総 説 枯 草 菌(Bacillus subtilis)の 不 完 全 溶 原 フ ァー ジ 吉 I も同 様で あ る.(2) (bacteriocidal)作 用を 示す 粒 子 は バ クテ リオ フ ァー され る.(3) リオ シンは フ ァー ジ と共 通の 受容 体 を 持つ 場合 が あ る. 注 入,自 己増 殖 し溶 菌 させ る感 染性 (4) (virulent)を 示す もの と 感染 力 を持 つ と同 時 に あ る 一定 の 頻度 で 遺伝 子 が細 菌 の遺 伝子 の 中 に組 み込 まれ 類 似 の殺 菌 作用 を示 す.(5) い よ うな粒 子状 で あ る.(6) ァ に組 み込 まれ て い る状 態 を溶 原 高 分 子 バ クテ リオ シ ン バ ク テ リオ シ ン生 成 因 子 を持 つ細 菌 は 同種 のバ クテ リオ シ ンの 殺菌 作 用 を受 けない.こ れ は溶 原菌 が 同 じフ ァー ジ に感染 され ない よ (immunity)こ ぶ のは この よ うな菌 を紫 外 線照射 や マイ トマ イ シ ンC よ うなDNA合 殖能 を 失 っ の あ る もの は形 態 的 に フ ァー ジの尾 や 頭 と区別 で きな 増殖 と同 調的 に増 殖 し溶 菌を 起 こさな い性 質(temp- (MC)の 紫 外 線照 射 に よ り 遺 伝 子 の注 入,増 た いわ ゆ る"フ ァー ジ ゴー ス ト"は バ クテ リオ シ ン と るか,あ る いは細 胞 質 内 に安定 な形 で 留 ま って細 菌 の 性 ま たそ の よ うな状 態 の細 菌を 溶原 菌(Iysogen)と バ クテ リオ シ ンは フ ァー ジ と同様 に細 胞 表 面の 特異 的 な受 容 体 と結 合す る.あ る種 のバ クテ リオ フ ァー ジ には細 菌 に感 染す ると その遺 伝子(DNA erate)を 持つ フ ァー ジに分 類 され る.temperateフ バ ク テ リオ シ ンの生 成 は溶 原性 フ ァー ジの 自己増 殖 を誘 発 す る方 法 と同 じ処理 で 誘発 ジ とバ クテ リオ シ ンに大 別 す る こ とが で き る.バ クテ ー ジが細 菌 のDNA中 寛* E. coliのP1)や 溶 原 菌 に重 複 感染 した フ ァー ジDNA 序 自然 界 に存 在 す る溶 菌(bacteriolytic)ま た は 殺 菌 また はRNA)を 川 とと同 じで ある. この よ うな類 似 点か らバ ク テ リオ シ ン とフ ァー ジ粒 成 阻害 剤 で処 理 す る とフ ァー 子 は生物 学 的 に 同 じ起 源 を 持つ近 縁 の もので あ ると考 ジの 自己増 殖 が誘 発 され 溶菌 が起 こ るか らで あ る. え られ進 化 的 なつ なが りが種 々推 論 され て い る. バ クテ リオ シンは細 菌 が細 胞外 に生 産す る物 質 で 同 種 また は類 縁 の菌 に殺 菌 作用 を 示す.初 めは いわ ゆ る フ ァー ジお よび バ ク テ リオ シ ン粒 子 に加 え て1960年 抗 生 物質 の 一つ と考 え られ たが高 分 子 蛋 白質 で あ る こ 代 に種 々の 細菌 の溶菌 液 中 か ら形 態 的 に フ ァー ジ粒子 と,作 用 範 囲 が限定 され て い る こと,作 用 機構 が フ ァ と全 く同様 の粒 子 が発 見 され た2∼9).こ れ らは 同種 の菌 を ー ジの殺 菌 作用 に に類 似 し抗 生物 質 の 作用 と異 な る こ 殺す 作用 を 示す が 感染 性 は全 くな い点 で フ ァー ジ と異 な り,ま た 殺菌 作 用 は示 す が粒 子 中 に遺 伝 因子 で あ る と,等 か らバ クテ リオ シ ンと総称 され て い る.こ の 中 DNAを には低 分 子 でト リプ シ ン可 溶性 ・耐 熱性 で 電子 顕 微鏡 両 者 の 中間 に位 置 して進 化 的 にバ クテ リオ シ ンと フ ァ ー ジをつ な ぐ もの と考 え る ことが で き る.こ の よ うな で 不 可視 な もの と トリプ シ ン不溶,熱 に弱 く電 子 顕 微 鏡 下で フ ァー ジま たは フ ァー ジ構 成 粒子 状 の物 質 が観 フ ァー ジ様 粒子 は感 染力 が な い こ とと溶 原性 フ ァー ジ 察 され る もの に分 け る ことが で き る1). と同 様 の方 法 で生 成 が誘 発 され る ことか ら不 完 全 溶原 一 見 全 く異 な って見 え る フ ァー ジとバ クテ リオ シ ン は 次の よ うな 多 くの共 通 点 を 持 って い る.(1) フ ァー ジ(defective バク prophage)ま た は殺 菌 粒子(ki- ller particle)と よば れ てい る.こ の よ うな不 完 全 フ ァ テ リオ シンの生 成 を支 配 す る遺 伝子 の 多 くは細胞 質 内 に存 在 す るがtemperateフ 含 ん で い る点 で バ クテ リオ シ ン とも異 な り, ー ジは多 くの細 菌 か ら発 見 されて お り広 く 自然 界 に分 ァー ジの あ る種 の もの( 布 す る もの と考 え られ る.そ れ に もかか わ らず 詳 細 な A defective bacteriophage * Hiroshi YOSHIKAWA (Cancer Reaearch PBSH in Bacillus subtilis: 研 究 が行 な わ れ た もの は極 め て少 な くよ く知 られ て い 金 沢 大学 が ん 研究 所 生 物 物 理 Institute, Kanazawa る もの は大 腸菌 の一種 のE. Univ.) 1 coli 15のcoliphage 15 (246) 生 と枯草 菌 の一 種B. 物 物 理 Vol. 10 No.6 (1970) subtilis 168株 の フ ァー ジPBSX, π お よび μ く らい で あろ う.ま た これ まで の研究 の 多 くは 電子 顕 微鏡 によ る粒 子 の形 態 の 同定 お よび 粒子 に含 まれ るDNAの 物 理 化学 的 測定 が主 な もので 粒 子 の生 成 機 構 に関 す る研 究 は少 な くまた バ ク テ リオ シ ン で 詳細 に行 なわ れ て い るよ うな作用 機 作 に関 す る研 究 は皆 無で あ る. 著者 らは枯 草 菌B. subtilis 168株 を マ イ トマイ シ ン C処 理 した と き生 産 され る不 完全 フ ァー ジ粒子 に つ い て その生 成 機 構 と粒 子 中 に含 ま れ るDNA分 子 の 物理 化学 的 お よび 遺伝 的構 造 を詳 細 に研究 した10∼12).そ の結 果 この粒 子 は完 全 フ ァー ジ とバ クテ リオ シンの 中間 的存 在 と して位 置づ け られ るば か りで な く,溶 原性 フ ァー ジの誘 発 現 象 とは異 な る全 く新 しい機 構 によ り誘 発生 図1. マ イ トマ イ シ ン処 理 に よ る溶 菌 成 され る ことを 見 出 した.こ の よ うな不完 全 フ ァー ジ の 研究 は細 胞 内 に存 在す る溶原 性 因子 また は細 胞 質 内 の独立 遺 伝 子 の形質 発 現 および 自己増 殖 と細 胞 自身 の DNA合 成 との相 関 関係 を 理解 す る上 に極 めて 重要 な 材 料 で あ る と考え られ る.