原核細胞のモデル生物、大腸菌と枯草菌のバイオリソースセンター

ナショナルバイオリソースプロジェクト(NBRP)の発足から、早くも十年を迎えました。開始直後は、国立遺伝学研究所の微生物保存研究センターの大腸菌変異株が中心でしたが、大腸菌の全遺伝子破壊株のコレクションといった、ゲノム情報を元にして開発されたポストゲノム時代のリソースが加わりました。さらに、枯草菌の遺伝子破壊株のコレクションも収集し、全世界に向けて年間20万株を超える菌株の分譲を行うまでになっています（図1）。 国立遺伝学研究所が保存と分譲を担い、九州大学ではリソースのバックアップ保存を行い、リソースを守っています。

大腸菌と枯草菌はそのゲノム配列が明らかになった直後から、全遺伝子の欠損株のコレクションの作成がすすめられました。2つの菌ともに、4,000を超える遺伝子が塩基配列から予想されています。この遺伝子をすべて破壊することで、生育に必須な遺伝子が判ってきました。

大腸菌には、遺伝子領域を薬剤耐性遺伝子で置換した遺伝子破壊株コレクション(KEIOコレクション）と、トランスポゾンの挿入による遺伝子破壊株コレクションの2つがあります。薬剤耐性遺伝子による置換法では、当然のことながら生育に必須な遺伝子の破壊株は作成できません。この点を補うため、トランスポゾンの挿入による遺伝子破壊株コレクションでは、部分的に染色体領域を重複させ、この重複領域内の遺伝子にトランスポゾンの挿入を行なっています。重複部分は組み換え反応で除去することができます。37度以上で培養することで、この組み換えが起こった株を選択することができ、トランスポゾンの挿入による遺伝子破壊の効果を調べることが出来る点で便利です。

枯草菌の遺伝子破壊株は、組み換えを利用して、薬剤耐性遺伝子を標的遺伝子に人為的に挿入した遺伝子変異株です。ただ、遺伝子変異株は2,000株ほどしかありません。予想では、1,900株ほどの遺伝子についてはまだ本コレクションに入っていません。今後、これを完成させることも本リソースセンターの重要な役目となっています。

原核生物とはいえ、この2つの生物は大きく違っています。大腸菌は腸内の常在菌です。一方、枯草菌は土壌細菌の一種で、実は納豆菌と同種です。枯草菌は栄養が不足すると胞子を作ります。どちらも私たちの生活に身近な細菌ですが、生物としては全く異なった生活環をしています。実際に遺伝子の組成を見ても、共通している遺伝子は全体からみればわずかで、ほとんどの遺伝子はそれぞれの種に特異的です（図2）。

この2つの細菌で全部の原核生物の遺伝子機能がわかるほど、原核生物は単純ではありません。しかし、もっとも実験的に遺伝子の機能がよく研究されてきたこの2つの原核生物を基準として、原核生物のゲノムの研究が進められており、大腸菌と枯草菌のバイオリソースは多くの原核生物の研究者にとって、なくてはならない研究材料となっています。

原核生物そのものを研究していなくても、研究の道具として大腸菌を利用している人は多いでしょう。特にタンパク質の発現に大腸菌を利用することは多いと思います。大腸菌には、多種多様の発現ベクターがこれまで開発されて来ました。その一部ですが、400種を超えるベクターのコレクションを、本センターから提供しています。あなたの実験に使える有用なものを、思いがけず見つけることができるかもしれません。

今後は枯草菌の遺伝子破壊株の整備を進め、枯草菌リソースを充実させることが大きな目標の一つとなっています（表1）。また、大腸菌と枯草菌ともに最小ゲノム株の収集と公開の準備を始めています。ゲノムの中で不必要な遺伝子領域を削り取り、導入した遺伝子を効率良く発現させようというような取組みがなされてきました。元のゲノムから1Mbp以上も削ったものが、大腸菌と枯草菌でそれぞれ作成されています。この最小ゲノム株も近いうちに提供できるようになります。
グラム陰性菌^∗1、グラム陽性菌^∗2のそれぞれを代表する大腸菌と枯草菌、この2つのリソースが手に入るリソースセンターに発展して来ました。ホームページから、あなたの研究にとって有用な情報をぜひ見つけ出し、研究に活用してください。