微生物学者のジリアン・バンフィールドと彼女の同僚が 3 年前に湿地環境の泥のサンプルをくまなく調べ始めたとき、彼らは特定の目標を念頭に置いていました。それは、細菌を殺す大きなウイルスから DNA の断片を回収して分析することでした。そして彼らはそうしました。しかし、彼らは予想外のことも発見しました。これらのサンプルの DNA の一部は、ウイルス、古細菌、またはその他の既知の細胞ソースに由来するものとしてすぐには認識できませんでした。代わりに、ゲノム構造は「これまでに見られたものとは異なる」ように見えた.
今月初めに biorxiv.org プレプリント サーバーに投稿された新しい研究で、カリフォルニア大学バークレー校のバンフィールドと彼女の同僚は、これらの奇妙な実体の存在を発表しました。 (この作業はまだ査読が必要です。) 研究者たちは、発見したものが新しいタイプの巨大なウイルス、プラスミド、または奇妙な染色体である可能性があることを率直に認めています。しかし、彼らはまた、DNAが完全に別のものに属している可能性があることも示唆しています:彼らがボーグと名付けたものです. スタートレック の外来種のように Banfield の研究室の大学院生である Basem Al-Shayeb によると、これらの未知の要素は宿主細胞からの遺伝子を自分の DNA に統合する可能性があります。
これまでのところ、他の科学者は一般的に、ボーグとは何かについての最も驚くべき解釈を受け入れることに消極的であるように見えます.しかし、彼らは、より平凡な解釈でさえ、自然界の遺伝的多様性のカテゴリーについてほとんど知られていないことを示していることに同意しています.コーネル大学の分子生物学者であるセドリック・フェショーテ氏は、この新しい研究には関与していないが、「一連の異なる遺伝的実体について考え始める」必要性を強調している.この種の考え方は、ゲノムの性質、微生物がどのように機能するか、潜在的なバイオテクノロジーのアプリケーションを探す場所について私たちが理解していることの可能性の世界を開く可能性があります.
バンフィールドと彼女のチームが最初になじみのない DNA 配列に出くわしたとき、彼らは「900,000 塩基を超える長さのこれらの要素を見つけて唖然とした」と Al-Shayeb は言いました。 「そして、そこにコードされていた遺伝子の大部分は完全に知られていませんでした。」これにより、研究者たちは、ボーグが何であるか、または彼らが何をしているのかについての遺伝的手がかりを比較的少なく残しました。
彼らの分析は、巨大なシーケンスが、メタンを代謝する「メタノトローフ」古細菌のグループに存在することを明らかにしました。配列は細胞内にあるように見えましたが、宿主のゲノムとは別のものでした。しかし、それは謎を深めるだけでした。なぜなら、要素には逆説的な特徴の組み合わせがあり、分類が困難だったからです. DNA 配列は、通常の古細菌のゲノムの一部ではありませんでした。それらの塩基対の組成はあまりにも異なっており、古細菌の染色体のように環状ではなく、直線状でした。しかし、それらはまた、通常のプラスミドやウイルスのような染色体外の DNA よりも大きかった.たとえば、最大の配列は、知られている最大のバクテリオファージのゲノムよりも長かった。実際、配列は宿主の古細菌のゲノムのサイズのほぼ 3 分の 1 でした。これはいずれも、バンフィールドと彼女の同僚が、染色体、ウイルス、プラスミドなどの既知の遺伝要素に見られると予想していたものと一致していないようでした.
シーケンスの内容も不可解でした。それらは、メタン代謝、リボソームタンパク質合成、細胞壁構造、窒素利用、細胞外電子伝達に関与する遺伝子を含む、彼らが生息する古細菌からの遺伝子を持っているようでした.これらの機能の多くを担う遺伝子は、通常、細胞の染色体の外側にある周辺要素にはありません。場合によっては、配列が互いに DNA の断片を拾い上げているように見えました。研究者たちは、ボーグが時々異なる古細菌間で移動し、ある宿主から別の宿主に遺伝子を運ぶことを可能にするかもしれないというヒントさえ見ました.
Banfield は、Borg が非常に大きなウイルスまたはプラスミドである可能性をまだ排除していませんが、Borg がまったく新しいタイプの遺伝要素を表している可能性があるという仮説を立てています。特徴です」と彼女は言いました。おそらく、それらはかつてはそれ自体が独立した古細菌でしたが、ミトコンドリアや葉緑体とは異なる新しい種類の内部共生生物になるだけだったのでしょう.
