細菌の複製と細胞分裂

細菌が分裂する前に、そのゲノム全体を複製し、完全なコピーを各娘細胞に分配する必要があります。細菌のDNA複製は単一の起点から始まり、両方向に進行します。その間、細胞は成長し、二分裂によって分裂します。染色体の複製、分離、および分裂隔壁の形成は、各新しい細胞が完全なゲノムを受け継ぐように調整されています。

Definition

細菌の複製と細胞分裂とは、細菌が定義された起点から染色体を複製し、二分裂を通じてそのコピーを2つの娘細胞に分配する協調的なプロセスです。

Scope

このトピックでは、細菌の細胞周期、すなわちDNA複製の開始と進行、レプリソーム、複製された染色体の分離、および分裂装置の組み立てを含む二分裂によるサイトカインシスについて扱います。これはメカニズムに関する参照概要であり、臨床的な指示を提供するものではありません。

Core questions

• 細菌のDNA複製はどのように、どこで始まり、染色体上でどのように進行するのか？
• どのような分子機械が複製を実行し、その正確性はどのように保証されるのか？
• 複製された染色体はどのようにして細胞の反対側の端に分離されるのか？
• 分裂のタイミングは複製の完了とどのように調整されるのか？

Key concepts

• 複製起点 (oriC)
• 双方向性、半保存的複製
• レプリソームとDNAポリメラーゼIII
• リーディング鎖とラギング鎖の合成
• 複製フォークと終点
• 染色体分離
• 二分裂と隔壁形成
• Zリングとディビソーム

Mechanisms

細菌の複製は半保存的かつ双方向性です。単一の定義された起点で開始され、そこで染色体がほどかれ、2つの複製フォークが終点（terminus）で出会うまで反対方向に進行します。レプリソームは、複製DNAポリメラーゼを中心に組織され、リーディング鎖を連続的に、ラギング鎖を不連続的に複製します。O'Donnellらがレビューしたように、校正機能とミスマッチ修復により高い忠実性が保証されます。複製が進行するにつれて、2つの娘染色体は積極的に組織化され、細胞の反対側の極へと分離されます。このプロセスは、Wangらが染色体組織化および分配機構の観点から記述しています。その後、二分裂によって分裂が起こります。この分裂では、細胞は細胞中央に収縮環を組み立て、それが隔壁の合成を指示し、2つの娘細胞を物理的に分離します。各娘細胞は完全なゲノムを受け取ります。

Clinical relevance

いくつかの抗菌薬の標的は複製および分裂機構に存在し、複製および分裂の速度は細菌集団がどれだけ速く増殖し、ストレスに反応するかに寄与します。この項目は基礎となる生物学を記述するものであり、薬剤選択や患者管理の指針ではありません。

History

DNA複製の半保存的性質とDNAポリメラーゼの酵素学は、ゲノム複製の分子基盤を確立し、大腸菌（Escherichia coli）などの細菌が中心的な実験モデルとして機能しました。その後のレプリソーム、染色体分離、および分裂装置に関する研究は、O'DonnellやWangらがレビューでまとめたように、複製を細菌の細胞周期と統合しました。

Key figures

• Arthur Kornberg
• Mike O'Donnell
• David Rudner

Seminal works

• odonnell-2013
• wang-2013

Frequently asked questions

細菌の複製が双方向性であるとはどういう意味ですか？

複製は1つの起点から始まり、2つの複製フォークが環状染色体の周りを反対方向に移動し、終点で出会うまで進みます。これにより、ゲノム全体が単一のフォークの場合の約半分の時間で複製されます。

細菌はどのように分裂しますか？

ほとんどの細菌は二分裂によって分裂します。染色体が複製され分離された後、細胞中央に環状の分裂装置が組み立てられ、細胞を2つの娘細胞に分割する隔壁を形成します。