微生物の暗黒物質の秘密を明らかにする: Corynebacterium

科学者たちは、より大きな細菌の表面に生息する小さな細菌の異常なライフスタイルに必要な遺伝子を発見しました。伴侶細菌は、その生態がとらえどころのない小さな微生物の神秘的なグループです。科学者が栽培できるのはこれらの種のほんの一部だけですが、これらは多くの環境で見られる多様な科の一部です。

走査型電子顕微鏡写真は、はるかに大きな細胞の表面で成長している小さな紫色のコリネバクテリウム細胞を示しています。シアトルのウィスコンシン大学メディカルセンターのジョセフ・ムーグスの研究室が主導した新しい研究により、彼らの生活環、遺伝子、そして彼らの異常なライフスタイルの背後にある分子メカニズムの一部が明らかになりました。これらの着生細菌は、Southlakiaepibionticum です。画像クレジット: Yaxi Wang、WaiPang Chan、Scott Braswell/ワシントン大学

研究者が研究室で増殖できた数少ないコリネバクテリウム種は、別のより大きな宿主微生物の細胞表面に生息しています。コリネバクテリアは一般に、タンパク質を構成するアミノ酸、膜を形成する脂肪酸、DNA内のヌクレオチドなど、生命に必要な多くの分子を作るのに必要な遺伝子を欠いています。研究者らは、多くの無脊椎動物が他の細菌に依存して成長しているのではないかと推測している。

Cell誌に掲載された最近の研究で、研究者らはコリネバクテリウムの異常なライフスタイルの背後にある分子機構を初めて明らかにした。この画期的な進歩は、これらの細菌を遺伝子操作する方法の発見によって可能になり、新たな研究の可能性の世界を開く進歩です。

シアトルのシステム生物学研究所のニティン・S・バリガ氏は、「メタゲノミクスはどの微生物が私たちの体内や体内に生息しているかを知ることができるが、DNA配列だけでは、特にこれまで特徴づけられたことのない微生物の活動がどれほど有益であるか有害であるかについて洞察を与えることはできない」と述べた。「

ワシントン大学医学部微生物学研究室の顕微鏡の前に立つエピバイオティクス細菌研究者ラリー・A・ギャラガー氏。画像クレジット: S. Brook Peterson/University of Washington

同氏はさらに、「コリネバクテリウムを遺伝的に破壊する能力により、強力なシステム分析レンズを適用して偏性付着生物の独特な生物学を迅速に特徴付ける可能性が開かれる。」と付け加えた。 TAG PH20

この研究のチームは、ワシントン大学医学部微生物学科のJoseph Mougous研究室とハワード・ヒューズ医学研究所によって率いられました。

これらは、環境源からの種が豊富な微生物群集で発見されたゲノムの大規模遺伝分析でそのDNA配列が明らかになった、多くの未知の細菌のうちの1つです。この遺伝物質は、それがコードする機能についてほとんどわかっていないため、「微生物の暗黒物質」と呼ばれています。

Cellの論文は、微生物の暗黒物質には、バイオテクノロジーへの応用の可能性を伴う生化学経路に関する情報が含まれている可能性があると指摘している。また、微生物の生態系を支える分子活動や、このシステムに集まるさまざまな微生物種の細胞生物学への手がかりも提供されます。

今回の研究で解析されたコリネバクテリウムはサッカリバクテリアグループに属します。彼らはさまざまな陸生および水生環境に生息していますが、人間の口に生息することで最もよく知られています。これらは少なくとも中石器時代からヒトの口腔マイクロバイオームの一部であり、ヒトの口腔の健康に関与していると考えられています。

人間の口腔内では、サッカリバクテリウムは宿主である放線菌の仲間を必要とします。酵母が宿主とどのように相互作用するかをより深く理解するために、研究者は遺伝子操作を使用して、酵母の増殖に必要なすべての遺伝子を特定しました。

シアトルにあるワシントン大学医学部微生物学研究室の嫌気性ワークステーションの着生細菌研究者、Wang Yaqian氏。画像クレジット: S. Brook Peterson/University of Washington

微生物学教授のムーガス氏は、「これらの細菌が持つ珍しい遺伝子の機能を予備的に理解できて非常に興奮している。将来的にこれらの遺伝子に焦点を当てることで、糖細菌がどのように宿主細菌を利用して増殖するのかという謎を解明したいと考えている。」と述べた。

研究で特定された宿主と相互作用する可能性のある因子には、サッカリバクテリウムが宿主細胞に付着するのを助ける可能性のある細胞表面構造や、栄養素の輸送に使用される可能性のある特殊な分泌システムが含まれます。

著者らの研究のもう1つの応用は、蛍光タンパク質を発現する酵母細胞の作製である。研究者らはこれらの細胞を使用して、宿主細菌とともに増殖するサッカリバクテリウムのタイムラプス微小蛍光イメージングを実行した。

S。ムーガーズ研究室の主任研究員であるブルック・ピーターソン氏は、「サッカロバクテリウムと宿主細胞の培養物のタイムラプスイメージングにより、これらの珍しい細菌の生活環の驚くべき複雑さが明らかになった」と述べた。

研究者らは、一部の酵母は母細胞として機能し、宿主細胞に付着し、出芽を繰り返して小さな子孫を生み出すと報告している。この小さな人たちは新しい宿主細胞を探し続けています。いくつかの子孫は今度は母細胞になりますが、他の子孫は宿主と役に立たない相互作用をするようです。

研究者らは、追加の遺伝子操作研究により、彼らが表現する「これらの生物が保有する微生物暗黒物質の豊富な貯蔵庫」の役割についてのより広範な理解への扉が開かれ、これまで想像されていなかった生物学的メカニズムが解明される可能性があると信じている。