生命は極限状態でもヒ素を嫌う

精巧に精密に作られた化学構造のおかげで、微生物は、有害な化学物質が必須の化学物質よりはるかに多い場合でも、有毒な同族であるヒ素よりも有益なリンを選択的に選ぶことができる。イスラエル、フランス、スイスの研究者によると、独自の化学結合方法により、細菌のリン酸結合タンパク質がリンを嗅ぎ分けるのに役立っているという。これは、細菌がヒ素で生きられるという主張に反論する一連の論文のさらにひとつである。

2010 年後半、NASA は、ヒ素を多く含むカリフォルニアの湖から採取した、新たに研究された細菌株が、DNA、ATP、その他の生体分子中のヒ素をリンに置き換えることができると発表した。この研究は、生命がリンなしで生きられることが証明されたことがないという主な理由から、さまざまな理由ですぐに批判された。今や悪名高いこの研究の主執筆者であるフェリサ・ウルフ＝サイモンは、GFAJ-1 と呼ばれるこの細菌がまさにリンの代わりにヒ素を使って生き延びたと主張した。

その後の2年間で、最初の研究結果に疑問を投げかける論文がいくつか発表された。しかし、細菌がどのようにしてほぼ同一の分子を区別できるのかは明らかではなかった。イスラエルのワイツマン科学研究所のミカエル・エリアスとアロン・ウェルナーは、これを解明することを目指した。

彼らは細菌細胞へのリンの取り込みに関与するペリプラズムリン酸結合タンパク質を研究しました。彼らは研究室で GFAJ-1 の類似体を研究し、それが他のいくつかの細菌株とともに、リン酸とヒ酸塩を識別し、リン酸に選択的に結合できることを突き止めました。彼らの PBP は、タンパク質内の水素結合に課せられた反応のおかげで、2 つの分子間の熱化学半径の非常に小さな (わずか 4 パーセント) 差を検出できます。論文全文で、ここで詳細が説明されています。

「そのため、PBP は、非常に類似したリン酸とヒ酸を区別できる独自の結合モードを進化させたようだ」と著者らは書いている。

多くの微生物がこれを行えるようですが、GFAJ-1 は実際にこれを行え、発見されたモノ湖で観察された比率よりも 3,000 倍以上高いヒ酸塩対リン酸比率でリン酸を抽出します。進化圧力に対するこの反応は、生化学的変化のごくわずかなものが違いを生む可能性があることを示唆しています。著者らは、この高いリン酸選択性の起源は未だ不明であることを認めています。

一方、ウルフ・サイモン氏は、この研究結果は「地域社会に役立つ、慎重かつ興味深い研究」の一種を表していると述べた。

「それらは、GFAJ-1と他の微生物におけるヒ酸塩とリン酸の分子レベルの区別を理解するのに役立ちました。2つのPBP間の生態学的つながりと系統関係の違いは非常に興味深いものであることに同意します」と彼女はPopSciへの電子メールで述べた。

しかし彼女は、この研究は、これまでの他の研究と同様に、彼女の研究が提起した疑問、つまり細胞内のヒ酸の問題にはまだ答えていないと述べた。「これらの研究や他の研究が、リン酸とヒ酸、特にヒ酸が細胞のどこに存在するかという疑問に答えを出し続けるのを見るのが楽しみです」と彼女は書いた。

この論文はNatureの早期オンライン版に掲載されています。