クローン干渉

クローン干渉は進化生物学における現象で、連鎖不平衡の著しい生物、特に無性生殖する生物の集団遺伝学に関連しています。クローン干渉の考え方は、1932 年にアメリカの遺伝学者ヘルマン・ジョセフ・ミュラーによって提唱されました。 ^[1]これは、有益な突然変異が無性生殖する集団で定着したり、消失したりするまでに長い時間がかかる理由を説明しています。名前が示すように、クローン干渉は有益な突然変異を持つ無性系統 (「クローン」) で発生します。この突然変異は単独で発生した場合は固定される可能性がありますが、同じ集団に別の有益な突然変異系統が発生した場合は、固定されず、失われることもあります。つまり、複数のクローンが互いに干渉し合うのです。

集団内で有益な突然変異、たとえば突然変異 A が発生すると、その突然変異の保有者は、自然選択によって、突然変異 A を持たない集団のメンバーと比較して、より高い適応度を獲得します。遺伝子組み換えがない場合(つまり、無性生殖する生物の場合)、この有益な突然変異は、突然変異が発生した細胞のクローン内にのみ存在します。このため、突然変異 A の相対頻度は、時間の経過とともにゆっくりとしか増加しません。大規模な無性生殖集団では、突然変異が固定されるまでに長い時間がかかることがあります。この間に、別の有益な突然変異、たとえば突然変異 B が、集団内の別の個体で独立して発生する可能性があります。突然変異 B も保有者の適応度を高めます。この文脈では、突然変異 A は「元の突然変異」と呼ばれることが多く、突然変異 B は「代替」または「干渉」突然変異と呼ばれます。遺伝子組み換えがないため、有益な突然変異AとBは（簡単に）単一の遺伝子型ABに組み合わせることができないため、突然変異Aのキャリアと突然変異Bのキャリアは互いに競争することになります。これは通常、どちらかの喪失につながり、^[2]有利な突然変異の運命が同じ集団内に存在する他の突然変異によって決定され得ることを裏付けています。^[3]

逆に、有性生殖を行う集団では、突然変異 A と B の両方のキャリアは適応度が高く、したがって生存して子孫を残す可能性が高くなります。突然変異 A のキャリアが突然変異 B のキャリアとの間に子孫を残すと、最終的により有利な遺伝子型 AB が出現する可能性があります。遺伝子型 AB を持つ個体は、突然変異 A のみのキャリア、または突然変異 B のみのキャリアの少なくとも 1 つよりも繁殖する可能性が低くありません ─ 両者の間に負の相互作用がないと仮定した場合。したがって、突然変異 A と B の両方の相対頻度が急速に増加し、両方が集団内に同時に定着する可能性があります。これにより進化がより急速に進むことになり、ヒル・ロバートソン効果と呼ばれる現象が起こります。

ミュラーがクローン干渉という現象を提唱したとき、彼はそれを有性生殖が進化した理由の説明に利用した。彼は、クローン干渉によって有益な突然変異が失われると、無性生殖する種の適応性が阻害されると推論した。したがって、ミュラーによれば、性交やその他の組み換えを伴う生殖戦略は進化的に有利である。^[1]しかし、1970年代から、生物学者は、無性生殖戦略と有性生殖戦略が同じ進化的適応率を生み出すことを実証した。これは、クローン干渉が集団の生殖戦略の別の部分、つまり突然変異率にも影響を与えるという事実と関係している。

クローン干渉は、染色体DNAの変異の固定に役割を果たすだけでなく、プラスミドの形で染色体外DNAの安定性または持続性にも影響を及ぼします。^[4]プラスミドは、抗生物質耐性などの形質をコードする遺伝子を持っていることがよくあります。このため、細菌は、染色体DNAにこの形質をコードする遺伝子がない場合でも、抗生物質に耐性になる可能性があります。ただし、プラスミドは必ずしも宿主細胞に適応するとは限らず、細胞分裂中にプラスミドが失われることがよくあります。そのため、集団内でのこのプラスミドのキャリアの相対頻度は低下する可能性があります。ただし、プラスミドは変異を受ける可能性があり、その結果、プラスミドのキャリア間で競争が発生します。この競争により、最も安定したプラスミドが最終的に選択され、集団内での頻度が高まります。このように、クローン干渉はプラスミド-宿主適応の進化ダイナミクスに影響を及ぼし、集団内でのプラスミドの安定化が速くなります。

クローン干渉の現象は、患者の癌細胞や癌前段階の細胞系統でも発生します。 ^[5]発癌性腫瘍の細胞に見られる異質性は、腫瘍内の細胞のサブ集団間の競争、つまりクローン干渉を意味します。^[6]そのため、癌系統内の集団動態は、癌治療の臨床研究においてますます重要になっています。^[7]さらに、抗生物質耐性につながることが多い集団動態とクローン干渉の役割に関する知識は、抗生物質による感染症の治療において考慮されています。