謎のパテシバクテリアの世界

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する小さな紫色のパテシバクテリア細胞を示す。 シアトルUW医科大学のJoseph Mougous研究室が主導した新しい研究では、彼らのライフサイクル、遺伝子、そしてそれらの珍しいライフスタイルの背後にあるかもしれないいくつかの分子メカニズムが明らかになりました。 これらのエピバイオティック細菌は、Southlakia epibion​​ticumです。 ソース: Yaxi Wang, Wai Pang Chan, Scott Braswell/ワシントン大学

科学者たちは、より大きな細菌の表面に住む小さな細菌の珍しい生活様式に不可欠な遺伝子を発見しました。

パテシバクテリア（Patescibacteria）は、生き残る方法が見つけにくい不思議な微細な微生物のグループです。 科学者はこれらのタイプのうち少数しか栽培できませんが、これらはさまざまな環境で発見されたさまざまな家族の一部です。

研究者が研究室で培養することができるいくつかの種類のパテシバクテリアは、別のより大きな宿主微生物の細胞表面に存在する。 一般に、パテシバクテリアは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る。 アミノ酸 タンパク質を構成する脂肪酸、細胞膜を形成する脂肪酸、ヌクレオチドなど DNA。 これにより、研究者たちはそれらの多くが他の細菌に依存して成長すると推測しました。

最近発表された研究では セル、研究者たちは珍しいパテシバクテリアライフスタイルの背後にある分子メカニズムを初めて垣間見ることができます。 このような画期的な発展は、これらの細菌を遺伝的に操作する方法の発見によって可能になり、これは可能な新しい研究方向の世界を開いた発展です。

「メタ遺伝学は、どの微生物が私たちの体に住んでいるのかを伝えることができますが、DNA配列だけでは微生物の有益なまたは有害な活動についての洞察を提供しません。研究所のNitin S. Baligaは言いました。 シアトルのシステム生物学のために、この研究は多くの計算とシステム分析を提供しました。

ワシントン大学医科大学微生物学研究室で顕微鏡を観察しているエピバイオティックバクテリア研究者ラリーA.ギャラガー（Larry A. Gallagher）。 出典：S. Brook Peterson /ワシントン大学

「Patescibacteriaを遺伝的に乱す能力は、強力なシステム分析レンズを適用し、絶対生物のユニークな生物学を迅速に特徴付ける可能性を開きます」 。

研究チームは、微生物学科のJoseph Mougous研究室が率いるチームです。 ワシントン大学 医科大学とハワードヒューズ医学研究所（Howard Hughes Medical Institute）は、いくつかの理由でパテシバクテリアに興味を持っています。

彼らは、以下で発見されたゲノムの大規模な遺伝子分析でDNA配列が現れるよく理解されていない多くの細菌の1つです。 種– 環境に由来する豊富な微生物群集。 この遺伝物質は、それが暗号化する機能について知られていることがほとんどないため、「微生物暗黒物質」と呼ばれます。

微生物暗黒物質には、バイオテクノロジーの応用可能性がある生化学的経路に関する情報が含まれる可能性が高いです。 セル 紙。 これには、微生物生態系を支える分子活動だけでなく、そのシステムに集められたさまざまな微生物種の細胞生物学に関する手がかりも含まれています。

この研究で分析されたパテシバクテリア（Patescibacteria）群はサッカリバクテリア（Saccharibacteria）に属する。 これらは様々な土地と水の環境に住んでいますが、人間の口に生息することが最もよく知られています。 彼らは少なくとも中石器時代から人間の口腔微生物群集の一部であり、人間の口腔健康と関連していました。

人間の口では、サッカリバクテリアは宿主として機能するアクチノバクテリア（Actinobacteria）会社を必要とします。 サッカリバクテリアが宿主に関して使用するメカニズムをよりよく理解するために、研究者は遺伝子操作を用いてサッカリバクテリアが成長するのに不可欠なすべての遺伝子を同定した。

シアトルのワシントン大学医科大学微生物学研究室の嫌気性ワークステーションにあるエピジェネティックバクテリアの研究者であるYaxi Wang。 出典：S. Brook Peterson /ワシントン大学

微生物学教授のMougousは、「この細菌が持っている特異な遺伝子の機能を初めて垣間見ることができてとても嬉しいです」と話しました。 「この遺伝子の今後の研究に焦点を当てることによって、サッカリバクテリアが宿主バクテリアを成長のためにどのように利用するかについての謎を解くことを願っています.」

研究で明らかになった可能性のある宿主相互作用因子には、サッカリバクテリアが宿主細胞に付着するのに役立つ可能性がある細胞表面構造、および栄養素を運ぶために使用できる特殊な分泌システムが含まれます。

著者らの研究の別の用途は、蛍光タンパク質を発現するサッカリバクテリア細胞の生成であった。 研究者らは、この細胞を用いて宿主細菌と共に成長するサッカリバクテリアの低速顕微鏡蛍光イメージングを行った。

Mougous Labsの上級科学者であるS. Brook Petersonは、「サッカリバクテリア – 宿主細胞培養の低速撮影画像は、これらの珍しい細菌のライフサイクルに驚くべき複雑さを示しました」と述べました。

研究者らは、いくつかのサッカリバクテリアが宿主細胞に付着し、繰り返し芽を吸い、小さな群れを作る子孫を産生することによって母細胞として機能することを報告しました。 これらの小さなものは新しい宿主細胞を見つけるために移動します。 子孫の一部は母細胞になり、他の一部は宿主と非生産的に相互作用することが示されています。

研究者らは、追加の遺伝子操作研究が「この生物が含む豊富な微生物暗黒物質埋蔵量」と描写したものの役割についてのより広い理解の扉を開いて、潜在的にまだ想像していない生物学的メカニズムを明らかにすると考えています。

参考文献：「Patescibacteriaの遺伝子操作は、微生物の暗黒物質と厚生的な生活様式の機械的洞察を提供します。」 著者: Yaxi Wang, Larry A. Gallagher, Pia A. Andrade, Andi Liu, Ian R. Humphreys, Serdar Turkarslan, Kevin J. Cutler, Mario L. Arrieta-Ortiz, Yaqiao Li, Matthew C. Radey, Jeffrey S. McLean 、Qian Cong、David Baker、Nitin S. Baliga、S. Brook Peterson、Joseph D. Mougous、2023年9月7日、 セル。
DOI：10.1016/j.cell.2023.08.017

この学際的な協力研究は新しく設立されました 微生物相互作用とマイクロバイオームセンター （略語mim_cと呼ばれる）、Mougousが監督します。 mim_cの使命は、微生物群誘電体研究に対する障壁を下げ、複数の学問分野で同じ考えを持つ研究者のつながりを通じて協力を発展させることです。 ここでmim_cは、UW歯科大学歯周学科の口腔微生物群集の専門家Jeffrey McCleanと共にMougous研究室に加わる触媒剤でした。

この研究の主な著者は、UW微生物学科のYaxi WangとLarry A. Gallagherです。 上級著者はBaliga、Peterson、Mougousでした。 テキサス州サウスウェスタン大学の生化学者Qian Cong、UW Medicine Institute for Protein DesignのDavid Bakerおよび他の研究者も、McCleanと共にこの研究に貢献しました。

MougousとBakerはHoward Hughes Medical Instituteの調査官です。 Mougousはワシントン大学でLynn M.とMichael D. Garveyの寄付議長を務めています。

本研究は以下の補助金の支援を受けた。 国立保健院国立科学財団、国防部傘下の国防脅威軽減局、ビル＆メリンダ・ゲイツ財団、ウェルチ財団などがあります。