ボルグ（微生物学）

ボーグは、深泥などの酸素欠乏環境に生息するメタン酸化古細菌（具体的にはMethanoperedens spp.）に見られる大きな（最大約1 Mbp）染色体外線状DNA要素です。 ^[1]^[2]^[3]^[4]カリフォルニア州とコロラド州の湿地、帯水層、河床環境、および廃墟となった水銀鉱山から分離された生物で発見されています。^[1] 2022年にBasem Al-ShayebとJill Banfieldによって初めて記述されました。^[1]

ボルグの性質は不明であるが、「巨大な線状プラスミド」または巨大ウイルスであると考えられている。^[1]^[5]^[3]少なくとも19の異なるタイプが特定されており、それらはすべてメタノペレデンス内で共存しており、多くの遺伝子を共有している。^[1] メタノペレデンスの主な染色体は、それが宿主であるボルグの約3倍の大きさである。^{[要出典]ボルグは}メタノペレデンスのメタンの嫌気性酸化およびタンパク質生産能力を増強する可能性があると推測されている。 ^[6]^[7]^[1]

発見

ボーグは2020年3月8日、カリフォルニア大学バークレー校のジル・バンフィールドと彼女の研究グループによって発見された。^{[1] 「ボーグ」という名前は、この新しい遺伝子要素が微生物、特に}メタノペレデンスから遺伝子を同化する傾向があることから、スタートレックの同名の派閥にちなんで付けられた。この名前はもともとバンフィールドの息子によって提案された。^[8]

特徴

ボルグゲノムの構造は保存されており、メタノペレデンスのプラスミドや染色体、その他の古細菌ゲノムとは異なっている。^[4]ボルグにはプラスミドやウイルスに関連するタンパク質コード遺伝子が含まれておらず、rRNA遺伝子、複製起点、または古細菌に見られるミニ染色体（メガプラスミドとも呼ばれる）内に一般的に見られるその他の重要な遺伝子や特徴も欠けている。^[1]

ボーグの長さは0.66～0.92 Mbpで、既知のどの古細菌ウイルスのゲノムよりも大きい。^[4]ボーグゲノムのサイズは、核細胞質大型DNAウイルス（NCLDV）としても知られる核細胞ウイルス門の真核生物^{特有の二本鎖DNAウイルスに特徴的で、2.5 Mbpを超えることもある。 [4]}^[9]タンデム直接反復配列はボーグゲノム全体に広がっており、逆方向反復で終結している。これは、間隔を置いた反復を持ち、通常は必要な遺伝子のコード化を担わない一部の細菌のメガプラスミドとは異なる。^[4]

以下はボーグによってコード化されていることが知られている遺伝子のリストです（すべてのボーグのサブタイプに同じ遺伝子が含まれているわけではないことに注意してください）: ^[1]

可動性または転移性要素防御システム
メタンの嫌気性酸化（AOM）に関与する遺伝子
タイプ III-A CRISPR-Cas システム (スペーサー取得機構なし、主に RNA をターゲット)
RPL11 (リボソームタンパク質 L11)
グリコシルトランスフェラーゼ
DNAとRNAの操作に関与する遺伝子
輸送遺伝子
エネルギー代謝に関わる遺伝子
細胞表面タンパク質をコードする遺伝子
- ペガ
- S層
膜関連タンパク質をコードする遺伝子（機能は不明、宿主の膜特性に影響を与える可能性がある）
nifHDKオペロン（窒素固定に関与）
ポリヒドロキシアルカン酸合成に関与する遺伝子（炭素貯蔵、資源が不足しているときに使用される可能性がある）
テルル耐性タンパク質をコードする遺伝子
FtsZ（チューブリン相同体、細菌細胞分裂に関与）
主要なVaultタンパク質ホモログ
TCA回路遺伝子
- クエン酸合成酵素
- アコニターゼ
cfbBとcfbC
補酵素 F420:L-グルタミン酸リガーゼ - cofE
電子分岐錯体
D-乳酸脱水素酵素
テトラヒドロメタノプテリン合成に関与する遺伝子
フェレドキシンタンパク質をコードする遺伝子
5,6,7,8-テトラヒドロメタノプテリン加水分解酵素（Fae）をコードする遺伝子（ホルムアルデヒド解毒に関与）
一酸化炭素脱水素酵素（CODH）をコードする遺伝子
プラストシアニンをコードする遺伝子
キュプレドキシンをコードする遺伝子
マルチヘムシトクロム（MHC）をコードする遺伝子

