生物工学会誌第94巻 第1号

大腸菌の菌株の特徴を知ろう
林
大腸菌は，遺伝子工学において，もっとも広く利用さ

勇樹（4）連続した複数の遺伝子が欠失している場合，欠れている生物種の一つである．遺伝子工学に使用する大失（deletion）を表す ǻ

腸菌にはいろんな菌株（strain）が存在し，それぞれがいる領域の最初の遺伝子と最後の遺伝子を， - （ハイさまざまな特徴を有している．大腸菌を扱う実験では，

フン）で結ぶ．

の後の（）内に，欠失して大腸菌株の特徴を理解し，実験に適した株を使用する事（例）ǻ(lac-proAB)：lac オペロンから proAB 遺伝子で実験をスムースに遂行することができる．大腸菌株のまでの領域を欠失している．

特徴は，各株の遺伝子型（genotype）を見ればおおむね（5）溶原性ファージやプラスミドの有無を強調して把握することができる．そこで，本稿では，大腸菌の遺記述する．

伝子型について概説した後，大腸菌を使う実験に適した（例）F'：F 因子（F プラスミド）を有する．

大腸菌の菌株の特徴は，その株が有する遺伝子により

F–：F 因子を持たない．
Ȝ–：溶原性 Ȝ ファージを有していない．
e14–：mcrA 遺伝子をコードしたプロファージ
McrA– を表している．
様 DNA を有しておらず，決定される．大腸菌株の特徴を表すために，その株が有（6）例外的に表現型を表す場合，括弧内に表記し，最するすべての遺伝子を記述する訳にはいかない．そこで，初の文字を大文字にし，その表現型の有無を，+，–，r

大腸菌株の特徴を表す遺伝子型は，以下の基本的なルー（resistant：抵抗性），s（sensitive：感受性）を右肩に併ルに沿って記述する 1–3)．

記する．

代表的な株について紹介したい．
大腸菌株の特徴を表すために（1）遺伝子は機能を示す 3 文字の小文字と 4 文字目の（例）
（Lac–）：ラクトースのみを炭素源として生育

大文字で命名され，斜体で表記する．

することはできない．
（Ampr）：抗生物質アンピシリン耐性を表している．

（例）lacZ：ȕ-D- ガラクトシダーゼ遺伝子
その遺伝子産物（タンパク質・酵素）は最初の文字を大文字に表し，斜体ではなく標準体で表記する．
（例）LacZ：ȕ-D- ガラクトシダーゼ（7）遺伝子の置換は， ::で表される． ::の前に置換され欠損した遺伝子名を，後に置換した遺伝子を記述する．

遺伝子がオペロン・クラスターを構成している場合に（例）gor522::Tn10：gor522 遺伝子がテトラサイク

は，機能を示す 3 文字の小文字の後に 4 文字目の大文字

リン耐性遺伝子をコードするトランスポゾン

を続けて表記することができる．

（Tn10）の挿入により置換され，遺伝子破壊された（例）lacZ-lacY-lacA → lacZYAことを表している．

（2）機能が欠損した遺伝子を記述する．ただし，機能が正常である，もしくは欠損していることを強調した

クローニングによく使われる大腸菌

いときは，遺伝子名の右肩にそれぞれ +，もしくは – と遺伝子クローニングや外来遺伝子の高発現などに使用表記する．記述のない遺伝子については，機能が正常でするベクタープラスミドの調製を行う際に以下の大腸菌あるか不明である．

株がよく利用されている（表 1）3–6,8,10)．その多くは K12
+

–

+

–

（3）制限系（r：restriction）の有無を，r ，r と表す．

株に由来する．

メチル化系（m：methylation）の有無を，m ，m と表す．
（例）hsdR2 (rK–, mK+)：hsdR2 遺伝子を欠損しており，EcoK 制限系は機能せず，メチル化していない

DNA を制限しないが，自身が有する DNA はメチル化される．
著者紹介

東京大学大学院総合文化研究科広域科学専攻（助教） E-mail: hayashi@bio.c.u-tokyo.ac.jp

2016年 第1号

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表 1．クローニングによく使われる大腸菌の遺伝子型
菌株名