こ の よ うな観 点か ら著者 ら の研 究 を紹 介 しなが ら問題 点 を明 らか に した い と思 う. なおB. る.細 胞 濃 度 が増 加 した り生育 速 度 が遅 い 合成 培地 で subtilis 168株 の不 完 全 フ ァー ジ粒 子 はす で にMarmurら はPBSHの moto13)らによ り報 告 され て い るが著 者 らがPBSHに 産 生 は10∼5%以 下 か ま たは全 く起 こ ら な い. に 発 見 さ れ8),そ の 生 成 機 構 はOka- つ これは この不 完全 フ ァー ジの産 生 に最 も特徴 的な こ い て得 られ た結果 と部 分 的 には よ く一致 して い る.し とで あ り,溶 原性 フ ァー ジの誘 発 現 象 と異 な り細 菌 の た が ってPBSHはMarmurら DNA合 のPBSXと 同一 か あ 成 速 度 に完 全 に依 存 してい る.チ るい は極 め て類 似 した不 完全 フ ァー ジ様粒 子 で あ る と 態,uv照 考 え られ る. 効 率 が悪 くMCの 射,5-ブ ロモ ウ ラ シル 処 理 等 に よ る誘発 は 場 合 の5∼10%以 溶 菌 液を80,000g, II PBSH粒 不 完全 フ ァー ジ粒 子PBSHの 誘発 維状 のflagellaの 他 に数 多 くの 構 造体 が 観察 され る. 紫外 線 照射 や チ ミン要 求菌 を チ ミン欠 乏状 態 で培 養 す 完 全な フ ァー ジ様粒 子(P),フ る と き誘 発 され るが マイ トマイ シ ンC お よび フ ァー ジ頭 様 粒子(HH)が よ り最 も効果 的 に産 生 され る.図1にB. の種 々の 変 異株 とW23株 を4μg/mlのMC処 理に subtilis 168 受性 で あ りW23は ァー ジ尾 様 粒子(T), 存 在 す る.頭 様 粒 子 の あ る もの はflagellaに 結 合 して い るよ うにみ え る 理 によ (H). る溶菌 状 態 を示 した.突 然変 異 株 の 中で は チ ミン要 求 菌 が最 もMC感 下 で あ る. 60分 の遠 心 分離 で 濃縮 した もの を電 子顕 微 鏡 で観 察 す る と図2の よ うで ある.長 い繊 子 の 産生 は溶原 性 フ ァー ジの産生 と同 様 に (MC)処 ミン欠 乏 状 濃縮 した 溶菌 液 を比 重1.30g/ccのCsCl中 で 平衡 沈降 させ る とい くつ か の帯 状 に分 離 され る.各 々の 画 この 濃度 のMCで は 溶菌 され な い.こ の23株 は168株 の近縁 の株 で あ る 分 を 電子 顕 微 鏡 で観 察 し同定 す る こ とがで き る.こ の が,い か な る方 法 で もPBSHを 方法 で 図2で 観 察 され た完 全 フ ァー ジ粒子 は均一 な比 べ るよ うにW23はPBSHの PBSH遺 MC感 産 生 しない.後 に述 殺 菌 作 用 を 受 け るか ら 重(1.375)の フ ァー ジ粒 子 と して 精製 され る(図3A). 伝 子 を 持 って い ない 株 で あ る と考 え られ る. また図2の 尾 と頭 は 比重1.29∼1.32に 濃 縮 され るが形 受 性菌168LTTを 態 的 にみ て 完全 フ ァー ジ粒子 の尾 と頭 の部 分 と全 く同 一 で あ る(図3B) .こ の こと は尾 と頭 の ア ミノ酸組 す な わ ちPBSHの 用 いて もMCに よ る溶菌 産 生 を起 こす条 件 は 極 め て 限 られ て お り生 育 速 度 の速 い非 合成 培地 で対 数期 の 初 期,細 胞 数 が,2×107/ml以 成 の分析 に よ って も裏付 け られて い る. これ らの こ とか らB. subtilis168LTTはMC処 下 の状 態 の みで 有効 に産 生 され 2 理 枯 草 菌(Bacillus 図2. 粗 濃 縮 溶 菌 液 の 電 子 顕 微 鏡 図(negative subtilis)の (247) 不 完 全 フ ァー ジ staining) 図3. A) 図.(2と 精 製 フ ァ ー ジPBSH粒 同 様 のnagative staining) 子 の電 子 顕 微 鏡 B) 精 製 フ ァー ジPBSHの 尾 と 空 の 頭 部 の 電 子 顕 微 鏡 図(図2と のnegative staining)(文 によ って一 種 類 の フ ァー ジ様粒 子を 産生 す るが同 時 に 表1. PBSH粒 献 番 号10よ 同 様 り 引 用.) 子の大きさ 不 完全 な尾 およ び頭 部 の粒 子を フ ァー ジと ほぼ 同量細 胞 内 に蓄積 して い る ことが 明 らかで ある.こ れ らの不 完 全粒 子 は完 全粒 子 が取 り扱 い中 に破 か い され た もの か どうか決 定 的 な証拠 はな いが後 述 す る生 成 機構 か ら 考 えて過 剰 に生 産 され完 成 され て いな い粒 子 で あ る と 考 え られ る. III フ ァー ジPBSH粒 A) 物理 化 学 的性 質 は1.375g/mlで 子 とそ のDNAの CsCl中 のPBSH粒 あ り粒子 中 のDNAの 子の比重 比重 は1.705g /mlで あ る.こ れ らか らフ ァー ジのDNA含 量 比で16.5%と 計 算 され る.表1に 性質 精製 した フ ァー ジ粒子 の 尾 の ア ミノ酸 組 成 は表2に 示 す 通 りで精 製flagellaの 量 は重 示 す粒 子 の大 き さ か らフ ァー ジ粒 子 の容 積 は81×10-18cm3で あ り,比 重 白の起 原 を考 え る上 に興 味 深 い事 実 で あ る. 1.375か ら計 算 す る と粒 子 の分 子 量 は67.5×106 dalton. したが ってDNAの く一 致 す る(表3参 フ ァー ジ粒子 か らフ ェノ ール 法 で 抽 出 精 製 され た DNAは 分 子量 は11.1×106 daltonと 期待 され る.こ れ は実測 値12.35×106 蛋 白 の ア ミノ酸 と極 めて 類 似 の組 成を 示 す こ とが分 か る.こ の こは フ ァー ジ蛋 表3に 示 す よ うな物 理 化学 的性質 を 持 って い る.分 子 量 は0.2M daltonと 比 較 的 よ NaCl中 の沈 降速 度 とCsCl中 zonal沈 降 に よ って 求 め られ たが,い 照). 3 の ず れ の場 合 も極 (248) 生 表2. PBSH 物 物 Vol. 10 No.6 理 (1970) TailとFlagellaの 蛋 白 質 の ア ミノ 酸 組 成 表3. PBSHお よびPBSH DNAの 物理 的諸 性質 図4. PBSH DNAの 電子顕微鏡図 めて 明 瞭 な境 界 を示 し分 子 の均 一性 を 示 して い る.変 性DNAも 同様 に均一 な 分布 を 示 し分 子量 は約1/2であ る.し た が って このDNA分 重鎖DNAで 子 は一 重 鎖 切断 の な い二 あ る.電 子 顕 微鏡 によ る観 察で は 円形構 造 は認 め られ な か った(図4参 これ ま で に発見 され た フ ァー ジはThomasに そ のDNAの B) のB. 