Approach to the substance of bacterial extracellular genetic information storage device

人工の殺虫剤で環境が汚染されると、環境常在細菌が、特殊性の高い分解酵素遺伝子を細胞外から獲得することで分解細菌が「誕生」する。しかし、それら遺伝子の直接の進化的起源が推測できる配列は膨大な量のゲノム・メタゲノム情報にも見出されない。すなわち、細菌は現在のメタゲノム解析技術では検出不可能な未知の「細胞外遺伝情報記憶システム (Extracellular Genetic Information Storage Device: EGISD)」から必要に応じて適当な遺伝子を獲得し、利用する術を有していると考えられる。本研究では、この細菌の「EGISDを利用する機能」を用いて、「EGISDの実体」と「それを利用する機構」を解明することを目的とする。研究成果は、微生物の未開拓な潜在能力の効率的利用手法への展開が期 待できる。初年度は、殺虫剤gamma-HCH (HCH) の資化能力を有する天然の分解細菌ゲノムに散在する分解遺伝子群をクラスター化して類縁株に導入することで作製した人工のHCH分解細菌を元に作製したキャプチャリング株が、当該遺伝子の導入で実際に資化能を回復することを確認した。一方、EGISDの候補である膜小胞 (MV) をHCH分解細菌が産出すること、およびHCH資化に必須なABCトランスポーター遺伝子破壊株が野生株より多量のMVを放出することを確認し、MVに含まれるDNAの塩基配列決定を試みた。MVに含まれるDNA量が少なく、十分量のリードを得ることができなかったが、可動性遺伝因子関連のDNA領域が他の領域に比べて高比率で存在することを示唆する結果が得られた。

人工の殺虫剤で環境が汚染されると、環境常在細菌が、特殊性の高い分解酵素遺伝子を細胞外から獲得することで分解細菌が「誕生」する。しかし、それら遺伝子の直接の進化的起源が推測できる配列は膨大な量のゲノム・メタゲノム情報にも見出されない。すなわち、細菌は現在のメタゲノム解析技術では検出不可能な未知の「細胞外遺伝情報記憶システム (Extracellular Genetic Information Storage Device: EGISD)」から必要に応じて適当な遺伝子を獲得し、利用する術を有していると考えられる。本研究では、この細菌の「EGISDを利用する機能」を用いて、「EGISDの実体」と「それを利用する機構」を解明することを目的とする。研究成果は、微生物の未開拓な潜在能力の効率的利用手法への展開が期 待できる。初年度は、殺虫剤gamma-HCH (HCH) の資化能力を有する天然の分解細菌ゲノムに散在する分解遺伝子群をクラスター化して類縁株に導入することで作製した人工のHCH分解細菌を元に作製したキャプチャリング株が、当該遺伝子の導入で実際に資化能を回復することを確認した。一方、EGISDの候補である膜小胞 (MV) をHCH分解細菌が産出すること、およびHCH資化に必須なABCトランスポーター遺伝子破壊株が野生株より多量のMVを放出することを確認し、MVに含まれるDNAの塩基配列決定を試みた。MVに含まれるDNA量が少なく、十分量のリードを得ることができなかったが、可動性遺伝因子関連のDNA領域が他の領域に比べて高比率で存在することを示唆する結果が得られた。