大腸菌O157の病原遺伝子発現における外来性tRNA遺伝子の役割

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14770115
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 黒川 顕 大阪大学, 微生物病研究所, 助手 (20343246)
• Keywords: コドン使用頻度 / ゲノム / ゲノム構造

Research Abstract

現在までに120種を超える細菌のゲノム全配列が報告されている.これらすでに報告されているゲノム全配列を用いて,種特異的な遺伝子と外来性と考えられる菌株特異的遺伝子のゲノムレベルでの進化を,バイオインフォマティクスから得られた予測をもとに分子生物学的な検証を試みた.種特異的な遺伝子を検索するソフトウェアCodonViewerを開発した.本ソフトウェアは,ゲノム全配列からコドン使用頻度をゲノムレベルで視覚的に表現するソフトウェアで、UNIXだけでなく,生物学研究者に広く使われているMacintosh, Windows上でも動作可能である.本ソフトウェアを用いることで,コドン使用頻度をゲノムレベルで遺伝子単位で表示することが可能となり,コドン使用頻度が偏っている領域を簡単に特定することが可能となっている.また,本ソフトウェアにはコドン使用頻度による分類だけでなく,非線形主成分分析法,ノンパラメトリック回帰分析など複数の手法による特異的遺伝子の抽出が可能となっている.
本ソフトウェアを用いて,腸炎ビブリオのゲノムから種特異的な遺伝子の抽出を試みた.その結果,腸炎ビブリオが有する病原性遺伝子群である3型分泌装置や,ビブリオ属に特徴的なSuper-integron領域は,他のゲノムの領域と比較してコドン使用頻度が大きく異なっていた.これらの領域のコドン使用頻度を他の遺伝子と比較したところ,大腸菌O157の病原性遺伝子領域やファージの領域と同様であることが明らかとなった.このことは,これら外来遺伝子の供給源が同じである事を示唆している.大腸菌O157のゲノム全配列から本ソフトウェアにより特異的遺伝子を抽出し,それら遺伝子の翻訳効率を実験的な解析を試みた.しかしながら,作成したtRNA供給ベクターを用いてもK-12では特異的遺伝子が発現せず,これらファージ由来と思われる遺伝子を発現させるためには,さらなる要因の追求が必要という結論に至った.これらtRNAをもいちる遺伝子は,ファージ上のみならず,O157,K-12バッグボーン上にもコードされており,かつ分子進化解析より,これら遺伝子が機能していることが予想されることから,生命維持のため何らかの機能を有している事が明らかである.したがって,さらなる検討を続けることで,外来遺伝子を取り込むことによる,ゲノムの進化を論じる事が可能になると期待している.

Research Products

• [Publications] Ichiro Nakagawa, Ken Kurokawa, et al.: "Genome sequence of an M3 strain of Streptococcus pyogenes reveals a large-scale genomic rearrangement in invasive strains and new insights into phage evolution."Genome Research. 13. 1042-1055 (2003)
• [Publications] Yamashita, A., Kurokawa, K., et al.: "Mapping database of cDNA and genome designed to use for various applications."Genome Informatics. 14. 418-419 (2003)
• [Publications] Saito, Y., Gomi, M., Matsuda, H., Goto, N., Kurokawa, K., et al.: "Real-time mapping system of cDNAs and genomes using grid computing."Genome Informatics. 14. 569-570 (2003)
• [Publications] Murakami, T., Najima, M., Ogawa, M., Kurokawa, K., et al.: "HAPPY : Hypothetical and putative protein database system."Genome Informatics. 14. 653-654 (2003)
• [Publications] Ken Kurokawa: "Microbial genome evolution -comparative genome analysis of pathogenic and non-pathogenic bacteria-"Symp.Recent Advances Microbial Genomes. 1. 39-46 (2003)