産総研、生物種の１６Ｓ　ｒＲＮＡ遺伝子の機能相補性を確認

生物種を越えた１６Ｓ　ｒＲＮＡ遺伝子の機能相補性を確認
−バクテリアの系統分類学の根本に疑問を投げかける−



＜ポイント＞
　・大腸菌の１６Ｓ　ｒＲＮＡ遺伝子機能を置き換えることが可能な異種生物の１６Ｓ　ｒＲＮＡ遺伝子を発見
　・生物種に固有と思われてきた１６Ｓ　ｒＲＮＡ遺伝子が細菌の種を越えて水平伝播する可能性を示唆
　・バクテリアの系統分類学の指標となる１６Ｓ　ｒＲＮＡの種特異性に疑問を投げかける


＜概要＞
　独立行政法人　産業技術総合研究所【理事長　野間口　有】（以下「産総研」という）生物プロセス研究部門【研究部門長　鎌形　洋一】合成生物工学研究グループ　宮崎　健太郎　研究グループ長、安武　義晃　主任研究員および国立大学法人　大阪大学大学院　情報科学研究科　北原　圭　研究員（前産総研特別研究員）らは、生物種に固有と考えられてきた１６Ｓ　ｒＲＮＡ遺伝子が異種生物由来のものにより置き換えることが可能であることを発見した。

　リボソームは３種類のＲＮＡと５７種類のタンパク質から成る超分子複合体で、翻訳機能を担っている。その生理的役割の重要性と立体構造の複雑性から、進化的に極めて変異しにくい分子と考えられてきた。特にリボソーム３０Ｓサブユニットに含まれる１６Ｓ　ｒＲＮＡは、生物種固有の遺伝子としてバクテリアの系統分類学の指標となっている。今回、大腸菌の１６Ｓ　ｒＲＮＡ遺伝子欠損株に異種生物１６Ｓ　ｒＲＮＡを導入して生育相補試験を行い、綱レベルで異なる遠縁の生物の１６Ｓ　ｒＲＮＡであっても大腸菌内で機能することを実証した。この結果は、生物種固有であると考えられてきた１６Ｓ　ｒＲＮＡ遺伝子が種を超えて水平伝播しうる可能性を示唆し、従来の微生物の系統分類学の根本に疑問を投げかけるものである。

　この成果の詳細は、２０１２年１０月３０日（日本時間）に米国の学術誌Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ　ＵＳＡ（米国科学アカデミー紀要）にオンライン掲載される。

　〔図１　リボソーム３０Ｓサブユニットの立体構造〕

　　※添付の関連資料「図１」を参照


＜開発の社会的背景＞
　リボソームは全生物がもつ細胞小器官であり、核酸にコードされた遺伝情報を機能（タンパク質）へと翻訳する。このような高次の生物機能を担うリボソームは、立体構造も複雑で、バクテリアでは３種のＲＮＡと５７種ものタンパク質から構成される。各構成成分は密接に相互作用しており、構成成分の遺伝子変異の多くは機能破壊（細胞死）を招くと考えられてきた。とくにＲＮＡは立体構造上もリボソームの中心を占め、遺伝子の変異に対する感受性が高く、わずかな遺伝子変異がリボソーム機能の崩壊を招くと考えられてきた。実際、３０Ｓサブユニットに含まれる１６Ｓ　ｒＲＮＡは生物種に固有な分子として、長年、微生物の系統分類学の指標として使われている。


＜研究の経緯＞
　産総研では未知微生物の探索、ゲノム解析、有用遺伝子の探索、進化分子工学による遺伝子機能改変など、微生物機能の探索と利用に関する研究を幅広く行ってきた。最近では、リボソームの変異解析により大腸菌のリボソームに翻訳という本来の機能以外にも、リボヌクレアーゼの活性を阻害する機能が備わっていることを発見した（２０１１年１１月２５日　産総研プレス発表）。今回の成果も、リボソームの詳細な機能解析を行う中で得られたものである。

　なお、今回の研究は文部科学省科学研究費補助金　新学術領域研究（領域名：動的・多要素な生体分子ネットワークを理解するための合成生物学の基盤構築）「翻訳システム改変による人工細胞創成」（平成２４年度）、日本学術振興会　挑戦的萌芽研究「ｒＲＮＡの置換変異によるリボソーム可塑性の研究」（平成２４年度）、日本学術振興会　基盤研究（Ｂ）「メタゲノム遺伝子の網羅的発現を目指した大腸菌宿主の開発」（平成２３〜２４年度）による支援を受けて行った。



※以下、「研究の内容」などリリースの詳細は添付の関連資料を参照