単細胞生物に磁気感覚を与える特異な共生関係を発見(Unique symbiosis bestows magnetic sense to single-celled organism)

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2026-07-21 ミュンヘン大学(LMU)

ミュンヘン大学(LMU)の研究チームは、単細胞真核生物が磁性細菌と共生することで、地球磁場を感知する「磁気感覚(磁気走性)」を獲得していることを明らかにした。この共生系では、宿主である単細胞生物の内部または表面に磁性細菌が共生し、細菌が作る磁鉄鉱(マグネタイト)などの磁性粒子(マグネトソーム)がコンパスのような役割を果たすことで、宿主は磁場の方向を認識しながら移動できる。研究では、顕微鏡観察やゲノム解析などを用いて、宿主と共生細菌が高度に協調して機能していることを示し、この能力が宿主自身の進化ではなく、共生によって獲得された形質であることを実証した。これは、複雑な生物機能が共生関係を通じて獲得される新たな進化メカニズムを示す重要な成果であり、真核生物の進化、生物間相互作用、磁気感覚の起源の理解を大きく前進させるとともに、微生物共生や生体磁気利用に関する研究への応用も期待される。

単細胞生物に磁気感覚を与える特異な共生関係を発見(Unique symbiosis bestows magnetic sense to single-celled organism)
Pearl necklace-shaped magnetosome chains of the endosymbiotic bacterium. © Elena Sturm / PNAS

<関連情報>

嫌気性繊毛虫における三者共生による磁気走性 Magnetotaxis in an anaerobic ciliate via tripartite syntrophy

Mitali Chitnis, Leon Kaub, Peter Vďačný, +11 , and William D. Orsi
Proceedings of the National Academy of Sciences  Published:July 20, 2026
DOI:https://doi.org/10.1073/pnas.2609513123

Abstract

Magnetotaxis has evolved independently numerous times in bacteria, whereby genetically controlled biomineralization of nano-crystalline magnets results in swimming along Earth’s magnetic field lines. Compared to magnetotactic bacteria (MTB), evolutionary mechanisms of magnetotaxis as a trait in eukaryotes remain poorly understood. Here, we report a magnetotactic ciliate, Tropidoatractus magnetotacticus sp. nov., that acquires magnetotaxis via syntrophy. T. magnetotacticus exhibits magnetotaxis due to the magnetic moment of internal ferrimagnetic magnetite (Fe3O4) nanoparticles forming ellipsoidal “necklace-shaped” parallel chains. Electron microscopy revealed T. magnetotacticus hosts numerous internal rod-shaped bacteria containing these magnetosome chains. Consistent with this, a genomic population of MTB (Thermodesulfobacteriota) in magnetically sorted T. magnetotacticus cells was found that encoded and expressed a magnetosome gene cluster responsible for magnetosome Fe3O4 biomineralization closely related to that of the ectosymbiont “Candidatus Desulfarcum epimagneticum.” T. magnetotacticus also housed a second genomic population affiliated with the endosymbiotic methanogen Methanoregula. Metatranscriptomes of sorted T. magnetotacticus cells show eukaryotic hydrogenosomal Fe-hydrogenase gene expression, and expression of genes encoding proteins in an electron transport chain indicative of H2-producing mitochondria-related organelles. Active gene expression of energy metabolism pathways indicates a tripartite syntrophic network whereby anaerobic fermentation products from T. magnetotacticus are consumed by two syntrophic partners: MTB producing the magnetosome chains and hydrogenotrophic methanogens. Our findings show how magnetotaxis can emerge as a trait in eukaryotes via syntrophic cooperation.

生物環境工学
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