CrAssphage
crAss様ファージ（クラスウイルス）
ΦcrAss001ウイルス粒子の3D構造。a, ウイルス粒子（ビリオン）の分子表面を外側から見た図。b, ビリオンの断面。カプシド（タンパク質殻）を構成するタンパク質は黄色と青で、カーゴタンパク質は紫色で、カプシド上のピンク色と淡青色のタンパク質は頭部繊維タンパク質、尾部バレルを構成するタンパク質は異なる色で、尾部繊維タンパク質は灰色で示されている。出典：Bayfield, OW et al./Nature (CC BY 4.0)。
ウイルスの分類この分類を編集する
（ランク外）: ウイルス
レルム: デュプロドナビリア
王国： 興公ビラエ
門: ウロウイルス門
クラス： カウドビリセテス
注文： クラッスウイルス目
家族

CrAss様ファージ（クラスウイルス）は、細菌ウイルス（バクテリオファージ）の目であり、ヒトの腸内で最も豊富なウイルスであり、2014年にヒトの糞便メタゲノムの読み取りを交差アセンブルすることによって発見されました。[ 1 ]コンピューターによる比較ゲノミクスと分類解析により、crAss様ファージは非常に豊富で多様なウイルスファミリーを代表することが判明しました。[ 2 ] [ 3 ] CrAss様ファージはバクテロイデス門の細菌に感染すると予測され、その予測は後に2018年にバクテロイデス門宿主（バクテロイデス・インテスティナリス）で最初のcrAss様ファージ（crAss001）が分離されたときに確認されました。 [ 4 ]クラスウイルスは、以前は廃止されたポドウイルス科の一部であり、短い非収縮性の尾と二十面体のカプシドを持っています。クラスウイルスの最初の3D構造は、2023年にクライオ電子顕微鏡によって決定されました。 [ 5 ] [ 6 ]ヒトの腸内でのcrAss様ファージの存在は、まだ特定の健康状態と関連付けられていませんが、一般的に健康な腸内微生物叢と関連しており、腸内バクテロイデス門に大きな影響を与える可能性があります。[ 3 ] [ 2 ] [ 7 ] [ 8

発見

最初の crAss 様ファージである p-crAssphage (プロトタイプ crAssphage) を発見するために使用された crAss (クロスアセンブリ) ソフトウェアは、同じ環境から取得された複数のメタゲノムからの読み取りをクロスアセンブルすることに依存しています。[ 9 ]クロスアセンブリの目的は、1 つのメタゲノムからの未知の読み取りが、別のメタゲノムの既知の読み取り、または既知の読み取りと類似性を持つ読み取りと整列することであり、それによって各メタゲノムで使用可能な読み取りの総数が増加します。crAss ソフトウェアは、参照に依存しない比較メタゲノミクスに特化したクロスアセンブリの分析ツールです。[ 9 ] CrAss は、異なるメタゲノムからの読み取りで構成されるコンティグ(クロスコンティグ) が、それぞれの異なるメタゲノムに存在する生物学的実体を表すと想定しています。[ 9 ] P-crAssファージは、crAssを用いて12のヒト糞便メタゲノムのクロスアセンブリ解析を行った際に発見されました。12人全員において、未知のリードからなる複数のクロスコンティグが同定され、再構成技術を用いてp-crAssファージゲノムが再構築されました。[ 1 ] P-crAssファージは約97kbpの環状DNAゲノムを有し、80の予測オープンリーディングフレームが含まれています。共起解析とCRISPRスペーサーの類似性を用いて、このファージは、ほとんどの人の腸内細菌叢の主要な構成菌であるバクテロイデス属細菌[ 1 ]に感染すると予測されました。 [ 10 ]

分類学

クラスウイルス科はクラスウイルス目（Crassvirales）に属し、以下の科が含まれる。[ 11 ]

形態学

クラスウイルスはポドウイルスの一種で、短い非収縮性の尾と二十面体のカプシドを持っています。[ 5 ] [ 4 ]

レプリケーション

crAss様ファージの初期の配列に基づく研究に基づいて、バクテリオファージファミリーは、溶菌性、溶原性、温和性など多様なライフスタイルを持つファージで構成されると予測されました。[ 12 ] [ 3 ]特定のライフスタイルの遺伝学的証拠にもかかわらず、 crAss様ファージの複製戦略のin vitro研究では決定的な結果は得られていません。

crAss001とB. intestinalis

CrAss001とその宿主であるB. intestinalisは、液体培養では宿主とファージが安定的に共存・共複製できる一方で、固体寒天培地上ではファージが宿主を効率的に溶解するという特異な関係を示す。[ 4 ]ファージと宿主の共存は通常、溶原性の生活様式を示唆するが、crAss001ゲノムには溶原性に必要な遺伝子が全く含まれていない。crAss001は擬似溶原性やキャリア状態といったあまり知られていない複製戦略を用いると仮説が立てられていたが[ 4 ] 、最近の研究では、宿主が相変異を通じて少なくとも部分的に安定した共存に関与していることを示す証拠が見つかっている。[ 13 ]現在では、B. intestinalis はcrAss001の莢膜多糖類を改変することで（相変異の一例）、crAss001の感染を調節できると考えられています。これらの多糖類の一部は、ファージが宿主認識に利用します。相変異により、B. intestinalis はファージ感染に対して抵抗性を持つ集団と感受性を持つ集団の両方を維持でき、crAss001が宿主に安定的にアクセスでき（感受性集団）、B. intestinalis がファージに阻害されずに複製できる（耐性集団）という独特の環境を作り出します。[ 13 ] CrAss001は、擬似溶原性感染またはキャリア状態感染アプローチを用いて感受性集団に感染すると考えられています。これらのアプローチはいずれも、生きた細菌宿主からのファージの緩やかな放出と関連しています。宿主の相変異とファージ感染戦略の組み合わせにより、ファージと宿主が安定した平衡状態を保てる関係が生まれます。[ 13 ]