照). 生 物 的活 性 い.PBSH粒 よ って 大 きさお よ び形 態 的 に分 類 されて い るが PBSH粒 子 は調 べ られ た 限 り種 々 subtilisに 対 し感染 力 な くplaqueを 子 を生 成 しない 株W23に 作 用 を示 す が,PBSH生 形 成 しな は 吸着 し殺 菌 産菌 には 作用 しない.こ の 分 子 量10×106 dalton前 後 の フ ァー ジは 発見 され てお ことは 溶原 菌 が 同種 フ ァー ジ に対 して 示 す耐 性,ま た らずPBSHお はバ クテ リオ シ ン産 生菌 が 同種 バ クテ リオ シ ンに対 す よ びBacillus licheniformisの 同様 の14) 不 完 全 フ ァー ジ粒子 が そ の空 間を 埋 め る もの と して注 る耐性 と同 じ現 象 の免 疫 性(immunity)に 目 に値 す る. と考 え られ て い たがPBSX生 最 近Mazmurら はPBSH 5'-末端 はdGとdTで DNAの 末 端塩 基 を分 析 し 産菌 はPBSX粒 よ る もの 子を全 く吸着 しない ことがわ か ってお り,免 疫性 以 前 に生 産 あ るこ とを報 告 して い る27). 菌 はPBSXを 4 吸着 す る受 容 体 を 欠 くか変 異 した耐 性 枯 草 菌(Bacillus subtilis)の 菌 で あ る と考 え る方 が適 当で あ ろ う. "killer particle"と して のPBSHの (249) 不完 全 溶 原 フ ァー ジ IV PBSH粒 子 の生 成機 構. 性 質 は まだ全 く A) 研究 され てお らず その 作用 機 作 はバ クテ リオ シ ン,フ 枯 草菌 のDNAと その 複製 機 構.PBSH粒 子 ァー ジ ゴー ス トの作 用 との 比較 にお いて興 味 深 い課 題 の生 成機 構 を説 明 す る前 に それ と密 接 な 関連 の あ る菌 で あ る と思 わ れ る. 体 のDNAと 野 性 型 の菌 か ら得 たPBSH粒 あ るB. 子 をPBSH産 そ の複 製機 構 につ い て簡 単 に述べ た い. 枯 草菌 は通 常2個 の核 を 持 って お り各 々 の 核 当 り の 生株で DNA量 subtilis 168の 種 々 の 栄 養 要求 菌 と適 当な条 は5×10-9μgで あ る.い いか え れば も し染 色 件 下 で 混ぜ ると菌 の多 くの遺 伝 形質 を 野性 型 に転 換 す 体 が一 分 子 のDNAか る こ とがで き る.こ の現 象 は当 初不 完 全 フ ァー ジ粒子 量 は3×109 に よ る形 質導 入(transduction)で る研究 で は少 な くと も1/2以上 の大 き さの分 子 が検 出さ あ ると考 え られ た らで きて い る とす る とそ の分 子 daltonで あ る.オ ー トラジオ グ ラムに よ が,後 に フ ァー ジ粒子 が 細菌 表 面 に全 く吸着 しない こ れ て お り17),生 化 学 的 また は遺 伝 的 に もDNAの とか ら考 え る と真 の形質 導 入 で はな く,粒 子 中 のDN 造 を支 持 す る結果 が報 告 され て い る18)か ら枯草 菌 の染色 Aが 一担 粒子 か ら分 離 したの ち細 胞 の 中 に と りこま れ 体 は一 個 の連 続 したDNA分 る形質 転 換反 応 に よ る もの と考 え られ る.こ れ は 反応 思わ れ る. が菌 の"competence"の またDNA 状 態 に完 全 に依 存 す る こ と, この 巨大DNA分 PBSH 子 はつ ね に一定 の点(複 製 起 点) 複製 終点)で 終了 す る.こ の よ うな複 製 方法 を 逐 次 的 DNAに DNAに 子 で あ ると考 え て よい と か らは じま り一定 の方 向 に順 に複 製 され て一 定 の点( aseに よ り阻止 され る こ とに よ って も裏 付 け られて い る. PBSH 円形 構 よ って 形質 転 換 が 起 こ る こ と は 細 菌のDNAが 示 してい る.temperateフ な って い る と遺 伝 子 の染 色 体上 の位 置 と集団 全 体 の遺 ァー ジは λ のよ うに菌 の特 伝 子 の頻 度 の 間 に一 定 の関係 が 成 立す る.い ま染色 体 殊 な遺 伝子 を フ ァー ジDNA中 cialized transducer)と む もの(generalized 複製 とよぶ19).対 数 増殖 期 の細 胞 集 団が 逐 次 的複 製 を行 含 ま れて い る こ とを の長 さを1と し複 製起 点 を0,終 に取 り込 む もの(Spe- 菌 の遺 伝 子 を 無差 別 に 取 り込 transducer)が知 か らx(0≦x≦1)の G(X)=21-Xで られて い る. 点 を1と す る.起 点 位 置 にあ る遺 伝子Xの 頻度 は あ る.対 数増 殖 期 の菌 集団 か らDNA E. coliの フ ァー ジP1あ るい はB. subtilisの フ ァ ー ジPBS1ら は後 者 の フ ァー ジ に属 す るが これ らは感 を 抽 出 し各 々 の遺伝 子 頻 度を 測定 す る と この 函 数か ら 染性 の フ ァー ジ粒子 と非 感染 性 で形 質 導入 性 を示 す フ 枯 草菌 の染 色体 地 図 は この よ うな方 法 で作 られ た もの ァー ジ に分離 す る ことが で き る15)16). で あ る.複 製 の順 か ら決 定 され た配 列 に は その 後 の研 PBSHは 各 々 の遺 伝子 の染色 体 上 の位 置 が決 定 され る.図5の 究 でPBS 多 くの 形質 を 転 換 す る ことが で き るか ら 1に よる形 質導 入 に よ って 決定 され た配 列 generalized transducerに 相 当す る.そ こでPBSH粒 とよ く一致 す る ことが示 され て い る.起 点 に最 も近 い 子 の中 でPBSH遺 遺 伝子 はadenine-16,終 体DNAを 伝子 を 持つ フ ァー ジ粒子 と 他 の菌 持 つ粒子 をCsCl中 の比 重 の差 で分 離 す る ことを試 み た が粒 子全 体 に つ いて もまたDNAに つい 点 に近 い 遺 伝子 はmethio- nineとisoleucineで あ る.し はade-16とmetの 比 はほ ぼ2に 等 しい. たが って対 数増 殖 期 に て も比 重 は極 めて 均一 で あ り異 な る成 分 に分 け る こと は成 功 しなか った.た だPBSH粒 を示 さない た め も しPBSH粒 子 の 場 合 は 感 染性 子 中極 く小 量 がPBSH 遺 伝子 を 含 む真 の フ ァー ジ粒 子 で あ って も検 出は極 め て 困難 で あ る. さてPBSHは この よ うに菌 体DNAを 無 差別 に と り込 んで い るが 形質 転換 の頻 度 は形 質 に よ り異 な って お り特 に菌 体 染 色体 の複 製 起 点 に近 い遺 伝 子 で あ る 図5. adenine-16の み が異 常 に 高頻 度 に含 まれ る こ とが 明 か に な った.