参考文献

^ abcdefghi Al-Shayeb, Basem; Schoelmerich, Marie C.; West-Roberts, Jacob; Valentin-Alvarado, Luis E.; Sachdeva, Rohan; Mullen, Susan; Crits-Christoph, Alexander; Wilkins, Michael J.; Williams, Kenneth H.; Doudna, Jennifer A.; Banfield, Jillian F. (2022年10月). 「Borgs are giant genetic elements with potential to expand metabolic capacity」. Nature . 610 (7933): 731–736. Bibcode :2022Natur.610..731A. doi :10.1038/s41586-022-05256-1. ISSN 1476-4687. PMC 9605863 .
^ Pennisi E (2021年7月15日). 「カリフォルニアの泥から発見された「ボーグ」として知られる謎のDNA配列」. Science .
^ ab Rinke C (2022年10月). 「ボルグと呼ばれる微生物DNA要素の謎の発見」. Nature . 610 (7933): 635–637. Bibcode :2022Natur.610..635R. doi :10.1038/d41586-022-02975-3. PMID 36261713. S2CID 253020155.
^ abcde Schoelmerich MC、Sachdeva R、West-Roberts J、Waldburger L、Banfield JF（2023年1月）。「巨大古細菌のBorg要素のタンデムリピートは急速な進化を遂げ、タンパク質に新たな本質的に無秩序な領域を作り出す」。PLOS Biology。21 （1 ）：e3001980。doi：10.1371 / journal.pbio.3001980。PMC 9879509。PMID 36701369。
^ Cepelewicz J、Whitten A (2021年7月21日)。「プラスミド、ウイルス、それともその他？DNAの「ボーグ」が境界を曖昧にする」Quanta Magazine 。 2021年8月13日閲覧。
^ Dance A (2021年7月16日). 「巨大なDNA『ボーグ』構造が科学者を困惑させる」. Nature . 595 (7869): 636. Bibcode :2021Natur.595..636D. doi : 10.1038/d41586-021-01947-3 .
^ Sandoval J (2021年7月30日). 「カリフォルニアの湿地帯でこれまで発見されていなかったDNAの『ボルグ』が発見される」The Independent . 2021年8月13日閲覧。
^ Yasemin Saplakoglu (2021-07-29). 「カリフォルニアで奇妙なDNA「ボーグ」が発見される」. livescience.com . 2024年9月30日閲覧。
^ Xian Y、Xiao C (2020-01-01)。 Kielian M、Mettenleiter TC、Roossinck MJ (編)。「イコサヘドラル核細胞ウイルス類ウイルスの現在のカプシドアセンブリモデル」。ウイルス研究の進歩。ウイルスアセンブリと出口経路。108。アカデミックプレス：275–313。doi：10.1016/bs.aivir.2020.09.006。ISBN 9780128207611. PMC 8328511 . PMID 33837719.

[:0-1] Al-Shayeb, Basem; Schoelmerich, Marie C.; West-Roberts, Jacob; Valentin-Alvarado, Luis E.; Sachdeva, Rohan; Mullen, Susan; Crits-Christoph, Alexander; Wilkins, Michael J.; Williams, Kenneth H.; Doudna, Jennifer A.; Banfield, Jillian F. (2022年10月). 「Borgs are giant genetic elements with potential to expand metabolic capacity」. Nature . 610 (7933): 731–736. Bibcode :2022Natur.610..731A. doi :10.1038/s41586-022-05256-1. ISSN 1476-4687. PMC 9605863 .

[2] Pennisi E (2021年7月15日). 「カリフォルニアの泥から発見された「ボーグ」として知られる謎のDNA配列」. Science .

[Rinke_2022-3] Rinke C (2022年10月). 「ボルグと呼ばれる微生物DNA要素の謎の発見」. Nature . 610 (7933): 635–637. Bibcode :2022Natur.610..635R. doi :10.1038/d41586-022-02975-3. PMID 36261713. S2CID 253020155.

[Schoelmerich_2023-4] Schoelmerich MC、Sachdeva R、West-Roberts J、Waldburger L、Banfield JF（2023年1月）。「巨大古細菌のBorg要素のタンデムリピートは急速な進化を遂げ、タンパク質に新たな本質的に無秩序な領域を作り出す」。PLOS Biology。21 （1 ）：e3001980。doi：10.1371 / journal.pbio.3001980。PMC 9879509。PMID 36701369。

[5] Cepelewicz J、Whitten A (2021年7月21日)。「プラスミド、ウイルス、それともその他？DNAの「ボーグ」が境界を曖昧にする」Quanta Magazine 。 2021年8月13日閲覧。

[6] Dance A (2021年7月16日). 「巨大なDNA『ボーグ』構造が科学者を困惑させる」. Nature . 595 (7869): 636. Bibcode :2021Natur.595..636D. doi : 10.1038/d41586-021-01947-3 .

[indepborgs-7] Sandoval J (2021年7月30日). 「カリフォルニアの湿地帯でこれまで発見されていなかったDNAの『ボルグ』が発見される」The Independent . 2021年8月13日閲覧。

[8] Yasemin Saplakoglu (2021-07-29). 「カリフォルニアで奇妙なDNA「ボーグ」が発見される」. livescience.com . 2024年9月30日閲覧。

[9] Xian Y、Xiao C (2020-01-01)。 Kielian M、Mettenleiter TC、Roossinck MJ (編)。「イコサヘドラル核細胞ウイルス類ウイルスの現在のカプシドアセンブリモデル」。ウイルス研究の進歩。ウイルスアセンブリと出口経路。108。アカデミックプレス：275–313。doi：10.1016/bs.aivir.2020.09.006。ISBN 9780128207611. PMC 8328511 . PMID 33837719.