細菌は、ゲノムに二本鎖の環状DNAを持つ微小な生物です。
細菌はその生活環において義務的な有性生殖段階を持たないが、細菌間で活発に遺伝情報を交換することができる。
バクテリアの遺伝情報の交換は、抱合、形質転換、形質導入の3つの方法で行われる。
2つの細菌間で直接遺伝物質が受け渡されることを抱合といい、性毛糸を通じて行われる。
形質転換は、裸の外来DNAを周囲から取り込むことである。
トランスダクションは、バクテリオファージが細菌のDNAを別の細菌に運ぶことである。
バクテリアとは
細菌は原核生物であり、膜結合小器官を持たない。
ペプチドグリカンの細胞壁を持っています。
二元分裂による無性生殖が主な生殖方法です。
細菌には、ゲノムとプラスミドという2種類の遺伝物質が存在する。
ゲノムは二本鎖の円形染色体DNAで、プラスミドは二本鎖の小さな円形DNA分子です。
細菌の染色体DNAはヌクレオイドに存在する。
大腸菌ゲノムの大きさは460万塩基対で、約4,300個の遺伝子から構成されている。
プラスミドや非染色体細菌DNAは細菌染色体よりも小さく、細菌細胞あたり数個から数千個以上のプラスミドが存在することがあります。
図1に培養中の細菌を示す。
：図1 バクテリア
細菌はどのように遺伝情報を交換するのか
遺伝情報は、DNAという形でバクテリアから別のバクテリアに伝達することができる。
しかし、一方の細菌がドナー、他方の細菌がレシーバーとして機能するため、細菌間の遺伝情報の伝達は、真の交換とは見なされないことが多い。
さらに、細菌の染色体の小さな断片しか転送されません。
細菌間の遺伝情報の交換には、抱合、形質転換、形質導入の3つの様式が用いられている。
活用
2つの細菌が細胞間で直接接触し、遺伝情報を交換するプロセスをコンジュゲーションという。
これは、DNAの移動を効率的に仲介する機構がコード化された共役プラスミドによって媒介される。
共生は一方向のプロセスであり、供与側の細菌のみが共役プラスミドを持つ。
グラム陰性菌の共役プラスミドは、レシピエント菌へのDNA転移を容易にする性状ピルスをコードしている。
2つの細菌が直接接触することで、性毛を介した結合橋が形成される。
図2に、細菌間の結合のステップを示す。
図2：コンジュゲーション
1- ドナー細胞が毛糸を出す。
2- ピルスがレシピエント細胞に付着し、2つの細胞を結合させる。
3- 移動性プラスミドが切断され、一本鎖のDNAがレシピー細胞に移動する。
4- 両方の細胞がプラスミドを再環状化し、第二鎖を合成し、ピリを再生する。
変身
細菌が周囲の培地から遊離したDNA断片を取り込む過程を形質転換という。
形質転換によってDNAを取り込むことができるのは、能力のあるバクテリアの細胞だけです。
バチルス、ストレプトコッカス、ナイセリア、ヘモフィルスなど、自然に形質転換が可能な細菌は限られている。
また、大腸菌などほとんどの細菌は、塩化カルシウムを含む培地にさらすことで、人工的にコンピテント化することができる。
プラスミドは、DNAクローニング実験において、形質転換の際のDNAのキャリアーとして使用される。
トランスダクション
細菌に感染したウイルスによって、ある細胞から別の細胞へ細菌のDNAを移すことを、トランスダクションという。
バクテリオファージの内部で外来DNAが保護されているため、効率的なDNA転移の方法と考えられている。
バクテリオファージによって伝達されたDNAは、相同組換えによって受容体である細菌のゲノムに永久に組み込まれる。
結論
DNA間の遺伝物質の交換は、共役、形質転換、形質導入の3つの方法で行われる。
共役は、2つの細菌間で性毛糸の助けを借りて遺伝物質が直接移動することである。
形質転換は、裸のDNA断片が周囲の培地からバクテリアに取り込まれることである。
トランスフェクションは、バクテリアに感染したウイルスを介してバクテリアのDNAを移動させることである。