他の科学者は、そこまで行く気はまだありません。 「この時点で、それはプラスミドである可能性が非常に高い」と、オランダのワーヘニンゲン大学の微生物学者、Thijs Ettema 氏は述べた。 「新しいタイプのプラスミドであり、非常にエキサイティングなタイプのプラスミドかもしれませんが、それでもプラスミドです。」線状プラスミドはこれまで古細菌では発見されていませんでしたが、そのサイズと遺伝的構成において、ボーグは 10 年前にバクテリアで発見された巨大な線状プラスミドによく似ています。
その細菌の働きを念頭に置いて、「驚くほど予想外に際立ったものはありませんでした」と、パリのパスツール研究所のウイルス学者であるMart Krupovicは述べ、ボルグはおそらく新しい古細菌のメガプラスミドであることに同意します.しかし、彼らの発見は、地球上で最も神秘的な微生物のいくつかに関連する遺伝的要素の多様性を広げている、と彼は付け加えた.さらに、一部のプラスミドは進化して宿主にとって不可欠になり、染色体のように機能するものに移行します.そのサイズを考えると、ボーグは「これらの古細菌の追加の染色体になりつつある可能性があります」と Krupovic 氏は述べています。
一方、Feschotte は、ボーグと巨大ウイルスの間に類似点があると考えています。 「この[レポート]をもう少し掘り下げるつもりだ」と彼は言った.その場合、「彼らはまったく新しいクラスのウイルスを定義する可能性が高いでしょう.」
しかし、ボーグがどのようなものであるかに関係なく、それらの真の重要性は、「これらの異なる遺伝的実体の間の境界は実際には流動的であること」を強調することにあると Feschotte は述べた。これらの要素の勾配または連続体について、Banfield のチームは「たとえば、染色体とウイルス、または染色体とプラスミドの中間にある何かを発見した可能性がある」と彼は言いました。 「そして、それはクールだろう。」
Krupovic 氏はその点を繰り返し、Borgs が寄生、共生、および標準的なゲノム機能の間の「連続性のギャップ」を埋めている可能性があることを示唆しました。 「それらは、ゲノム構造、サイズ、それらが見られる生物の観点から、[遺伝]要素がどれほど多様であるかについての私たちの理解を深めます」と彼は言いました.ボーグの存在は、このスペクトルの他の多くの DNA 実体がまだ発見されている可能性があることを意味する可能性があり、一部は科学者が収集したデータの中にすでに存在し、発掘されるのを待っている可能性があります。
もしそれが本当なら、古細菌はそれらを探すのに適した場所になるだろう. Al-Shayeb は、真核生物やバクテリアと比較して、古細菌は十分に研究されておらず、評価もされていないと指摘した。 「古細菌の中には、2 つの細胞に分裂さえしないものもあります。彼らは3つに分かれます。古細菌には非常に多くの謎があります」と彼は言いました.
実際、ボーグスの発見にこれほど長い時間がかかった理由の 1 つは、ほとんどすべての既知の古細菌種と同様に、宿主の古細菌が実験室で培養されたことがないことです。代わりに、Banfield と彼女の同僚は、完全な配列を再構築するために何兆もの小さな DNA 断片を骨の折れる方法でつなぎ合わせて、メタゲノム法に依存しました。
「私たちは泥と小さな DNA 配列から始めて、このストーリーをまとめました」と Banfield 氏は言います。 「バイオインフォマティクスで最近できることは驚くべきことです。」
しかし、制限の 1 つは、ボルグについて研究者が知っていることはすべて、遺伝子データからの推測に過ぎないということです。彼らはまだ何かを確認するためにボーグを見たり実験したりすることができませんでした.彼らは、ボーグが使用されたゲノム再構築技術の幻想的な副産物である可能性を完全に排除することさえできません.今後、さらにメタゲノム解析を行い、宿主の古細菌を培養する追加の試みが、配列とは何か、そしてそれらが何をするのかを理解するために不可欠です。
Banfield、Al-Shayeb、および彼らの同僚は論文で、一部のボルグはメタン酸化の遺伝子を持っているため、その遺伝子要素はいつか細胞を改変して環境からメタンを除去し、気候変動を抑制するのに役立つかもしれないと推測している. 「しかし、私たちはまだそこにいません」とエッテマは言いました。科学者は、潜在的なアプリケーションと環境への影響を調査する前に、まずボーグの遺伝子が発現しているかどうかを判断する必要があります.
他の多くの研究ラインは、はるかに早く実を結ぶかもしれません.ボーグには「まだ調査されていない膨大な数の遺伝子が存在する」とバンフィールド氏は述べた。 「発見すべきことがたくさんあると確信しています — まだ想像もしていなかった機能が明らかになるでしょう。」
「それほど目立たないかもしれないが、まだ目に見えないところに隠れているものは他にあるだろうか？」フェショーテが尋ねた。彼にとって、ボーグに関する新しい研究は刺激的です。 「外に出て、自分自身を見たいと思うようになります。私も遊びたいです。」
