対する進化の「依存度の勾配」上の異なる場所にあると考えています。彼は、より小さな共生ゲノムはまだ発見されていないのではないかと疑っている。