- 多くの微生物や細胞は環境が悪化すると成長を止め、休眠状態に入り、一部の推定では地球上の微生物細胞の60%が、どの瞬間にも眠った状態にある
- 新しいタンパク質 Balon は、細菌のタンパク質生産装置であるリボソームを即座に停止させ、登録されている細菌ゲノムの20%で関連遺伝子が見つかっている
- 既存の休眠因子は、タンパク質合成が終わった後に次の合成を妨げる方式だったが、Balonは稼働中のリボソームにも割り込み、非常ブレーキのように翻訳を停止させる
- BalonはリボソームのA site付近に結合し、素早く出入りできるため、細胞はストレス状況で眠った後、条件が良くなると再び活性化しやすい
- 休眠は細菌だけでなく、卵子、幹細胞、免疫細胞、肝細胞、クマの冬眠、ウイルスのlysogenyなど、生命界全般で使われる生存戦略である
Balonが止めるもの：リボソームとエネルギー使用
- 細胞は飢餓や寒さのような悪条件を感知すると、休眠因子タンパク質を作って代謝を低下させる
- 休眠因子は細胞機械を解体したり遺伝子発現を妨げたりし、とりわけ新しいタンパク質を作るリボソームを止める種類が重要である
- 成長中の細菌細胞では、タンパク質生産がエネルギー使用の50%以上を占める
- リボソームが止まると新しいタンパク質合成が減り、基本的な生存に必要なエネルギーを節約できる
Balonの発見と作動方式
- Balonは北極の永久凍土層から得られた低温適応細菌 Psychrobacter urativorans で発見された
- 実験中、培養液を氷入り容器に長く置きすぎたことで、細菌が低温ショックを受けて休眠状態になった
- 研究チームは休眠状態の細菌からリボソームを抽出してcryo-EMで観察し、リボソームのA siteに1つのタンパク質が入り込んでいることを確認した
- このタンパク質はこれまで記載されたことがなく、リボソーム部品の分解とリサイクルに関与するPelotaに似ていたため、スペイン語でボールを意味する別の単語であるBalonと名付けられた
- Natureに発表された研究で、Balonは既存のリボソーム休眠因子とは異なる方式で作動することが確認された
既存の休眠因子とは異なる「非常ブレーキ」
- これまで知られていたリボソームかく乱型の休眠因子は、比較的受動的に作動する
- リボソームが1つのタンパク質を作り終えるまで待つ
- その後、リボソームが新しいタンパク質合成を始められないようにする
- Balonは、すでに稼働中のリボソームを含め、細胞内のリボソームに入り込んで活動を止めることができる
- 既存の休眠因子はリボソームのA siteを物理的に塞ぐため、進行中のタンパク質合成が終わってからでないと結合できない
- Balonは通路を完全にはふさがず、近くに結合することで、リボソームが何をしていても挿入と除去が可能である
- この特性のおかげで、細胞成長を止めさせた後、カセットテープのように素早く抜け出せる
Balonは珍しい例外ではなく、広く分布するタンパク質
- Balonの遺伝子配列を探したところ、公開データベースに登録されている細菌ゲノムの**20%**で関連配列が見つかった
- 研究チームはそのうち2種類の代替的な細菌タンパク質も分析した
- 結核を引き起こすヒト病原体 Mycobacterium tuberculosis のタンパク質
- 超高温の海底熱水噴出孔に生息する Thermus thermophilus のタンパク質
- 2つのタンパク質もリボソームのA siteに結合し、一部のBalon近縁タンパク質が他の細菌種でも同様に作動する可能性を示した
- Balonは、細胞休眠研究でよく使われる Escherichia coli と Staphylococcus aureus には存在しない
- 限られた実験室モデル生物に集中すると、広く分布する休眠戦術を見逃す可能性がある
生命界全般の休眠
- 地球上の生命体の多くは、活動をひたすら拡大し続けるよりも、必要なときに代謝を止める、または低下させる能力を持っている
- 実験室モデル細菌 E. coli は5つの別個の休眠方式を持ち、それぞれ単独でも危機的状況での生存に十分である
- 休眠は飢餓状況にだけ必要な現象ではない
- ヒトの卵子は受精するまで数十年間、休眠状態にある
- ヒトの幹細胞は骨髄で生まれた後、身体からのシグナルを待ちながら停止状態にある
- 神経組織のfibroblast、免疫系のlymphocyte、肝臓のhepatocyteも不活性・非分裂段階に入り、その後再び活性化する
- クマのhibernation、herpes virusのlysogeny、線虫のdauer stage、昆虫のdiapause、両生類のaestivation、鳥のtorporも、条件が良くなると戻せる休眠状態である
