Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

腸内細菌 / ゲノム / 進化 / 寿命 / ゲノム進化 / 共生 / 食事

本申請は、腸内細菌が宿主由来の環境圧の下でどのようにゲノム変異してきたのか、をテーマにし、培養した複数細菌株を無菌マウスに植え、食事条件を変えたグループでトラックする計画を立てている。本年は、2021年4月以降に発表された既報告(Yilmaz et al. Cell Host & Microbe, 2021)を考慮し、無菌動物実験のための細菌培養を継続しつつ、より現実の腸内細菌叢に近いSPFマウスを用いた実験もスタートした。
SPFマウスの長期飼育下での糞便サンプルから、>50検体のショットガンメタゲノムデータと、6検体のロングメタゲノムデータを取得した。得られたロングリードメタゲノムデータからは、同一個体の異なる時期において、同一種の菌のゲノム構造が大きく異なっている可能性が示唆された。また、ショットガンメタゲノムデータをマッピングした結果から、一生の異なる時期において、特定の種/株の増殖速度が大きく変化している可能性が示唆された。
培養実験では、今までに、1000以上のコロニーを単離し、その中から、一生にわたって定着するライフコア細菌を確認した。これらの細菌は、ゲノム解析を行う他、無菌マウスに移植する実験に供与される予定である。
また、無菌動物実験施設利用のための各種手続きと、予備実験として、高脂肪食や高繊維等を用いた食事のintervention実験を行い、腸内細菌の変化を確認した。この時に付随して行った行動試験の結果を論文に投稿予定である。
また、SPFマウスの長期飼育化の糞便サンプルの16S解析の結果を論文に投稿準備中である。

ゲノム / 変異 / 遺伝子 / 遺伝子発現 / ゆらぎ / 大腸菌 / 変異率 / 進化 / ゲノム進化 / 進化生物学

本研究では、高頻度に変異が生じる条件で大腸菌を長期間培養し、蓄積したゲノム変異を解析した。得られた数千個の変異を解析した結果、ストレス応答に関わる遺伝子群に変異が集中しやすいことが分かった。また、増殖低下の要因は、有害変異の蓄積だけではなく、変異率増加そのものに起因することを突き止めた。さらに、変異は任意の塩基配列に完全にランダムに生じるのではなく、数塩基で構成される特定の塩基配列のモチーフに生じやすいことが分かった。これらの発見は、生じた変異への頑強さを付与する遺伝子の同定だけでなく、変異そのものが生じにくいゲノムを設計する上で重要な基礎的知見であると考えられる。

変異は、遺伝情報に生じるエラーであり、病気の原因となるだけでなく、有用物質の生産性を低下させる原因になるなど、私たちの日常社会と深い関わりがあります。そのため、変異や変異の影響を抑制する原理の発見や技術開発が多くの学術分野で望まれています。本研究で得られた成果は、変異が細胞の増殖に与える悪影響に注目し、どのような遺伝子群が変異の有害作用の抑制に関わっており、どのような塩基配列であれば変異そのものが生じにくくなるかについて、示唆に富む情報を提供しています。本研究で得られた情報を基礎として発展させれば、変異に頑強でより安定な人工ゲノムを開発するなどの応用が可能になると期待されます。

ゲノム機能 / RNAサイレンシング / 転移因子 / 小分子RNA / RNAi / ゲノム進化 / エピゲネティクス / 生殖細胞 / 生殖幹細胞 / Argonaute / piRNA / ゲノム / 進化 / Piwi / Yb Body / エピジェネティックス / エピジェネティクス / 転位因子 / RNA サイレンシング / 脆弱X症候群

「転移因子とRNAサイレンシング機構の間の'軍拡競争'が複雑な遺伝子発現制禦を可能にするゲノムの進化をもたらした」という仮説の検証をショウジョウバエを用いて行った。その結果、転移因子の抑制機構が体細胞では遺伝子の発現制御にも密接に関与していること、そして、生殖細胞では生殖幹細胞-体細胞相互作用や卵形成過程における軸形成に関与していることを示唆する結果を得た。