極小微生物のタンパク質生産装置は常識外れな組み立て方~リボソーム生合成の進化的多様性を解明~

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2025-11-27 理化学研究所,海洋研究開発機構

理研と海洋研究開発機構らの共同研究グループは、極小細胞群CPRバクテリアの高品質ゲノム約500本と、他のバクテリア約3万本のゲノムを比較解析し、タンパク質合成装置リボソームの「組み立て(生合成)」に関わる遺伝子が、従来の常識とかけ離れた多様な欠失パターンを示すことを明らかにした。一般のバクテリアでは100種類以上の生合成因子が関与し、その一部は「全バクテリア共通の必須遺伝子」と考えられてきたが、CPRでは平均して半数しか保持しておらず、der・obgE・rbfA などのGTPアーゼも系統特異的に欠失していた。さらに、生合成因子derとリボソームタンパク質uL1(rplA)、23S rRNAのヘリックスH78の間に強い相互依存関係が見いだされ、構造と組み立て因子が共進化してきたことを示唆した。これらの結果は、リボソーム生合成の進化的柔軟性と多様性に新たな視点を与えるとともに、将来的なリボソーム改変技術や新たなタンパク質生産系の設計にもつながると期待される。

極小微生物のタンパク質生産装置は常識外れな組み立て方~リボソーム生合成の進化的多様性を解明~
リボソームの構築に使う全バクテリア共通の必須遺伝子が極小細胞群内で多様な形で欠失

<関連情報>

細菌におけるリボソーム生合成の進化的柔軟性 Evolutionary Flexibility of Ribosome Biogenesis in Bacteria

Kazuaki Amikura, Shun′ichi Ishii, Yoshihiro Shimizu, Shino Suzuki
Molecular Biology and Evolution  Published:24 November 2025
DOI:https://doi.org/10.1093/molbev/msaf288

Abstract

Ribosomes are essential for protein synthesis and require ribosome biogenesis factors for assembly. To uncover the evolutionary diversity of ribosome biogenesis, we analyzed over 30,000 bacterial genomes and revealed that Candidate Phyla Radiation, also known as the phylum Patescibacteria, characterized by reduced genomes and smaller ribosomes, has about half the average number of ribosome biogenesis factors compared with non-Candidate Phyla Radiation bacteria. Notably, key ribosome biogenesis factors such as der, obgE, and rbfA, considered indispensable, are conserved in only around 20%–70% of Candidate Phyla Radiation genomes. Since such repertoires were not observed in reduced genomes of other phyla, Candidate Phyla Radiation presumably diverged early in bacterial evolution. We further confirmed that ribosomal structural changes correlate with reduced ribosome biogenesis factor, evidencing co-evolution between ribosome biogenesis factor and the ribosome. These findings suggest that ribosomal biogenesis is more flexible than recognized, and the small cell and genome sizes of Candidate Phyla Radiation bacteria and their early divergence may influence the unusual repertoires of ribosome biogenesis factors.

生物工学一般
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