この こ とはPBSH生 成 機構 お よ び菌 体DNA 合 成 との 関係 を解 明 す る上 に重 要 な事 実 で あ るの で項 を改 め て説 明 したい. 5 B, Subtilis 168株 の 遺 伝 子 地 図 (250) 生 物 物 Vol. 10 No.6 理 枯 草 菌 は通 常 の グル コー ス,ア ミノ酸 合成 培 地 で は B) 染色 体 当 り唯一 個 の複 製 点で 合成 され る.と ころが さ PBSH らに生 育速 度 の速 い非 合成 培 地 中で は染 色 体 当 り複製 で い るが,そ 点が3個 以上 で 複製 が 起こ るこ とが 知 られ て いる20). が異 常 に高 頻 度 に含 ま れて い る.MC処 この と きの複 製様 式 は 図6に 示 す ような 多分 岐複 製 遺伝 子 頻 度. (1970) PBSH DNAの DNAは 菌 体染 色 体上 の 多 くの遺伝 形 質 を含 ん 前 述 の よ うに の頻 度 は 図7に 示す よ うにade-16の 集団 のade-16/metは4.7で み 理 直 前 の細 胞 あ った.こ の集 団 は対 数 で あ る.多 分 岐 複製 の染 色体 中 の染 色 体の遺 伝 子頻 度 増殖 期 に あ った か らG(X)=2n(1-X)か はG(X)n=2n(1-X)で 求 め られ る.す なわ ち この条件 で は平 均 して染 色 体 当 表 わ され る21).(こ こでnは 同一 らn=2.23が 染色 体 で 同 時 に起 こ って い る複 製 サイ クル の数 を 表 わ り2.23サ イ クル の 同時 合成 が起 こって い る ことを 示 し す)ま た起 点 と終点 の 遺伝 子 の比(ade-16/met)は2n て い る. で あ る.こ の こ とか ら逆 に対 数増 殖 期 に あ る菌 集 団 の DNAのade-16/metを G(X)=22.23(1-X)か 測定 す る こ とに よ って複 製 中 らす で に染 色 体上 の位 置が 決定 され てい るcysteine-14以 下6個 の遺 伝 子 の頻 度 を求 の染 色 体 の枝 分 か れ の数 すな わ ち複 製 点の 数を 求 め る め る こ とがで きる.こ の計 算 値 と実 測 されたPBSH ことが 可能 で あ る. DNAの 遺 伝子 頻 度を 比 較 す る と 図7に 示 す よ うに ade-16を 除 く他 の遺 伝子 は理論 値 とよ く一致 して い る. この こ とか らade-16を のぞ く他 の遺 伝 子 は無 差別 に 一定 の 割合 で フ ァー ジ粒 子 に と り こまれ る もの と考 え られ る.一 方ade-16は フ ァー ジ粒 子 中 にMC処 理 前 の約5∼10倍 濃 縮 されて お り,こ の変 化 はMC処 理を してか ら溶菌 す る まで の細胞 内のDNAの 存 在状 態 の変 化 に求 め な けれ ばな らない. 図6. 多分 岐複 製 の分 子 モ デ ル 図7. C) 以上 述 べ たよ うに枯草 菌 は逐 次 的 にDNAを 特 定 の起 点 と終点 を 持 って いる.さ MC処 PBSH DNA中 に含 ま れ る遺 伝 子 理 細 菌 に よ るDNA合 の細 菌 集団 を4μg/mlのMCで15分,37℃ 複製 し らに形 質 転換 によ 成 対数 増 殖 期 で処 理 し 濾過 洗 浄 して 再 び新 鮮 な培 地 中 で振盪 す る と約90分 増 り容易 に起 点 と終 点 の遺 伝 子頻 度 を 測定 す る ことが で 殖 後 溶菌 しPBSHを き る.こ れ らの こ とは細 胞 のDNA合 細 胞 内のDNA合 成 機 構 とそ の制 放 出す る.こ の間 種 々の 方 法 で 成 を追 跡 す る こ とが で き る. 処 理後 蛋 白質 およ びRNAの 御 を解 明 す る上 に極 め て有 利 な方 法 で あ る. 6 MC 合 成 は ほ とん ど正 常 に起 枯 草 菌(Bacillus subtilis)の (251) 不 完 全 溶 原 フ ァー ジ こるが 細胞 分 裂 はい ち じる しく阻 害 され,細 菌 は長 い filament状 にな る.一 方 溶 菌直 前 までDNA合 継続 し全量 で150∼200%増 DNAの 約30%はMC処 り70%はMC処 成は 加 す る.フ ァー ジ粒 子 中 の 理 以前 の菌 体DNAか 理 後 に合成 され るDNAが れ る.ま た菌 体DNA全 ら,残 と り こま 体 の約30∼40%がPBSH粒 子 中 に回 収 され て い る.し たが ってade-16の 処 理後 に合成 され るDNAに 増加 は よ る もの と思 わ れ る.こ の点を 明 らか にす るに は処 理 後の 細菌 内DNA合 成を 前 述 の遺 伝子 頻 度 を測 定 す る方 法 で解 析 しな けれ ば な らない.図8, MC添 9,に この よ うな実 験 の結 果 を示 す. 加 後約80分 溶 菌 は起 こ らな いか ら60分 まで は菌 体 内DNAを 抽 出す る こ とがで きる.85分 の 標 品 はす で に溶 菌 が起 こ って い るか ら主 と してPBSH 考 えて よ い.抽 出 したDNAは DNAと 図8. 精製 し形 質 転換 反 応 に MC処 理 細 菌 に よ るDNA合 成:菌 のgrowth, lysisとsampling. よ り種 々遺 伝形 質 の頻 度 を測 定 す る.測 定 値 は各 々 の 遺伝 子 の形 質 転換 率 の差 を 補正 しな けれ ばな らない の で 同時 に胞 子DNAに よ る形 質 転換 を 測定 しそ の遺伝 子 頻度 で補 正 され る.補 正 され た値 をMC処 時 間 に対 してplotと か な よ うにMC処 理後の した のが 図9で あ る.図 で明 ら 理 後ade-16/metの みが 変化 し他 の遺伝 形質 の頻度 は全 く変 化 しな い.ま た フ ァー ジ粒 子 中 のDNAのade-16/metの 値 は 細胞 内DNAの 頻 度変 化 の延 長上 に求 め られ る値 とよ く一致 す る.こ の こ とか らPBSH DNAのade-16の 選 択 的な 増 加 は フ ァー ジ粒 子形 成 の ときに突 然 起 こる もので は な く MC処 理 後細 胞 内 で徐 々 に変 化 した結果 で あ る と考 え られ る. ade-16の 頻 度 を選 択 的 に変 化 させ る原 因 は種 々 の 可 能 性 が あ る.第 一 はMCの 直接 的 作用 に よ って 遺伝 形 質 の形 質転 換能 が 失 活 され る ことが知 られ てい るが 何 らかの 理 由でade-16の 能 性 であ る.MCの みが 失 活 さ れ な い と云 う可 処 理 に よ る形 質 転換 能 の 減少 は全 体 の50%以 下 で あ り,ade-16の 増 加 はMCを 除去 し 図9. MC処 理 細菌 に よるDNA合 成. た後 徐々 に起 こ る ことか ら考 え る と この よ うな可 能性 は少 ない.