8. 細菌ゲノムの特徴

8. 細菌ゲノムの特徴

DNA RNA %

%

%

%

%

糖 塩基 リン酸 A アデニン

T チミン C シトシン

G グアニン

デオキシリボヌクレオチド

デオキシリボース （5炭糖）

DNA

DNA RNA %

Ａ

C

C O

OCH2

OH

O O-

P

O-

OCH2

OH

O O O-

P

O-

Ａ

3’, 5’-ホスホジエステル結合

O O

CH2 O O-

P

O-

OCH2

OH

O O O

P

O-

1’

5’

2’ 3’ 4’

1’

5’

2’ 3’ 4’

リン酸

糖

5’ A

A

T

C

3’ OH

C

DNA

DNA RNA %

O O

O

N

N N

N

NH2

Ａ

N

N N

NH

O

Ｇ

NH2

H3C

O N

NH

O

Ｔ

O N

N

NH2

Ｃ

N

N

ピリミジン

H

N

N N

N

プリン

プリン塩基 ピリミジン塩基

A T CG

N

N N

N

N

Ａ Ｔ H H

水素結合

N

N N

N

O

Ｇ

N

Ｃ

CH3 N

N

H

N

N N H H

H

H H

5’

5’

3’ OH

A T

C

A T

A T

G

C G

3’ OH

C

DNA DNA RNA %

糖 塩基 リン酸 A アデニン

T チミン C シトシン

G グアニン

リボヌクレオチド

リボース （5炭糖）

RNA

DNA RNA %

U ウラシル

遺伝情報の伝達

DNA mRNA タンパク質

転写 翻訳

発現 [セントラルドグマ]

複製

DNA DNA

tRNA

DNA 構成要素： RNA アミノ酸

（伝令RNA）

（運搬RNA）

転写：鋳型DNAからmRNAに情報を伝える

開始

プロモーター （転写開始の目印）

5’ 3’ 5’

3’

5’ 3’ 5’

3’

ターミネーター （転写終了の目印）

5’ 3’ 5’

3’

mRNA

RNAポリメラーゼ

5’ 3’ 5’

3’

mRNA

伸長

終結

DNA

転写単位

5’ 3’

mRNA

3’ 5’

RNAポリメラーゼ 5’

DNA

&10%↓

&35%↓

転写開始点周辺の配列の特徴

&10%↓

&35%↓

転写開始点周辺の配列の特徴

RNA&35%↓

転写開始点周辺の配列の特徴

翻訳：遺伝子単位

U U A C G A U C G U C G C U A C G A U C U C G C A U A C A U C

5’ 3’

開始コドン

G

終止コドン

遺伝子(gene)

タンパク質の合成開始を 指定するコドン

（Met:メチオニンをコード） [AUG]

↓真正細菌では

[GUG] [AUA] [UUG]

タンパク質の合成停止を 指定するコドン

（対応するアミノ酸なし） [UAA] [UAG] [UGA]

mRNA

翻訳：リボソームでタンパク質を合成 5’ 3’ 5’

3’

mRNA

tRNA リボソーム

U U A C G A U G U C G C U A C G A U C U C G C G A U A C A U C

Pro

U G G

Cys

A C A

C U A

Met Cys

Gln Met

5’ 3’

アミノ酸

リボソーム上でmRNAからアミノ酸配列に換えられている（翻訳）

アミノ酸

転写

tRNA

H2N

mRNA A

開始コドン

*真核生物では翻訳の前に、イントロンと呼ばれる 配列の除去（スプライシング）が行われる

1 2 3

CAGTGTATT +5’ 3’ GTCACATAA &5’ 3’

%mRNA

CAGUGUAUU

DNA

mRNA 5’ 3’

Gln&Cys&Ile

CAGTGTATT +5’ 3’ GTCACATAA &5’ 3’

%mRNA

CAGUGUAUU

DNA

mRNA 5’ 3’

Gln&Cys&Ile

GTCAAACGTCCG5’ 3’

Val%&%Lys%&%Arg%&%Pro

CAGTTTGCAGGC 5’ 3’

GUCAAACGUCCG5’ 3’

真核生物におけるスプライシング

TCAATATCGGGGGTAATAATGTTTTTACATTCCCAAGACTTTGCCACAATTGTAAGGTCTACTCCTCTTATTTCTATAGATTTGATTGTGGAAAACGAGTTTGGCGAAATTTTGCTAGGAAAACGAATCAACCGCCCGGCACAGGGCTATTGGTTCGTTCCTGGTGGTAGGGTGTTGAAAGATGAAAAATTGCAGACAGCCTTTGAACGATTGACAGAAATGGGTAAGTTTTATGGTATCTGGCAAGACTTTTCAACGCATTATATAGTTATTTTGAAATTACCGAAGTCACAACAGCTGATAAATGATGACGATGTGCAAACAAATGATGCGATTGGCTTAGATTAATTGCTGTAGTTATGGCCGGTGGTACAGGCAGTCGTCTTTGGCCACTTTCTCGTGAACTATATCCAAAGCAGTTTTTACA

TCAATATCGGGGGTAATAATGTTTTTACATTCCCAAGACTTTGCCACAATTGTAAGGTCTACTCCTCTTATTTCTATAGATTTGATTGTGGAAAACGAGTTTGGCGAAATTTTGCTAGGAAAACGAATCAACCGCCCGGCACAGGGCTATTGGTTCGTTCCTGGTGGTAGGGTGTTGAAAGATGAAAAATTGCAGACAGCCTTTGAACGATTGACAGAAATGGGTAAGTTTTATGGTATCTGGCAAGACTTTTCAACGCATTATATAGTTATTTTGAAATTACCGAAGTCACAACAGCTGATAAATGATGACGATGTGCAAACAAATGATGCGATTGGCTTAGATTAATTGCTGTAGTTATGGCCGGTGGTACAGGCAGTCGTCTTTGGCCACTTTCTCGTGAACTATATCCAAAGCAGTTTTTACA

