細菌は、環境中に存在するDNAを取り込み、自らの遺伝情報を変化させる「形質転換」とよばれる仕組みをもっています。形質転換は、今からおよそ100年前にFrederick Griffithによって示された、DNAが遺伝物質であることの発見にもつながった分子遺伝学の歴史において重要な現象です。現在では、細菌における遺伝子の水平伝播を担う主要な経路の一つとしても注目されています。この過程では、細菌はDNAを、その遺伝情報を保ったまま脂質二重膜を越えて細胞内へ取り込まなければなりません。しかし、DNAは強い負電荷をもつ親水性高分子であり、疎水性の脂質二重膜をどのように通過するのかは、未解明な点が多く残されていました。特に、ComECとよばれる膜タンパク質がDNAを通す透過孔を形成すると考えられてきましたが、これまで精製タンパク質を用いた機能解析や構造解析は行われておらず、この仮説は直接的には検証されていませんでした。さらに、ComECはDNA切断活性をもつヌクレアーゼドメイン（注1）を備えていることが知られていました。形質転換では長いDNAを遺伝情報を保ったまま取り込む必要があるにもかかわらず、なぜこのような切断活性をもつのか、その意義も不明でした。

　今回、東京大学大学院理学系研究科生物科学専攻の平野央人特任助教、濡木理教授らは、世界で初めてComECの発現・精製系を確立しました。さらに、DNA非結合状態、一本鎖DNA結合状態、二本鎖DNA結合状態のComECについて、クライオ電子顕微鏡（注2）を用いた構造解析を行い、その全体構造とDNAとの結合様式を明らかにしました。得られた構造から、ComECの膜貫通部位には正電荷を帯びた透過孔が形成され、その孔に向かって一本鎖DNAが結合していることがわかりました（図1）。この結果は、ComECがDNAを膜の内側へ通す分子実体であることを強く示唆しています。さらにComECは、ヌクレアーゼドメインを含む2つの細胞外ドメイン（OBドメイン、BLLドメイン）を介して二本鎖DNAと結合し、その片方の鎖だけを切断することが明らかになりました（図2）。一方で、切断されなかったもう一方のDNA鎖は、ComEC内部へ進入し、透過孔へと導かれるのに適した位置にありました。これらの結果から、ComECは二本鎖DNAを受け取り、片方の鎖を切断しながら、もう片方の鎖を輸送するという、独特な仕組みをもつことが示唆されました。一本鎖DNAは、二本鎖DNAよりも膜を越えて輸送しやすく、また細胞内に取り込まれた後にはDNA組換えに利用されやすい形態です。今回の発見は、ComECがDNAを一本鎖へと処理しながら輸送することで、細菌が効率よく外来DNAを取り込む仕組みを持っている可能性を示したものです。また、形質転換は、病原細菌が薬剤耐性遺伝子などを獲得する仕組みにも関わることから、本研究は細菌の進化や感染症研究の理解にも貢献することが期待されます。