JM109

DH5ĮTM

遺伝子型++

F'[traD36 proA B lacIq lacZǻM15] / ǻ(lacproAB) glnV44 e14– gyrA96 recA1 relA1 endA1
thi-1 hsdR17(rK–, mK+)F– ‫׋‬ODF=ǻM15 ǻ(lacZYA-argF) U169 recA1
endA1 hsdR17(rK–, mK+) phoA glnV44 Ȝ– thi-1
gyrA96 relA1

DH10BTMF– mcrA ǻ(mrr-hsdRMS-mcrBC) ‫׋‬ODF=ǻM15ǻlacX74 recA1 endA1 araD139 ǻ(ara, leu)7697
galU galK Ȝ– rpsL nupG

XL-1 BlueF' [proA+B+ lacIqZǻ0 Tn10 (Tetr)] recA1 endA1
gyrA96 thi-1 hsdR17(rK–, mK+) supE44 relA1 lac

ター DNA で大腸菌を形質転換する場合，mcrA（e14–でも可），mcrB，mcrC のいずれか，あるいは，mrr の遺伝子型であることが望ましい．
（b）相同的組換えの抑制

大腸菌は，相同的組換え能を有しており，大腸菌に導入したプラスミド DNAに染色体 DNA と相同的な塩基配列があると，染色体DNA と組換えを起こし，その結果，導入したプラスミ
ド上の遺伝子の欠失や置換，あるいはプラスミド DNA
自身の脱落が生じてしまう場合がある．また，プラスミ
ド同士で組換えを起こす場合もある．しかし，上記 4 種の菌株に共通する遺伝子型 recA1 は，相同的組換えに関わる遺伝子の一部を欠損しているため，組換えの頻度はでは，なぜこれらの菌株が一般的に用いられているの低い．そのため，この株に導入したプラスミド DNA はであろうか．構築したベクター DNA（プラスミド，バ

欠失，置換や脱落を起こすことなく，安定的に複製・保クテリオファージ）を大腸菌で調製するためには，（a）持される．

制限系の回避：構築したベクター DNA で大腸菌を形質（c）DNA 分解酵素からの保護

転換し，（b）相同的組換えの抑制：組換えによる塩基欠を精製する場合，大腸菌を増殖させ，最終的に集菌・破プラスミド DNA失や置換を起こすことなく，大腸菌内でベクター DNA

砕する．このとき，大腸菌がもつ DNA 分解酵素によりが複製され，最終的に，（c）DNA 分解酵素からの保護：

プラスミドが分解されてしまう危険性がある．たとえば大腸菌破砕液からベクター DNA をできるだけ無傷で精菌コロニーを選択しなければならない．しかし，寒天培

DNA 分解酵素の一つである非特異的エンドヌクレアー
ゼ I を有する EndA+ 株から調製したプラスミド DNA は，
その精製過程において EndA の作用により，非特異的な切断を受ける可能性がある．しかし，上記 4 種の菌株には共通して遺伝子型 endA が見られる（EndA の機能欠

地上に生育したコロニーの様子から，外来 DNA が挿入損）．そのため，これらの菌株を用いることで，非特異されたプラスミドを有するコロニーか否かを判断するこ的損傷を抑えた，高品質なプラスミド DNA の調製が期とができない．そこで，（d）陽性クローンの選択：ȕ-D-

待できる．

ガラクトシダーゼを利用した青白選抜がよく使われる．

（d）陽性クローンの選択

以下，詳しく説明していこう．

外来 DNA とベクター DNA の結合産物で大腸菌を形質（a）制限系の回避

製する必要がある．実験現場では，構築したベクター

DNA で形質転換して得られた大腸菌のコロニー集団から，外来 DNA が組み込まれたプラスミドを有する大腸

クローニング実験では，多くの微生物は，バクテリオ

転換あるいは形質導入し，得られたコロニーを培養する．

ファージなどの侵入を防ぐ機構を持っている．自己と非

この際，外来 DNA がプラスミドに挿入されたかどうか

自己の DNA を区別するために，自己 DNA のメチル化はどのようにして判断できるのだろうか．一連の実験操をしている．大腸菌ではメチル化していない DNA を外作の中で，できるだけ早い段階で外来 DNA がベクター

来 DNA と判断し，制限酵素が分解する（EcoK 制限系）．

DNA に挿入されたかどうか判断することができれば，通常の PCR 産物を連結したプラスミド DNA はメチル化実験を迅速に進めることが可能である．そこで利用されされておらず，大腸菌に入ると，外来 DNA として認識るのが，ȕ-D- ガラクトシダーゼの活性消失を指標とする

