十多億年前，一個飢餓的細胞吞噬了一個微小的藍綠藻。但兩者並沒有簡單地消化對方，而是達成了一項非凡的進化協議。現在科學家們正試圖在實驗室中重現這一奇蹟。
在最近發表於日本學士院紀要B輯的文章中，研究人員將藻類的光合作用後代，稱為葉綠體的植物細胞器，移植到倉鼠細胞中——在那裡它們將光轉化為能量，並保持活性至少兩天。
2021年，東京大學的生物學家松永幸裕報道了海兔螺科動物如何從它們食用的藻類中“偷取”葉綠體，為海兔螺提供數週的能量需求。他的團隊希望在其他動物細胞中重現這種機制。
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科學家們之前曾嘗試將植物葉綠體轉移到真菌細胞中，但真菌細胞的清潔隊在數小時內就摧毀了外來細胞器。為了這次嘗試，松永的研究小組從一種在酸性火山溫泉中茁壯成長的紅藻中提取了格外耐寒的葉綠體，並將它們安置在實驗室培養的倉鼠卵巢細胞中。
熒光影像顯示葉綠體（品紅色）成功整合到倉鼠細胞中，動物細胞的其他特徵也突出顯示：細胞核呈淺藍色，細胞器呈黃綠色。
Ryota Aoki等人在日本學士院紀要B輯，第100卷，第9期；2024年發表的“培養的哺乳動物細胞中光合活性藻類葉綠體的摻入以實現動物光合作用”（CC BY-NC-ND）
該團隊使用離心機和溫和攪拌從藻類細胞中分離出葉綠體。與早期工作中的刺穿宿主細胞膜不同，研究人員調整了培養基的成分，使其誘使動物細胞像變形蟲一樣吞噬葉綠體，松永說，“誤認為它們是營養物質”。
移植的葉綠體保持了它們的結構，並顯示出成功的電子傳遞，這是處理光線的關鍵步驟，持續了兩天，然後才開始退化。之前嘗試將葉綠體移植到外來細胞中只能維持幾個小時。“他們能夠從中獲得如此長的使用時間，這讓我印象深刻，”紐約大學格羅斯曼醫學院的細胞生物學家傑夫·D·博克說。
挑戰依然存在：葉綠體需要細胞穩定供應蛋白質。“然而，動物細胞沒有製造和運輸這些蛋白質的必要基因，因此沒有這些蛋白質，葉綠體會很快分解，”法蘭克福馬克斯·普朗克生物物理研究所的結構生物學家維爾納·庫爾布蘭特說。與博克一樣，他也沒有參與這項新研究。接下來，松永的團隊計劃嘗試將維持光合作用的基因插入動物細胞中，旨在使它們與移植的葉綠體更相容。
博克說，這些型別的移植有一天可能幫助科學家設計生物材料，例如可以在屋頂上吸收大氣中二氧化碳的光合作用真菌或細菌，或者可以使用葉綠體的額外氧氣更快生長的實驗室類器官。當然，太陽能驅動的人類仍然是純粹的幻想，松永說：“他們需要一個網球場大小的表面積覆蓋葉綠體。”