確率的休眠と集団の生存
- 一部の細胞は環境変化を感知して休眠に入るが、多くの細菌は確率的戦略も用いる
- ランダムに変化する環境では、どの細胞も休眠に入らなければ、偶発的な災害で集団全体が消滅する可能性がある
- 最も健康で速く成長する E. coli の培養でも、細胞の5〜10%は休眠状態にある
- こうした休眠細胞は、より活動的で脆弱な細胞が被害を受けるときに生き残る指定生存者の役割を果たす
- Balonのような休眠メカニズムは、どの種が気候変動の中でも安定して残る、または回復できるのかを理解することにつながる
1件のコメント
Hacker News のコメント
Karla Helena-Bueno が北極の細菌を氷の上に長く置き忘れたことで、共通の冬眠因子を発見したという話がいい
イノベーションや発見にしばしば伴う魔法のようなパターン、つまり偶然の事故がそのまま表れている。人間味があって新鮮だし、機械学習が完全に奪い取るタイプの発見ではないと思う
たいてい Isaac Asimov の言葉として知られている
事故ではなく、別の角度から冬眠メカニズムを見つけるかもしれない。AGI が現実になれば、十分なデータを食わせたあと、奇妙なやり方で「これは面白い」と言うかもしれない。初期の AGI がどう振る舞うかを、ほぼ60年前にかなり現実的に描いた小説 Colossus が好きだ: https://en.wikipedia.org/wiki/Colossus_(novel)
現在の制約は、興味深いパターンを見抜く知識よりも、そのパターンを大規模に探す能力のほうに多くある
そして発見の大半は偶然だった
人間もかつて冬眠できたという話を思い出す (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1117993/) それから (https://www.popularmechanics.com/science/a35033907/early-hum...)
「彼らは比較的安全な洞窟の中で1年の最悪の時期を眠ってやり過ごすことにし、そのために栄養と日光によるビタミンDを諦めた」というような話だ。北方の冬に外にいようが洞窟にいようが、ビタミンD値には大きな差はなく、太陽高度が低いため、体はそもそもビタミンDを作りにくい。たとえば Inuit は日光がなくてもビタミンDを得られる。冬に栄養が不足していたというのも、貯蔵・保存技術が発達する前は、単に冬に食べ物があまりなかったという意味かもしれない
2つ目の記事は40万年前の人類の祖先についてのもので、かなり昔の話だ
ただ、目的は何なのだろうと思う。おそらく寿命の短縮とがんリスクの増加につながる可能性が高い
「眠っている間に私たちが逃しているものを嘆くよりも、睡眠を、地球上のあらゆる生命、北極の永久凍土の深部で眠る微生物に至るまで私たちを結びつけるプロセスとして経験できる」という文は興味深いが、北極の永久凍土の深部にいる微生物たちが眠っているという事実のほうが安心できる
目覚めたら何が起きるかは考えたくない
起きているべき良い理由がなければ眠り、起きているのにより適した時のためにエネルギーを温存するのだ。ただしこの説明では、なぜ夢を見るのかには答えられない
永遠に横たわれるものは死んでおらず、奇妙な永劫の中では死さえも死に得る
うわ、これは自然が作った**遅延評価（lazy evaluation）**メカニズムみたいだ
治療の可能性について、ほとんど誰も語っていないようだ
細菌感染を休眠状態にできたらよさそうだ。腫瘍も同じだ
高齢者が体を凍らせて休眠状態を誘導し、世界がより良くなったときに目覚める場面を思い浮かべる
そんな会社なら投資したい
0. https://en.wikipedia.org/wiki/Alcor_Life_Extension_Foundatio...
数日前にはこんなものも出ていた: https://news.ycombinator.com/item?id=40400591
遠い未来の人々が、保存された体を大切にすべき資源と見るのか、搾取の対象と見るのかについて、かなり大きな賭けをしていることになる
火星に生命がいたなら、こうした休眠メカニズムを使っていたのか気になる
複雑系では、多くの個体が何もしない余剰分を持つのはまったく自然で、社会に寄生しているのではなく、システム全体を生かし続けるために不可欠なのだと、大衆に知らせてはいけない
個体群レベルの絶滅イベントに備えた確率的な保険としてそうして、その後に回復する能力もあるのか？ この記事の実際の内容から引き出した拡張としては、本当にひどい