さ らに この 可能 性 は次 に述 べ る5-ブ ロモ ウ ラシル(5-Bu)を 用 い た実 験 で直 接 的 に否 定す る こと が で き る. ade-16がMC処 他 に塩 基類 を 添加 しな けれ ば な らな い ので この よ うな 理 後新 しく合 成 され た ものか ど う か を調べ るに は新 し く合 成 され たDNAを 元 素 で標 識 し元のDNAか 菌で あ る ことを 利用 して塩 基 添加 合 成 培地 で15分MC 処 理を 行 な い洗 浄 後5-Buを ら分離 す る ことに よ って 可 能 で あ る.比 重 の重 い元 素 と して は,N15, が 使 われ るがPBSHの 同位 元 素 は使 用 で きな い.そ こで この 菌 が チ ミン要 求 重 い比 重 の DNAの H2, C13等 チ ミンを5-Buで 図10に 示 す よ うに5-Buで 生 産 の よ うな場 合 は生 育 速 度 加 え新 らし く合 成 され る 置換 す る ことを試 み た. 置 き換 え る と時 間 的 には 約30分 遅 れ るが 対 照 と同 様 に溶 菌 を起 こ しPBSHを を 早 くす る必要 が あ り合成 培 地 で は ア ミノ酸 混合 物 の 7 (252) 生 放 出す る.し か し合 成培 地 で はDNA合 培地 の1/2以下 で あ りさ らに5-Bu存 物 成量 は非 合 成 値も 在 下で は2倍 に増 加 す る にす ぎない.し たが ってade-16/metの Vol. 10 No.6 理 DNAの70%以 在下 で は対 照 の約 40%に 低 下す る.こ れ に対 応 してade-16/metの 減 少 し対 照 で処 理前 の3倍,Bu存 物 (1960) 上 は新 しく合 成 され たDNAで あ りそ の 内50%は 処 理後 に2回 以 上複 製 され たDNAで あ る. またade-16は85%以 以上 上 複 製 され た 内50%は2度 複 製 され て い るの に反 しその 他の 遺伝 子 は全 て1度 以 値 が5 上 複製 され る こ とはな く特 にleucineよ り終 点 に 近 い 倍 以上 に な る非 合成 培 地 で の合成 様 式 を正 し く反 映 し 遺 伝子 の50%以 上 は未 複 製 の ま まで残 って い る.す な て い る とは い えな いが,少 わ ちMC処 な くと もade-16の 増 加 が 合成 に よ る ものか否 か の 判定 は可 能 で あ る. 理 に よ って約50%の 細 胞 はす で に起 こ っ て い た複 製サ イ クル を完 了 で きな い程 度 に複 製 が 阻害 されて い る に もかか わ らず 複 製起 点 附近 の み は繰 り返 し複製 が 起 こされて い る ことを示 して い る.こ の こと か らade-16の 増 加 は他 の 遺 伝 子 の失 活 に よ る相対 的 増 加 で はな く,MC処 理 後 のDNA合 成 に よ って真 に 増 加 した もので あ る こ とが明 らか で あ る. 図10. 5-ブ lysisとDNA合 5-Bu存 ロ モ ウ ラ シ ル(5-Bu)存 図11 在 下 のgrowth, 成. 在下 の 溶 菌 液 か らPBSHを DNAをCsClの 精製 しその 濃 度 勾配,平 衡沈 降 に よ り分析 す る と図11の よ うな結 果 が得 られ る,す な わ ち,PBSH 8 5-Bu存 在 下 で 生 成 され たPBSH-DNA 枯 草 菌(Bacillus DNA合 成 に よ ってade-16遺 subtilis)の 伝 子 が選 択 的 に増 加 す (253) 不 完全 溶 原 フ ァー ジ (DNA合 成 の阻 害 に よ るinitiationの 誘 発 につ い て は る原因 に は,次 の二 つ の可 能性 が 考 え られ る.第 一 は 文 献番 号20を 参 照 され た い). PBSH遺 これ ら2つ の可 能性 を 区別 す るに は合 成 され るade -16遺 伝 子 の細 胞 内で の 存 在様 式 す なわ ち分 子 の大 き SH遺 伝 子がade-16の 近 くに位 置 して お り,PB- 伝 子 の 自己増 殖 に伴 ってade-16遺 伝 子 も増 加 す ると い う可 能性 で あ る.こ の 場合 はPBSH遺 の合成 とade-16の 複 製 が菌 体DNAの さを測 定 す れ ば よいで あろ う.こ の よ うな実 験 の一 例 伝子 合成 と は独 立 を 図12に 示す.菌 を あ らか じめH3-チ ミジ ンで 標 識 し に起 こる こ とが 観察 され る はず で あ る.第 二 の可 能性 MCで15分 は菌体DNAの 振盪 を続 け る.一 定 時 間 ご とに一 定 量 の培 地 か ら 全 異 常 複製 によ る もの であ る.MC処 に よ り複 製 の継続 は阻 害 され る(おそ ら くMCに 二 重 鎖DNA間 の結 合 に よ る)が,蛋 理 DNAを よる 処 理洗 浄 したの ち32Pを 含 む 新鮮 な 培地 で 抽 出 し蔗糖濃 度勾 配 沈 降法 に よ りMC処 のDNA(H3ラ 白質 の 合成 は正 理前 ベル)と 処 理後 に合 成 され たDNA(32P 常 に進 行す るた め新 しい合 成 サ イ クル が次 々Initiate ラベル)の 分子 量 を 比較 す る.ま た遠 心 分離 され た各 され る.そ の結 果起 点 附近 でMCに 画分 に つ いてade-16の よ る連結 が 起 こ って い な い部分 の み が繰 り返 し複 製 され る と期待 され よ り,ade-16遺 る.こ の場 合 は第 一 の可 能性 と異 な り合成 され るade -16は 菌 体 染 色体 の一 部 と して 合成 され るは ず であ る. 定す る ことが で き る. 図12. MC処 この条 件下 で はMC添 理 後 細胞 内 で合 成 され るDNAの 9 形 質転 換 能 を測 定す る こ とに 伝 子 活性 を もつDNAの 分 子 量. 分 子 量 を決 加 後90分 で 溶菌 は終 了 す るか (254) 生 ら95分 目 の標 品 は フ ァー ジPBSH DNAの で い る.図12に 明 らか な よ うにPBSH 物 物 み を含 ん Vol. 10 No.6 理 自己増 殖 は 認め られ な い.し たが ってMC処 DNAは26S (1970) 理による 遺 伝子 の 発現 機 構 は完 全 溶原 性 フ ァー ジとは異 な る機 に狭 い帯 状 に 沈降 す るが菌 体DNAは30∼50Sに 不均 一 な幅広 い分 布を 示 す.こ の実 験 か ら明 らか な こ とは 構 が予 想 され る.遺 伝 子 の 自己増 殖 無 しに情 報発 現 が 第1に 新 しく合 成 され る32P-DNAは DNAのMCに NAと 全 く同 一 の分 布 を示 す ことで あ りPBSH に相 当す る26S DNAは75分 2に26S DNAの DNAに H3共 理 に よ って起 点 附近 のみ 度 が増 加 し結果 的 に は 自己増 殖 に よ るDNA増 加 と同 様 に抑 制 され て い る形 質 の 発現 が起 こ るの に十 分 の遺 伝 子 量 に達 す る と考 え る ことが で き る. 