筑波大学高等研究院 自発研究ユニットの永久保利紀助教らの研究成果が、米国微生物学会が発行する学術誌 Journal of Bacteriology に掲載されました。

本研究では、細菌に広く存在する「収縮性注入機構（Contractile Injection Systems: CISs）」に着目し、放線菌の一種 Streptomyces lividans において、ファージ（細菌に感染するウイルス）由来と考えられる新しい積荷（エフェクター）タンパク質群を同定しました。これにより、かつて細菌に感染したウイルスが、感染機構の変容と感染性の喪失を経て、現代の細菌の環境適応や細菌間競争への応答に利用されている可能性が示されました。

研究の背景

細菌は、周囲の微生物との競争や環境変化に対応しながら生存しています。その過程で、細菌はさまざまなタンパク質や分子装置を用いて、自らの状態を変化させたり、他の細胞に作用したりします。

その一つが、ファージの尾部構造に由来すると考えられている収縮性注入機構（CISs）です。CISsは、バネのように収縮する構造をもち、内部に格納した「エフェクター」と呼ばれるタンパク質を射出することで、標的細胞や自細胞の機能に影響を与えるナノマシンです。CISsは原核生物に広く分布していますが、どのようなエフェクターが格納され、どのような生物学的役割を果たしているのかについては、未解明な点が多く残されていました。

研究内容

本研究では、CISsが高度に保存されている細菌群である放線菌に注目し、モデル放線菌 Streptomyces lividans がもつ細胞内CISの一種「SLP」に付随するエフェクターを探索しました。

その結果、SLPに格納されるエフェクターとして Sle1 を同定しました。Sle1 は、ファージの感染機構の一部であるテープメジャータンパク質に関連した特徴をもつ、新しいタイプのCISエフェクターであることが示されました。また、Sle1 は SLP に格納され、S. lividans の細胞膜関連タンパク質の構成を変化させることで、細菌間競争に対する適応を促すことが明らかになりました。

さらに、Sle1 に類似したタンパク質は放線菌に広く分布しており、かつその機能を担う領域が細菌種ごとに多様化していることから、それぞれの種が置かれた環境に適応する形でSle1エフェクター群の分子進化が続いてきたことが示唆されます。

研究成果のポイント

• ・ファージ由来と考えられる新しいCISエフェクター群を発見しました。
• ・放線菌 Streptomyces lividans において、SLPに格納されるエフェクター Sle1 を同定しました。
• ・Sle1 が細胞膜関連タンパク質の構成に影響を与え、細菌間競争への適応を促すことを示しました。
• ・ウイルスの感染機構の一部が、構造の多様化を経て細菌の環境適応に転用されている可能性を示しました。

今後の展望

本研究は、細菌のゲノムに残された「ウイルスの残骸」が、単なる過去の感染の痕跡ではなく、細菌自身の生存戦略に組み込まれている可能性を示すものです。

CISsやそのエフェクターの仕組みをさらに明らかにすることで、細菌間相互作用や微生物群集の制御、さらにはファージ由来ナノマシンを利用した新しいバイオテクノロジーの開発につながることが期待されます。

論文情報

論文タイトル：
A phage-derived reconfigurable effector associated with an actinobacterial contractile nanomachine tailors bacterial responses to competition
著者：永久保利紀（https://tiar.centers.tsukuba.ac.jp/fellow/683/）  ほか
掲載誌：Journal of Bacteriology
DOI：10.1128/jb.00532-25（https://journals.asm.org/doi/10.1128/jb.00532-25）