細菌の組み換え

細菌の組み換えは、細菌における遺伝子組み換えの一種で、ドナーと呼ばれる生物からレシピエントと呼ばれる別の生物へのDNA の移動 を特徴とします。このプロセスは、主に次の 3 つの方法で発生します。

• 形質転換、つまり周囲の環境から外来 DNA を取り込むこと。
• 形質導入、細菌間でのウイルスを介した DNA の伝達。
• 接合とは、細胞同士の接触によって細菌から細菌へDNAが伝達されることである。^{[1] [2] [3] [4]}

接合、形質導入、および/または形質転換の最終結果は遺伝子組み換え体の生成であり、遺伝子組み換え体は親細胞から受け継いだ遺伝子だけでなく、接合、形質導入、および/または形質転換によってゲノムに導入された遺伝子も保有する個体である。^{[5] [6] [7]}

細菌における組換えは通常、RecA型のリコンビナーゼによって触媒される。^[8]これらのリコンビナーゼは相同組換えによるDNA損傷の修復を促進する。^[8]

自然な形質転換を受ける能力は、少なくとも67種の細菌種に存在します。^[9] 自然な形質転換は病原性細菌種の間で一般的です。^[10] 場合によっては、形質転換中の組み換えによって提供されるDNA修復能力が、感染細菌病原体の生存を促進します。^{[10]細菌の形質転換は、相互作用する多数の細菌}遺伝子産物 によって行われます。^[9]

細菌の進化は、以前は突然変異または遺伝的浮動の結果であると考えられていました。^{[11]今日では、遺伝子交換、または遺伝子転移が}原核生物の進化の主な原動力であると考えられています。^[11]この原動力は、大腸菌などの生物で広く研究されてきました。^[12]細菌は無性生殖し、娘細胞は親のクローンです。このクローンの性質により、DNA複製中にランダムな突然変異が発生し、細菌の進化に役立つ可能性があります。^[13]当初は、蓄積された突然変異のみが細菌の進化に役立つと考えられていました。^{[14]対照的に、細菌は}相同組換えと呼ばれるプロセスで遺伝子を輸入しますが、これは抗生物質耐性をコードする遺伝子座のモザイク遺伝子の観察によって初めて発見されました。^[11]相同組換えの発見は、細菌の進化の理解に影響を与えました。細菌の組換えにおける進化の重要性は、その適応性にあります。例えば、細菌の組み換えは、純粋な突然変異によって得られるレベルを超える相同組み換えを介して多剤耐性遺伝子の伝達を促進することが示されている。^[15]

細菌の組み換えは、さまざまな異なるプロセスを経る。そのプロセスには、形質転換、形質導入、接合、相同組み換えが含まれる。相同組み換えは、遺伝物質を移送するcDNAに依存する。相補的DNA配列は、同一の相同染色体で遺伝物質を輸送する。父方と母方の対になった染色体は、DNA配列が交差のプロセスを経るために整列する。^[16]形質転換には、周囲の環境からの外来DNAの取り込みが含まれる。分解された細菌からのDNA断片は、周囲の適格な細菌に移行し、その結果、受容体からのDNAの交換が生じる。^[17]形質導入は、ゲノム内のある細菌から別の細菌にDNA物質を移送するウイルス媒介ベクターに関連している。^[18]細菌DNAは、細菌の形質導入によってバクテリオファージゲノム内に置かれる。細菌の接合では、DNAは細胞間通信によって転送される。細胞間コミュニケーションには、DNAを別の隣接細胞に転移させるプラスミドが関与している可能性がある。^[19]隣接細胞はFプラスミド（稔性プラスミド：染色体に存在する遺伝物質）を吸収する。受容細胞と供与細胞はFプラスミド転移中に接触する。細胞は遺伝物質が転移する水平遺伝子転移を起こす。^[20]

二本鎖切断のメカニズム

相同組換えにおけるRecBCD経路は、細菌内で分解されたDNAの二重鎖切断を修復する。DNA鎖に結合した塩基対は、ホリデイジャンクションで交換される。細菌組換えの2番目のステップである分岐移動では、相同DNA鎖の塩基対がホリデイジャンクションで継続的に交換される。これにより、2つのDNA二重鎖が形成される。^[21]  RecBCD経路は、DNA二重鎖を解凍することによってヘリカーゼ活性を受け、ヌクレオチド配列が5′-GCTGGTGG-3′に達すると停止する。このヌクレオチド配列はChi部位として知られている。RecBCD酵素は、ヌクレオチド配列がChi部位に達すると変化する。RecF経路は、DNA鎖の分解を修復する。^[18]

• 遺伝子組み換え