され分解される場合がある．しかし，上記 4 種の菌株に外来 DNA 挿入の判別（青白選別）である 7–9)．ȕ-D- ガラ

は，共通して遺伝子型 hsdR が見られる．hsdR は，EcoK

クトシダーゼの基質である青色色素 X-gal（5-bromo-4-

制限系を構成する遺伝子の一部を欠損しており，メチル化していない DNA を制限して分解することができない．

chloro-3-indolyl-ȕ-D-galactopyranoside）を寒天培地に加えておくと，ȕ-D- ガラクトシダーゼの作用により分解

そのため，PCR 産物や大腸菌以外の外来 DNA をプラス

されコロニーは青色になる．一方で，この酵素活性を欠ミドに連結し，大腸菌を形質転換しても，外来 DNA とくコロニーは白色となる．JM109 株は lacZ（ȕ-D- ガラ

して分解されず保持される．その他の制限系では，メチ

クトシダーゼ遺伝子）遺伝子を含む lac オペロンを欠失ル化された DNA を認識・制限する Mcr 制限系，Mrr 制

しているため，ȕ-D- ガラクトシダーゼ活性を示さないが，限系が知られている．メチル化された DNA を含むベク

F 因子上に ȕ-D- ガラクトシダーゼの Ȧ フラグメントを

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生物工学

第94巻

コードする lacZǻM15 を有する 8,9)．プラスミドやファーて，メチル化された外来 DNA の導入は制限されない．

ジを介して Į フラグメントが合成されると，Ȧ フラグメ

また，recA 遺伝子が欠損しているため，導入されたプントに結合し，ȕ-D- ガラクトシダーゼ複合体が形成されラスミド DNA と染色体 DNA との間での相同的組換える．Į フラグメント，Ȧ フラグメントは，それぞれ，単の頻度は非常に低い．非特異的エンドヌクレアーゼ遺伝

独では ȕ-D- ガラクトシダーゼ活性を示さない．共存し子を欠損している（endA）ため，endA– 株から調製したて複合体を形成することではじめて，活性を示す（ȕ-D-

プラスミド DNA は分解されにくい．JM109 株は誕生しガラクトシダーゼの Į- 相補）．代表的なプラスミドベクて 20 年以上が経つが，今もって利用され続けるのは本ターである pUC19 のマルチクローニングサイトは，lac

株が組換え DNA 実験用宿主として優れた性質を有してプロモーター制御下にある Į フラグメント遺伝子の内部いるからである．

に埋め込まれている

7–9)．外来 DNA がマルチクローニン

グサイトに挿入され大腸菌に導入されると，ȕ-D- ガラク
トシダーゼの Į フラグメント遺伝子は破壊されるため，大腸菌内で Į フラグメントは発現しない．もし，その大腸菌株が，lacZ 欠損かつ lacZǻM15 保持であれば，ȕ-Dガラクトシダーゼの Ȧ フラグメントのみしか作られず，

クローニングに使われる特色のある大腸菌株
クローニング実験で汎用される他の菌株についても簡単に紹介しよう（表 2）4–6)．
表 2．クローニングに使用される特色のある大腸菌とその特徴
菌株名

特徴

®

ABLE C/K

毒性のあるタンパク質をコードしたプラスミ
ド DNA の増幅に適している．

NEB® Turbo

ベクター DNA 構築やプラスミド DNA の調製に適した遺伝子型であり，増殖速度が速いた
め 6.5 時間ほどでコロニーが出現する．

ȕ-D- ガラクトシダーゼ複合体を形成することで ȕ-D- ガ
ラクトシダーゼ活性を示すため，X-gal を分解し青色をMach1TM-T1R

ベクター DNA 構築やプラスミド DNA の調製に適した遺伝子型であり，増殖が速く 8 時間
でコロニーが出現する．

呈する．このように，白色のコロニーを選択することで，SURE®

真核細胞由来 DNA に見られる不安定な DNAのクローニングに適している．

XL-10 Gold

大きなサイズの DNA を用いた形質転換に適している．既知の制限系は全て欠失しており，導入する DNA のメチル化の有無を問わずクローニングに使用可能．

ȕ-D- ガラクトシダーゼ複合体が形成されないため X-gal
は分解されない．よって寒天培地のコロニーは白くなる．
一方，外来 DNA がプラスミド pUC19 に挿入されていない場合の大腸菌コロニーは，pUC19 から Į フラグメ
ント，大腸菌株から Ȧ フラグメントがそれぞれ作られ，

