東京大學研究生院新領域創成科學研究科的松永幸大教授、理化學研究所環境資源科學研究中心的豐岡公德上級技師、東京理科大學教養教育研究院的鞆達也教授及早稻田大學教育綜合科學學術院的園池公毅教授等人的聯合研究團隊發表研究成果稱，成功地將紅藻（藻類）的葉綠體移植到了動物培養細胞中，並在動物培養細胞内檢測到了光合作用反應的電子傳遞。研究團隊通過最適化研究培養基條件，成功利用吞噬作用在不傷害細胞的情況下使葉綠體被細胞吸收。實驗結果顯示葉綠體在動物細胞内至少維持了兩天的光合作用活性。這一研究成果有望為發光能量應用於細胞培養等開闢道路。相關研究成果已於10月31日發表在國際學術期刊《Proceedings of the Japan Academy, Series B, Physical and Biological Sciences》上。
圖：擁有移植於藻類葉綠體的CHO細胞。各個細胞頂部的較大結構是細胞核，其下方存在2～6個小球狀葉綠體（粉色部位）。（供圖：東京大學松永幸大教授）
葉綠體是植物進行光合作用的小胞器官，約在12億～16億年前藍藻與動物細胞共生並演化為藻類後出現。
早在20世紀70年代至80年代，科學家就曾嘗試將葉綠體移植到動物細胞中以賦予其光合作用功能，但由於移植的葉綠體會被分解，研究宣告中斷。近年來，隨著對光合作用清潔能源的期望日益增長，在降低細胞培養成本和減少二氧化碳排放量等方面葉綠體重新受到期待。
此外，海蛞蝓中也存在一些攝取葉綠體並進行光合作用的種類。
此前研究團隊一直致力於製備可進行光合作用的動物細胞——「發光能量動物細胞（Planimal Cells）」的研究。
此次，研究團隊在保持光合作用功能的情況下，成功地從原始藻類紅藻中分離出了具有光合作用活性的葉綠體。之所以選擇紅藻，是因為它棲息在意大利的溫泉高溫環境中，培養的溫度條件接近動物細胞所需條件，而且其葉綠體DNA保留了約兩倍於一般葉綠體的基因數（208個）等。研究還證實，分離出來的葉綠體在内部結構穩定的情況下，能夠維持約兩週的光合作用活性。
研究團隊接下來探討了向來自倉鼠、用於一般研究的動物培養細胞「CHO細胞」移植葉綠體的方法，並通過最適化培養基條件增強了CHO細胞的吞噬作用，開發出了一種在不傷害動物細胞的情況下通過共培養攝取葉綠體的方法。
此前，通過在細胞膜上打孔來攝取葉綠體。而且在一般培養中，CHO細胞的吞噬作用較弱。
此次，研究團隊成功實現了使每個CHO細胞平均攝取2～3個葉綠體，最多攝取45個葉綠體，並通過超解析度顯微鏡從多個角度觀察確認了攝取的狀況。研究還證實，葉綠體至少能保持2天的結構完整性，6天以後被分解。被攝取的葉綠體表現出了類似於向細胞核附近移動或被粒線體包裹的情況。
為了研究這些葉綠體是否保持了光合作用活性，研究團隊通過脈衝調半徑葉綠素螢光測量技術，測定了攝入葉綠體的電子傳遞（PS II活性）。
結果證實，PSⅡ活性雖會維持到第4天，但會在第6天失活。
應該生成了氧
松永教授表示：「就檢測到電子傳遞而言，我們推測應該生成了氧，目前我們正在推進研究來證實這一點。此外，我們認為還必須開發能夠在動物細胞中更長時間維持光合作用的系統。如果將來能夠實現‘發光能量動物細胞’，就可能改善例如類器官、人工器官、人造肉製作過程中培養細胞多層化帶來的内部缺氧情況，實現這些物質的更大規模培養。」
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：Proceedings of the Japan Academy, Series B, Physical and Biological Sciences
論文：Incorporation of photosynthetically active algal chloroplasts in cultured mammalian cells towards photosynthesis in animals
DOI：10.2183/pjab.100.035
