光遺伝学を用いた微生物１細胞遺伝型摂動技術の開発

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「ある遺伝子を欠損させるとその遺伝子に対応した表現型が現れる」という経験的事実は、分子遺伝学の根幹を支える基本原理となっている。しかし、なぜ遺伝子摂動ごとに決まった表現型が現れるのか、という本質的な疑問点は未解明のままである。本研究では、特定の波長の光を照射して遺伝子操作を行う光遺伝学システムを導入した大腸菌株を用いて、1細胞観察下で遺伝型摂動を誘起することで、その影響がどのような経緯で1細胞単位の表現型に現れ、細胞集団全体の表現型として収束していくのかを明らかにすることを目的とした。1年目は、顕微鏡観察下で遺伝型に摂動を加えた際の細胞応答を1細胞粒度で調べるシステムの構築を目的として、（1）遺伝型摂動レポーター蛍光タンパクの最適化、および（2）摂動ターゲット遺伝子の検討および細胞株構築を行った。（1）について、遺伝子摂動の発生を知らせるレポーターとして使用していた従来のmVenusでは、光遺伝学システムの誘導に用いる波長とクロストークが生じることが問題であった。このため、励起波長が離れたmCherryを代わりに使用することを目的としてクローニングを行った。（2）については、抗生物質抵抗性遺伝子を光遺伝学システムのターゲットにすることで、光照射によって薬剤耐性を喪失させるという表現型への影響が大きい遺伝型摂動を誘発し、1細胞ごとの細胞応答のばらつきを可視化することを目的とした。この目標に向け、ストレプトマイシン抵抗性をコードするaadA遺伝子を光遺伝学システムの認識部位で挟んだベクターを作成した。これによって、光という非侵襲的な手段を用いた遺伝型摂動誘発とその影響の波及を観察するシステムの土台を整えることができた。