外来 DNA が挿入されたプラスミドを持つ大腸菌を一目で選択することが可能となる．なお，バクテリオファー
ジをベクター DNA に使用した場合，プラークの色（青色か透明か）で区別される．
これらの性質を有するために上記 4 種の大腸菌株は，
ク ロ ー ニ ン グ に よ く 用 い ら れ る の で あ る． 大 腸 菌
8)プラスミドは多コピーであるため，そこにクローン化

JM109 株を例に他の遺伝子型にも触れておきたい ．本された外来 DNA は宿主大腸菌の生育に好ましくない場

菌は F 因子を有している（F'）．[ ] 内は，F 因子上の遺伝合がある．ABLE® C/K 株は，大腸菌内におけるプラス子型を表している．染色体 DNA のラクトースオペロン

ミド DNA の保持に毒性がある場合，そのコピー数を抑から proAB 遺伝子までの領域が欠失している（ǻ(lac-

えることで，その毒性を軽減する．JM109 株ではクローproAB)）． 一 方 で，F 因 子 上 に proAB 遺 伝 子 を 有 す る

ン化できない DNA もこれらの菌株では可能になる場合（proA+B+）ことで染色体 DNA 上の proAB 変異を相補すがある．NEB® Turbo 株，Mach1TM-T1R 株はいずれも，るため，JM109 株は自身でプロリンの生合成を行うこ

遺伝子型 hsdS（もしくは，hsdR），recA，endA であり，とができる．F 因子が脱落した JM109 株は，proAB 遺伝

ベクター DNA 構築やプラスミド DNA の調製に適して子を持たないため，プロリンを合成することができずプいる．さらに増殖速度が非常に速いため，実験時間の短

ロリン要求性となる．そのため，プロリンを含まない最縮につながる．SURE® 株は，真核細胞の DNA に見ら少培地で培養すると生育できず，結果として F 因子を持れる逆位リピートや Z-DNA などの DNA の二次構造やつ JM109 株のみを選択的に得ることができる．栄養培

三次構造を排除するような遺伝子を欠損することで，物地で植え継ぐと，重要な遺伝子を F 因子ごと欠損する場

理的理由により不安定な DNA のクローニングを可能に合があるが，そのような大腸菌はプロリン要求性を利用している．XL-10 Gold 株は，大きなサイズのプラスミ

して除去できる．e14– は，前述のとおり mcrA 遺伝子をド DNA に対しても高効率な形質転換能を有している．

持たず，Mcr 制限系は機能しないことを示す．したがっまた，EcoK 制限系，Mcr 制限系，Mrr 制限系のいずれ2016年 第1号

17

も欠失していることから，形質転換に用いる DNA のメ

発現したタンパク質の安定化：発現した目的タンパク質

チル化の有無による制限を受けない．

が大腸菌内で，正しく折りたたまれ，変性，凝集しないことも重要である．これらを達成するために大腸菌に施タンパク質発現に使用する大腸菌株

された改良を紹介する．

量に取得する必要がある．しかし，タンパク質の性質に

BL21 株 は，E.
coli B 株（EcoB）由来であり，lon 遺伝子産物である Lon
プロテアーゼと，外膜タンパク質である OmpT プロテ

よっては，大量発現や精製が難しいものも数多く存在す

アーゼも欠損している．タンパク質の発現・精製過程にる．そうしたタンパク質の収量や品質を向上させるため

おいてこうしたタンパク質分解酵素による目的タンパクに，タンパク質発現用大腸菌を選択することも重要で質の損傷を抑えることができる．

ある．

（b）目的タンパク質の大腸菌への影響を低減

X 線結晶解析や NMR を用いてタンパク質の構造を決定するためには，目的タンパク質を高純度，高品質に大（ a） タ ン パ ク 質 分 解 酵 素 の 抑 制BL21

