著者の所属・活動拠点の国は、デンマーク、アイルランドです。

掲載誌：Microbial Genomics

ライセンス: CC BY　対象: 公開論文　確認元: OpenAlex

研究の目的

ラクトコッカス・ラクティスやラクトコッカス・クレモリスは、チーズなどの乳製品づくりに使われる乳酸菌です。乳発酵に使う菌の集団には、これらより少ない割合ながらシュードラクトコッカス属の菌も含まれることが報告されています。近年は昆虫、植物、動物、乳製品など様々な環境から新しい種が見つかり、ゲノムの比較から一部の種がシュードラクトコッカス属へ移されました。現在この仲間は、ラクトコッカス属15種とシュードラクトコッカス属11種で構成されています。

細菌に感染するウイルスであるファージは、菌の表面にある多糖を目印（受容体）にして取り付きます。乳製品由来のラクトコッカスでは、細胞壁多糖を作る遺伝子群が多様化しており、発酵環境で続くファージの圧力がその一因と考えられてきました。一方、乳製品以外の種で同じような多様性があるのか、またファージの痕跡がどの程度あるのかはよく分かっていませんでした。研究チームは、この仲間のすべての種を対象に、ファージの受容体となりうる表面多糖の遺伝子群と、ファージに関わるゲノム上の特徴を一通り見渡すことを目指しました。

何を、どのように調べたか

研究チームはまず、公開データベースから14種のラクトコッカス属と11種のシュードラクトコッカス属の代表ゲノムを取得しました。ゲノムデータが無かった1種は対象外です。続いて、2025年10月時点で入手できた全495株のゲノムを調べました。このうち238株は完全に読み終えたゲノム、257株は部分的につないだ段階のゲノムでした。

調べた対象は主に四つです。細胞壁に組み込まれた多糖（細胞壁多糖）を作る遺伝子群、菌の外側に分泌される多糖（菌体外多糖）を作る遺伝子群、ファージへの防御システム、そしてファージに関わる遺伝要素です。多糖の遺伝子群は、目印となる遺伝子を手がかりに位置と範囲を特定し、株や種の間で中身を比べました。防御システムは全データで予測しました。一方、プロファージ（菌の染色体に組み込まれて潜んでいるファージのゲノム）、ファージに依存して広がる遺伝要素であるファージサテライト、CRISPR-Casシステムは、完全ゲノム238株で予測しました。CRISPR-Casは、過去に侵入したDNAの断片（スペーサー）を記録して同じ相手を攻撃する、細菌の免疫のような仕組みです。研究チームは、各スペーサーが一致する相手を、調べた238株のゲノムと、466種類のラクトコッカスのファージのゲノムを集めたデータベースで探しました。

主な報告結果

細胞壁多糖の遺伝子群は、調べた25種すべてに1か所ずつ見つかりました。大きさはラクトコッカス属で約26〜34キロ塩基対、シュードラクトコッカス属で16〜30キロ塩基対です。遺伝子の並び方やゲノム上の位置は、どの種でも似ていました。495株のうち469株で、欠けのない遺伝子群が確認されました。多糖の土台部分を作る領域を比べると、三つの大きなグループに分かれました。第一は乳製品由来の種を中心とする108株、第二はラクトコッカス属だけからなる134株、第三は両属にまたがる227株です。シュードラクトコッカス属の配列は、1種を除いてひとまとまりのグループを作っていました。

菌体外多糖の遺伝子群は株によって有無が異なりました。見つかった186か所のうち、欠けのないものは126か所で、14種の株に分布していました。中身は非常に多様で、102の異なるグループに分かれ、最も大きなグループでも4例しか含まれていませんでした。異なる種どうしで同じ遺伝子群を共有する例は4件だけでした。完全ゲノムで遺伝子群の位置を調べると、ラクティスとクレモリスの54か所では31か所が染色体上、23か所がプラスミド（染色体とは別の小さなDNA）上にありました。シュードラクトコッカス属と乳製品以外のラクトコッカス属の31か所では、30か所が染色体上にありました。多くの遺伝子群は、DNAの切り貼りに関わる遺伝子に挟まれていました。研究チームは、これらが他の菌から遺伝子を受け取る仕組み（水平伝播）によって獲得された可能性を示しています。

