豚レンサ球菌は遺伝的系統により特徴的なDNA侵入防御機構遺伝子を有する

要約

豚レンサ球菌は多様なタイプの侵入DNAに対する防御機構遺伝子を保有し、遺伝的系統により特徴的な防御機構遺伝子が存在することを明らかにした。

• キーワード:豚レンサ球菌、ゲノム解析、細菌のDNA侵入防御機構、系統進化
• 担当:動物衛生研究部門・細菌・寄生虫研究領域・病原機能解析ユニット
• 代表連絡先:電話029-838-7937
• 分類:研究成果情報

背景・ねらい

豚レンサ球菌は豚を自然宿主とする細菌で、豚や人に髄膜炎等の疾病を起こしうる。本菌は遺伝的に多様な系統で構成されているが、豚や人に病気を起こすリスクが高い豚レンサ球菌は、少数の遺伝的系統に限定されている。しかし、これらの病気との関連性が高い豚レンサ球菌の遺伝的系統がどのように進化してきたかについてはよく分かっていない。
細菌において、外来遺伝子の獲得は多様性を生み出す主要な原動力であり、環境への適応や競争に有利な遺伝子を獲得した場合、系統として維持されうる。しかし、獲得した外来遺伝子が生存に不利に働く場合も多く、細菌は制限修飾系やCRISPR-Cas systemなどのDNA侵入防御機構を有しており、侵入DNAを不活化し、その流入を制限している(図1)。
一方で、これらの防御機構の関連遺伝子も外来遺伝子として獲得され、多様性創出に関与している。また、これらの防御機構の保有が自身の遺伝子発現に影響を及ぼし、結果として病原性に寄与しうることも示唆されている。
本研究では豚や人に病気を起こすリスクが高い遺伝的系統を中心とした多様な豚レンサ球菌株の比較ゲノム解析を実施し、DNA侵入に対する防御機構遺伝子の獲得と病気を起こすリスクが高い遺伝的系統の進化との関連性を推測する。

成果の内容・特徴

• 豚レンサ球菌は多様なDNA侵入防御機構を有しており、いずれの株も1種類以上の制限修飾系遺伝子を保有している。一方、CRISPR-Cas遺伝子は一部の株のみに認められ、複数種類保有する株は存在しない(図1)。
• 同じ遺伝的系統の豚レンサ球菌株では、保有する防御機構遺伝子の種類や数が一致または非常に類似している。また、豚や人に病気を起こすリスクが高い遺伝的系統では、系統特徴的な制限修飾系及びCRISPR-Cas遺伝子が認められた(図1)。
• 獲得した防御機構の種類によって、その後に流入が制限されるDNAの種類や量が変化し、そのことが特定の系統の進化に寄与していることが示唆される。

成果の活用面・留意点

• 獲得された防御機構により侵入防御される外来遺伝子の相違や病原性など表現型への影響について今後明らかにしていく必要がある。
• 豚や人に病気を起こすリスクが高い遺伝的系統に特徴的な防御機構遺伝子は、これらの系統を検出する遺伝子マーカーとしての応用が期待される。

具体的データ

その他

• 予算区分:交付金、競争的資金(科研費)
• 研究期間:2014～2016年度
• 研究担当者:大倉正稔、野澤孝志(京都大)、渡辺孝康(東京大)、村瀬一典(京都大)、中川一路(京都大)、高松大輔、大崎慎人、関崎勉(東京大)、Marcelo Gottschalk(モントリオール大)、浜田茂幸(大阪大)、丸山史人(京都大)
• 発表論文等:Okura M. et al. (2017) Genome Biol. Evol. 9(4):1000-1012