通常，大腸菌を用いて目的タンパク質を大量発現する（DE3）株では，発現誘導剤の添加がなくても，微量な場合，目的タンパク質遺伝子をクローン化した発現ベク

がら T7 RNA ポリメラーゼが発現しており，それに伴い，ターを用い，特異的な誘導発現を行う．本稿では，もっ目的タンパク質も発現していることがある 11)．もし，発とも多用される pET ベクターに代表される，T7 プロモー

現した目的タンパク質の機能が宿主大腸菌の増殖へ悪影

ター発現系を用いた例について説明したい

10,11)．

響を及ぼす場合，この大腸菌の増殖を阻害し，結果とし

pET ベクターを用いた大腸菌によるタンパク質発現でよく使用される菌株について以下に示す（表 3）．本シ
ステムでは大腸菌は K12 株系統ではなく，B 株系統が使われる．BL21（DE3）株は，Ȝ ファージ DE3 が染色体て目的タンパク質の収量が少ない，あるいは得る事ができない．BL21（DE3）pLysS 株は，T7 RNA ポリメラーゼに結合し，その機能を阻害する T7 リゾチームを発現するプラスミド pLysS を有している．そのため，T7 リ

上に溶原化している．ここには変異により転写活性が強ゾチームが，発現誘導剤なしに発現した微量の T7 RNA化された lac プロモーター（lacUV5 プロモーター）に

ポリメラーゼに結合・阻害することで，目的タンパク質制御された T7 RNA ポリメラーゼ遺伝子（gene1）が存の発現を抑え，大腸菌の増殖への悪影響を抑制する

12)．そのため，発現誘導剤である IPTG（isopropyl（pLysS の p は，プラスミドを表しており，BL21（DE3）

ȕ-D-1-thiogalactopyranoside）の添加により T7 RNA ポリ
メラーゼが発現し，これが T7 プロモーター下流の目的タ
ンパク質遺伝子の転写を行う．
（DE3）は T7 プロモーター
発現系を利用する宿主には必須の遺伝子型である．pET

pLysS 株は，T7 リゾチーム遺伝子をコードしたプラス
ミドを（pLysS）有することを示す）．T7 リゾチーム遺伝子の発現量が増加した BL21（DE3）pLysE 株も存在

システムについては，いくつかのインターネットサイト（c）発現したタンパク質の安定化

在するでも紹介されているので参照していただきたい

10,11)．

表 3．タンパク質の発現によく使われる大腸菌の遺伝子型
菌株名

BL21(DE3)

BL21(DE3) pLysS

遺伝子型

F – ompT hsdSB(rB– mB–) gal dcm Ȝ(DE3)(Ȝ(DE3):ODF,LQGVDPǻQLQ
lacUV5-T7gene1)*
F – ompT hsdSB(rB– mB–) gal dcm Ȝ(DE3)(Ȝ(DE3):ODF,LQGVDPǻnin5 lacUV5T7gene1)* pLysS (CamR)する．
大腸菌の細胞質

は還元条件であるため，通常，発現した目的タンパク
質はジスルフィド結合を形成していない．タンパク質を精製するために，大腸菌を破砕すると，還元条件から解放され酸化条件となり，タンパク質はジスルフィド
結合を形成するが，分子内，分子間で誤ったジスルフィ
ド 結 合 が 形 成 さ れ る と， 変 性， と き に は 凝 集 す る．

OrigamiTM 2（DE3） 株，OrigamiTM B（DE3） 株 は，細胞質内の還元条件を生みだすグルタチオン還元酵素をコードする遺伝子（gor）と，チオレドキシン還元酵素* 溶原化した Ȝ ファージ DE3 の DNA 上には lacI ind1 sam7
ǻQLQODF897JHQH の遺伝子がコードされている．

をコードする遺伝子（trxB）を欠損しており，細胞質内タンパク質を高収量，高品質で得るには，（a）タンパにおいて，ジスルフィド結合形成を促進することで，
誤っは酸化条件となり，タンパク質発現後の折りたたみ過程

