2018 Fiscal Year Research-status Report

大腸菌と溶菌ファージとのモデル生態系による寄生から共生への移行・発展の実証的研究

Research Project

Project/Area Number	16KT0169
Research Institution	Hirosaki University
Principal Investigator	柏木明子弘前大学, 農学生命科学部, 准教授 (40362652)
Project Period (FY)	2016-07-19 – 2020-03-31
Keywords	RNA バクテリオファージQβ / 大腸菌 / 寄生 / 共生
Outline of Annual Research Achievements	共生関係等の細胞間相互作用はどのような場合にどのように生じ、そして安定な状態へ発展するのであろうか。生物は遺伝子間、細胞間や種間等あらゆる階層で相互作用し、それらが連鎖したシステムである。そのため、生物間相互作用の創生やそれらが持続発展するしくみを知ることは、生物を構成する自然法則に対する知見を与える。この問いには、現存の生物をそれらが経験したことがない未知の相互作用の状態に置き、そこからどう変化するのかという過程を解析する中から抽出可能であると考えられる。本申請では、大腸菌とそれに感染する溶菌性RNAバクテリオファージQβ（Qβ）を用いる。両者は元来寄生関係にあるが、遺伝子ネットワークを大腸菌に導入することにより、大腸菌の増殖に寄生者であるファージもしくはそれが持つ遺伝子が必要という関係を実験室内で作り出す。本年度は、上記の実験系を作るため、野生型のQβを用いたところ、大腸菌が溶菌されてしまい共存する系が作れなかった。Qβが持つ溶菌タンパク質(A2)の機能を持たないQβを作ればよさそうなものであるが、A2は、溶菌活性の他に大腸菌への感染吸着能も有している。感染吸着しないとゲノムRNAを宿主大腸菌内に導入することができない。そこで、ファージの外殻にはA2があり、大腸菌ゲノムにはA2遺伝子の一部が欠損しているQβ粒子を作製することに成功した。具体的には、宿主内でA2タンパク質を別に供給し（宿主への溶菌活性が低いA2変異体を我々の研究室で取得した）、相補することにより、QβのRNAゲノムの開始コドンを欠失したために自身のRNAゲノムからはA2ができないというQβ変異体である。このQβ変異体は世界で初めて本研究で取得されたものであり、この変異体ファージを用いることにより、上記のシステムを構築することに用いることが可能となる。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason ファージが本来持つ溶菌活性によって共存系が構築できないという状況が生じたが、当初の予定で、起こり得る問題点と解決策として記した「RNAゲノムからは溶菌活性を持つA2を発現しないが、A2を相補することにより感染能を有する」ファージ変異体が取れたため、おおむね順調に進展していると判断した。
Strategy for Future Research Activity	今後は、初年度に構築したQβ由来タンパク質がある場合だけ増殖可能な大腸菌に対し、3年度目に作製した「RNAゲノムからは溶菌活性を持つA2を発現しないが、A2を相補することにより感染能を有する」ファージ変異体を用いてQβ感染依存的大腸菌増殖系を構築し、それを継代することによる進化実験を行う。