ゴビ砂漠がチベット高原と接している中国北部には、波打つ砂丘と山、むき出しの岩ばかりの広大な砂漠が広がっている。長く厳しいこの地の冬の気温はマイナス25℃を下回り、雨はたまにしか降らないので、この地では環境にうまく適応できた種しか生き延びられない。研究者たちは何十年もの間、この厳しい環境で生存できる生命を探し求めてこの地に足を踏み入れている。
そして研究者たちは最近、あるものを探し求めている。抗生物質への耐性をもつ薬剤耐性菌がもたらす差し迫った脅威に立ち向かうために、厳しい環境に生息する生命体が役に立つと科学者たちは確信しているのだ。
この脅威は深刻化の一途をたどり、ここにきてさらに致命的になっている。薬剤耐性菌の影響を包括的に評価した初めてのレポートが2022年初頭に公開されたが、このレポートでは19年に薬剤耐性菌が直接的な原因となって100万人以上を死亡させ、間接的には数百万人以上の死をもたらしたと推定している。
こうした脅威に立ち向かうひとつの方法は、細菌が耐性を獲得していない新しい抗生物質を探すことだ。そして、新たな細菌を探すことが新たな抗生物質の発見につながる。
現在わたしたちが使っている薬の多くは、細菌などの微生物が別の微生物から身を守るためにつくり出す物質だ。多くの研究者は、過酷な砂漠を旅しながら抗菌特性をもった新しい細菌を探すことに注力している。
過酷な地で生まれた防御能力の高い細菌
「環境が厳しくなればなるほど、そこに住む生物は進化と適応を余儀なくされるという考え方です」と、英国のスウォンジー大学医学部で分子微生物学を研究するポール・ダイソンは語る。生存競争が激しい厳しい環境では、競争相手よりも強力な防御を生み出す細菌が見つかるという理論だ。
そして砂漠の奥深くで、ダイソンと中国科学院の共同研究者らは、実際に優位性をもった細菌を発見した。そしてこの細菌は、抗生物質を発見する過程そのものを一変させる可能性がある。
中国にいるダイソンの共同研究者たちは、13年にゴビ砂漠の最南端にあるアルシャー高原で新たに発見されたストレプトマイセス属の細菌を分離した。この細菌のゲノム配列を解析した結果、研究チームはその細菌がほかの細菌を殺す抗生物質を生成するだけでなく、ストレプトマイセス属の既知の種と比べて非常に速く育つことも発見したのである。
またゲノム解析の結果、新たに見つかった細菌がこれまでにない転移RNA（tRNA）の遺伝子をもつことも明らかになった。tRNAは、生物が遺伝物質を読めるように翻訳することで、必要な別の分子を構築できるようにする分子である。ダイソンと研究チームは間もなく、この新しく発見されたtRNA遺伝子が、従来の細菌よりはるかに効率的に抗生物質の生成を制御する分子スイッチを押すことを突き止めた。
医学的に重要な細菌の多くがストレプトマイセス属にあり、すでに知られている種は500を超える。ストレプトマイセス属の細菌は土壌中に広く生息しており、土壌の特徴的なにおいは、ストレプトマイセス属の細菌が生成する分子によるものだ。
さらに重要なことに、ストレプトマイセス属は医薬品の重要な原材料である。いま使用されている自然由来の抗生物質の3分の2が、ストレプトマイセス属からもたらされたものなのだ。
そして有益な新しい抗生物質をもたらす可能性のある、まだ見ぬ細菌が多く存在していることは間違いない。有望そうな細菌を見つけた次にとるべき行動は、分析するために十分な量の抗生物質が生成されるように操作することだ。ところが、これが真の難題である。
新たな抗生物質の発見の手がかりに
抗生物質の発見は「生成される量が少なくてうまくいかないことがよくあります」と、ジュネーブに本部を置くグローバル抗菌薬研究開発パートナーシップ（GARDP）でシニアディレクターを務めるローラ・ピドックは語る。さらに、ある細菌が有益な物質を生成する可能性をもっていても、「抗生物質をつくるための遺伝機構が機能していないので生成されない」場合もあると、ピドックは付け加える。
これを把握した上でダイソンの研究チームは、ゴビ砂漠で発見された速く育つ細菌からtRNA遺伝子を取り出し、それを臨床用の抗生物質の製造にすでに使用されている従来のストレプトマイセス属の細菌に追加した。そして研究チームは、速く育つ細菌から取り出した遺伝子は、ほかの細菌による抗生物質の生成を加速するという仮説を立てた。
そして、その仮説は実証されたのである。遺伝子が組み換えられた細菌は、2〜3日のうちに抗生物質を生成した。これは従来のストレプトマイセス属の細菌と比べて約半分の時間しかかかっていない。
科学論文誌『Nucleic Acids Research』に掲載されたこれらの発見は、新しい治療法の探求に大いに役立つ可能性を秘めている。この発見は、薬として使用できる物質を生成しそうな新しい細菌を科学者が見つけたものの、その生成量が少ない場合（よくあることだ）に生成量を大きく増やす可能性のあるツールを提供できるのだ。「これは新しい抗生物質発見プログラムに組み込むべき、非常にシンプルな戦略であると強く信じています」と、ダイソンは語る。