プロファージは、完全ゲノムが得られたほとんどの種で見つかりました。系統を比べると、シュードラクトコッカス属由来のプロファージは五つのグループに分かれ、ラクトコッカス属由来のものと入り混じっていました。種ごとにはっきり分かれるわけではありませんでした。

CRISPRの配列は238株中12株に計16か所しか見つかりませんでした。機能に必要な遺伝子がそろったシステムは10株にあり、主にシュードラクトコッカス属の株と、乳製品以外に由来するラクトコッカス属2種に見られました。スペーサーの一致先は、主にプロファージでした。乳発酵に使う同じ菌の集団から分離されたシュードラクトコッカス属の株のうち、プロファージを持たない2株のスペーサーは、同じ集団の他の5株にあるプロファージと一致しました。研究チームはこれを、CRISPRがそのファージの組み込みを積極的に防いでいることと矛盾しない結果としています。ファージのデータベースと一致したスペーサーは26個にとどまり、そのうち20個はシュードラクトコッカス属に由来していました。さらにその中の17個は、乳製品由来のラクティスやクレモリスを宿主として分離されたファージ179種類と一致しました。研究チームは、ファージの宿主の範囲がこれまでの想定より属の境界を越えて広い可能性を挙げつつ、実験による確認が必要だとしています。

この報告が示すこと

研究チームは、細胞壁多糖がこの仲間全体にとって欠かせない構造であると結論づけています。一方、菌体外多糖は、一部の種が生息環境に合わせて獲得した特徴である可能性があるとしています。また、両属の様々な種のプロファージが系統的に重なっていることは、共通の起源や、似たファージと菌の関係を反映している可能性があると述べています。研究チームはさらに、今回の比較の枠組みが、魚の病気の原因となるラクトコッカスに対するファージ利用の研究で、代表的な株を選ぶ助けになりうるとも述べています。

限界として、研究チームはデータがラクティスとクレモリスに大きく偏っていることを挙げています。多くのシュードラクトコッカス属の種はゲノムの数が少なく、菌体外多糖の遺伝子群の位置などの傾向が全体像を表していない可能性があります。乳製品由来の近縁株が多く含まれることも、結果の傾向に影響しうるとしています。欠けて見える遺伝子群が、データの不完全さによるものか、祖先の名残なのかも現時点では判断できないとしています。プロファージの多様性の全体像を知るには、さらにゲノムデータが必要だとも述べています。

原著論文の著者・所属：Axel Soto-Serrano（Section for Food Microbiology, Gut Health and Fermentation, Department of Food Science, University of Copenhagen, Rolighedsvej 26, 1958 Frederiksberg C, Denmark）、Jose Augusto Gonzales Castillo（School of Microbiology & APC Microbiome Ireland, University College Cork, Western Road, Cork T12 YT20, Ireland）、Douwe van Sinderen（School of Microbiology & APC Microbiome Ireland, University College Cork, Western Road, Cork T12 YT20, Ireland）、Lukasz Krych（Section for Food Microbiology, Gut Health and Fermentation, Department of Food Science, University of Copenhagen, Rolighedsvej 26, 1958 Frederiksberg C, Denmark）、Paulina Deptula（Section for Food Microbiology, Gut Health and Fermentation, Department of Food Science, University of Copenhagen, Rolighedsvej 26, 1958 Frederiksberg C, Denmark）、Jennifer Mahony（School of Microbiology & APC Microbiome Ireland, University College Cork, Western Road, Cork T12 YT20, Ireland; Section for Food Microbiology, Gut Health and Fermentation, Department of Food Science, University of Copenhagen, Rolighedsvej 26, 1958 Frederiksberg C, Denmark）

※本記事は原著論文をもとに、日本語で要約・説明を加えた研究紹介です。 出典（原著論文）：Axel Soto-Serrano, Jose Augusto Gonzales Castillo, Douwe van Sinderen, et al. Members of the Lactococcus–Pseudolactococcus clade exhibit extensive genomic diversity in features associated with phage–host co-adaptation. Microbial Genomics（出版社：Microbiology Society） 2026-10-12. DOI: 10.1099/mgen.0.001863. 原著ライセンス：CC BY.