アシネトバクター・ベイリー

Acinetobacter baylyi は、 Acinetobacter属の細菌種です。この種名は、2003 年にオーストラリアのビクトリア州の活性汚泥から分離された株の特性評価に基づいて付けられました。 ^{[ 1 ]} A. baylyiは、さまざまな細菌における芳香族化合物の異化に関する研究に大きく貢献したオーストラリアの微生物学者、故 Ronald Bayly 博士にちなんで名付けられました1969 年に特性評価された土壌分離株の派生株である、ADP1 (以前は BD413 として知られていた) として知られる、すでに十分に研究されているAcinetobacter株に適用できることがわかりました。 ^{[ 2 ]}長い間、 Acinetobacter種の分類は、識別特性の欠如により複雑でした。株 ADP1 は長い間Acinetobacter calcoaceticusに分類されていましたが、後に種名なしで ( Acinetobacter sp. )と呼ばれるようになりました特に遺伝学と芳香族化合物の異化作用の分野での研究により、 A. baylyi はモデル生物として。 ^{[ 3 ] [ 4 ]}

Acinetobacter baylyi は、運動性のないグラム陰性球桿菌です。厳密に好気性条件下で生育し、カタラーゼ陽性、硝酸塩陰性、オキシダーゼ陰性、非発酵性です。^{[ 5 ] [ 6 ]}この種は自然に形質転換能を持ち、細菌が周囲から外来 DNA を取り込むことができます。形質転換 DNA と受容菌のゲノムとの間に十分な配列相同性があれば、外来 DNA は対立遺伝子置換によって染色体に組み込まれます。^{[ 7 ]}自然形質転換と相同組換えのプロセスは、研究されたすべての微生物と比較してA. baylyiで非常に効率的であり、そのため実験的有用性に貢献しています。^{[ 8 ]} A. baylyiには、代替燃料源や化学物質の生産、重要な化合物の存在を監視するバイオセンサーの宿主としての役割、汚染物質の分解の補助など、数多くのバイオテクノロジー応用があります。^{[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]}

A. baylyiの主要な特徴の 1 つは、自然形質転換によって環境から遊離 DNA を取り込む能力です。外来 DNA をゲノムに組み込むメカニズムです。^{[ 7 ]} A. baylyiのゲノムは完全に配列決定されており、 A. baylyiの約 35% がのゲノム配列は、形質転換と組換えに寄与するタンパク質をコードしている。^{[ 12 ]}外来DNAの上流と下流に相補的な配列があれば、A. baylyiは組換えを行うことができる。このメカニズムは、 DNA配列交換の成功を確実にするために、 A. baylyiのDNA鎖切断修復システムに強く依存している。^{[ 13 ]} A. baylyiが環境からDNAを取り込む能力は、生存に利益をもたらすため進化してきた可能性がある。 ^{[ 14 ]}これにより、A. baylyiは実験室実験に理想的な微生物にもなっている。^{[ 7 ]} ADP1株の必須でな​​い遺伝子の複数の単一遺伝子欠失変異が収集されている。ゲノム配列全体と変異体の知識があれば、科学者はさまざまな状況でADP1株がどのように機能するかを予測することができ、これにより、産業および環境用途における株の能力が拡大する。^{[ 15 ]}

A. baylyi は、他の生物と同様に、遺伝子重複および増幅 (GDA) 変異を起こす可能性があります。これらの GDA 変異は、ゲノム内の遺伝子コピーをもたらす自然発生的な変異の一種であり、進化、疾患、癌、抗生物質耐性などの主要なプロセスにとって重要です。しかし、この種の変異は研究が困難です。A . baylyiの自然形質転換システムは、GDA 変異を研究するための独自の方法を提供し、この種の遺伝的プロセスを理解するためのモデルシステムとなっています。^{[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]}

A. baylyiは、代謝的に多様で、急速に増殖し、培養が容易であるため、多くの生化学的経路の研究に用いられてきました。^{[ 7 ]} A. baylyiは、コハク酸、ピルビン酸、酢酸、エタノール、および多くの芳香族化合物など、多様な炭素源を含む培地で培養できます。^{[ 23 ]} A. baylyiは 自然界に広く分布しており、陸上および水生環境のさまざまな場所に生息しています。^{[ 1 ]}有機成長基質は、クエン酸回路（トリカルボン酸（TCA）回路とも呼ばれる）に入ることができる化合物に酸化されます。A . baylyiのゲノムが配列決定され、その遺伝子が注釈付けされて代謝特性がさらに明らかになり、代謝研究のモデルとして機能する能力が向上した。^{[ 24 ]}

A. baylyi は、これらの化合物の微生物による消費を研究するためのモデル生物として長年使用されてきました。芳香族化合物は β-ケトアジピン酸経路を介して異化されます。この経路では、さまざまな芳香族化合物がカテコールまたはプロトカテキュ酸に変換され、これらは芳香族環開裂ジオキシゲナーゼの基質として機能します。並行する多段階経路 により、カテコールまたはプロトカテキュ酸の環開裂後にスクシニル-CoAとアセチル-CoAが生成されます。 ^{[ 25 ] [ 26 ]}

