祖先的な亜硫酸生成反応の起源に迫る酵素の探索

初期の地球生命のエネルギー代謝は、亜硫酸によって支えられていた可能性がある。このため、亜硫酸の還元あるいは合成反応を推進するシロヘム含有酵素は、生命進化の指標として研究されてきた。ところが近年、シロヘム含有酵素とは全く異なる酵素が亜硫酸の合成反応を推進する可能性が提案された。この亜硫酸合成反応は、現存する一部の硫黄酸化菌のエネルギー代謝から予想されており、ヘテロジスルフィド還元酵素様の酵素複合体（以下、sHdr）と未知の酵素の共役反応によって推進されると考えられている。本研究では、この未知酵素の正体を比較ゲノムおよび比較トランスクリプトーム解析で検討した。sHdrをコードする５種の硫黄酸化菌と、コードしない２種の硫黄酸化菌を含むSulfuricellaceae科のゲノムを比較した。この結果、sHdrをコードするゲノムにユニークな約200の遺伝子を同定した。約200遺伝子のうち、亜硫酸を生じる際にその発現量を増加する遺伝子をトランスクリプトーム解析によって探索した。この結果、亜硫酸を生じる際に発現量を増加する遺伝子は50/200であり、そのうち48遺伝子の推定機能は亜硫酸とは関係のないものであった。残り2遺伝子の機能は未知であったが、これらはsHdrをコードする他の硫黄酸化菌には保存されていなかった。以上の結果より、亜硫酸合成を推進する未知酵素の存在は否定された。一方で、亜硫酸を生じる条件で培養した５種の硫黄酸化菌のトランスクリプトームにおいて、sHdr遺伝子群の発現量はその全てにおいて極めて高いレベルであった。以上の結果より、sHdrは単独で亜硫酸合成反応を推進すると考えられる。

初期の地球生命のエネルギー代謝は、亜硫酸によって支えられていた可能性がある。このため、亜硫酸の還元あるいは合成反応を推進するシロヘム含有酵素は、生命進化の指標として研究されてきた。ところが近年、シロヘム含有酵素とは全く異なる酵素が亜硫酸の合成反応を推進する可能性が提案された。この亜硫酸合成反応は、現存する一部の硫黄酸化菌のエネルギー代謝から予想されており、ヘテロジスルフィド還元酵素様の酵素複合体（以下、sHdr）と未知の酵素の共役反応によって推進されると考えられている。本研究では、この未知酵素の正体を比較ゲノムおよび比較トランスクリプトーム解析で検討した。sHdrをコードする５種の硫黄酸化菌と、コードしない２種の硫黄酸化菌を含むSulfuricellaceae科のゲノムを比較した。この結果、sHdrをコードするゲノムにユニークな約200の遺伝子を同定した。約200遺伝子のうち、亜硫酸を生じる際にその発現量を増加する遺伝子をトランスクリプトーム解析によって探索した。この結果、亜硫酸を生じる際に発現量を増加する遺伝子は50/200であり、そのうち48遺伝子の推定機能は亜硫酸とは関係のないものであった。残り2遺伝子の機能は未知であったが、これらはsHdrをコードする他の硫黄酸化菌には保存されていなかった。以上の結果より、亜硫酸合成を推進する未知酵素の存在は否定された。一方で、亜硫酸を生じる条件で培養した５種の硫黄酸化菌のトランスクリプトームにおいて、sHdr遺伝子群の発現量はその全てにおいて極めて高いレベルであった。以上の結果より、sHdrは単独で亜硫酸合成反応を推進すると考えられる。