動物細胞に藻類ゲノムのほぼ全体――「プラニマル細胞」が示した生命の境界と、眠る96％の遺伝子

「植物の遺伝子」を持つ動物細胞

一つの細胞の中に、進化の道筋が大きく異なる二つの生物の遺伝情報が共存する。そんな研究が、実験室の中で現実となった。東京大学などの共同研究グループは2026年11月12日、単細胞の紅藻に由来する大規模なDNAを哺乳類の培養細胞に取り込ませ、細胞分裂を繰り返しても維持できる「プラニマル細胞」の作製を発表した。成果は同日、査読付き学術誌『Nature Communications』に掲載された。

ただし、これは光合成するハムスターを生み出したというニュースではない。研究に使われたのは生きた動物の個体ではなく培養細胞であり、光を使って栄養を作る能力も確認されていない。今回、壁を越えたのは生物の外見や生活様式ではなく、巨大な外来ゲノムを宿主細胞が受け入れ、長く保持するという細胞内部の仕組みだ。

何を、どの細胞に移したのか

実験では、極めて小さな単細胞紅藻シゾン（Cyanidioschyzon merolae）を遺伝情報の提供側とし、チャイニーズハムスター卵巣由来のCHO-K1細胞などを受け入れ側に用いた。研究論文によると、人工的な細胞融合に加え、細胞が藻類を取り込む経路も調べたが、後者による大規模DNA移行の頻度は融合より低かった。

研究者は蛍光観察、染色体解析、長鎖DNAの塩基配列決定などを組み合わせ、単に藻類の残骸が細胞内に残っているのではなく、藻類由来DNAが哺乳類の染色体と物理的につながった状態で存在することを調べた。この違いは決定的だ。一時的に細胞の中へ入っただけのDNAと、分裂後の細胞に伝わるDNAでは、技術としての意味が大きく違う。

98.76％という数字をどう読むか

代表的なハムスター由来のハイブリッド細胞株CHO-Cm7では、藻類の核ゲノム約16.3メガ塩基対に相当する配列が再構築され、元の核ゲノムの98.76％に当たることが示された。論文はこの株で藻類由来の注釈済み遺伝子の99.48％が含まれるとも報告している。特定の細胞株における解析値であり、作られたすべての細胞に同じ割合が当てはまるわけではない。

研究機関の日本語発表は「藻類の全DNA」と表現するが、厳密には核ゲノムのほぼ全体が維持された代表株の解析など、論文の条件を踏まえて読む必要がある。さらに、藻類のDNAが保存されたことは、葉緑体を含む光合成装置一式が働いたこととは同義ではない。

150世代の継承、95世代の非選択条件

研究グループによれば、ハイブリッド細胞は150世代以上にわたり分裂し、藻類DNAを維持した。論文では薬剤による選択を取り除いた条件でも、95世代を経て藻類由来DNAのかなりの部分が検出された。ただし、その間に相対的なコピー数の減少も見られた。

「150世代」とは、動物が150代にわたって繁殖したという意味ではない。細胞培養を継代し、細胞が繰り返し分裂した回数を指す。また、「95世代」は外来DNA全量が完全に不変だったという意味でもない。細胞株の限られた数などもあり、長期安定性の一般化には追加検証が必要だ。

予想外の核心――持ち込んだ遺伝子の大半は眠っていた

遺伝情報を受け入れることと、その設計図を読み取って働かせることは別問題である。論文が転写産物を調べたところ、移された藻類由来タンパク質コード遺伝子4,770個のうち平均4,587個、約96％は検出可能な発現を示さなかった。人工的に組み込んだ選択マーカーなど一部は働いていたが、藻類の遺伝子が一斉に活動を始めたわけではない。

これは期待外れなのか。むしろ研究上は重要な手掛かりとなる。細胞は外来の巨大なDNAを持ち続けながら、その多くを沈黙させていた。将来、必要な働きだけを起こしたいなら、何を制御しているのかを突き止めなければならない。

「エピジェネティックな門番」の働き

遺伝子の配列を書き換えなくても、DNAやそれを包むタンパク質に付く化学的な印によって遺伝子の働き方は変化する。これをエピジェネティックな制御という。研究では外来の藻類DNAでDNAメチル化が増え、遺伝子を抑えるヒストン修飾も認められた。

さらに、DNAに新たなメチル化の印を付ける酵素DNMT3Aの機能が欠けた哺乳類細胞では、移植DNAの安定的な成立・保持が弱まった。研究者が「エピジェネティック・ゲートキーピング」と呼ぶ現象は、宿主が異質なDNAを拒絶するだけでなく、その働きを抑えながら共存する仕組みを示唆している。ただし、単一の酵素ですべてを説明できる段階ではない。

光合成の進化史に照らして

生命の歴史では、異なる生物同士が長く共生した結果、細胞の働きが大きく変わったと考えられている。葉緑体の起源を説明する細胞内共生説では、祖先的な真核生物が光合成を行う細菌を取り込み、その関係が進化の中で固定された。長い時間の中で、共生相手の遺伝子の一部が宿主の核へ移ることもあった。

今回の論文は、こうした進化の出来事をそのまま再現したのではない。人工的な細胞融合などによって、異なる真核生物の大きなDNAがどう移り、どのように沈黙し、どのように保存されるかを実験で追った。過去のゲノム比較から推測されてきた過程の一部を、現代の培養系で観察できるようにした意義がある。

「プラニマル」という発想は2018年に始まった

「プラニマル（Planimal）」はPlantとAnimalを組み合わせた名称で、東京大学の松永幸大教授が2018年に提唱した構想に由来する。今回の論文には松永教授のほか、東京科学大学の木村宏教授、近畿大学の西原秀典准教授、神奈川大学の坂本卓也准教授、静岡大学の佐藤優子准教授、東京理科大学の伊川友活教授ら、多機関の研究者が加わった。

細胞内のDNAを見分ける顕微鏡法、長い配列を読む解析、遺伝子の発現量を測る技術、染色体上の化学的な標識を調べる技術が、異分野の連携で結び付いた。着想が先にあり、それを証明できる測定手段が整うまで時間を要した研究ともいえる。

合成生物学は何を得て、何をまだ得ていないか

将来の方向として研究機関は、光合成、窒素固定、有用物質生産などに関係する機能の導入に言及している。しかし現段階で、移植された藻類DNAが哺乳類細胞に自立的な光合成を与えたり、培養コストや二酸化炭素排出量を削減したりした証拠は示されていない。そうした応用には遺伝子を選択的に働かせることに加え、必要な細胞内構造、エネルギーの流れ、代謝の整合性を整える必要がある。

生産用細胞として実際に利用するには、世代を越えた品質管理、不要な遺伝子の影響、遺伝情報の変化、封じ込めや規制対応、再現可能な製造コストも評価しなければならない。科学的な可能性と、商業的な実現可能性を混同してはならない。

境界を越えたのは「生命そのもの」ではなく理解の方法

動物と植物を隔てる境界は、一夜で消えたわけではない。ここで作られたのは、哺乳類の培養細胞が紅藻の大規模な核DNAを受け入れ、細胞分裂によって受け渡せることを示した実験系だ。巨大な遺伝情報を持ち込んだとき、細胞はなぜそれを捨てず、なぜ多くを眠らせるのか。その問いに、今回の研究は新しい答えを与えた。

今後の焦点は、外来DNAを「保持する」段階から、必要な遺伝子だけを安全に「働かせる」段階へ進めるかどうかにある。人が描く空想より、生命の仕組みが実際に示したことを丁寧に追う。その積み重ねこそ、この発見を長く語る価値に変える。