TCAATATCGGGGGTAATAATGTTTTTACATTCCCAAGACTTTGCCACAATTGTAAGGTCTACTCCTCTTATTTCTATAGATTTGATTGTGGAAAACGAGTTTGGCGAAATTTTGCTAGGAAAACGAATCAACCGCCCGGCACAGGGCTATTGGTTCGTTCCTGGTGGTAGGGTGTTGAAAGATGAAAAATTGCAGACAGCCTTTGAACGATTGACAGAAATGGGTAAGTTTTATGGTATCTGGCAAGACTTTTCAACGCATTATATAGTTATTTTGAAATTACCGAAGTCACAACAGCTGATAAATGATGACGATGTGCAAACAAATGATGCGATTGGCTTAGATTAATTGCTGTAGTTATGGCCGGTGGTACAGGCAGTCGTCTTTGGCCACTTTCTCGTGAACTATATCCAAAGCAGTTTTTACA

TCAATATCGGGGGTAATAATGTTTTTACATTCCCAAGACTTTGCCACAATTGTAAGGTCTACTCCTCTTATTTCTATAGATTTGATTGTGGAAAACGAGTTTGGCGAAATTTTGCTAGGAAAACGAATCAACCGCCCGGCACAGGGCTATTGGTTCGTTCCTGGTGGTAGGGTGTTGAAAGATGAAAAATTGCAGACAGCCTTTGAACGATTGACAGAAATGGGTAAGTTTTATGGTATCTGGCAAGACTTTTCAACGCATTATATAGTTATTTTGAAATTACCGAAGTCACAACAGCTGATAAATGATGACGATGTGCAAACAAATGATGCGATTGGCTTAGATTAATTGCTGTAGTTATGGCCGGTGGTACAGGCAGTCGTCTTTGGCCACTTTCTCGTGAACTATATCCAAAGCAGTTTTTACA

WatsonとCrickがDNAの二重らせん構造を発見

ヒトゲノムを発表

Venterらがインフルエンザ菌の全ゲノムを決定

ヒトゲノムプロジェクトがスタート

MullisがPCR法を発明

Sangerらが塩基配列決定法を開発

ゲノム研究の多様化

分子

DNA mRNA タンパク質

転写 翻訳

tRNA

遺伝子 トランスクリプト （転写産物） タンパク質

個体 トランスクリプトーム （全転写産物）

プロテオーム （全タンパク質）

集団 メタゲノム メタトランスクリプトーム

ゲノム

メタプロテオーム

メタゲノム解析 例えば、

メタゲノム解析：

ゲノムDNAを抽出 DNA断片 ショットガン ライブラリー

クローニング

クローニング ベクター

シーケンシング (配列決定)

1000~2000 bp

ACGTAGCTACGTAGCATCGATCGAT

CCCTGTGGCGTA

ATCATCGTACGA

TCT

TGTGTGTAACACATCGATCGACGCGCC

TAAAAAGCAT

GCATGCTAGC

ATCCAT

ACGTAGCTACGTAGCATCGATCGAT

CCCTGTGGCG

TAATCATCGT

ACGATCT GGCTCGTATACGATATATAAAGCATCGTT

環境中微生物のDNA情報を網羅的に解析 　・培養を介さない 　・微生物DNAをまるごと抽出・まるごと解析

特定領域の増幅

断片化

メタゲノム解析から分かること

ACGTAGCTACGTAGCATCGATCGAT

CCCTGTGGCGTA

ATCATCGTACGA

TCT

TGTGTGTAACACATCGATCGACGCGCC

TAAAAAGCAT

GCATGCTAGC

ATCCAT

ACGTAGCTACGTAGCATCGATCGAT

TGTGTGTAACACATCGATCGA

CGCGCC

GGCTCGTATACGATATATAAAGCATCGTT

機能ベースの解析

有用遺伝子の探索

バイオインフォマティクス

集団ベースの解析

環境の総合的理解

菌種（組成） 菌量（割合）

データベース 代謝系の予測（栄養源）

病原体（細菌・ウイルス）の探索や特定 細菌叢変化のモニタリング

Interna>onal%Nucleo>de%Sequence%Database%Collabora>on%

% GenBank NCBI%%

DDBJ)DNA%Database%Japan

ENA)(European%Nucleo>de%Archive)

EMBL&EBI%%

8. 細菌ゲノムの特徴

%

%

初期に全ゲノムが決定された細菌の一例

ゲノムを構成する染色体とプラスミドの イメージ

DNA上におこる突然変異

欠失

逆位 重複

挿入

DNA上におこる突然変異

TGGCTACGA

TGGTTACGA

組換え

同義変異 （Leu→Leu）

TGGTTACGA

TGGTTTCGA

点突然変異 非同義変異 （Leu→Phe）

形質転換：細胞外部からDNA を導入し、その形質（特徴）を変える

形質転換：細胞外部からDNA を導入し、その形質（特徴）を変える

加熱 病原性に 関わる因子

混ぜる

%%

プラスミドを使った形質転換の一例 T4

%

%DNA

バクテリオファージの生活環

Chromosome Plasmids

Iguchi A. et al. 2009 J. Bacteriol

EPEC E2348/69株の全ゲノム解析