Medical Microbiology · 1/9

細菌遺伝学：遺伝物質の伝達機構

Bacterial genetics: mechanisms of the transfer of genetic material

🧠 水平伝達horizontal gene transfer水平伝達（horizontal gene transfer）horizontal gene transfer（水平伝達）の4様式は「運び手」だけが違う——DNAが裸で漂う（形質転換）、ウイルスが運ぶ（形質導入transduction形質導入（transduction）transduction（形質導入））、DNA自身が跳ぶ（トランスポゾンtransposonトランスポゾン（transposon）transposon（トランスポゾン））、性線毛sex pilus性線毛（sex pilus）sex pilus（性線毛）でつながる（接合）。目的はどれも同じ「新しい遺伝情報を獲得する」ことであり、1/8で見た垂直伝達vertical gene transfer垂直伝達（vertical gene transfer）vertical gene transfer（垂直伝達）（親→子）とは全く異なる「横」の遺伝子の流れである。

遺伝子伝達の2様式（復習）

垂直伝達vertical gene transfer垂直伝達（vertical gene transfer）vertical gene transfer（垂直伝達）：（無）性生殖を介して親から子孫へ遺伝子が伝わる。
水平伝達horizontal gene transfer水平伝達（horizontal gene transfer）horizontal gene transfer（水平伝達）：伝統的Traditional伝統的（Traditional）Traditional（伝統的）な生殖以外の方法で、生物間を遺伝子が移動する。以下の4機構がある。

水平伝達の4機構

形質転換

細胞が溶解した後、一部の細菌は自身のDNAを環境中に放出する。他の細菌（特に同種homologous同種（homologous）homologous（同種）の菌）がこれに接触してDNA断片を取り込み、組換え（recombination）によって自身のDNAに組み込む。結果として生じる細胞は、供与菌donor bacterium (donor cell)供与菌（donor bacterium (donor cell)）donor bacterium (donor cell)（供与菌）とも受容菌recipient bacterium受容菌（recipient bacterium）recipient bacterium（受容菌）とも異なる組換え体 となる。

形質導入

バクテリオファージbacteriophageバクテリオファージ（bacteriophage）bacteriophage（バクテリオファージ）（細菌に感染するウイルス） を介して、ある細菌から別の細菌へDNAが伝達される機構。

トランスポゾンによる転移

染色体上のある位置から別の位置へ移動できるDNA断片。この移動が耐性遺伝子を伴って起こることがあり、抗菌薬耐性の拡大に寄与する（1/23 耐性機序resistance mechanism耐性機序（resistance mechanism）resistance mechanism（耐性機序）参照）。

接合

F因子（F plasmid、fertility plasmid） を必要とする機構で、環境の変化に対応するのに役立つ新しい遺伝子を細菌に与えうる。

F因子は主に性線毛sex pilus性線毛（sex pilus）sex pilus（性線毛） の産生をコードする。
供与菌donor bacterium (donor cell)供与菌（donor bacterium (donor cell)）donor bacterium (donor cell)（供与菌）（雄性細胞、F+）が性線毛sex pilus性線毛（sex pilus）sex pilus（性線毛）を伸ばし、受容菌recipient bacterium受容菌（recipient bacterium）recipient bacterium（受容菌）（雌性細胞、F−）に付着する。
これにより一時的な細胞質橋cytoplasmic bridge細胞質橋（cytoplasmic bridge）cytoplasmic bridge（細胞質橋） が形成される。
複製されたF因子がこの橋を通って受容菌recipient bacterium受容菌（recipient bacterium）recipient bacterium（受容菌）へ移動し、結果として両方の細胞が雄性（F+）となる。

flowchart TD
    A["F+ <span class='jp-term jp-term-diagram' title='donor bacterium (donor cell)'>供与菌</span>（雄性）"] --> B["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='sex pilus'>性線毛</span>を伸ばす"]
    B --> C["F− <span class='jp-term jp-term-diagram' title='recipient bacterium'>受容菌</span>（雌性）に付着"]
    C --> D["一時的な<span class='jp-term jp-term-diagram' title='cytoplasmic bridge'>細胞質橋</span>が形成される"]
    D --> E["F因子が複製されながら橋を通過"]
    E --> F["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='recipient bacterium'>受容菌</span>もF+（雄性）になる"]

4機構のまとめ

機構	必要な運び手・構造	移動するDNA	結果
形質転換	なし（環境中の遊離DNA）	溶解菌が放出したDNA断片	組換え体の形成
形質導入transduction形質導入（transduction）transduction（形質導入）	バクテリオファージbacteriophageバクテリオファージ（bacteriophage）bacteriophage（バクテリオファージ）	ファージにパッケージcage (spinal fusion implant)ケージ（cage (spinal fusion implant)）cage (spinal fusion implant)（ケージ）されたDNA	新規遺伝子の獲得
トランスポゾン転移transposition (transposon-mediated)トランスポゾン転移（transposition (transposon-mediated)）transposition (transposon-mediated)（トランスポゾン転移）	なし（DNA自体が転移）	転移因子transposable element転移因子（transposable element）transposable element（転移因子）（耐性遺伝子を伴うことがある）	遺伝子座の移動、耐性拡散
接合	F因子・性線毛sex pilus性線毛（sex pilus）sex pilus（性線毛）・細胞質橋cytoplasmic bridge細胞質橋（cytoplasmic bridge）cytoplasmic bridge（細胞質橋）	複製されたF因子（プラスミド）	受容菌recipient bacterium受容菌（recipient bacterium）recipient bacterium（受容菌）がF+化、新規形質の獲得

まとめ

水平伝達horizontal gene transfer水平伝達（horizontal gene transfer）horizontal gene transfer（水平伝達）には形質転換・形質導入transduction形質導入（transduction）transduction（形質導入）・トランスポゾン転移transposition (transposon-mediated)トランスポゾン転移（transposition (transposon-mediated)）transposition (transposon-mediated)（トランスポゾン転移）・接合の4機構があり、垂直伝達vertical gene transfer垂直伝達（vertical gene transfer）vertical gene transfer（垂直伝達）（親→子）とは異なる「横」方向の遺伝子獲得経路である。
形質転換は溶解菌由来の遊離DNAの取り込みと組換えによる。
形質導入transduction形質導入（transduction）transduction（形質導入）はバクテリオファージbacteriophageバクテリオファージ（bacteriophage）bacteriophage（バクテリオファージ）を運び手とする。
トランスポゾン転移transposition (transposon-mediated)トランスポゾン転移（transposition (transposon-mediated)）transposition (transposon-mediated)（トランスポゾン転移）は耐性遺伝子などを伴うDNA断片が遺伝子座間を移動する現象で、抗菌薬耐性拡散の一因となる。
接合はF因子（性線毛sex pilus性線毛（sex pilus）sex pilus（性線毛）の産生をコード）を介して、供与菌donor bacterium (donor cell)供与菌（donor bacterium (donor cell)）donor bacterium (donor cell)（供与菌）と受容菌recipient bacterium受容菌（recipient bacterium）recipient bacterium（受容菌）の間に細胞質橋cytoplasmic bridge細胞質橋（cytoplasmic bridge）cytoplasmic bridge（細胞質橋）を形成し、F因子を伝達して受容菌recipient bacterium受容菌（recipient bacterium）recipient bacterium（受容菌）をF+化する。