ク質分解酵素の抑制：発現から大腸菌破砕後の精製過程たジスルフィド結合形成を抑えている（表 4）．

までに分解されないことが重要である．また，（b）目（d）その他的タンパク質の大腸菌への影響を低減：発現した目的タ

種 に お い て 共 通 し て い る が， そ の 使 用 頻 度（codon

ンパク質による宿主大腸菌の増殖への影響を抑え，（c）

usage）は異なる．大腸菌とは codon usage が異なる生物

18

アミノ酸を特定するコドンは，生物

生物工学

第94巻

表 4．ジスルフィド結合を有するタンパク質の発現に使われる
大腸菌株
菌株名

遺伝子型

表 5．タンパク質発現に用いられる特徴的な大腸菌株
菌株名
TM

OrigamiTM 2 (DE3)ǻ(ara-leu)7697 ǻlacX74 ǻphoA PvuII
phoR araD139 ahpC galE galK rpsL
F'[lac+ lacIq pro] Ȝ(DE3) gor522::Tn10
trxB (StrR, TetR)

OrigamiTM B (DE3)F– ompT hsdSB(rB– mB–) gal dcm lacY1
aphC Ȝ(DE3) gor522::Tn10 trxB (KanR,
TetR)

Rosetta (DE3)/
RosettaTM 2(DE3)

プラスミド pRARE，pRARE2 から大腸菌レアコドンに対応する tRNAを発現．大腸菌レアコドンを多数有する目的タンパク質遺伝子の発現に有効Rosetta-gamiTM 2(DE3)

プラスミド pRARE2 を有する
OrigamiTM 2(DE3) 株

Rosetta-gamiTM B(DE3)

プラスミド pRARE を有する
OrigamiTM B(DE3) 株

TunerTM(DE3)

ȕ- ガラクトシドパーミアーゼ LacYの欠損により，発現誘導剤 IPTG に

いずれも Ȝ(DE3):ODF,LQGVDPǻQLQODF897JHQH

種由来のタンパク質を大腸菌で発現する場合，大腸菌でほとんど使用されないコドン（レアコドン）が多いと，翻訳効率は著しく低下し，ときには，短くなったタンパ

よる濃度依存的なタンパク質発現が可能

Lemo21(DE3)

IPTG 添 加 に よ る T7RNA ポ リ メ
ラーゼの発現誘導と同時に，ラムノース添加による濃度依存的な T7
リゾチーム（T7RNA ポリメラーゼに結合し阻害する）の発現を誘導し，T7RNA ポリメラーゼの活性を調節することで，目的タンパク質
遺伝子の転写量を調節することができる．

6+XIÀH®

細胞質内で正しいジスルフィド結合の形成促進とシャペロン活性を有するタンパク質をコードする遺伝子 dsbC を発現

BL21 StarTM (DE3)RNA 分解酵素 RNaseE を欠損した
BL21(DE3) 株．目的タンパク質のmRNA の分解を抑制

ク質が発現する．RosettaTM（DE3）株，RosettaTM 2（DE3）
株は，それぞれプラスミド pRARE，pRARE2 を有し，そうした大腸菌のレアコドンに対応する tRNA を供給することで，codon usage の違いによる発現への影響を抑えている．
大腸菌によるタンパク質発現に使用する T7 プロモー
ターは強力なプロモーターであり，その発現量は多い．
しかし，過剰に発現することで，目的タンパク質の凝集を引き起こすことがある．TunerTM (DE3) 株，Lemo21

特徴(DE3) 株は，それぞれ異なる仕組みで，発現誘導剤の濃度依存的に目的タンパク質の発現量を調節することができる．以下に特徴のあるタンパク質発現用大腸菌株をまとめた（表 5）5,6,10)．

伝学研究所では，生物資源としてそうしたコレクション
を取りまとめ，研究者が必要とする大腸菌株を安価に分遺伝子型を調べるには譲していただける 18)．他には，アメリカの Yale 大学の E.

る遺伝子について詳細に記載されているので参照されcoli Genetic Stock Center も有名である 19)．また，世界最大の生物資源バンクである ATCC®（American Type
Culture Collection）では，有償で大腸菌の菌株の分譲

たい 4–6,10)．カタログに記載のない遺伝子（遺伝子型）

を行っている 20)．望みの遺伝子型を持つ大腸菌株を探しを調べるには，以下の二つのデータベース，PEC13–15)ている方は，まずはこうした大腸菌コレクションを当

