相変異(そうへんい、: phase variation, phase polymorphism)とは、ランダムな突然変異を必要とせずに急速に変化する環境に対処するための生物学的な現象の一つである。相変異では、細菌集団内の各々のサブ集団において、多くはOn-Offスイッチングによるタンパク質発現変動を伴う。そのため表現型は、古典的な突然変異率よりもはるかに高い頻度(場合によっては> 1%)で切り替わる可能性がある。相変異は、細胞集団に不均一性をもたらすため、例えば病原性細菌の生態を考える上で重要になる。以前は免疫回避の文脈で研究が進められてきたがが、病原性細菌以外の微生物でも相変異が広くみられることから、サルモネラ種を含むさまざまな種類の細菌の研究が進められている。

サルモネラ属菌における相変異では、さまざまな種類のタンパク質フラジェリンを切り替え、その結果として異なる構造のべん毛が組み立てられる。適応応答が1つのタイプのフラジェリンに対してマウントされると、または以前の遭遇によって適応免疫システムが1つのタイプのフラジェリンを処理する準備ができた場合、タイプを切り替えると、それ前までは高親和性を示していた抗体やTCR、BCRは、べん毛に対して無効化される。このメカニズムを利用して、サルモネラ菌は宿主からの免疫応答により集団が全滅することを回避している。サルモネラ属菌の他に大腸菌 (Escherichia coli) や淋菌 (Neisseria gonorrhoeae) などで認められる。

部位特異的組換え編集

部位特異的組換えは通常短く、組換え配列内の単一の標的部位で起こる。これが発生するためには、通常、1つまたは複数の補因子(いくつか例を挙げると、DNA結合タンパク質およびDNA結合部位の有無)と部位特異的リコンビナーゼが必要となる[1]。組み換えにより、遺伝子産物の構造に影響があるため、遺伝子発現が変化する場合がある[2]。これは、プロモーターまたは調節エレメントの空間配置を変更することによって行われる[1]

反転編集

特定のリコンビナーゼを利用することにより、特定のDNA配列が反転し、その結果、このスイッチ内またはその隣にある遺伝子のオンからオフへのスイッチが生成される。多くの細菌種は、感染中の細菌の利益のために特定の遺伝子の発現を変化させるために反転を利用することができる[3]。反転イベントが大腸菌線毛の発現のような一つの遺伝子の発現のトグルを含むことによって簡単にすることができ、またはそれ以上のネズミチフス菌によるフラジェリンの複数種類の式で複数の遺伝子が関与することにより、複雑である[4]大腸菌におけるI型線毛による線毛の接着は、感染の段階に応じて、線毛の主要なサブユニットであるfimAの発現を調節するために部位特異的な反転を受ける。可逆要素には、方向に応じてfimAの転写をオンまたはオフにするプロモーターが含まれています。反転は、2つのリコンビナーゼ、FimBとFimE、および調節タンパク質H-NS、統合ホスト因子(IHF)とロイシン応答タンパク質(LRP)によって媒介される。FimEリコンビナーゼには、要素を反転し、式をオンからオフに切り替える機能がありますが、FimBは両方向の反転を仲介する[5]

挿入-切除編集

切除が正確で、DNAの元の配列が復元された場合、可逆的な相変異は転位によって媒介される可能性があります。転位によって媒介される相変異は、特定のDNA配列を標的とします。 [6] P. atlanticaには、細胞外多糖をコードするeps遺伝子座が含まれており、この遺伝子座のONまたはOFFの発現は、IS492の有無によって制御されます。 MooVPivによってコード化された2つのリコンビナーゼは、それぞれeps遺伝子座の挿入要素IS492の正確な切除と挿入を仲介します。 IS492が切除されると、円形の染色体外要素になり、 epsの発現が回復します。 [6] [7]

部位特異的DNA再配列の別のより複雑な例は、 Salmonellatyphimuriumのべん毛で使用されます。通常の段階では、プロモーター配列は、H1べん毛遺伝子のリプレッサーとともにH2べん毛遺伝子の発現を促進します。このプロモーター配列がhin遺伝子によって反転されると、H2と同様にリプレッサーがオフになり、H1が発現します。

遺伝子変換編集

エピジェネティック修飾–メチル化編集

サルモネラ菌の鞭毛相変異編集

サルモネラにはO抗原H抗原があり、H抗原には1相と2相という、異なった構造と性質を持つ抗原相がある。 この二相の間をH抗原は変異する。

サルモネラに感染した宿主がH1抗原に対する抗体をつくりはじめると、今度は第2相の鞭毛を作り始める。これにより、宿主の免疫防衛システムから逃れようとする。

培地上においては、第2相の鞭毛を作ったサルモネラが増殖した培地へ抗H2抗原の抗体を注入して増殖させると、再びH1抗原を発現した鞭毛をもつサルモネラ菌が増殖する。

参考文献編集

  1. ^ a b “Molecular switches--the ON and OFF of bacterial phase variation”. Mol Microbiol 33 (5): 919–32. (1999). doi:10.1046/j.1365-2958.1999.01555.x. PMID 10476027. 
  2. ^ Bayliss CD (2009). “Determinants of phase variation rate and the fitness implications of differing rates for bacterial pathogens and commensals”. FEMS Microbiol Rev 33 (3): 504–520. doi:10.1111/j.1574-6976.2009.00162.x. PMID 19222587. 
  3. ^ “Molecular switches--the ON and OFF of bacterial phase variation”. Mol Microbiol 33 (5): 919–32. (1999). doi:10.1046/j.1365-2958.1999.01555.x. PMID 10476027. 
  4. ^ “Phase and antigenic variation mediated by genome modifications”. Antonie van Leeuwenhoek 94 (4): 493–515. (2008). doi:10.1007/s10482-008-9267-6. PMID 18663597. 
  5. ^ “Environmental regulation of the fim switch controlling type 1 fimbrial phase variation in Escherichia coli K-12: effects of temperature and media”. J Bacteriol 175 (19): 6186–93. (1993). doi:10.1128/jb.175.19.6186-6193.1993. PMC: 206713. PMID 8104927. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC206713/. 
  6. ^ a b “Phase and antigenic variation in bacteria”. Clin Microbiol Rev 17 (3): 581–611. (2004). doi:10.1128/CMR.17.3.581-611.2004. PMC: 452554. PMID 15258095. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC452554/. 
  7. ^ “Chromosomal context directs high-frequency precise excision of IS492 in Pseudoalteromonas atlantica”. Proc Natl Acad Sci U S A 104 (6): 1901–1906. (2007). doi:10.1073/pnas.0608633104. PMC: 1794265. PMID 17264213. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1794265/.