致死的な遺伝子変異に対しても細胞は適応できる～遺伝的変化に対する細胞の適応現象の発見～

2022-05-10

2022-05-10 東京大学,科学技術振興機構

ポイント

大腸菌をモデルとして用い、致死的な遺伝子変異に対しても細胞は適応しうることを発見した。
特定の遺伝子変異のタイミングを光を照射することによって厳密に制御できる技術と、遺伝子変異前後の状態変化を1細胞レベルで長期観察できる技術を組み合わせることで、遺伝子変異の影響が表現型に波及する過程を1細胞レベルで直接可視化することに初めて成功した。
遺伝学の根幹を成す遺伝子型-表現型対応の理解に対し、遺伝子変異や環境変化の履歴の重要性が示された。

東京大学大学院総合文化研究科の小金澤優太氏(研究当時大学院生)、梅谷実樹特任助教、佐藤守俊教授、若本祐一教授らの研究チームは、光照射によって特定の遺伝子を任意のタイミングで欠損させることが可能な遺伝子操作技術と、個々の細胞の状態変化を長期間観察し続けることができる細胞計測技術を組み合わせることにより、本来生存に必須な遺伝子を生細胞の中で欠損させても、遺伝子欠損前後に細胞が経験した環境によっては、一部の細胞が適応し成長を継続する「遺伝的変化に対する適応現象」を発見しました。この結果は、重要遺伝子の欠損という内的ストレスに対しても細胞は適応できること、また、ある遺伝子型のある環境でもたらす細胞の表現型が、過去の環境変化の条件に依存して変化することを1細胞レベルで明らかにしたものです。この性質は細菌の薬剤耐性の獲得機構などに対して新たな視点をもたらす結果と考えられます。

本研究成果は、2022年5月10日(英国夏時間)に科学誌「eLife」のオンライン版に掲載されます。

本研究は、JST ERATO「深津共生進化機構プロジェクト(課題番号:JPMJER1902、研究代表者:深津武馬)」、JST CREST「多細胞間での時空間的相互作用の理解を目指した定量的解析基盤の創出(研究総括:松田道行)」における「ライブセルオミクスと細胞系譜解析によるパーシスタンスの理解と制御(課題番号:JPMJCR1927、研究代表者:若本祐一)」、JST CREST「光の特性を活用した生命機能の時空間制御技術の開発と応用(研究総括:影山龍一郎)」における「ゲノムの光操作技術の開発と生命現象解明への応用(課題番号:JPMJCR1653、研究代表者:佐藤守俊)」、科研費「多様な選択圧下での大腸菌進化実験による揺らぎ-応答関係の定量解析(課題番号:17H06389)」、「細胞複製能の階層横断的理解(課題番号:19H03216)」、特別研究員奨励費「一細胞計測と光遺伝子操作を利用した遺伝型-表現型対応の履歴依存性の理解(課題番号:JP19J22506)」および地方独立行政法人神奈川県立産業技術総合研究所の支援により実施されました。

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