古細菌の一部はインテグロンを持っており、ドメインをまたいだ遺伝子伝達が可能であることが判明した

2022年11月26日レポート

古細菌の一部はインテグロンを持っており、ドメインをまたいだ遺伝子伝達が可能であることが判明した

https://phys.org/news/2022-11-archaea-integrons-cross-domain-gene.html

by Bob Yirka , Phys.org

カセットリクルーティング（attC × attI組換え）アッセイ。(A)カセット挿入アッセイの実験セットアップの概要を示す模式図。attC部位を持つカナマイシン耐性（KmR）自殺ベクターpJP5603は、コンジュゲーションによりレシピエント大腸菌UB5201株に導入される。レシピエント株は、カルベニシリン耐性（CbR）pBAD24およびクロラムフェニコール耐性（CmR）pACYC184バックボーン上に、それぞれ誘導性PBADプロモーターから発現するintI1遺伝子とattI1部位を持つ。ドナー自殺ベクターはレシピエント宿主内で複製できないため、attC×attI組換え後にプラスミドコインテグレートが形成されて初めて存続することができる。(B) attI1と9つの古細菌attC（x軸に沿って起源の植物体をラベルした）および陽性対照として使用した範例的な細菌attC部位（attCaadA7）の間の平均組換え頻度（log10スケール、±1 SE）。平均頻度は、3つの独立したカセット挿入アッセイに続いて計算された（詳細は、材料と方法を参照）。組換え頻度には、試験したattC間で統計的に有意な差は検出されなかった（Kruskal-Wallis test, n = 27; df = 8, P = 0.488 ）。組換え頻度はattC下鎖のみについて示した。attC上層鎖の組換え頻度については表S1を参照。N.S.、有意ではない。出典：Science Advances (2022). DOI: 10.1126/sciadv.abq6376
オーストラリアのマッコーリー大学の研究チームは、いくつかの古細菌がインテグロンを持っていることを示す証拠を発見した。研究グループは、最近開発されたメタゲノム集合ゲノム（MAG）と呼ばれる技術を用いて、どのように新しい方法でアーキアのサンプルのゲノムを研究したか、またそれによって何がわかったかを論文としてScience Advances誌に発表した。

地球上の生命は、真核生物、細菌、古細菌の3つのドメインに分類されます。3つ目の領域である古細菌は、バクテリアと似ており、その仲間はしばしばアーキバクテリアと呼ばれます。細菌と同様に単細胞生物だが、細菌と異なり、細胞膜に脂質を利用している。

研究チームは今回、細菌と古細菌が遺伝子を交換する方法について調べ、細菌が遺伝子カセットを使って関係するタンパク質を受け渡すシステムであるインテグロン（遺伝子の捕獲・拡散システム）を持っている可能性があると考えた。そこで研究チームは、インテグロンインテグラーゼ（IntI）というタンパク質をコードするAttCと呼ばれる単一遺伝子および遺伝子組み換え部位を検索する技術「MAG」に着目した。

この技術を使って、彼らは多くの一致を発見した。6,700のゲノムをスキャンした結果、9つの系統にまたがって75のマッチが見つかり、それぞれがインテグロンの証拠であることがわかった。そして、そのすべてがバクテリアに見られるインテグロンと同じ構造を持っていることが判明し、カセットが使われていることが示唆された。

このことから、研究者らは、細菌同士が遺伝子を交換するのと同じように、アーキアも細菌と遺伝子を交換したり、逆に交換したりすることができるはずだと考えたのである。そこで、古細菌からAttCを合成し、大腸菌に作用させた。その結果、遺伝子の交換を可能にするカセットが作られたことがわかった。

古細菌のインテグロンが見つかれば、新しい研究の道が開かれることは間違いないだろう。そのひとつは、アーキアからバクテリアに遺伝子を交換することで、バクテリアを殺すための薬物に対して耐性を持つようになる可能性を調べることであろう。また、研究者は、古細菌の完全なゲノムが利用可能になれば役立つと述べています。

詳細はこちら。Timothy M. Ghaly et al, Discovery of integrons in Archaea: Platforms for cross-domain gene transfer, Science Advances (2022). DOI: 10.1126/sciadv.abq6376