この細菌は、グルコースの取り込みとリン酸化のための糖ホスホトランスフェラーゼシステム（PTS）と、解糖系においてホスホエノールピルビン酸からピルビン酸を生成する重要な酵素であるピルビン酸キナーゼを欠いている。^{[ 25 ] [ 27 ] [ 23 ] [ 28 ]}グルコースが容易に利用できる場合、A. baylyi はグルコースをまずグルコン酸に酸化し、それがエントナー・ドゥドロフ経路に入ることでグルコースを代謝することができる。ピルビン酸キナーゼがない場合、A. baylyi は2-ケト-3-デオキシ-6-ホスホグルコン酸の開裂からピルビン酸を生成することができる。追加のピルビン酸は、ホスホエノールピルビン酸のオキサロ酢酸、次にリンゴ酸、そしてピルビン酸への酵素的変換によって生成される。^{[ 27 ]}

他の細菌は主にL-アミノ酸を利用できるのに対し、A. baylyiはD-アスパラギン酸と L-アスパラギン酸の両方を主要な炭素源および窒素源として利用できるため、科学者たちはD-エナンチオマーが細菌の増殖にどのように利用できるかを研究している。 ^{[ 29 ]}

A. baylyi は細胞内アルギニンを使用して、ポリアスパラギン酸として知られる石油由来プラスチックの生分解性代替品を生成します。A . baylyi はまずアルギニンを使用して、一時的な窒素源であるシアノフィシンポリペプチドを生成し、その後、ポリアスパラギン酸に変換できます。^{[ 7 ] [ 30 ]}シアノフィシンは主に窒素源が少ないときに生成され、環境中の窒素が制限されている場合はシアノフィシナーゼによって窒素が放出されます。^{[ 30 ]}

アシネトバクター・ベイリーは、油汚染土壌、河川水、活性汚泥、リグノセルロース系バイオマスなど、さまざまな環境から分離された、適応性の高い土壌由来の微生物です。汚染された環境でも生存でき、芳香族化合物や脂肪族基質を分解し、水平遺伝子伝達（HGT）を行い、遺伝子改変を受けることができるため、環境修復、バイオテクノロジー、合成生物学において多用途なツールとなっています。^{[ 1 ]}

A. baylyi は、 DNA 変換に対する自然な能力と付加価値化合物を生産する能力により、バイオテクノロジーのモデル生物です。たとえば、この細菌はリグニンのバイオ変換の可能性を示し、この扱いが難しい植物ポリマーを貴重なバイオ燃料やバイオ製品に変換し、持続可能な資源利用に貢献します。A. baylyi によって生産できる有用な化合物には、化粧品、オレオケミカル、バイオ燃料などの産業に不可欠な化合物であるトリアシルグリセロール (TAG) やワックスエステルなどがあります。遺伝子改変により、窒素が豊富な環境での効率が向上し、炭素の流れを TAG やワックスエステルの生産に転用することができます。^{[ 4 ]}

A. baylyiが産生する商業的価値のある別の化合物は、油などの疎水性物質と混合するのに効果的なバイオ界面活性剤であるエマルサンです。エマルサンは油の粘度を下げ、輸送や分解プロセスを促進し、洗浄や工業用油管理に応用されています。その無毒性により、油流出事故の環境修復やその他の環境汚染への対処において、合成界面活性剤の理想的な代替品となります。^{[ 2 ]}

A. baylyi は、腫瘍 DNA の高度な検出器として開発されました。DNA 配列と変異のバイオセンサーとして使用されています。A . baylyi は、大腸がん (CRC) 細胞と腫瘍に特徴的な DNA を統合できます。A . baylyi は、CRISPR 識別水平遺伝子伝達 (CATCH) を使用して設計されました。この革新的なアプリケーションは、検出にドナー カセットを必要とせず、発がん性変異を含む特定の DNA 配列を標的とするモジュール式フレームワークを提供します。バイオセンサーは、非侵襲的診断の可能性を秘めており、大腸内視鏡検査などの侵襲的手順に代わる実行可能な代替手段を提供します。^{[ 31 ]}これらのバイオセンサーは、まだ臨床使用の準備はできていませんが、DNA をその場で捕捉して保存し、胃腸 DNase による分解を回避することで、従来の in vitro DNA 分析よりも優れていることを示しています。今後の開発では、シグナル対バックグラウンド比を高め、抗生物質耐性の拡散などのリスクを最小限に抑えるためにバイオ封じ込めを改善することを目指しています。さらに、DNA検出とナノボディやペプチドなどの治療薬送達システムを組み合わせる能力は、疾患管理において刺激的な可能性をもたらす。^{[ 5 ]}

A. baylyi の自然な形態変化能力は、特定の汚染物質に生物発光で反応する人工バイオセンサーを介して環境汚染を監視するために利用されてきました。これらのバイオセンサーは汚染物質をリアルタイムで検出できるため、土壌や水中の分解プロセスを追跡できます。この応用例は、生態系の監視と環境修復のための強力なツールとしてのA. baylyi の可能性を強調しています。 ^{[ 5 ]}

同様に、自然形質転換は、水平遺伝子伝達によって獲得された抗生物質耐性遺伝子を検出するためにA. baylyiを使用することに貢献している。レタス植物に関する研究では、 A. baylyiが植物表面から内部組織に耐性遺伝子を組み込んで伝達できることが明らかになった。これらの発見は、農業および環境システムにおける遺伝子伝達の研究のためのモデル生物としての有用性と、抗生物質耐性の管理への潜在的な影響を強調している。^{[ 7 ]}

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