高 分子 部分 に存 在 し26S この 仮説 を 証 明す るた あに はPBSHの には粒 子 形成 直 前 に そ の一 部分 が移 行 す るの み で あ る. これ らの 事実 か らade-16の 伝子 の遺 伝子 が 繰 り返 し複 製 され るか ら細 胞 内の遺 伝 子 頻 に一 して合 成 され たの 遺伝 子 ま た は その 制御 遺 伝子 の染 色 体 上の 位 置付 けが必 須 で あ る がPBSHは 増 加 は フ ァー ジDNA の 自己増 殖 に よ る もので は な く菌 体DNAの 伝子 ま たはPBSHの遺 に存 在す る とす るとMC処 転 化す る もの と考 え られ る.第3にade-16 活 性 はつ ね に菌 体DNAの しPBSH遺 の発 現 を制 御す る遺伝 子 が菌 体 染色 体 の複 製 起点 附近 変 化す る.す なわ ち26S 度30S以 上 の大 きさの 菌体DNAと よ る異 常 な多 分 岐複 製 に依 存 す る こ と で あ る.も まで全 く現わ れ な い.第 直接 合 成 され る もので な く,32P, ち26Sに DNA 出現 と同時 にH3-DNAと32P-DNA は 同 じ割合 で26S DNAは 起 こる事 実 を説 明す る一 つ の方 法 は,情 報 発 現 が菌 体 元 の菌 体H3-D 感染 性を 持 たず 変異 株 が 得 られ 難 い ため ま だ成 功 した報告 が な い.多 分 岐 複製 の 結 果 と し て 合成 に よ る ことが 明 らかで あ るば か りで な く,フ ァー ジ遺伝 子 PBSHの の 自己増 殖 は実 験 の 精度 内で確 認 で きな い ほ ど,少 量 情報 の 発現 機 構 の一 つ と して多 分 岐複 製 の重 要性 を 考 産生 が 誘 発 され る とす る と抑 制 され た遺 伝 で あ るか また は全 く起 こって いな い こ とが 証 明 され た. え な けれ ばな らない.多 分 岐 複製 はMC処 紫外 線 照射 チ ミン欠 乏,5-Bu処 D) PBSHの 誘 発 と生 成機 構 以 上 に述 べ た よ う 酸処 理等 いず れ もDNA阻 な実験 結 果 を基 に して,不 完全 溶 原性 フ ァー ジPBSH 粒 子 のMCに 理,ナ 理 の他 に ルデ ィキ シン 害剤 で 誘発 され る. これ らの処 理 は ま た同時 に溶 原性 フ ァー ジや バ クテ よ る誘 発 と細 胞 内の 生 成 機 構 を考 えて リオ シ ン生成 を誘 発 す る ことは よ く知 られて い る.溶 み た い.こ の粒 子 の生 成 に特徴 的 な ことは通 常 の溶 原 原性 フ ァー ジ λ の誘 発 に は紫外 線 やMC処 性 フ ァー ジの誘 発 現 象 と異 な りフ ァー ジ遺伝 子 の 自己 まず フ ァー ジDNAの 増 殖 が全 く認 め られ な い こ とで あ る.し か しな が ら一 ッサ ーを 失 活 させ る作 用 を持 つ物 質 が細 胞 内 に生 成 さ 方 で は フ ァー ジ粒 子 を形 成 し溶 菌 に至 る フ ァー ジ遺伝 れ る ことが知 られ て い る25).し か しこの 化学 的本 体 お よ 子 の発 現 が 正 常 に起 こ って い る.人 工 的 な不 完 全溶 原 び そ の生 成 機構 は全 くわ か って い ない.こ れ らの 研究 フ ァー ジはE. coliの λ につ い て多 くの 形 質 の変 異 株 を 用 いて 研究 され フ ァー ジDNA合 に欠 けて い るの は誘 発 後 の菌体DNAの 成 と形 質 発現 の 理により 情 報発 現を 抑 制 して い る リプ レ 合 成 が遺 伝 情 報 発 現 の制 御 にお よぼ す 影響 に関す る研究 で あ る.枯 関係 が 明 らか に され て い る.そ の 結 果誘 発 の初 期 に合 草 菌 のMC処 理 の場 合 の ご と くE. 成 され る酵 素 はDNA合 紫 外 線やMC処 理 によ って 複製 起 点 附近 の多 重 複製 が 成 に無 関 係 に発 現 され るが完 coliの 場合 に も 全 フ ァー ジ粒 子 の形 成 に必 要 な後 期 に発 現 され る酵 素 起 こ るこ とが予 想 され る.そ の結 果 と してPBSHの の合成 は フ ァー ジDNA合 生 成 の よ うな特 殊 な 遺伝 情 報の 発 現 が起 こ り得 る こと 成 に依 存 す る こ とが 報 告 さ れ て い る24).同様 の こ と はcoliフ ァ ー ジT4に ついて は十 分考 え られ る こ とで ある.著 者 らはDNA合 も報 告 され て い る23).ま た あ る種 のバ クテ リ オ シ ン は MCで そ の生 成 が誘 発 され るが,MC処 成阻 害 剤 によ り惹起 され る種 々の現 象 の 初期反 応 は この よ 理 に よ って 細 うな細菌DNAの 合 成 の異 常 化 に よ って 起 こる情 報発 胞 内 の バ ク テ リオ シ ン因子 の数 が 増 加 して い る こ とが 現 に よ る結 果 で は ない か と考 え枯 草 菌の 複 製起 点 附近 報 告 されて いる.こ の よ うに細 胞 内 に共 有 す る フ ァー の遺 伝 子構 造 の研 究 を 進 めて い る. ジ遺 伝子 や バ クテ リオ シ ン因子 の形 質発 現 に は遺 伝子 PBSH生 成 機構 で 第二 の興味 あ る点 は菌体DNA の複 製 が必 然 的 に伴 って い るよ うで あ る.し か し情 報 の粒 子 へ の と り込 み に関 す る問題 で ある.巨 大 な菌体 発 現 の 制御 とDNA合 染色 体 が どの よ うに一 定 の大 きさ のDNA分 成 との 関係 は まだ分 子機 構 と し て 明 らか に され て いな い. さてPBSHの 場 合 は前 述 の よ う にPBSH遺 子 に分解 され るの か はgeneralized transducerに一 般 的 な問題 で あ る.DNA分 伝子の 10 子 の大 き さはT4フ ァー ジの よ うに 枯 草 菌(Bacillus 頭 部粒 子 に包 み込 まれ るDNA量 subtilis)の (255) 不 完全 溶 原 フ ァー ジ に よ って決 定 され る の か あ るい は末端 塩 基 の特 異性 と大 き さの認 識 を かね 備 え た酵素 がPBSH生 成 中 に合成 され るの か 今後 の 問 題で あろ う.こ の場合 に もPBSHは 自己増殖 を 起 こさ ない ため 有利 な 材料 で ある と考 え られ る. V PBSH DNAのade-16遺 伝子 起点 附近 の遺伝 子 構造 あ るいは 起点 附近DNAの 化 学 的構 造 を研 究す る上 に フ ァー ジPBSHのDNAは 極 めて 有 利 な材料 で あ る.そ れ はPBSH 一 に起 点 附近 のade-16を 含 むDNAを DNAが 第 他 の部 分 に比 図13. 変 性PBSH DNAの 再 生. し5倍 以上 選 択的 に 濃縮 して い る こと,第 二 に細 菌 か ら抽 出 され たDNAと DNA分 DNAが 異 な り一定 の 大 き さの均 一 な 子 で あ るか らで あ る.