多様な細菌ゲノムの偏りのないスケーラブルな縮小

ゲノムは複雑に統合されたシステムであり、その多数の構成要素の機能および制御的相互作用は依然として十分に解明されていない。ゲノム最小化は、非必須要素を除去してゲノムの複雑性を低減し、細胞生命の基本的構成要素を明らかにすることを目的とする。しかし、従来の最小化戦略は事前情報に依存するため、多くの場合、時間を要し、種特異的である。また、単一の孤立した株の作製に限られるため、大規模なDNA除去に対してゲノムが適応し得る多様な様式が見えにくくなる。本研究では、系統学的に多様な細菌を対象とした、偏りのないゲノム縮小を可能にするモジュール式ハイスループット基盤、確率的系統ベース反復最小化法（SLIM）の開発と応用を示す。SLIMを用いて、ゲノムが縮小された大腸菌系統群のライブラリを作製した。続いてこれらの系統群を解析し、欠失に応答した普遍的および系統特異的な転写・翻訳の再プログラム化を特定した。これらの発現動態が環境依存的な適応度を左右することを示し、ゲノム縮小系統の一つにおいて、測定可能な環境依存的増殖障害の原因となる単一遺伝子欠失を特定した。さらに大腸菌以外でも、系統学的に異なる細菌分類群にSLIMを適用し、種特異的な最適化を行うことなく、大腸菌とはそれぞれ属および目が異なるフレクスナー赤痢菌とプチダ菌のゲノムを迅速に縮小することに成功した。本研究の成果は、最小化ゲノムの広大な探索空間を調査するための拡張可能かつ汎用的な枠組みを確立し、機能発見および合成ゲノムシャーシの合理的設計に向けた強力な新規ツールを提供する。

https://doi.org/10.64898/2026.09.02.748983