すべての生命体の細胞は、リン脂質でできている膜に囲まれています。 これらのXNUMXつはカルジオリピンであり、その独特の構造のために別のクラスを形成します。 古細菌（生命の別の領域を構成する単細胞生物）でカルジオリピンを生成する酵素を研究したとき、フローニンゲン大学の生化学者は驚くべき発見をしました。 単一の古細菌酵素は、他のリン脂質と同様に、壮大な範囲の天然および非天然のカルジオリピンを生成することができます。 バイオテクノロジーへの応用の可能性を示す結果は、 生物化学ジャーナル.

細胞膜に最も豊富に存在するリン脂質には、XNUMXつの疎水性テールが接続された親水性ヘッドが含まれています。 カルジオリピンは、心臓細胞で最初に同定されたため、いわゆる、XNUMXつの脂質尾部に結合した単一の頭部グループで構成されているため、わずかに異なります。 「どの酵素が細菌や真核生物のカルジオリピン産生に関与しているのかはわかっていますが、古細菌ではそうではありません」と、JBCの論文の筆頭著者であるMartenExterkateは述べています。

奇数ヘッドグループ

これらのカルジオリピンへの彼の関心は、合成最小細胞に関する彼の研究に由来しています。 「フローニンゲン大学の私たちのグループは、基本的な構成要素からの新しいリン脂質の酵素的生成に基づいて、細胞膜の成長に焦点を当てています。」 カルジオリピンは生命のすべての領域からの生物の細胞膜に存在するので、それらは合成細胞の望ましい成分です。 Exterkateは、どの酵素が古細菌のカルジオリピン産生に関与しているかを知りたがっていました。 「古細菌の細胞膜を形成する脂質は、他のXNUMXつの生命領域の脂質とは構造的に異なります」とExterkate氏は説明します。 さらに、他のドメインにはXNUMXつの優勢なタイプのカルジオリピンがありますが、古細菌はさまざまな種類のカルジオリピンを生成しているように見えます。ヘッドグループには、たとえば、単一の負電荷のみ、またはさまざまな種類の糖や硫酸基が含まれています。 現在、それらがどのように合成されるかについてはほとんど何も知りません。

古細菌種のゲノムを検索することにより、Exterkateはカルジオリピンシンターゼのいくつかの遺伝子候補を発見しました。 古細菌からの最も有望なもの メタノスピリルムハンガテイ の標準的な実験室株で発現された E. 大腸菌の 細菌、および得られた酵素が分離され、特徴付けられた。 「酵素を潜在的な構成要素と混合すると、予想されるカルジオリピン種が生成されました。 しかし、それから私たちは本当に驚くべきことに気づきました：非常に奇妙な頭のグループを持つ別のカルジオリピン。 これは、反応が起こった緩衝液からの分子であることが判明しました。

警鐘

「すべての警報ベルが鳴り始めました」とExterkateは回想します。 「酵素がこのバッファー分子を脂質ヘッドグループとして組み込むことができる場合、他に何ができるでしょうか？」 結局のところ、この酵素は、天然および非天然の両方のヘッドグループを含む、あらゆる種類の変異型カルジオリピンおよびその他のリン脂質を生成することができました。 'いくつかの酵素は無差別です。 通常の素材とは少し異なるバリエーションを使用できます。 しかし、この酵素は極端に無差別です。 それは、例えば、細菌細胞において、多くの異なる酵素を必要とする脂質を生成することができます。

これは、さまざまなカルジオリピンの全範囲を生成する能力を持つ最初に同定された酵素です。 Exterkate： '他の古細菌は同様の遺伝子を持っており、おそらく異なるカルジオリピンの生産にも適しています。これは、古細菌のカルジオリピンの多様性が同じ酵素によって合成される可能性があることを示しています。 驚くべき発見であることに加えて、新しい酵素は、自己設計された膜の製造にとって興味深い可能性があります。 膜リン脂質のヘッドグループは、膜の全体的な特性とそれに組み込まれている酵素の機能に影響を与えるため、これは便利です。 「バイオテクノロジー産業は、おそらくこの酵素を使用して、特定の目的のために膜を人工的に設計することができます」とExterkateは言います。

浸透圧調節

この無差別酵素の発見はまた、古細菌細胞がこれらすべての異なるカルジオリピンを必要とする理由の問題を提起します。 これまでのところ、教科書ではカルジオリピンをXNUMXつの特定の分子と呼んでいます。 しかし、カルジオリピンが分子のクラスを形成することが明らかになりつつあります。 Exterkateと彼の同僚は、酵素が浸透圧調節に関与しているのではないかと疑っています。 「環境に応じて、酵素は生産を異なるリン脂質に切り替えることができ、そうすることで、膜の機能を変えることができます。」

この酵素は、Exterkateと彼の同僚が取り組んでいる合成細胞にとってもボーナスになる可能性があります。 「私たちは最小限のリン脂質組成の膜を製造することを計画していたので、さまざまな酵素に多くの遺伝子を追加する必要はありませんでした。 今では、単一の酵素だけを使用して、多くの異なるリン脂質を生産できる可能性があります。

参照：Marten Exterkate、Niels AW de Kok、Ruben LH Andringa、Niels HJ Wolbert、Adriaan J. Minnaard、Arnold JM Driessen：無差別古細菌カルジオリピンシンターゼは、多様な天然および非天然リン脂質の構築を可能にします。 生物化学ジャーナル、20月XNUMX日に承認された最初のオンライン

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