も しade-16を 起 点 のDNAを 含む 同 時 に含 んで い る とす る と こ のDNA分 子 は物 理 化学 的 な諸 性質 で 他 の遺 伝子 を 含 むDNA分 子 と異 な って い る こ とが期 待 され る. この よ うな 期待 か ら遺 伝 子 の比 重,熱 変性 度,酵 素 うに初 めの 数 時間二 次 反応 で起 こ り次 い で一 次 反応 に によ る失 活 な どの 差 を測 定 したが 特 に注 目す べ き差 は 移 行す る.こ れ はす で に詳 し く研究 され て い る よ う26)に 認 め られ ず これ らの方 法 でade-16を 再生 反応 は二 つ の反応 段 階 … 含 むDNA分 子 の みを 単離 す る試 み は成 功 しなか った.と こ ろが一 度 熱 また は アル カ リで変 性 し一 重 鎖 化 したPBSH を 中性 で65℃ に保 温 し元 の 二重 鎖DNAに DNA … か ら成 り立 って い る こ とを示 して い る.す な わ ち 第 一 段階 の反 応 は一 重 鎖DNAが 互 い に相 補 的 な構 造 を 再 生す る速 度 を各 々 の遺 伝子 につ いて 測定 した と ころ,予 想外 に ade-16の み が他 の遺 伝子 とは 全 く異 な る挙 動 を示 す も ったDNAと ことが 明 らか に な った.PBSH 結 合を 作 る反 応 で"核 化 反応(nucleation)"と DNAの 熱変 性 と再 生 熱運 動 に よ って遭 遇 し不 安 定 な部 分 的 よば れ の典 型 的 な実験 結 果 は図13に 示 す.す べ て の遺伝 子 の る.い うまで もな くこれ は二 次反 応 で あ る.第 二 の 反 形質 転換 活 性 は熱 また は アル カ リの作 用 で も との約2 応 は部 分 的 に結合 した二 本 のDNA鎖 %に 減少 す る.残 存 の活 性 は 自然 に作 られ た分 子間 結 水 素結 合 を作 る過 程 で普 通"Zippering"と 合 の ため に変性 され な いDNA分 り反応 は 一次 反 応 で あ る. 子 に よる もの で あ る. さてPBSH (図17参 照)こ れ を65℃ で保 温 し形 質 転 換能 を経 時 的 に測 定す る とade-16以 DNAのade-16の が徐 々 に完 全 な よば れ て お 再 生 反応 のkinetics は図16に 示す よ うに反応 の初 め か ら終 りまで 一次 反 応 外 の形 質 はす べ てmethionine で代 表 され るよ うな速 度 で再 生 す る.反 応 は極 めて 遅 で あ る.こ の こ とは核 化 の反 応 が極 め て早 く起 こ り第 く再 生 され る活性 は最 大 限,元 の20∼25%に 二 のZipperingが み であ る.こ れ に反 しade-16は 達 す るの 律 速 反 応 で あ る ことを 示 して い る. 非 常 に早 く しか も効 核 化反応 が早 くな る原 因 と して まず 分子 内 の結 合 に 率 よ く時 には100%以 上 再生 す る.見 掛 け上 活 性 が100 よ って二 重鎖 の完全 分 離 が起 こ らない ことが 考 え られ %を 超 えて い るの は他 の遺 伝子 が 失 活 され る た め に る.こ ade-16の 比 活性 が増 加 す る ため で飽 和量 以 上 のDNA リ変性 し,ア ル カ リ性蔗 糖 濃度 勾配 中で 沈降 させ る. この特 殊 な性質 はPBSH DNAを (図17)各 々 の画分 を 変 性 した ままade-16の を用 い た と きのみ 認 め られ る. adenine-16の の可 能性 を 調 べ る ためPBSH DNAに 換 能 を測 定 す る と活性 は もとの約2%で つ アル カ 形 質転 あ る が二 つ の いて の み認 め られ る もの で菌 体 か ら抽 出 したDNAで peakに は図14に 示 す よ うに他 の 形質 と同様 の反応 速 度 で約20 なわ ち大 部 分 の一 重 鎖DNAの1.4倍 ∼25%再 生 され る. ちdimerに 相 当す る部 分 で あ る.こ れ は 自然 に存 在 す 菌 体DNAの 再 生 反応 のkineticsは 分か れ る.重 い方 のpeakはO.D. る分 子 内結 合 を持 つ 分子 で あ る. 図15に 示 す よ 11 peakす の沈 降恒 数を 持 (256) 生 物 物 Vol. 10 No.6 理 示 して お り,ade-16遺 (1970) 伝 子を 含 むDNA分 子が 二 重鎖 の 間 に結 合 が存 在す る可 能性 は 否 定 され た. 第 二 の可 能 性 と して考 え られ るの は分 子 内 に核 化 を促 進 す る よ うな構 造 が存 在 す る こ と で あ る.そ の よ うな 構造 の 一 つ と して簡 単 な 塩 基 配 列 の繰 り返 され た構 造 な どが最 も考 え 易 い.こ の よ うにade-16を のDNA分 図14. 変 性 細 菌DNAの 再生 含 むDNAは 他 子 とは異 な る構 造を 持 つ こ とが再 生 の一 次反 応 か ら推 定 す る ことが で き るが, さ らにade-16の はade-16を み が100%再 含むDNAが 生 され る事実 全 く均 一な 分 子 で あ る こ とを 示 して い る.普 通菌 体DNAを 抽 出す る とDNA分 子 は 無差 別 に分 解 され るか ら分 子 の 一部 に同 じade-16遺 伝子 を 含ん で いて も全 体 と して は全 く不 均一 な集 団 で あ るはず で ある. この よ うな 不均 一 な 分子 を変 性 し再 生 す る と完 全 な も との二 重鎖DNAに DNAで もど らず両 端 が 部 分 的 に一重 あ る よ うな分 子 と して再 生 され る こ とが 多 い. この よ うな分 子 の形 質 転換 活性 は完 全二 重 鎖DNAよ り低 い ため平 均 して20∼30%の 再 生 率 しか 得 られ な い. したが ってPBSH 図15. 細 菌DNAの 再 生kinetics 次 に各 画 分 を 中和 し65℃で 再生 した の ちade-16の 形 質転 換 活 性 を測 定 す る と 活 性 のpeakは D.のpeakと 含 むDNAは 図16. 一つ でO. 完 全 に一 致 す る.こ の実 験 はade-16を 約2%の DNAのade-16が100%再 分子 間 結合 を 示す 分 子 を除 き大 部 分 は アル カ リで完 全 に変 性 され る分子 で あ る こ とを 12 フ ァ ー ジPBSH DNAの 再 成kinetics 生 され 枯 草 菌(Bacillus subtilis)の (257) 不 完全 溶原 フ ァー ジ な 関 係 が あ る と思 わ れ る も の,第 二 はcoli phage 15 の よ うな通常 の溶 原性 フ ァー ジ と近 縁 の もので あ る. 普 通 不完 全 フ ァー ジを 完 全 フ ァー ジ との比 較 で 考 え る と き,不 完 全 フ ァー ジ は完全 フ ァー ジが退 化 して 出来 た もの と考 え られ て い る.