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ゲノム情報に基づく進化ゲームは微生物群集における代謝相互依存の発生の解明に役立つ
微生物群集における代謝交換では、生態系の多様性と安定性に影響を与える生態的相互作用が生じる。しかし、このような相互作用の発生が代謝物間、生物間でどのように異なるかについては不明である。著者らは今回、ゲノムスケール代謝モデルを進化ゲーム理論と統合することによってこの課題を検討した。具体的には、代謝モデルによって推定される微生物の適応度値を用いて、複数の種による微生物の「ゲーム」で進化的に安定している相互作用を推測する。最初に、十分に特性が明らかにされている酵母のcheater-cooperatorシステムを用いた著者らのアプローチの妥当性を検証した。次に、80,000回を超えるin silico実験を行い、大腸菌におけるアミノ酸結合を介した代謝相互依存に189個のアミノ酸対の間でどのような差がみられるか推測した。多くの対は共通の種間相互作用を示すが、代謝の多相遺伝とエピスタシスにより複数の逸脱が生じる。さらに、シミュレーションによる侵入実験により、偏性的な栄養共生に至ると考えられる経路も明らかになった。今回の結果は、ゲノムに基づく生態的相互作用の発生について理解する手がかりとなり、微生物叢研究や合成生態学の領域に影響を与えるであろう。