GARDPのピドックもこれに同意する。細菌に大量の抗生物質を生成させることは「この分野の研究者にとって非常に興味深い」ものであり、人類の健康にプラスの影響を与えるとピドックは語る。「感染症を治療するための新薬の基礎となりうる新しい抗生物質を、これで発見できるはずです」
コロナ禍で薬剤耐性菌の問題が深刻化
これは朗報だ。というのも、世界銀行はグローバルヘルスや食料安全保障、開発に対する最大級の脅威のひとつが薬剤耐性（AMR）であると推定しているからである。
国連は19年の報告で、世界的に増加する強力な耐性菌と戦う措置が講じられない場合、2050年までに年間1,000万人が薬剤耐性菌による疾患で死亡する可能性があると警告している。懸念すべきは、新型コロナウイルスのパンデミック（世界的大流行）の最中に（感染症患者の二次感染を防ぐために）抗生物質の使用が増えたことで、AMRの上昇が見られている点だ。
AMRは、細菌が抗生物質に繰り返し晒され、それらに耐える方法を発達させることで生じる。この現象は、人間がウイルス性疾患に抗生物質を服用したり（抗生物質は細菌に対してのみ効果がある）、健康な家畜に病気の予防のために抗生物質を投与したりするなど、人間と家畜の両方が抗生物質を誤用、乱用することで悪化したり加速したりするのだ。
「AMRは自然現象なので、どの時点でも完全に止めることは不可能です。しかし、その速度と脅威の軽減、抑制は可能です」と、世界保健機関（WHO）の薬剤耐性部門のハティム・サティは語る。
スウォンジー大学のダイソンたちが砂漠で発見した細菌も、AMRの対策に役立つ可能性のある種だ。しかし、極限環境に適応した生物はほかにも数多く存在し、脅威に立ち向かう手段となる可能性がある。
これらの生物は極限環境微生物と呼ばれ、海底火山や深海の海綿、最も乾燥している砂漠の中など、地球上で最も過酷な場所から分離されてきた。こうした生息地は温度や水素イオン指数（pH）、圧力、塩分濃度が極端に高かったり低かったり、こうした要素が組み合わされていたりする。
薬剤耐性を克服する鍵は自然界にある
生物多様性で知られる北アイルランドのボウ・ハイランドで、ストレプトマイセス属の新種をいくつか発見した研究チームに、ダイソンは数年前に所属していた。この地域は石灰岩や強酸性の沼地、アルカリ性の草地で構成されている。まるでゴビ砂漠と同じような厳しい特徴が、さらに強力な細菌が進化する可能性のある独特な環境を提供しているのだ。
ドルイド僧が1,500年前に治めていたこの土地は、何世紀にもわたって神秘的な場所と捉えられてきた。特に土壌には治療効果があることが知られており、しばしばチンキ剤や傷薬に使われていたという。
このチームの科学者で、かつてこの地に住んでいたジェリー・クインは、大叔父がかつて地域のヒーラー（治療者）としていくつかの病気の治療薬をもっていることで知られていたと語る。「“治療薬”をもつ人々の話は常にありました」と、クインは言う。「それは世代から世代へと受け継がれてきた厳重な規則によって守られた秘密でした。治療薬を売ることや治療薬を探している人をだますことも許されておらず、教えられた通りに治療薬をつくる必要があったのです」
そのような言い伝えを思い出して、クインはかつて干し草を集めていた土地に戻り、代わりに細菌のサンプルを集めた。その結果、科学者たちはストレプトマイセス属の菌株の一種を発見している。マイロフォレア（Strepotomyces sp. myrophorea）と名付けられたこの菌株は、メチシリン耐性黄色ブドウ球菌（MRSA）を含む上位6種の薬剤耐性菌のうち4種に対抗することができた。
これらの微生物の発見は、新しい抗生物質を開発するための数ある段階の1歩目にすぎないということを忘れてはならない。新たに発見された物質のうち、人体への毒性やさまざまな要因を乗り越えて、最終的に医薬品として使えるものは限られている。そして、これらのハードルを越えたとしても、何年にもわたる臨床試験が続くのだ。
それでもダイソンは、AMRを克服する鍵が自然界にあり、新たに発見されたtRNA遺伝子によって科学者が発見した微生物を最大限に活用できるようになると期待している。だが、いまのところ実用性が見込める細菌の探索は続いている。つまり、研究者たちは引き続き地球で最も過酷な環境に足を運び続けなくてはならないのだ。
（WIRED US/Translation by Yumi Muramatsu/Edit by Naoya Raita）
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