これらの洗練された細菌群はタイダイ模様を形成する

一見すると、目の前に広がる琥珀と金色の輪は木の幹の年輪のように見えるかもしれません。しかし、これらの放射状の帯は、予期せぬ小さな創造者、つまりバクテリアによって配置されたものです。

先週、カリフォルニア大学サンディエゴ校、スタンフォード大学、ポンペウ・ファブラ大学の研究者らが、バイオフィルムとして知られる細菌の集団がこれまで考えられていたよりもはるかに複雑であることを示唆する論文をCell誌に発表した。研究者らは、植物と動物にのみ存在すると考えられていたメカニズムにより、バイオフィルムがダーツボードのようなパターンに自ら組織化できることを発見した。

バイオフィルムについて聞いたことがなくても、間違いなく目にしたことがあるはずです。一般的な種類としては池の藻や歯垢などがあり、バイオフィルムは金属の外側を覆って腐食を防ぐことで難破船の保存にも役立ちます。論文によると、新しい研究で強調されているリング状のパターンは、バイオフィルムの窒素ストレス反応パターンの結果です。細胞の成長には窒素が必要ですが、バイオフィルムの端にある細胞は窒素をすぐに利用できますが、中心に近づくと利用が制限されます。

この窒素不足により細菌は飢餓状態になり、ストレス反応を引き起こします。バイオフィルム内部の代謝ストレスが高まると、細胞は厳しい環境で生き残るために胞子、つまり幼少細菌を放出します。この飢餓、ストレス、胞子形成のサイクルの各段階は、時間と場所で「凍結」され、バイオフィルムのさまざまな細胞タイプの同心円状のリングを形成します。

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研究者らは論文の中で、このような方法での輪の形成は「時計と波面のプロセス」に従っていると示唆している。この場合、窒素ストレス反応パターンである「時計」は、細胞タイプの組織化のさまざまな段階を作り出す。「波面」は、あるタイプの組織化と次のタイプの組織化を区別するものである。これは、人間の背骨の各部分や植物の根のパターンを形成するのと似たメカニズムである。

「バイオフィルムは私たちが考えていたよりもはるかに複雑であることが分かってきました」と、カリフォルニア大学サンディエゴ校の分子生物学教授、ギュロル・シュエル氏はニュースリリースで述べた。「どうやら、細胞が空間と時間の中で自らを分節化する能力は、植物や脊椎動物で初めて現れたのではなく、10億年以上も前に遡る可能性があるようです。」

これらの発見は、研究の場では細菌の方が扱いやすいため、研究者が植物や動物の時計と波面のメカニズムをより深く理解するのに役立つ可能性があります。

「細菌系を利用することで、脊椎動物や植物系では得るのが難しい答えをいくつか提供できる」とシュエル氏は発表文で述べた。「細菌は、発達の分野に新たな洞察をもたらす可能性のある、より実験的にアクセスしやすい系を提供している。」