ここで紹介した大腸菌はいずれも市販されており，販売しているメーカーのカタログに遺伝子型，欠損してい16,17)（3UR¿OLQJRI(FROL&KURPRVRPH），Ecocyc（EcocycE. coli Database）を参照してほしい．
望みの遺伝子型を持つ大腸菌株を入手するにはたってみてほしい．望みの遺伝子型を持つ菌株がないな
らば，その菌株を持つ研究者に分譲を依頼するか，自分で作製するしかない．
最後に市販の大腸菌以外にもさまざまな大腸菌株が存在している．研究を進める上で望ましい遺伝子型を持つ大腸菌

日頃，研究室で特に意識することなく使用している大は市販されているとは限らない．近年，ゲノム組換えや腸菌の菌株の遺伝子型は研究を進める上で非常に重要で

ゲノム編集が容易になりつつあるが，それでもやはり望ある．大腸菌株の遺伝子型を理解し，実験目的に合ったましい遺伝子型を持つ大腸菌を自分で作製することは容菌株を使用することで研究をスムースに遂行することが易ではない．ではどうすればいいのだろうか．先代の研できる．これを機に，研究室で使っている大腸菌の遺伝究者たちは，さまざまな遺伝子型を有する大腸菌の菌株子型を調べて，実験目的に適しているか確認してみてはをカルチャーコレクションとして収集してきた．国立遺どうだろうか．

2016年 第1号

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（補足）代表的な遺伝子型についてmrrを認識し，分解する酵素を欠損．メチル化された DNA の導入を制限しない．

表 6．代表的な遺伝子型の表記とその特徴 2,16,17)
遺伝子型

特徴

ara

アラビノース代謝に必要な遺伝子を欠損しており，アラビノースを資化できない．ara+ 遺伝子を持つプラスミドの選択に利用可能．

dam

塩基配列 GATC の A（アデニン）のメチル化を行う DNA アデニンメチルトランスフェラーゼの欠損．このアデニンのメチル化のため切断できない制限酵素の利用が可能となる．

dcm

(DE3)

e14–
endA

塩基配列 CC(A/T)GG の 2 番目の C（シトシン）のメチル化を行う DNA シトシンメチルトラン
スフェラーゼの欠損．このシトシンのメチル化のため切断できない制限酵素の利用が可能となる．

lacUV5 プロモーター制御下の T7 RNA ポリメ
ラーゼ遺伝子（gene1）をコードした ȜDE ライ
ソジェンをゲノムに保持．発現誘導剤 IPTG の添加により T7 RNA ポリメラーゼが発現する．
pET システムを用いたタンパク質発現には必須である．

Mcr 制限能を欠損しており，mcrA– 株である．
非特異的エンドヌクレアーゼ I 遺伝子を欠損している．プラスミドの調製に適している．

F'
hsdR
hsdS
lacIq

F 因子を保有．ファージディスプレイ法で使用．
EcoK 制限系の制限酵素を欠損．この大腸菌への DNA の導入はそのメチル化の有無に制限されないが，メチル化は受ける．（rK–, mK+）
EcoB 制限系を完全に欠損．この大腸菌へのDNA の導入は，そのメチル化の有無に制限されず，かつメチル化も受けない．（rK–, mK–）
ラクトースリプレッサーの過剰発現株．過剰発
現したラクトースリプレッサーがラクトースプ
ロモーター領域のオペレーターに結合し，転写を抑制する．

ǻ(lac-proAB) （ȕ-D- ガラクトシダーゼをコードする lacZ 遺伝子を含む）ラクトースオペロンから proAB 遺伝子までの領域を欠失している．

lacY

ȕ-D- ガラクトシドパーミアーゼの欠損．ラク
ト ー ス 類 の 取 り 込 み が 濃 度 依 存 的 に な り，
IPTG による濃度依存的な発現誘導が可能となる．

lacZǻM15

N 末端の一部を欠損した ȕ-D- ガラクトシダーゼ（Ȧ フラグメント）をコードする遺伝子．N 末
端部分のタンパク質（Į フラグメント）と共存させると複合体を形成し，ȕ-D- ガラクトシダー
ゼ の 機 能 を 相 補（Į- 相 補 ） す る． 本 酵 素 はX-gal を分解し青色を呈するため，ベクター
DNA に外来 DNA がクローニングされたときに，コロニーの白色化やプラークの透明化で選抜が可能となる．

