外膜

3.1 OMVs: 構成、生合成、および機能的役割

数多くの研究により、OMVはOM成分、すなわちLPSおよびOMPに加え、ペリプラズムタンパク、PGフラグメント、さらには細胞質および核酸に富むことが示されている（Billerら、2014、2017; Leeら、2016）。 初期の報告では、溶液中で人工的に形成されたMV（小胞に再集合し、細菌の溶解による物質を無差別に取り込むという自然な脂質の挙動による）を無傷のOMVと実際に区別していなかった。 最近では、単離方法の改善と最新のオミックス技術により、OMVsの組成を注意深く分析することができるようになった。 驚くべきことに、OMVは特定の細胞成分に富んでいる一方で、他の細胞成分には乏しいという事実があり（Lee et al. 例えば、Salmonella sp.のOMVsの含有量は、試験した増殖条件によって異なる。栄養豊富な条件下の細胞から分離したOMVsでは、翻訳や細胞代謝に関わる細胞質タンパク質が優先的に検出され、栄養制限条件下のOMVsは栄養輸送に関わる膜タンパク質に富む（Bai et al.、2014年）。 また、質量分析に基づくアプローチでは、OMVに広く保存された特定成分は検出されず（Schwechheimer et al.、2013）、再び組成の多様性が指摘されている。 全体として、OMVsの組成の違いは、株依存的な細胞外皮の特殊性と異なる生態的ニッチの両方に関連していると予想される（Yoon, 2016）。

3つの互いに排他的ではないOMVs形成メカニズムが提案されてきた。 1つのモデルでは、膜タンパク質とPG層の間の共有結合が局所的に切断され、架橋の全体量が一時的に減少するか、架橋が局所的に変位して小さなOM部分の膨らみが促進されることでヴェシキュレーションが起こる。 もう一つのモデルは、ミスフォールドしたタンパク質や他のエンベロープ成分（LPSやPG断片）が蓄積するペリプラスムナノテリトリーを含むものである。 このような細胞成分の異常で限定された蓄積の後、エンベロープの完全性が局所的に低下し、内腔の内容物を含んだOM部分の膨張が誘発されるのである。 最後に、ある種のOM脂質の生物物理学的特徴が、LPSやリン脂質の特異的な集積をピンポイントで促進し、膜の流動性や柔軟性を変化させることによって、ヴェシキュレーションを引き起こす可能性も提唱されている。 また、他の多くの要因がOMVのサイズ、生成速度、および組成に影響すると想定され、コンセンサスとなるOMVs生合成プロセスが存在するとしても、それは完全に特徴付けられるものではない（Kulp and Kuehn, 2010; Schwechheimer and Kuehn, 2015; Yoon, 2016）。

ラン藻研究において、OMVs分野はまだかなり新しく、多くが未解決であった。 このことは、シアノバクテリアのOMVの研究に特化した最も早い出版物が2014年のものであるという事実が特によく表しています（Biller et al.） この画期的な研究では、海洋シアノバクテリアであるプロクロロコッカスの実験室制御培養物がOMVを継続的に放出することが示されただけでなく、これらの小胞が海水試料中に豊富に見出されることが示されています。 さらに、プロクロロコッカスのOMVが従属栄養細菌培養の成長をサポートすることが実証され、これらの構造が海洋炭素フラックスに関与していることが示唆された。 さらに、海洋性ファージとベシクルの相互作用が観察され、OMVが「おとり」としての役割を果たす可能性が示された。 全体として、著者らは、OMVの基本的な役割の一部と、微生物生態系に対するその無数の意味を説明した（Biller et al.、2014）。 より最近の出版物では、小胞へのDNAパッケージングの頻度と異なる分類群間の変動を明らかにする試みとして、プロクロロコッカスのOMVを他の3つの海洋従属栄養細菌のOMVと比較した（Biller et al.、2017）。 OMVsに付随するDNAの量と分布を調べることで、OMVs集団内および集団間でDNAが異なる形でパッケージングされていることが示された。 より決定的なのは、この研究が、OMVにDNAをパッケージングするメカニズムが、すべての細菌で等しく作動していないことを示唆していることである（Biller et al.、2017）。 プロクロロコッカスや海洋性シネコッカス株以外にも、単細胞性シネコッカス属PCC 7002 (Xu et al., 2013) やシネコシス属PCC 6803 (Pardo et al., 2015; Oliveira et al., 2016) 、糸状体ジャギネマ・リトラルLEGE 07176 (Brito et al., 2016) など、シアンバクテリアはOMVを形成して放出することがわかってきた。 2017）、およびフィラメント状でヘテロシストを形成するAnabaena sp. PCC 7120（Oliveira et al., 2015a）およびCylindrospermopsis raciborskii（CYRF-01）（Zarantonello et al., 2018）。

海洋シアノバクテリア由来のOMVについて上記の役割以外に、これらの細胞外小胞の他の機能が提案されている（Biller et al.、2014）。 シアノバクテリアによるOMVの放出は、有効な分泌経路として機能する可能性がある。 2つのグリコーゲン合成酵素遺伝子glgA-IとglgA-IIを欠損した代謝系Synechococcus sp. PCC 7002株は、野生型株に比べて有意に多くのOMVを放出することが示された（Xu et al.、2013）。 著者らは、この変異体が自発的に可溶性糖を培地に輸出していることが観察されたことから、観察されたOMVの糖度は評価されていないものの、この分泌機構に関連している可能性があると仮定した（Xu et al.、2013）。 さらに、TolCホモログ（膜依存性分泌機構に必須；図1および図3参照）を欠くSynechocystis sp.PCC 6803株も、親株に比べて有意に多くのOMVを放出することが示された（Oliveira et al.、2016）。 tolC-knockoutは細胞内タンパク質、代謝物、外来化合物の分泌が大きく損なわれていたため、分泌の必要性をハイパーベシキングで満たすことができると提案された。 また、シアノバクテリアの OMV は、バイオフィルムの形成に必要な物質を輸送することが示唆されている。 これは、水性シダ植物Azolla microphyllaの胞子嚢にシアノビオント由来の小胞が観察されたことから提唱された（Zheng et al.、2009）。 さらに、この小胞の内部には遺伝物質が観察されたことから、シアノビオントとシダ植物との間の横方向の遺伝子伝達のためのベクターとなる可能性も報告されている（Zheng et al.） しかし、シアノバクテリアのOMVは、エンベロープストレスを発散させる機構としても機能している可能性がある。 Gonçalvesらは、TolC依存性分泌系に関与するいくつかのIMトランスロカーゼ成分を欠くSynechocystis sp. PCC 6803株のセットを特徴付けた（Gonçalves et al.、2018）。 興味深いことに、OMVの放出の異なる能力を示す様々な株の中で、tolC-knockout（本研究で最も高いOMV生産者）は、エンベロープストレス応答に関与するタンパク質をコードするsopyおよびdegQの顕著に高い転写レベル、ならびにSpyおよびDegPの過剰発現を示す唯一の株でした（Gonçalves et al.、2018年）。 したがって、tolCの欠失はエンベロープストレスを惹起し、tolCノックアウトにおけるハイパーベシキングはそのようなストレス状態に対処する独立した機構であることが示唆された（Gonçalves et al.、2018）

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