crAss002とB. xylanisolvens

CrAss002 はまた、その宿主であるB. xylanisolvensと独特な関係を示す。 [ 14 ] crAss002 をB. xylanisolvensの培養物に接種すると、ファージは増殖を開始するまでに数日間の共培養を要し、その後は安定した比較的高い力価を維持する。共培養されたB. xylanisolvensの単離コロニーを使用して新しいファージ増殖を開始したところ、コロニーはファージ感染に対してさまざまな反応を示した。一部の培養物はすぐにファージの増殖をサポートしたが、他の培養物では数日かかった。[ 14 ] B. xylanisolvensの異なる反応は、細菌集団が混合しており、ファージ感染に対して感受性と耐性の両方の細胞で構成されていることを示しており、これは crAss001 とB. intestinalis のファージ-宿主関係における感受性宿主と耐性宿主の亜集団に似ている。 crAss001と同様に、crAss002は溶原性に必要な遺伝子を持っていない。[ 14 ]

細菌群集中のcrAss001とcrAss002

crAss様ファージが細菌群集内でどのように振舞うかを調べるため、crAss001とcrAss002を、ヒト腸内細菌叢を代表する特定の細菌群集を含むバイオリアクターに接種した。細菌群集には、crAss001とcrAss002のそれぞれの宿主であるB. intestinalisとB. xylanisolvensが含まれていた。感染後、crAss001とcrAss002の力価は上昇したにもかかわらず、細菌群集メンバーの細胞数はファージの存在による影響を受けていないようだった[ 14 ] 。ファージと細菌群集は実験を通して安定した個体数を維持し、純粋培養におけるcrAss001とcrAss002の振舞いを模倣した。crAss様ファージとその宿主は、独自のメカニズム、あるいはメカニズムの組み合わせを用いて安定した平衡を維持しているという仮説が立てられている[ 14 ] 。

ヒトとcrAss様ファージ

CrAss様ファージは、ヒトの腸内微生物叢において極めて豊富かつほぼ普遍的なメンバーとして同定されている。[ 1 ] [ 15 ] CrAss様ファージは、ファージの宿主である細菌門バクテロイデス門に有利な西洋型の食事を摂取する人々に多く見られるようである。[ 16 ] crAss様ファージとヒトの進化に関する研究では、crAss様ファージのヒト集団における普及は、西洋型の食事が伝統的な狩猟採集民の食事よりも一般的になった工業化とそれに続く都市化の間に拡大したことが示唆されている。[ 16 ]しかし、別の研究は、crAss様ファージとヒトの関係は人類起源の進化にまで遡る可能性があるという証拠を発見した。[ 8 ]

crAss様ファージはヒト集団に豊富かつ普遍的に存在するため、ヒトの糞便を検出する方法として試験されてきた。このウイルスは、ヒトの糞便汚染のマーカーとして、指標細菌よりも優れた性能を示す可能性がある。 [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]

crアスファージRNAポリメラーゼ

ヒトの腸内細菌叢におけるcrAss様ファージの存在は、ライフスタイルや健康に関連する変数とはまだ関連付けられておらず、crAss様ファージは多くの人の腸内細菌叢の良性の常在菌であると広く考えられています。[ 3 ] [ 15 ] [ 16 ] [ 21 ] crAss様ファージの存在は健康状態の良い指標ではないようですが、腸内細菌叢からcrAss様ファージが欠如していることは、メタボリックシンドローム などの特定の健康状態を示している可能性があります。[ 22 ]

CrAss様ファージは、出生時のcrAss様ファージの量は検出限界以下であるにもかかわらず、母親から子へと垂直伝播すると考えられています。生後1年の間に、腸内微生物叢におけるcrAss様ファージの量と多様性は著しく増加します。[ 23 ]さらに、特定のcrAss様ファージが糞便微生物移植（FMT）を介してヒト間で伝播するという強力な証拠があります。[ 23 ]

crAss様ファージphi14:2のRNAポリメラーゼは、ヒトおよび動物においてRNA干渉を触媒するRNAポリメラーゼと構造相同性を有する。phi14:2は感染時にRNAポリメラーゼを宿主細胞内に送達し、phi14:2遺伝子の転写を開始すると考えられている。この送達機構と、真核生物のRNA干渉ポリメラーゼとphi14:2 RNAポリメラーゼの類似性から、真核生物のRNA干渉ポリメラーゼはファージに起源を持つ可能性があると仮説されている。[ 24 ]

グバファージは、ヒト腸内細菌叢において非常に豊富に存在するもう一つのファージ群として同定されている。グバファージの特性はp-crAssファージの特性を彷彿とさせる。[ 25 ] [ 26 ]

crAssのようなファージ環境

p-crAssファージタンパク質配列と公開配列データベースおよびメタゲノムのタンパク質配列との配列類似性スクリーニングに基づいて、crAss様ファージファミリーは、ヒトの腸やシロアリの腸、陸生/地下水環境、ソーダ湖（高塩分塩水）、海洋堆積物、植物の根の環境など、さまざまな環境で見つかるバクテリオファージメンバーの多様性で構成されている可能性があると結論付けられました。 [ 12 ]

参考文献

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