最小ゲノムの内共生細菌 Candidatus Carsonella ruddii — 定義と特徴
最小ゲノムを持つ内共生細菌Candidatus Carsonella ruddiiの定義と特徴、ゲノム縮小の進化的意義やバクトリオームでの役割をわかりやすく解説
Candidatus Carsonella ruddiiは、細胞内共生のガンマプロテオバクテリアである。培養されたことがなく、「Candidatus」という命名が付される未培養細菌で、長期間にわたる宿主との共生により極端に縮小したゲノムを持つことが特徴である。宿主と密接に結びつき、独立した自由生活能をほとんど失っているため、「共生細菌」としてだけでなく、細胞器官化（オルガネラ化）に近い段階にある可能性が示唆されている。
本種は、サイロイドと呼ばれる葉茎の樹液を食べる昆虫の全種に存在する内共生体である。主にキジラミ類（樹液を吸う小型の昆虫）などの宿主のバクテリオーム（特化した細胞群や組織）内に局在し、母から子へ垂直伝播される。栄養的観点では、植物の樹液のみを食べる宿主に対して必須アミノ酸などの補給を行っていると考えられており、宿主の栄養代謝を補完する重要な役割を担っているとされる。
2006年、日本の理化学研究所とアリゾナ大学で、Ca.C.ruddiの1株のゲノムが解読された。C. ruddiの1株のゲノム配列が日本の理化学研究所とアリゾナ大学で決定された。ゲノムは159,662塩基対の円形染色体で、高いコーディング密度（97％）を持ち、重複する遺伝子が多く、遺伝子の長さは短くなっていた。予測される遺伝子の数は182で、これも過去最低であった（NCBI-Genome）。
このゲノム解析から、転写や翻訳の基本機構に関わる遺伝子の一部や、多くの代謝経路を構成する遺伝子が欠落していることが明らかになった。必要な代謝経路の一部は宿主細胞や他の共生細菌と機能的に分担していると考えられ、これらの相互補完がなければ生存できないほどに依存関係が進んでいることが示唆されている。こうした極端なゲノム縮小は、長期の垂直伝播、有限な個体群サイズに伴う遺伝的浮動、及び宿主依存の選択圧によると考えられている。
これに対し、自由生物の中で最も小さなゲノムを持つマイコプラズマ・ジェニタリウムは、521個の遺伝子を持つ。比較することで、C. ruddiiの極端な縮小の程度が際立つ。C. ruddiiの研究は、細菌から宿主依存的な共生体へ、さらには細胞内オルガネラへの移行過程の理解に重要な手がかりを与えており、共生進化、ゲノム縮小、代謝相互依存性といった生物学的課題の研究対象となっている。
質問と回答
Q:Candidatus Carsonella ruddiiとは何ですか?
A: Candidatus Carsonella ruddiiは、葉茎を食べる昆虫であるキジラミの全種に存在する内共生型のガンマプロテオバクテリウムである。
Q: Candidatus Carsonella ruddiiのゲノムの大きさはどのくらいですか?
A: Candidatus Carsonella ruddiiのゲノムは、159,662塩基対の円形染色体で、バクテリアの中で最も小さいものである。
Q: Candidatus Carsonella ruddiiに存在すると予測される遺伝子はいくつですか?
A: Carsonella ruddiiの予測遺伝子数は182個で、過去最少である（NCBI-Genome)。
Q: Candidatus Carsonella ruddiiのゲノムのコード密度はどのくらいですか?
A: Candidatus Carsonella ruddiiのゲノムは97%という高いコーディング密度を有しています。
Q: バクテリオームとは何ですか?
A: バクテリオームとは、Candidatus Carsonella ruddiiの内部で共生している特殊な構造です。
Q: Candidatus Carsonella ruddiiのゲノムに欠けているものは何ですか?
A:Candidatus Carsonella ruddiiのゲノムには、生命維持に必要な多くの遺伝子が欠落しており、オルガネラのような状態になった可能性があると考えられています。
Q: Candidatus Carsonella ruddiiのゲノムは、Mycoplasma genitaliumのゲノムと比較してどうでしょうか?
A: 自由生物で最も小さなゲノムを持つマイコプラズマ・ジェニタリウムのゲノムは521個であり、Candidatus Carsonella ruddiiの予測遺伝子数より大幅に多い。
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