細菌が氷を作る仕組み

微生物が繁殖できる環境は実に驚くべきもので、地球上で最も過酷な環境、時にはそれを超える環境でも繁殖できます。しかし、一部の細菌は寒さを非常に好み、実際に氷を形成することをご存知でしたか?

植物病原菌であるシュードモナス・シリンガエという菌種は、作物に霜害を与える原因であり、また、周囲に氷の結晶を核形成する能力が非常に優れているため、スキー場の人工雪の生成に使用されている。科学者らは、シュードモナス・シリンガエが氷点以上の温度で氷を形成できるため、生物学や大気科学で重要な役割を果たすことを以前から知っていた。しかし、これまで研究者らは、細菌と水の境界で氷に変わる際に何が起きているのかを詳しく調べたことはなかった。研究者らは、詳細な画像化ツールを使用して、細胞膜内の特定のタンパク質を観察し、氷が形成される格子をどのように形成するかを理解した。彼らは本日、その研究結果をScience Advances誌に発表した。

研究者らは、サンプルに向けられた複雑なレーザーアレイを使用してサンプルと溶液の界面を検出する、和周波発生分光法と呼ばれる技術を使用しました。このツールによる分析により、 P. syringae は細胞膜内のタンパク質を使用して近くの水分子の位置をわずかに変更し、氷のように格子にきちんと収まるようにすることが明らかになりました。次に、細菌は振動エネルギーを使用して周囲から熱を取り除き、水分子を凝集させて固体の氷にします。研究者らは、このすべてが非常に効率的に行われると書いています。P . syringaeは氷を形成するように完全に進化しています。細胞膜内の不凍タンパク質は、これが起こっている間、細菌を損傷から保護します。

こうした極小規模の発見は、地球の水循環と気候に大きな影響を与える可能性がある。P . syringae は分子的に非常にユニークな特徴を持っているため、これまで考えられていたよりも地球規模のプロセスに大きな役割を果たしている可能性があると研究者らは書いている。これは重要なことだ。なぜなら、 P. syringae はこれまで主に植物病原体として研究されてきたが、地球規模の降水における重要な役割として研究されてきたわけではないからだ。