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生物学において、遺伝子カセットは遺伝子と組み換え部位を含む可動性遺伝要素の一種である。各カセットには通常1つの遺伝子が含まれ、500～1,000塩基対程度と非常に小さい傾向がある。これらはインテグロンに組み込まれて存在する場合もあれば、環状DNAとして自由に存在する場合もある。[1]遺伝子カセットは生物のゲノム内を移動したり、水平遺伝子伝達によって環境中の別の生物に伝達されたりする。これらのカセットには抗生物質耐性遺伝子が含まれていることが多い。一例として、細菌にカナマイシン（抗生物質）耐性を付与するkanMXカセットが挙げられる。
インテグロン
インテグロンは、細菌中の遺伝子構造で、遺伝子カセットを発現し、獲得および交換することができます。インテグロンは、プロモーター、アタッチメント部位、および部位特異的リコンビナーゼをコードするインテグラーゼ遺伝子で構成されています[2]インテグロンには 3 つのクラスがあります。[1]インテグロンに挿入される可動ユニットは遺伝子カセットです。[2]プロモーターなしで単一の遺伝子を運ぶカセットの場合、カセットの全シリーズはインテグロン内の隣接するプロモーターから転写されます。 [3]遺伝子カセットは、環状中間体を介して挿入および切除されると推測されています。[4]これには、末端にある 59 塩基要素 (59-be) と呼ばれる短い配列間の組み換えが含まれますが、これは 59 塩基長ではない可能性があります。 59-be は、遺伝子コード配列の下流にある部位特異的インテグラーゼ (遺伝子カセットをインテグロンに統合する酵素) の認識部位として機能する多様な配列ファミリーです。[5]
多様性と普及
遺伝子カセットのような遺伝要素がゲノムから切り出して挿入する能力により、遠縁の生物に非常に類似した遺伝子領域が出現する。3 つのクラスのインテグロンは構造が類似しており、挿入が発生する場所と一致するシステムによって識別される。クラス 1 インテグロンは細菌ゲノムの多様なグループに見られ、すべて 1 つの共通祖先から派生したものである可能性が高い。インテグロンの普及により、抗生物質耐性遺伝子など、生物にとって新しい遺伝子の急速な伝達が可能になり、細菌の進化が形作られてきた。[6]
遺伝子工学
遺伝子工学において、遺伝子カセットとは、1 つ以上の制限部位セットの間に 1 つ以上の目的遺伝子を運び、発現させることができる操作可能な DNA 断片のことです。制限酵素を使用して断片を「切り取り」、新しいコンテキストに「貼り付け」ることで、1 つの DNA 配列 (通常はベクター上) から別の配列に転送できます。目的遺伝子を含むベクターには通常、選択マーカーと呼ばれる抗生物質耐性遺伝子も含まれており、ベクターをゲノムにうまく組み込んだ細胞を簡単に識別できます。
ベクターを標的細胞に導入するには、細胞がコンピテンス状態にあると推定する必要があります。この状態は、短時間の熱ショックの前に細胞を塩化カルシウムで培養するか、エレクトロポレーションによって実験室で誘導されます。これにより、細胞は挿入されるプラスミドに対してより感受性になります。プラスミドが追加されると、細胞は抗生物質の存在下で増殖され、新しい遺伝要素の取り込みと発現が確認されます。
CRISPR/Cas9システムの使用は、真核生物のゲノムに遺伝子を挿入するのに成功しています。[7] CRISPR改変はまだ初期段階ですが、他の技術と組み合わせて使用することで、ハイスループット（HTP）ゲノム編集システムを作成できるという重要な証拠があります。 [8]バイオ燃料や特殊化学品/栄養補助食品を含むさまざまな工業製品を生産するための細菌の遺伝子工学は、主要な研究分野です。[9]
水平遺伝子伝達
遺伝子水平伝播（HGT）は、親からの遺伝以外の細胞間の遺伝要素の伝播である。細菌における抗生物質耐性の広がりの多くには、HGTが関与している。[10]抗生物質耐性遺伝子や外毒素などの他の毒性因子を含む遺伝子カセットは、ファージ、形質導入、環境からの摂取、形質転換、[11]または細菌接合によって細胞から細胞へと伝播する可能性がある。[12]生物間で遺伝子カセットを伝播する能力は、原核生物の進化に大きな役割を果たしてきた。大腸菌などの多くの片利共生生物は、抗生物質耐性を伝える1つ以上の遺伝子カセットを定期的に保有している。[13]病原性の低い片利共生生物から無関係の種への遺伝要素の水平伝播は、複数の抗生物質耐性遺伝子を運ぶことができる非常に毒性の強い病原体をもたらす。耐性の蔓延の増加は、研究者や医師にとって難しい問題を生み出している。
参照
参考文献
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外部リンク
- ブロード研究所
- カリブーバイオサイエンス
- ギンコバイオワークス