ボルグ（微生物学）

Borgs の機能には、タンデム リピート、ダイレクト リピート、逆リピートなどがあります。

ボーグは、深泥などの酸素欠乏環境に生息するメタン酸化古細菌（具体的にはMethanoperedens属）に見られる大きな（最大約1 Mbp）染色体外線状DNA要素である。 ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]}それらは、カリフォルニア州とコロラド州の湿地、帯水層、河床環境、および廃墟となった水銀鉱山から分離された生物で発見されている。^{[ 1 ]}それらは、 2022年にBasem Al-ShayebとJill Banfieldによって初めて記述された。^{[ 1 ]}

ボーグの性質は未だ解明されていないが、「巨大な線状プラスミド」あるいは巨大ウイルスであると考えられている。^{[ 1 ] [ 4 ]}少なくとも19種類のボーグが同定されており、それらはすべてメタノペレデンスに共存し、多くの遺伝子を共有している。^{[ 1 ]}メタノペレデンスの主染色体は、宿主であるボーグスの約3倍の大きさしかない。ボーグはメタノペレデンスのメタンの嫌気的酸化とタンパク質生産能力を増強するのではないかと推測されている。^{[ 5 ] [ 6 ] [ 1 ]}

発見

ボーグは2020年3月8日、カリフォルニア大学バークレー校のジル・バンフィールドと彼女の研究グループによって発見されました。^{[ 1 ]} 「ボーグ」という名前は、この新しい遺伝子要素が微生物、特にメタノペレデンスから遺伝子を同化する傾向があることから、スタートレックの同名の派閥にちなんで付けられました。この名前はもともとバンフィールドの息子によって提案されました。^{[ 7 ]}

特徴

ボルグゲノムの構造は保存されており、メサノペレデンスのプラスミドや染色体、そして他の古細菌ゲノムとは異なっている。^{[ 3 ]}ボルグにはプラスミドやウイルスに関連するタンパク質コード遺伝子が含まれず、rRNA遺伝子、複製起点、または古細菌に見られるミニ染色体（メガプラスミドとも呼ばれる）内に一般的に見られる他の重要な遺伝子や特徴も欠けている。^{[ 1 ]}

ボーグゲノムの長さは0.66～0.92 Mbpで、既知のどの古細菌ウイルスのゲノムよりも大きい。^{[ 3 ]}ボーグゲノムのサイズは、核細胞ウイルス門に属する真核生物特有の二本鎖DNAウイルス（核細胞質大型DNAウイルス（NCLDV）としても知られる）の特徴に近く、2.5 Mbpを超えることもある。^{[ 3 ] [ 8 ]}ボーグゲノム全体にタンデム直接反復配列が見られ、逆位反復配列で終結する。これは、間隔をあけた反復配列を持ち、通常は必要な遺伝子のコード化を担わない一部の細菌のメガプラスミドとは異なる。^{[ 3 ]}

以下はボーグによってコード化されていることが知られている遺伝子のリストである（すべてのボーグのサブタイプが同じ遺伝子を含んでいるわけではないことに注意）：^{[ 1 ]}

• 可動性または転移性要素防御システム
• メタンの嫌気性酸化（AOM）に関与する遺伝子
• タイプIII-A CRISPR-Casシステム（スペーサー獲得機構がなく、主にRNAを標的とする）
• RPL11（リボソームタンパク質L11）
• グリコシルトランスフェラーゼ
• DNAとRNAの操作に関与する遺伝子
• 輸送遺伝子
• エネルギー代謝に関与する遺伝子
• 細胞表面タンパク質をコードする遺伝子
  • ペガ
  • S層
• 膜関連タンパク質をコードする遺伝子（機能は不明だが、宿主の膜特性に影響を与える可能性がある）
• nifHDKオペロン（窒素固定に関与）
• ポリヒドロキシアルカン酸の合成に関与する遺伝子（炭素貯蔵、資源が不足しているときに使用される可能性がある）
• テルル耐性タンパク質をコードする遺伝子
• FtsZ（チューブリン相同体、細菌細胞分裂に関与）
• 主要なVaultタンパク質ホモログ
• TCAサイクル遺伝子
  • クエン酸合成酵素
  • アコニターゼ
• cfbBとcfbC
• 補酵素F420:L-グルタミン酸リガーゼ - cofE
• 電子分岐錯体
• D-乳酸脱水素酵素
• テトラヒドロメタノプテリン合成に関与する遺伝子
• フェレドキシンタンパク質をコードする遺伝子
• 5,6,7,8-テトラヒドロメタノプテリン加水分解酵素（Fae）をコードする遺伝子（ホルムアルデヒド解毒に関与）
• 一酸化炭素脱水素酵素（CODH）をコードする遺伝子
• プラストシアニンをコードする遺伝子
• キュプレドキシンをコードする遺伝子
• マルチヘムシトクロム（MHC）をコードする遺伝子

参考文献

1. Al-Shayeb, Basem; Schoelmerich, Marie C.; West-Roberts, Jacob; Valentin-Alvarado, Luis E.; Sachdeva, Rohan; Mullen, Susan; Crits-Christoph, Alexander; Wilkins, Michael J.; Williams, Kenneth H.; Doudna, Jennifer A.; Banfield, Jillian F. (2022年10月). 「ボーグは代謝能力を拡張する可能性のある巨大な遺伝要素である」 . Nature . 610 (7933): 731– 736. Bibcode : 2022Natur.610..731A . doi : 10.1038/s41586-022-05256-1 . ISSN  1476-4687 . PMC  9605863。
2. Pennisi E (2021年7月15日). 「カリフォルニアの泥から『ボーグ』として知られる謎のDNA配列が発見される」 . Science .
3. Schoelmerich MC, Sachdeva R, West-Roberts J, Waldburger L, Banfield JF (2023年1月). 「巨大古細菌ボーグ因子のタンデムリピートは急速な進化を遂げ、タンパク質に新たな本質的に無秩序な領域を作り出す」 . PLOS Biology . 21 (1) e3001980. doi : 10.1371/journal.pbio.3001980 . PMC 9879509. PMID 36701369 .  
4. Cepelewicz J, Whitten A (2021年7月21日). 「プラスミド、ウイルス、それともその他？ DNAの『ボーグ』が境界を曖昧にする」 Quanta Magazine . 2021年8月13日閲覧。
5. Dance A (2021年7月16日). 「巨大なDNA『ボーグ』構造が科学者を困惑させる」 . Nature . 595 (7869): 636. Bibcode : 2021Natur.595..636D . doi : 10.1038/d41586-021-01947-3 .
6. Sandoval J (2021年7月30日). 「カリフォルニアの湿地帯で未発見のDNA『ボーグ』が発見される」 . The Independent . 2021年8月13日閲覧。
7. Yasemin Saplakoglu (2021年7月29日). 「カリフォルニアで奇妙なDNA『ボーグ』が発見される」 . livescience.com . 2024年9月30日閲覧。
8. Xian Y, Xiao C (2020-01-01). Kielian M, Mettenleiter TC, Roossinck MJ (編). 「イコサヘドラル核サイトウイルス亜門ウイルスの現在のカプシド集合モデル」 .ウイルス研究の進歩. ウイルスの集合と出口経路. 108.アカデミックプレス: 275– 313. doi : 10.1016/bs.aivir.2020.09.006 . ISBN 978-0-12-820761-1. PMC  8328511 . PMID  33837719 .