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環境を汚染する難分解性農薬分解遺伝子群の水平伝播

　人類の活動によって環境に放出された様々な環境汚染物質を分解・資化する細菌が存在する。難分解性芳香族化合物分解細菌では、一連の代謝酵素遺伝子群が共通の発現制御を受けるクラスターとしてプラスミド、トランスポゾン、ICE (integrative and conjugative element) などの可動性遺伝因子上に存在し、水平伝播することが明らかになっている。可動性遺伝因子と担う形質の組み合わせは多様であり、基本的な機構は薬剤耐性や病原性に関わる遺伝子の水平伝播と同じであると考えられる。一方、人工の有機塩素系農薬などの高度に難分解性の環境汚染物質分解細菌では、このようなシンプルな遺伝子クラスターの水平伝播のみで代謝能力の獲得・伝播を説明することはできない。本発表では、有機塩素系農薬γ-hexachlorocyclohexane (γ-HCH) 分解細菌株の研究から見えてきた「複雑な」水平伝播を紹介する。

　多くのγ-HCH分解細菌株が世界各地の汚染環境から分離されているが、ほとんどがスフィンゴモナッドと総称されるAlphaproteobacteriaに属する細菌群に分類され、系統的に互いにある程度離れているにもかかわらず、全ての株がほぼ同一のγ-HCH分解代謝遺伝子群 (lin genes) を保持している。このことはスフィンゴモナッド細菌群の背景を持つ株がlin genesを水平伝播で獲得することでγ-HCH分解細菌が誕生したことを強く示唆している。実際、一部のlin genesについては、実験的に水平伝播を確認した。しかし、lin genesはγ-HCH分解細菌株のゲノム中に散在し、それらの存在様式はγ-HCH分解細菌によって大きく異なっており、全てのlin genesが特定の可動性遺伝因子を介してまとめて水平伝播したとは考えにくい。我々が全ゲノム配列を決定した4株のγ-HCH分解細菌の詳細なゲノム比較を行ったところ、スフィンゴモナッド細菌群に特有の複数のプラスミドと挿入配列IS6100が、複数の独立した遺伝子の獲得とレプリコン融合・解離を伴う「ダイナミックな」水平伝播に重要な役割を担っていることが強く示唆された。IS6100は病原細菌にも見出されており、病原性や薬剤耐性の遺伝子伝播にも同様の機構の関与が推察される。

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