2022 Fiscal Year Research-status Report
Approach to the substance of bacterial extracellular genetic information storage device
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22K19124
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
永田 裕二 東北大学, 生命科学研究科, 教授 (30237531)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大坪 嘉行 東北大学, 生命科学研究科, 准教授 (40342761)
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| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2024-03-31
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| Keywords | 細菌進化 / ゲノム / 未開拓遺伝子資源 / 膜小胞 / 挿入配列 / 可動性遺伝因子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
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。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
相補株の取得には至らなかったが、コントロール実験でキャプチャリング株の有効性を示すことができた。また、MVに含まれるDNAの塩基配列を決定する方策を確立することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
(1) 天然のHCH分解細菌から作製したキャプチャリング株に加えて、人工のHCH分解細菌を元に作製したキャプチャリング株を利用して、様々な遺伝子資源からHCH分解遺伝子の取得を試みる。相補株が得られた場合には、全ゲノム配列を決定し、どのような機構で遺伝子が導入されたか解明する。
(2) HCH分解細菌からMVを大量に精製し、ゲノムアンプリファイなども利用して、MV画分に含まれるDNAの塩基配列を決定する。十分なリードが得られた場合には、MV画分に含まれるDNAの特徴を明らかにする。また、HCH分解細菌由来のMVをキャプチャリング株と混合し、相補株が得られるか検討する。
(3) 細胞外DNAの取り込みに関与することが示唆されている挿入配列IS6100の機能について、(i) キャプチャリング株のIS6100の保持の有無が外部からの遺伝子獲得効率に影響するか検討する。また、精製したIS6100転移酵素を用いて、(ii) IS6100転移酵素の有無が遺伝子獲得効率に影響するか、(iii) 各種試料と混合した際にどのような配列のDNAと優先的に結合するか、検討する。
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| Causes of Carryover |
MV画分に含まれるDNA量が予想外に少なく、MV由来DNAを精製・解析する系の確立に時間を要した。初年度に確立した方法で、次年度ではNGSによる塩基配列解析が必要となる。また、初年度は相補株が得られなかったため、相補株の全ゲノム解析の費用も次年度に持ち越した。
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