セックスしない？問題ない。この小さな無性生殖動物は遺伝子を盗んで独自の薬を作る

ワムシは古代の無性生殖の変わり種である。この極小淡水動物は、性交も進化上の利点もなしに、推定 2,500 万年も生き延びてきたようである。新たな研究により、この強靭な水生生物の系統が、性交による遺伝子交換なしに、湿った苔から南極の氷床まで、いかにしてこれほど長く生き延び、世界中に広がってきたのかが明らかになった。奇妙なことに、この発見は、科学者が人間のためのより優れた抗生物質治療に的を絞るのに役立つかもしれない。

7月18日にネイチャー・コミュニケーションズ誌に掲載された研究によると、微細で多細胞の水生ワムシは、植物、菌類、細菌から盗んだ遺伝物質を使って独自の抗菌薬を製造している可能性が高いという。ワムシは非動物から遺伝子を盗むことで、通常は入手できない化合物を生産できる。この研究結果は、借りた遺伝子が一部のワムシに毒性の菌類病原体の感染を生き延びる手助けをし、標準的な動物の免疫システムを補っていることを示唆している。

「動物がこれらの化学物質を作れるとは思ってもいませんでした」と、英国オックスフォード大学の生物学者で本研究の主任著者であるクリス・ウィルソン氏は言う。「細菌や菌類はこの種の化学反応が得意です。動物はそうではありません」。しかし、ウィスロン氏と同僚が調べた多くのワムシの遺伝子配列の中に、ミニチュア抗生物質工場を作るための指示書が見つかった。基本的には細菌や菌類の料理本から盗んだレシピだった。

セックスをしない

有性生殖による遺伝子交換は、多細胞生物が病気に対する抵抗力を進化させる主な方法の 1 つです。世代から世代へと遺伝情報を混ぜて共有することで、動物は特に有益な組み合わせに出会う可能性が高くなります。しかし、何世紀にもわたる観察で、科学者はワムシの雄を発見したことがなく、この微小動物は単為生殖のみで繁殖することを示唆しています。

受精なしで繁殖する現象は、昆虫から爬虫類、鳥類に至るまで、動物の間でよく記録されている。しかし、通常はまれで、ほとんどの場合、有性生殖を伴う。また、純粋な単為生殖種は進化の時間の試練に耐えられない傾向がある。ワムシはこれら 3 つの傾向すべてに反しており、その成功は長年の謎となっている。新しい発見は、この謎を解くのに役立つ。

これまでの遺伝子研究で、ワムシは動物以外の起源の DNA を大量に持っていることが実証されている。ワムシのゲノムの約 11 パーセントは、通常ウイルスを介した「遺伝子水平伝播」と呼ばれるプロセスを通じて、他の場所から持ち込まれたものである。しかし、水平伝播した遺伝子と感染の生存を結び付けたのは今回が初めてである。

ワムシ類における遺伝子の水平伝播率は、有性生殖種の進化率に比べるとまだはるかに低い。しかし、研究は、ゆっくりと獲得されるこれらの DNA ビットでさえ、ワムシ類の進化的耐久性にとって重要である可能性を示唆している。

「動物では水平遺伝子伝播は稀ですが、実際に起こり、影響があるようだということがますますよく理解されるようになっています」と、この新しい研究には関わっていないイギリスのノッティンガム・トレント大学の微生物学者マリア・ローザ・ドミンゴ・サナネス氏は言う。彼女によると、この研究はこれらの遺伝子が何をするのかという機能的な謎に迫るものだ。「『遺伝的浮動なのか』『遺伝子寄生なのか』『実際に有益なものなのか』といった疑問は常にありますが、この研究は答えへの第一歩を踏み出したのです」

遺伝子密輸品の追跡

略奪された遺伝子の目的を解明するために、科学者たちはまずワムシを病気にしなければならなかった。彼らは2種類の異なるワムシを特に厄介な真菌感染症にさらした。「それは、ラスト・オブ・アスに出てくるゾンビ菌の1つに少し似ています」とウィルソンはポピュラーサイエンス誌に語った。 「ワムシへの感染が成功すると、ワムシは最終的に菌の塊となって爆発します。あまり気持ちのいい結末ではありません。」

