プレスリリース
(研究成果) 世界初、ゲノム情報から短時間で細菌ワクチンを設計する新手法を確立

これまで農研機構では、豚丹毒菌の弱毒株を用いた経口投与型ベクターワクチン⁶⁾の開発に取り組んできました。ベクターワクチンは、安全で免疫誘導効果の高い弱毒株を作製し利用する必要がありますが、豚丹毒菌のゲノム上にある1,700個以上の遺伝子の中から、病原性に関与する遺伝子を同定することは極めて困難でした。

豚丹毒菌をはじめとする細胞内寄生菌⁷⁾の多くは、生存に必要な栄養素を感染細胞に依存しており、そのために不必要となった栄養素合成に関わる多くの遺伝子が進化の過程でゲノム上から脱落する「ゲノム収縮」が起こっています。本研究では、豚丹毒菌のゲノム上に脱落せずに保存されている栄養素合成に関わる遺伝子は、この菌の感染に特に重要な「病原遺伝子」であるという仮説を立て実験を開始しました(図1A)。

ゲノム解析の結果から、豚丹毒菌は7種のアミノ酸を合成できる一方、その他のアミノ酸は感染細胞に依存していることが判明しました。そこで、豚丹毒菌のゲノム上に保存されているすべてのアミノ酸合成に関わる合計14個の遺伝子について、本菌とマウスマクロファージを共培養した時に それらの遺伝子が働いているかどうか、すなわち発現しているかどうかを解析しました。その結果、解析した14個のうち、7個の遺伝子が活発に発現していることが確認されました(図1B)。これら7個の遺伝子を「病原遺伝子」の候補としましたが、遺伝子操作によりゲノム上から遺伝子を除去することができたのはプロリン合成に関わる3個の遺伝子(proA, proB, proC)のみであり、残り11個の遺伝子は豚丹毒菌の生存に必須な遺伝子であることが予想されました。プロリン合成に関わる3遺伝子について、それぞれの遺伝子欠損株(ΔproA, ΔproB 又は ΔproC)、proA 及び proB の2遺伝子欠損株(ΔproBA)、proA, proB 及び proC の3遺伝子欠損株(ΔproBAC)の合計5株の遺伝子欠損株を作製し(図1C)、マウスマクロファージを用いて菌の増殖能を確認したところ、いずれも増殖能の低下が認められ、弱毒化していることが判明しました(図2a、2b)。また、これらの遺伝子欠損株を免疫したマウスは強毒株の攻撃に対して完全な防御を示すことが確認されました。さらに、ミルクと混合したΔproBAC を経口投与した豚においても、完全な防御が誘導されることも判明しました(表1)。

豚丹毒菌で見られるゲノム収縮は、マイコプラズマをはじめ、ライム病菌、リケッチア、クラミジア、バルトネラなどの病原体でも認められ、また、連鎖球菌やクロストリジウム属菌でもアミノ酸合成に関わる多くの遺伝子が欠損していることが確認されています。ゲノム情報から栄養素の合成に関わる遺伝子のみに着目して病原遺伝子を検索する手法は、これら病原細菌の生ワクチン開発にも応用可能であると考えられます。