そ はP1やPBS1の の考 え に 従 う とPBSH よ うなgeneralized transducerが 自己増 殖 能 を失 い 粒子 の 構成 成 分 を合 成 す る遺 伝子 と 宿 主DNAを 菌 体DNA中 分 解す る能力 を 支配 す る遺 伝 子 の みが に組 み込 まれて 残 って い る もの で あ り, coli phage 15は λの よ うな 溶 原性 フ ァー ジが 感染 機 構 に欠 損 が生 じた もので あ る. この よ うな退 化説 は現 存 の フ ァー ジを中 心 に 置 いた 考 え方 で あ る.バ クテ リオ シ ンの起 源 につ い て も古 く 図17. PBSH DNAの ア ル カ リ性蔗 糖 液 中 の沈 降. か ら退 化説 と進 化説 が あ ったが,現 在 で はか な り便 宜 的 に フ ァー ジ形 態 に近 い構 造 体 を持 った高 分 子バ クテ リオ シ ンは フ ァー ジ の退 化物 で あ り,低 分 子 蛋 白質 を 生 産 す る もの はF因 子 のよ うな エ ピゾー ム の進 化 した もの で あ る と考 え られ て い る1). る事 実 はade-16遺 伝 子 を含 むDNAは 子 で あ る ことを 強 く示 唆 して い る.著 のade-16を 含 むDNAの 全 く均 一 な分 エ ピゾー ム,バ クテ リオ シ ン因子 不 完全 フ ァー ジ, 溶 原性 フ ァー ジ,感 染 性 フ ァー ジ,は遺 伝 子 的 に も発 者 らはPBSH 現 され る形質 の 内容 で も極あ て近 縁 の もので あ り,こ この よ うな 特殊 性 は この分 子 が複 製 起点 か らフ ァー ジ粒 子 に よ って一 定 の大 きさ れ らの生 物分 子 間 の相 互 関係 を 正 し く認識 す るに はそ に切 断 され てで きた分 子 で あ るため で あ ろ うと考 え て れ らの 内の どれ か を 中心 に考 え るので は な く物 質 進化 い る. の立場 か ら全 体 を把 握 し位 置 づ け な けれ ばな らな い. その よ うな試 み の 中か らフ ァー ジ の起 源や 進 化 の問 題 VI 総 括 が 正 し く理 解 され る よ うに思 う.最 近 の不 完 全 フ ァー 子 は 感染 性 がな い"killer particle"で あ る ジの 発見 とその 研究 は,バ クテ リオ シ ンと完 全 フ ァー とい う こ とか ら不 完 全 溶原 性 フ ァー ジと よばれ て い る ジの 間隙 を うめ て この方 向へ の 研究 を 促進 す る重要 な の で あ るが,生 成 機 構 を詳 細 に調 べ る と フ ァー ジ遺 伝 課 題 で あ る と考 え られ る. PBSH粒 子 の 自 己増 殖 が全 く起 こって い ない ことが わか った. したが ってPBSHは この よ うな見地 か らPBSHを こ とはPBSH遺 自己復製 の能 力を 持 た ない とい 考 え た とき,重 要 な 伝 子 の構 造 とそ の発 現機 構 で あ る. う意味 で不 完 全溶 原性 フ ァー ジ とい うこ とがで き る. 現 在 の と ころ遺 伝子 構 造 は全 くわか ってい な い が個 々 最近 多 くの不 完全 フ ァー ジ粒子 が 発見 され て い るが不 の形 質 に対 す る遺 伝 因 子 が明 らか に されれ ば 遺伝 子 構 完全 さの 内容 は極 め て多 様 で あ る と思 わ れ る.た とえ 造 を確 立 し,こ れ が フ ァー ジ レプ リコ ンの退 化 で あ る ばColi phage か あ るい は全 く異 った進 化の 過程 に あ る ものか 判 断す DNAと 比 重 の異 な る フ ァー ジに 固有 のDNAを 15はPBSH粒 子 とは全 く異 な り宿 主 粒子 る ことが で きよ う.ま た発現 機 構 はす で に述 べ た よ う 中 に含 んで い る.し たが って この 場合 フ ァー ジ固有 の に菌体DNAの DNA分 子 の 自己増殖 が 当然起 こ って いる もの と考 え や エ ピゾー ムの形 質 発 現 と異 な って お り,こ の 機 構の られ る.こ の よ うな フ ァー ジ の場 合 は おそ ら くフ ァー 詳細 な理 解 は この不 完 全 フ ァー ジを進 化 的 に正 く位 置 ジ感 染機 構,た とえ ばDNAの ず け る こ とを可 能 にす るた め に重要 な 課題 で あ る と考 細胞 内へ の注 入 機 構等 に欠 損 が生 じて い る もの と思 わ れ る. え られ る. 不完 全 フ ァー ジの起 源 に つ いて は種 々 考え られ るが 大別す る と次 の2種 類 が あ る よ うで あ る.第 一 はPB SHで 代表 され る型 でgeneralized transducerと 密 接 13 異常 合 成 に依 存 してい る点 で フ ァー ジ (258) 生 文 1) 4) 5) 6) 7) 8) 9) 10) 11) 12) 13) 物 献 14) 15) 16) 17) フ ァ ー ジ お よ び バ ク テ リ オ シ ン の 総 説 はD .E. Bradley: Bacteriol, 2) 3) 物 Review, 31, 230 (1967)が す ぐれ て い る D.E. Bradley: J. Gen. Microbiol., 41, 233 (1965) D.E. Bradley, C.A. Dewar: J. Gen. Microbiol., 45, 399 (1966) E. Hideya, A. Ayabe, K. Amako, K. Takeya: Virology, 25, 469 (1964) E.W. Frampton, B.R. Brinkley: J. Bacteriol ., 90, 446 (1965) A.S. Tikhonenko, I.A. Bespalova: Intern . Congr. Electron Microscopy 6th., Kyoto. p141 , (1966) D.J. Stickler, R.G. Tucker, D. Kay: Virology, 26, 142 (1965) E. Seaman, E. Tarmy, J. Marmur: Biochemistry, 3 , 607 (1964) H. Ionesco, A. Ryter, P. Schaeffer: Ann. Inst. Pasteur, 107, 764 (1964) M. Haas, H. Yoshikawa: J. Virology, 3, 233 (1969) M. Haas, H. Yoshikawa: J. Virology, 3, 248 (1969) M. Haas, H. Yoshikawa: J. Virology, 4, 844 (1969) K. Okamoto, J.A. Mudd, J. Mangan, W.M. Huang, T.V. Subbiah, J. Marmur: J. Mol. Biol., 34, 413 (1968) 理 Vol. 10 No.6 (1970) W.M. Huang, J. Marmur: J. Virology, 5, 237 (1970) H. Ikeda, I. Tomizawa: J. Mol. Biol., 14, 85 (1965) H. Yamagishi, I. 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