十多亿年前，一个饥饿的细胞吞噬了一个微小的蓝绿藻。但两者并没有简单地消化对方，而是达成了一项非凡的进化协议。现在科学家们正试图在实验室中重现这一奇迹。
在最近发表于日本学士院纪要B辑的文章中，研究人员将藻类的光合作用后代，称为叶绿体的植物细胞器，移植到仓鼠细胞中——在那里它们将光转化为能量，并保持活性至少两天。
2021年，东京大学的生物学家松永幸裕报道了海兔螺科动物如何从它们食用的藻类中“偷取”叶绿体，为海兔螺提供数周的能量需求。他的团队希望在其他动物细胞中重现这种机制。
支持科学新闻报道
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。通过购买订阅，您将帮助确保未来能够继续发布关于塑造我们当今世界的发现和想法的有影响力的故事。
科学家们之前曾尝试将植物叶绿体转移到真菌细胞中，但真菌细胞的清洁队在数小时内就摧毁了外来细胞器。为了这次尝试，松永的研究小组从一种在酸性火山温泉中茁壮成长的红藻中提取了格外耐寒的叶绿体，并将它们安置在实验室培养的仓鼠卵巢细胞中。
荧光图像显示叶绿体（品红色）成功整合到仓鼠细胞中，动物细胞的其他特征也突出显示：细胞核呈浅蓝色，细胞器呈黄绿色。
Ryota Aoki等人在日本学士院纪要B辑，第100卷，第9期；2024年发表的“培养的哺乳动物细胞中光合活性藻类叶绿体的掺入以实现动物光合作用”（CC BY-NC-ND）
该团队使用离心机和温和搅拌从藻类细胞中分离出叶绿体。与早期工作中的刺穿宿主细胞膜不同，研究人员调整了培养基的成分，使其诱使动物细胞像变形虫一样吞噬叶绿体，松永说，“误认为它们是营养物质”。
移植的叶绿体保持了它们的结构，并显示出成功的电子传递，这是处理光线的关键步骤，持续了两天，然后才开始退化。之前尝试将叶绿体移植到外来细胞中只能维持几个小时。“他们能够从中获得如此长的使用时间，这让我印象深刻，”纽约大学格罗斯曼医学院的细胞生物学家杰夫·D·博克说。
挑战依然存在：叶绿体需要细胞稳定供应蛋白质。“然而，动物细胞没有制造和运输这些蛋白质的必要基因，因此没有这些蛋白质，叶绿体会很快分解，”法兰克福马克斯·普朗克生物物理研究所的结构生物学家维尔纳·库尔布兰特说。与博克一样，他也没有参与这项新研究。接下来，松永的团队计划尝试将维持光合作用的基因插入动物细胞中，旨在使它们与移植的叶绿体更兼容。
博克说，这些类型的移植有一天可能帮助科学家设计生物材料，例如可以在屋顶上吸收大气中二氧化碳的光合作用真菌或细菌，或者可以使用叶绿体的额外氧气更快生长的实验室类器官。当然，太阳能驱动的人类仍然是纯粹的幻想，松永说：“他们需要一个网球场大小的表面积覆盖叶绿体。”