移転の起源

転移起点（oriT ）は、長さが40～500塩基対の短い配列であり^{[1] [2]、}細菌接合時にグラム陰性細菌のドナーからレシピエントにDNAを転移するために必要なものである。^{[3] [4] [5]} DNAの転移は細菌細胞内の抗菌薬耐性にとって重要な要素であり^[6]、プラスミドDNA内のoriTの構造とメカニズムは細菌接合におけるその機能と相補的である。最初に同定されクローニングされたoriTは、1979年にGuineyとHelinskiによって行われたRK2（IncP）接合プラスミドであった。^[7]

oriT領域は、ドナーからレシピエントに DNA を転送するプロセスの中心であり、これを促進するいくつかの重要な領域が含まれています。

1. nic部位：解かれたプラスミドDNAが切断される場所。通常は部位特異的。 ^{[4] [8] [9]}
2. 逆位反復配列：ドナーDNAの複製の終了を知らせるシグナルであり、転移頻度、プラスミドの移動、二次DNA構造の形成に関与する。^{[3] [8] [10]}
3. ATリッチ領域：DNA鎖の開口に重要であり、逆方向反復配列に隣接して位置する。^{[1] [3] [5] [8] [11] [12]}

oriTは細菌DNAの非コード領域である。 ^[13]細菌接合の開始において重要な役割を果たすため、oriTは酵素基質であると同時にリラキサーゼタンパク質の認識部位でもある。^{[1] [13] [14]} リラキソソームにはoriTを識別して結合するのに役立つoriT特異的補助因子がある。^[1] oriT nic部位の上流には終結配列がある。^[5]

oriTは主にシス作用性であり、より効率的なDNA転移を可能にする。^{[5] [12] [15]}

細菌接合の開始時に、ドナー細胞はピルスを作り、近くの受容細胞に密接に接触するように信号を送ります。適切な受容細胞が特定されると、交配ペア形成プロセスが開始されます。^{[1] [16]} 2つの細胞を一緒にするこのプロセスでは、ドナーと受容体間の転送チャネルを形成するタンパク質複合体であるIV型分泌システムがリクルートされ、 oriTでリラクソソームと呼ばれる弛緩複合体の形成が開始されます。^[13]

プラスミドのoriT配列は、リラクソソーム内の酵素の認識点と基質の両方の役割を果たすため、^[13]細菌接合の最初のステップは、プラスミドのoriT領域のnicnサイトで発生します。 ^{[4] [14]}リラクソソーム複合体の一部である DNA 鎖転移酵素としても知られるリラクソソーム酵素は、 nicnサイトで鎖および部位特異的なホスホジエステル結合の切断を触媒し、各プラスミドに特異的です。^[17]この反応はエステル交換反応であり、5' 末端がリラクソソームのチロシン残基に結合した、切断された二本鎖 DNA を生成します。^{[4] [5] [14] [17]}次に、リラクソソームは鎖の 3' 末端に向かって移動し、プラスミド内の DNA をほどきます。^[17]

プラスミドのもう一方の鎖、リラキサーゼによって切断されなかった鎖は、DNAポリメラーゼによるさらなる合成のためのテンプレートとなる。^[17]

リラキサーゼが再びoriTの上流セクション（逆位反復配列がある）に到達すると、プラスミドの末端が再結合し、受容体に一本鎖プラスミドが放出されてプロセスが終了します。^{[5] [15] [18]}

接合により、酵母、^[19]、 哺乳類細胞、^[20]、[21]、珪藻類^[22]など、多くの受容体に標的遺伝子を移送することが可能になります。

珪藻は、バイオ燃料やその他の化学物質を自給自足で生産する可能性があるため、有用なプラスミド宿主となる可能性がある。 ^{[22]珪藻の}遺伝子導入にはいくつかの方法があるが、細菌の接合に比べると時間がかかる。酵母の配列に基づいて珪藻P. tricornutumとT. pseudonanaのプラスミドを設計し、大腸菌から珪藻への接合方法を開発することで、研究者は珪藻の遺伝子操作を進歩させたいと考えている。^[22]

遺伝子工学において細菌接合を利用する際の主な問題の一つは、プラスミド上の特定の選択マーカーによって、アンピシリンやカナマイシンなどの抗生物質に耐性を持つ細菌が生成されることである。^[23]

DNA のoriTとリラキサーゼの相互作用により、水平遺伝子伝達を介して抗菌薬耐性が可能になります(図 1)。^[13]プラスミド DNA のさまざまなoriT領域には、リラキサーゼタンパク質が結合できる逆方向反復が含まれています。^[3]薬剤耐性の主な原因は、モバイルゲノムアイランド(MGI)、つまり同様の細菌株に見られ、細菌の多様化の要因である DNA 内のセグメントです。^{[3] [24]} MGI は宿主細胞に耐性をもたらし、細菌の接合を介してこの利点を他の細胞に広げます。^[3]細菌細胞の MGI は独自のoriT配列を持ち、リラキソソーム遺伝子に近接しているため、細菌細胞に薬剤耐性が蔓延する原因となっている接合プラスミドと非常によく似ています。^{[3] 2017 年の MGI の研究では、}インテグラーゼ酵素をコードする遺伝子intを介して、MGI が受容側の細菌細胞のゲノムに自らを組み込むことができることが明らかになりました。 MGIのoriTが統合的接合要素（ICE）によってコードされているリラクソソームによって処理された後、MGIは受容細胞のゲノムに入り込み、抗菌薬耐性につながる細菌の多様性を可能にする。^[24]

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• 水平遺伝子伝達