Research Abstract


A recursive vesicle-based model protocell with a primitive model cell cycle

2015年9月29日 Nature Communications 6 : 8352 doi: 10.1038/ncomms9352

自己集合化した脂質の構造体であるベシクル(原始細胞)は、非生命物質と生命体である細胞の間をつなぐ中間に位置するものと考えられる。モデル原始細胞を人工的に作製すれば、生細胞が最初に出現した可能性のある過程を提示することができる。我々は以前、ジャイアントベシクル(giant vesicle; GV)を使って、DNA増幅と自己複製が連動して起こるモデル原始細胞を作製したが、複数世代にわたって自己複製を繰り返すことができる能力をもたせることはできなかった。今回我々は、モデル原始細胞から新たに生じた娘GVを、pH処理をすることで、枯渇した基質を詰め込んだ補充用GVと融合させ、娘小胞を親GVと同じ状態に戻すことができた。さらに、モデル原始細胞の原始的モデル細胞周期が4つの相(摂取期、複製期、成熟期および分裂期)から構成され、各相は特定の外部刺激によって選択的に活性化されることが分かった。自己複製を繰り返し行うモデル原始細胞が作製されたことは、進化を模倣することが可能なモデル原始細胞の作製という究極の目標に一歩近づいたといえるだろう。

Kensuke Kurihara, Yusaku Okura, Muneyuki Matsuo, Taro Toyota, Kentaro Suzuki & Tadashi Sugawara

Corresponding Author

菅原 正
神奈川大学 理学部

Self-organized lipid structures (protocells) have been proposed as an intermediate between nonliving material and cellular life. Synthetic production of model protocells can demonstrate the potential processes by which living cells first arose. While we have previously described a giant vesicle (GV)-based model protocell in which amplification of DNA was linked to self-reproduction, the ability of a protocell to recursively self-proliferate for multiple generations has not been demonstrated. Here we show that newborn daughter GVs can be restored to the status of their parental GVs by pH-induced vesicular fusion of daughter GVs with conveyer GVs filled with depleted substrates. We describe a primitive model cell cycle comprising four discrete phases (ingestion, replication, maturity and division), each of which is selectively activated by a specific external stimulus. The production of recursive self-proliferating model protocells represents a step towards eventual production of model protocells that are able to mimic evolution.