东京大学研究生院新领域创成科学研究科的松永幸大教授、理化学研究所环境资源科学研究中心的丰冈公德上级技师、东京理科大学教养教育研究院的鞆达也教授及早稻田大学教育综合科学学术院的园池公毅教授等人的联合研究团队发表研究成果称，成功地将红藻（藻类）的叶绿体移植到了动物培养细胞中，并在动物培养细胞内检测到了光合作用反应的电子传递。研究团队通过优化研究培养基条件，成功利用吞噬作用在不损伤细胞的情况下使叶绿体被细胞吸收。实验结果显示叶绿体在动物细胞内至少维持了两天的光合作用活性。这一研究成果有望为光能应用于细胞培养等开辟道路。相关研究成果已于10月31日发表在国际学术期刊《Proceedings of the Japan Academy, Series B, Physical and Biological Sciences》上。
叶绿体是植物进行光合作用的小细胞器官，约在12亿～16亿年前蓝藻与动物细胞共生并进化为藻类后出现。
早在20世纪70年代至80年代，科学家就曾尝试将叶绿体移植到动物细胞中以赋予其光合作用功能，但由于移植的叶绿体会被分解，研究宣告中断。近年来，随着对光合作用清洁能源的期望日益增长，在降低细胞培养成本和减少二氧化碳排放量等方面叶绿体重新受到期待。
此外，海蛞蝓中也存在一些摄取叶绿体并进行光合作用的种类。
此前研究团队一直致力于制备可进行光合作用的动物细胞—— “光能动物细胞（Planimal Cells）” 的研究。
此次，研究团队在保持光合作用功能的情况下，成功地从原始藻类红藻中分离出了具有光合作用活性的叶绿体。之所以选择红藻，是因为它栖息在意大利的温泉高温环境中，培养的温度条件接近动物细胞所需条件，而且其叶绿体DNA保留了约两倍于一般叶绿体的基因数（208个）等。研究还证实，分离出来的叶绿体在内部结构稳定的情况下，能够维持约两周的光合作用活性。
研究团队接下来探讨了向来自仓鼠、用于一般研究的动物培养细胞 “CHO细胞” 移植叶绿体的方法，并通过优化培养基条件增强了CHO细胞的吞噬作用，开发出了一种在不损伤动物细胞的情况下通过共培养摄取叶绿体的方法。
此前，通过在细胞膜上打孔来摄取叶绿体。而且在一般培养中，CHO细胞的吞噬作用较弱。
此次，研究团队成功实现了使每个CHO细胞平均摄取2～3个叶绿体，最多摄取45个叶绿体，并通过超分辨率显微镜从多个角度观察确认了摄取的状况。研究还证实，叶绿体至少能保持2天的结构完整性，6天以后被分解。被摄取的叶绿体表现出了类似于向细胞核附近移动或被线粒体包裹的情况。
为了研究这些叶绿体是否保持了光合作用活性，研究团队通过脉冲调幅度叶绿素荧光测量技术，测定了摄入叶绿体的电子传递（PS II活性）。
结果证实，PSⅡ活性虽会维持到第4天，但会在第6天失活。
应该生成了氧
松永教授表示：“就检测到电子传递而言，我们推测应该生成了氧，目前我们正在推进研究来证实这一点。此外，我们认为还必须开发能够在动物细胞中更长时间维持光合作用的系统。如果将来能够实现 ‘光能动物细胞’，就可能改善例如类器官、人工器官、人造肉制作过程中培养细胞多层化带来的内部缺氧情况，实现这些物质的更大规模培养。”
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：Proceedings of the Japan Academy, Series B, Physical and Biological Sciences
论文：Incorporation of photosynthetically active algal chloroplasts in cultured mammalian cells towards photosynthesis in animals
DOI：10.2183/pjab.100.035
