バクテリアの「知性」を研究する：情報伝達の仕組みを解明

バクテリアは人間にとって悪いものではない――これは、プリンストン大学の分子生物学者Bonnie Bassler氏が行なった、バクテリアの知性に関する驚くほど刺激的な講演に込められたメッセージだ。

バクテリアは人間が食物を消化するのを助けるもので、人間の生存には不可欠だ。だがそれだけではなく、バクテリアは全体が一つの動物であるかのように行動する社会的存在なのだと、Bassler氏は述べた。

同氏の講演は、2月上旬に開催された『TED会議』(TEDはテクノロジー、エンターテインメント、デザインの略)で行なわれた。

バクテリアは「クオラム・センシング」と呼ばれる機構を利用して情報を伝達し、病原因子の増殖などを含むあらゆる活動を調整している。この仕組みは、人間が病気と闘う上で非常に大きな意味を持つ。

[クオラム・センシングと は、フェロモン様の物質(クオルモン)のやりとりによって、細菌が自分と同種の細胞が周辺にどれくらいの密度で存在しているかの情報を感知し、それに基づ いて物質の産生をコントロールする機構。例えば、緑膿菌やセラチアなどの病原細菌は、感染した宿主が健康なときには病原因子を作らず、免疫の低下などに よって宿主の抵抗性が低下して菌数が増加したときに、クオラムセンシングによってさまざまな病原因子を産生するようになる]

バクテリアが情報をやりとりしている例としては、発光バクテリアの一種Vibrio fischeriがある。このバクテリアは、数多く集まると発光するが、数が少ないと発光しない。発光するのは、十分な数のVibrio fischeriが集まったときに、化学物質がやり取りされるからだ。

なお、ある種のイカは、このバクテリアの発光を利用している。イカは食物を探す際にこの光を隠れ蓑にしているのだ。[イカの体表面には発光バクテリアが よく生息しており、刺身用のイカを塩水に浸して一昼夜放置すると、培養されて表面に青い光が確認できる場合がある。マツカサウオなど一部の発光魚には、発 光バクテリアを増殖させるための発光器官を持つものがおり、獲物の捕獲、またはその逆で逃げる場合のめくらまし、誘導灯として用いていると考えられてい る]

情報の伝達手段は、バクテリアの種ごとに若干異なる。だが、Bassler氏と学生たちの研究チームは、Vibrio fischeriなどのバクテリアが情報のやり取りに利用する化学物質を特定した。

バクテリアが人間を病気にする毒性化合物を生成するために情報をやり取りする必要があるならば、こうした情報のやり取りを阻止する方法を見つけることはおそらく可能だろう。

Bassler氏はさらに、バクテリアのコロニーが[クオラム・センシングを通して]多細胞生物であるかのような行動をしていることに触れ、これを 通して、多細胞生物が生きる上でのルールを解明できる可能性があると述べた。バクテリアがどのように多細胞的に活動しているかのルールを解明することがで きれば、この知識を、人間の行動や病気の解明にも応用できる可能性もあるのだ。

拡大する「死の海域」：バクテリアによる浄化は可能か

海洋生物が生息できない「デッド・ゾーン」(死の海域)が拡大している。

農業廃棄物や生活排水が原因で富栄養化が起こり、藻類などが大発生してアオコや赤潮と呼ばれる現象が発生しているのだ。[アオコ(青粉)は、微細藻類が大発生し水面を覆い尽くすほどになった状態、およびその藻類を指す。赤潮はプランクトンの異常増殖により海や川、運河、湖沼等が変色する現象で、色は赤とは限らず、アオコもその一種。富栄養化のほか、自然の浄化槽の役目をはたしてきた干潟が減少していることも原因とされる]

アオコはバクテリアのエサとなるが、分解される際に硫化物を放出する。さらに、酸素を大量に消費するバクテリアが急激に増える。毒素を帯び、酸素がなくなった水にはやがて生物が生息できなくなる。

これまでに400以上のデッド・ゾーンが大陸沿岸で見つかっているが、その規模は広がり、発生頻度は増している。こうした場所には、商業漁業が盛ん に行なわれている海域も多い。[溶存酸素濃度の低下による窒息、藻類が産生する毒素による斃死などにより、漁業、特に養殖現場では特に大きな被害が出る。また、有毒藻である渦鞭毛藻類などの産生する毒素が貝類の体内に蓄積し、それを食べた人間に健康被害を及ぼすこともある]

しかし、希望もある。ある種のバクテリアがこうした海域を蘇らせるのに役立つかもしれないのだ。

大西洋のナミビア沖に約11万平方キロメートルにわたって帯状に広がる海域では、致死性の硫化物を、バクテリアが硫黄と硫酸塩に変えている。この変化によって生まれた2つの物質には、悪臭はあるがそれ以外の害はない。

「化学合成無機栄養生物[鉄・窒素・水素・硫黄など無機化合物からエネルギーを得るバクテリア]によって硫化水が大規模に無毒化されていることが、 外洋の生態系で確認されたのは今回が初めてだ」と、欧州の微生物学者と地球化学者からなる研究チームは、12月10日(米国時間)に『Nature』誌に 発表された論文で書いている。

硫化物を大量に食べるバクテリアを利用してデッド・ゾーンを浄化できれば「極めて有益だ」と、バージニア海洋科学研究所(VIMS)に所属する生物学者Robert Diaz氏は語る。Diaz氏は今回発表された研究には関与していない。

だがDiaz氏は、バクテリアを制御するのは難しい可能性があるし、硫化物を浄化しても海水の酸素濃度は低いままであることも考えられると釘を刺す。こうした手段を使う前に、海水の酸素が減っている原因である汚染を防ぐほうが良いというのが同氏の意見だ。

今回の研究論文の執筆者の1人であるマックス・プランク研究所の微生物学者Marcel Kuypers氏も、バクテリアを利用した外洋の浄化には慎重な姿勢だが、バクテリアを養魚池の浄化に利用することはできるかもしれないと述べている。

今回発見された方法には即時的な実用性はない、とKuypers氏は指摘する。バクテリアが海水表面の硫化物を浄化するので、硫化物に汚染された海域は衛星で確認できない可能性もあるが、そこに住む海洋生物は浄化の前に壊滅状態に陥っているというのだ。

「われわれは、人為的な富栄養化が海洋の生態系にもたらす損害を過小評価していた可能性がある」とKuypers氏は語った。