水平遺伝子伝達

水平遺伝子伝達とは、親から子への遺伝（垂直伝達）以外の方法で遺伝物質が生物間で移動する現象であり、これにより細菌ゲノムは著しく動的になります。

Definition

水平遺伝子伝達とは、生物が親以外の供給源から遺伝物質を獲得することであり、原核生物における形質転換、形質導入、接合を含みます。

Scope

このトピックでは、原核生物の遺伝子伝達における3つの主要なメカニズムについて扱います。すなわち、細胞が遊離DNAを取り込む自然形質転換、バクテリオファージが細胞間でDNAを運ぶ形質導入、そしてDNAが直接的な細胞間接触を介して伝達される接合です。また、伝達されたDNAの組換え、および微生物間の遺伝子流動がもたらす進化的・応用的な影響についても論じます。

Core questions

• 細菌がDNAを交換する主なメカニズムは何ですか？
• 伝達されたDNAはどのようにしてレシピエントゲノムに安定して組み込まれますか？
• なぜ水平遺伝子伝達は微生物の進化を加速させるのですか？
• 遺伝子伝達は耐性や病原性の拡散にどのように寄与しますか？

Key concepts

• 自然形質転換とコンピテンス
• バクテリオファージによる形質導入
• 接合とF因子
• 伝達されたDNAの相同組換え
• 遺伝子流動と微生物の進化

Key theories

遺伝子交換のメカニズム

細菌は形質転換、形質導入、接合という3つの異なる経路によって遺伝子を獲得します。これらの経路により、DNAは細胞間を移動し、組換えによって組み込まれることで、垂直遺伝とは独立した多様性をもたらします。

Mechanisms

形質転換では、コンピテントな細胞が環境中の遊離DNAを取り込み、組換えによって組み込みます。形質導入では、バクテリオファージが宿主DNAをパッケージングし、感染時に新しい細胞に届けます。接合では、ドナー細胞がDNA（しばしばプラスミド）を、特殊な付属器と直接接触を介してレシピエントに伝達します。いずれの場合も、取り込まれたDNAはプラスミド上で維持されるか、染色体に組み込まれることがあります。

Clinical relevance

水平遺伝子伝達は、異なる種間を含む細菌間で抗生物質耐性遺伝子や病原性遺伝子が広がる主要な経路であり、研究やバイオテクノロジーにおいて微生物にDNAを導入するツールとしても利用されています。

History

フレデリック・グリフィスの1928年の形質転換実験と、後にDNAが形質転換原理であることが特定されたこと、さらに1946年のレーダーバーグとテイタムによる接合の発見、そして形質導入の記述により、細菌がいくつかの異なるメカニズムによって遺伝子を交換することが確立されました。

Key figures

• Frederick Griffith
• Joshua Lederberg
• Edward Tatum

Seminal works

• madigan2018
• willey2020

Frequently asked questions

水平遺伝子伝達は通常の遺伝とどう異なりますか？

通常の、または垂直遺伝は、生殖の際に親細胞からその子孫へと遺伝子を伝達します。水平遺伝子伝達は、親と子ではない生物間で遺伝子を移動させるため、細菌は無関係な細胞から新しい遺伝子を獲得することができます。