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細菌のプラスミドのグローバルマップで明らかになった細菌の水平遺伝子導入の経路
Pathways for horizontal gene transfer in bacteria revealed by a global map of their plasmids.
PMID: 32681114 DOI: 10.1038/s41467-020-17278-2.
抄録
プラスミドは、細菌集団間での抗生物質耐性、病原性遺伝子、およびその他の適応因子の水平的な遺伝子移入を媒介することができる。ここでは、原核生物プラスミドームのグローバルマップを得るために、10,000以上の参照プラスミドのゲノム構成とペアワイズ配列の同一性を解析している。このマップに含まれるプラスミドは、そのメンバー間の平均ヌクレオチド同一性が高い、我々がプラスミド分類単位(PTU)と呼ぶ離散的なクラスタに編成されている。そのうち28個のPTUは、これまでに報告された原型に対応するものである。さらに、PTU同定のための自動化アルゴリズムを開発し、確率的ブロックモデリングを用いてその性能を検証した。その結果、細菌領域には276個のPTUが存在することが明らかになった。各PTUは特徴的な宿主分布を示しており、単一の宿主種に限定されたプラスミド（グレードI）から異なる系統の種をコロニー化できるプラスミド（グレードVI）まで、6段階のグレード（I-VI）に分類されている。グローバルマップのプラスミドの60％以上は、種の壁を越えた宿主範囲を持つグループに存在しています。
Plasmids can mediate horizontal gene transfer of antibiotic resistance, virulence genes, and other adaptive factors across bacterial populations. Here, we analyze genomic composition and pairwise sequence identity for over 10,000 reference plasmids to obtain a global map of the prokaryotic plasmidome. Plasmids in this map organize into discrete clusters, which we call plasmid taxonomic units (PTUs), with high average nucleotide identity between its members. We identify 83 PTUs in the order Enterobacterales, 28 of them corresponding to previously described archetypes. Furthermore, we develop an automated algorithm for PTU identification, and validate its performance using stochastic blockmodeling. The algorithm reveals a total of 276 PTUs in the bacterial domain. Each PTU exhibits a characteristic host distribution, organized into a six-grade scale (I-VI), ranging from plasmids restricted to a single host species (grade I) to plasmids able to colonize species from different phyla (grade VI). More than 60% of the plasmids in the global map are in groups with host ranges beyond the species barrier.