lon

誤って折り畳まれたタンパク質の分解に関わる
Lon プロテアーゼの欠損．ある種のタンパク質の発現においてある程度分解を抑える．BL21
株等のE. coli B株はompT遺伝子（膜プロテアー
ゼ，下記）とともに lon 遺伝子を欠損している．

mcrA

Mcr 制限系に関わり．5- メチル化シトシンを認識する DNA 分解酵素．ある種のメチル化された DNA の導入を制限しない．
mcrB
Mcr 制限系に関わる酵素の欠損．ある種のメチル化された DNA の導入を制限しない．
ǻ(mcrC-mrr) mcrC-mcrB-hsdS-hsdM-hsdR-mrr の 6 つの制限
系 に 関 わ る 遺 伝 子 を 欠 失． メ チ ル 化 さ れ た
DNA の導入を制限しない．

20

N6- メチル化アデニン，C5- メチル化シトシン

ompT

外膜にあるタンパク質分解酵素を欠損．目的タ
ンパク質の発現に際し，損傷の少ないタンパク質の精製が期待できる．E. coli B 株は，lon 遺伝子とともに ompT 遺伝子を欠損している．

proA+B+

プロリンの生合成に関与する遺伝子 proAB を
有する．

recA

相同組換えに関与する酵素 RecA を欠損．プラ
スミドの調製に適している．

Su–

アンバー終止コドンを認識するサプレッサーtRNA を持たない．

supE (glnV)

グルタミニル tRNA の変異により，アンバー終止コドン（UAG）にグルタミンを導入し，終止コドンをリードスルー（読み過ごす）する．

supF (tyrT)

チロシル tRNA の変異により，アンバー終止コ
ドン（UAG）にチロシンを導入し，終止コド
ンをリードスルー（読み過ごす）する．

Tn5

カナマイシン耐性遺伝子をコードするトランス
ポゾンを有する．カナマイシン耐性．

Tn10

テトラサイクリン耐性遺伝子をコードするトラ
ンスポゾンを有する．テトラサイクリン耐性．

traD

F 因子の自己移送能力が著しく低下した変異を有する．

（表現型に関する表記）

Hte

形質転換効率が向上した表現型．サイズの大きなプラスミドの形質転換に適している．

Hee

エレクトロポレーション法による形質転換効率が向上した表現型．

文献1) Demerec, M. et al.: Genetics, 54, 61 (1966).
2) 野島 博：遺伝子工学―基礎から応用まで―，p. 70．
東京化学同人 (2013).
3) Green, M. R. et al.: Molecular cloning: a laboratory
manual. Cold Spring Harbor, N.Y.: Cold Spring Harbor
Laboratory Press (2012).
4) ア ジ レ ン ト・ テ ク ノ ロ ジ ー 社：http://www.chemagilent.com/ (2016/01/16)
  7KHUPR )LVKHU 6FLHQWL¿F 社：KWWSVZZZWKHUPR¿VKHU
com/ (2016/01/16)
6) New England BioLabs 社：http://www.nebj.jp/ (2016/01/
16)7) 橋本義輝：生物工学，89, 609 (2011).
8) Yanisch-Perron, C. et al.: Gene, 33, 103 (1985).
9) Messing, J.: Gene, 100, 3 (1991).
10) Merck Millipore 社：http://www.merckmillipore.com/(2016/01/16)
11) 東端啓貴：生物工学，91, 96 (2013).
12) Studier, F. W. et al.: J. Mol. Biol., 189, 113–130 (1986).
  3UR¿OLQJ RI E. coli Chromosome: http://www.shigen.
nig.ac.jp/ecoli/pec/ (2016/01/16)
14) Hashimoto, M. et al.: Mol. Microbiol., 55, 137 (2005).
15) Kato, J. et al.: Mol. Syst. Biol., 3, 132 (2007).
16) EcoCyc E. coli Database: http://ecocyc.org/ (2016/01/16)
17) Keseler, I. M. et al.: Nucleic Acids Res., 41, D605
(2013).
18) 国立遺伝学研究所 ナショナルリソースプロジェクト（ 大 腸 菌 ）：http://www.shigen.nig.ac.jp/ecoli/strain/(2016/01/16)
19) Yale 大学 E.coli Genetic Stock Center：http://cgsc.
biology.yale.edu (2016/01/16)
20) ATCC®: http://www.atcc.org (2016/01/16)
生物工学

第94巻