2017 Fiscal Year Annual Research Report
超好熱古細菌ウイルスゲノムの分子組成解析 ―DNAの起源解明に向けて―
Publicly Offered Research
| Project Area | Hadean Bioscience |
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| Project/Area Number |
17H05229
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
望月 智弘 東京工業大学, 地球生命研究所, 研究員 (90748279)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 生命の起源 / RNAワールド / 超好熱菌 / ウイルス / ゲノム / DNA |
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| Outline of Annual Research Achievements |
一般的に生命は、約４０億年前に、熱水環境下においてＲＮＡゲノムを有した形で誕生したと考えられている（ＲＮＡワールド仮説）。ＲＮＡ分子が、Ｃ１化合物を起点に非生物的化学進化により誕生したことを示唆する化学実験的データも、これを支持するものである。しかしながら、全ての現生細胞性生物においてゲノム分子として利用されているＤＮＡ分子の起源については、解明されておらず、生命誕生ならびにその原始進化を解明する上での大いなるミッシングリンクとなっている。昨今、ＲＮＡワールド時代においてＤＮＡ分子を最初に発明したのはウイルスである、という説が提唱されている。現生生物では唯一ウイルスがＤＮＡ以外にＲＮＡもゲノム分子として利用しているが、一部ＤＮＡウイルス（ファージ含む）においては、通常のＡＴＧＣとは異なる独自の塩基を有するものも見つかっていることがこの説の根拠の一つとなっている。本研究では原始生命との強い関連が示唆される熱水系に生息する好熱菌を宿主とするウイルスのゲノム構成を、分子レベルで解析し、異形ＤＮＡの探索を行うものである。８０℃以上で増殖する超好熱古細菌を宿主とするウイルスは、同じ原核生物である細菌ウイルス（ファージ）とはその形状やゲノム配列等が大きく異なり独自のウイルス叢を構成していることが近年明らかとなっている。しかしながらこれまでこれら超好熱古細菌ウイルスのゲノムＤＮＡの塩基組成を解析した研究は皆無であった。
本研究では、まず超好熱菌を培養しそのゲノムＤＮＡを抽出、酵素処理によりヌクレオシドレベルに分解し、ＮＭＲ法と質量分析法によりその構成塩基組成を解析する。初年度である本年度は、超好熱古細菌３株、ウイルス３株を解析に供し、それぞれの塩基組成を同定するに至った。その結果、これまでに解析に供した試料においては全て通常のＡＴＧＣ型ＤＮＡであることが明らかとなった。
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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
初年度である本年度は、ＤＮＡ分子の分解とその組成の解析・検出を主として行った。本研究を行う上で必須となる詳細な分子組成解析を行うに十分な実験手法は確立された。また、ゲノムDNAの抽出法の違いにより、解析結果に差異が出ることも明らかとなったことは、今後の実験を行う上で重要な知見である。
一方、本研究を遂行する上で最も課題となるのが、解析に十分なＤＮＡ量を精製するためのウイルスの大量培養である。本研究開始時点において本実験を行うのに十分な量を培養できるウイルスは僅か３株であった。そのため新たなウイルスの単離も試みており、これにおいては非常に良好な結果が出ている。
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| Strategy for Future Research Activity |
上述の通り、本研究を行う上で最も重要となるのが、超好熱古細菌ウイルスの大量培養である。昨年度においては十分量培養ができる手元のウイルス株は３株のみであったが、新たに超好熱古細菌ウイルスの培養を試みたところ、大量培養できる株が複数株得られたため、今後それらの解析を行う。中でもそのうちの１株は、超好熱古細菌において非常に稀有な一本鎖ＤＮＡウイルスであることを示唆するデータが得られている。一般的に一本鎖ＤＮＡは高熱に弱いため、その熱安定機構の解析とともに、その塩基組成は非常に興味深いものである。
さらに、より多くのウイルス株を解析に供するため、古細菌ウイルスの研究を行っている海外の研究者にも共同研究による試料の提供を要請しており、協力の約束を取り付けているため、今後それらを用いた解析も行う予定である。
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[Presentation] Two novel hyperthermophilic viruses, PLV1 and PSV2, infecting aerobic crenarchaeon Pyrobaculum aerophilum YKB312017
Author(s)
Mochizuki T, Nunoura T, Berliner A, Kasama K, Nakagawa M, Hongo Y, Yoshida-Takashima Y, Takaki T, Takai K
Organizer
Gordon Research Conference: Archaea
Int'l Joint Research
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