ベデロイド種の1つは菌に対して非常に感受性が高く、3日後には70％以上の死亡率を示した。もう1つの種ははるかに耐性があり、同じ期間に死亡したのはわずか18％だった。

生物学者たちは、それぞれの種における病気の経過を通して遺伝子発現を追跡した。彼らは、どちらの系統においても、病原体への曝露によって、不釣り合いな数の盗まれた遺伝子配列（発現した遺伝子全体の 23 ～ 32 パーセント）が活性化されることを発見した。これらの活性化された配列には多くの重複があった。しかし、耐性種では、細菌内で抗菌化学物質の形成を触媒する遺伝子セットが過剰に活性化し、感受性種の 10 倍も強く活性化していた。

「これは私たちにとって本当に印象的でした。遺伝子の働きを調べたところ、これが最も明確なパターンでした」とウィルソン氏は言う。「2つのことを総合して、これらの遺伝子がワムシがこの病原体に対して持つ主な防御力の1つであると示唆しました。」

研究者たちは、これらの細胞化学工場の具体的な産物がどのようなものかをモデル化し、最終的な化合物は、既知の強力な広範囲スペクトルの抗生物質や抗真菌剤に似たものになると予測した。ワムシは遺伝子にいくつかの調整を加えており、配列は非動物由来の原料と完全に一致しなかったが、その有用性はおそらく同様である。

病気の解決策

抗生物質耐性は、私たちが頼りにしている薬剤を回避するために進化する微生物が増えるにつれて、ますます大きな問題となっている。しかし、新しい信頼できる抗菌薬を見つけるのは難しいとウィルソン氏は指摘する。病原菌を殺す化合物の多くは、人間の細胞にも害を及ぼすことが判明している。

ワムシが作る薬の発見は役に立つかもしれない。ワムシは動物なので、ワムシが作る化合物は少なくとも動物が許容できるものでなければならない。「ワムシは毒性が強すぎてはだめです。そうでないと、ワムシ自身の細胞内で化合物を作ることができません」とウィルソン氏は言う。「ワムシは、人間に適合する抗菌化学物質の探索において、役に立つ手がかり、あるいは近道になるのではないかと考えています」

「興味深い考えであり、良い議論です」とドミンゴ・サナネス氏も同意する。抗菌薬耐性に関しては、「できることは何でも試す必要があります」と彼女は言う。「これらのワムシに十分に活用されていない多様性があるのなら、なぜそれを探求しないのでしょうか？」

しかし、ワムシが化合物に耐性があるからといって、それが人間にも効くというわけではない。ワムシと人間よりも、マウスと人間のほうがずっと近縁だと彼女は指摘するが、げっ歯類では安全で効果的だと証明された治療法が、人間の臨床試験では同じ基準を満たさないことがよくあるのだ。

ウィルソン氏とドミンゴ・サナネス氏はともに、この研究が人間に伝染する前には、さらに多くの研究が必要だと警告している。次の大きなステップは、病気に強いワムシが作り出す化学物質を実際に分離し、その化合物が抗菌性であることを確認することだ。ドミンゴ・サナネス氏はまた、他のワムシの系統や病原体を評価するフォローアップ研究も行い、異なるタイプの感染症が異なる遺伝的反応を引き起こすかどうかを調べたいと考えている。

今のところ、ウィルソンは嬉しい驚きと楽観的な姿勢を保っている。そして、少なくとも彼は、自分の発見が奇妙な生物学を探求し続ける理由だと考えている。「この研究を始めたとき、抗菌剤との関連があるとは思ってもいませんでした」と彼は言う。「抗生物質自体がそもそも偶然に偶然に見つかったのと同じように、これはたまたま偶然に見つかるものの一つです。」

「まったく知られていないもの、つまり、誰も聞いたことのない土の中に生息する小さな動物をじっくり観察してみると、思いがけず役に立つ何かが見つかるかもしれません。」