「ウイルスと細菌が巨大な戦いに巻き込まれている」

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2026-01-18 19:20:00

クモのような脚、長い首、紫色の球根状の頭。デルフト工科大学のスタン・ブラウンズ教授（47）のオフィスにあるこのぬいぐるみは、一見すると奇妙な宇宙人のように見えます。実際には、このようなバクテリオファージはいたるところに存在し、人間の腸内にも存在します。 「それらは非常に小さいため、目には見えません。200ナノメートル、1メートルの2000億分の1です。しかし、細菌があるところには、バクテリオファージも存在します。」

その脚、首、頭は実際の体の一部ではありません。バクテリオファージ – 文字通り、細菌を食べるもの – はウイルスであり、したがってほとんどのウイルス学者の定義によれば生命がありません。 「ウイルスはシャーシを使って正しい細菌を認識します。異なるファージは異なる種を標的とします。犠牲者が見つかると、ウイルスの DNA がカプシド、つまり球状のタンパク質のコートから細菌の中に飛び込みます。」

ブラウンズは自分のテーマについて熱心に語ります。彼は 20 年以上前に、細菌の約半数で発生する特異的免疫システムである CRISPR の研究を開始し、そのためノーベル賞を受賞した遺伝子組み換えツール CRISPR-cas9 の最初の研究にも携わりました。それ以来、彼は細菌とバクテリオファージの間の進化競争に魅了されてきました。なぜなら、この 2 つは常に相互に反応するからです。つまり、ファージが「賢い」ほど、細菌の防御機構が優れています。 「細菌として生き残るためには、これらの攻撃を回避する必要があります。」

壁にその文字が書かれたポスターが貼ってある ファージエヴァダーファージ アボイダー: 1970 年代のコンピューター ゲーム、スペース インベーダーを彷彿とさせます。 「これは、ここの研究室でも働いているダーン・ファン・デン・ベルクの修士論文でした。彼は2月初めに博士号を取得する予定で、その後、私たちもシンポジウムを開催する予定です」 分子チェス 細菌とウイルスの間。基本的にそういうことなので、彼らは常にお互いを出し抜こうとします。その意味では、バクテリオファージは進化の対象であるため生きていると主張することもできます。」

このようなチェスの試合で最終的に勝つのは誰でしょうか?

「とにかく、ファージではありません。彼らは、すべての細菌を根絶することに興味がありません。そうなると、もはや生存手段がなくなるからです。結局のところ、そのようなウイルスは宿主内でのみ繁殖できます。したがって、細菌はすぐに死なないことが望ましいです。時々、バクテリオファージは、最初に増殖することに、つまり、できるだけ多くの細菌に侵入することに焦点を当てます。そして、もはや去らなくなったヒッチハイカーのように、細菌のDNAに組み込まれます。細菌が防御機構を持っていない限り、それを防がなければなりません。」

このような細菌の防御システムはどのように機能するのでしょうか?

「あらゆる種類の異なる変異体が存在しており、私たちもここ研究室でマッピングしようとしています。しかし、CRISPRの例では、感染中にファージDNAの小片が細菌のDNAに組み込まれるため、細菌は侵入者を認識することを学習します。その細菌が再び注射されると、侵入者を認識し、その遺伝物質を分子ハサミで切断して排除します。その場合、当然、細菌は最初の攻撃を生き延びているはずです。最初の攻撃はおそらく次に、弱体化して機能不全に陥ったバクテリオファージによって行われます。これを、弱体化した病原体を注射するワクチン接種と比較してください。

「脊椎動物の適応免疫系を除けば、細菌防御は遺伝的記憶を持つ唯一の免疫系です。細菌防御は、最大500種類のウイルスを『記憶』することができます。CRISPRは、おそらく進化の初期に、かつてバクテリオファージに反応して誕生したということです。細菌が30億年前から存在していることを考えれば、ずっと昔のことです。つまり、これは何十億年もの間荒れ続けてきた壮大な戦いです。そのゲームはおそらく、チェスは止まってしまえば引き分けで終わる。」

それにもかかわらず、バクテリオファージは抗生物質の有望な代替品です。

「はい、それがこの研究分野をとてもエキサイティングなものにしている点の 1 つです。私たちは現在、UMC ユトレヒトと協力して、特に次のような研究を行っています。 緑膿菌病院で悪名高い細菌のひとつで、抗生物質に対して非常に耐性があります。 2019 年、私たちはデルフト工科大学から、最も一般的な 2 つの病院細菌に対するバクテリオファージを備えたファージ バンクを開発しました。最終的には、これを、病原性トップ 10 に含まれるすべての細菌を一緒に攻撃できるバクテリオファージのバンクに拡張したいと考えています。」

そうするとファージ耐性が生じないのでしょうか？

「はい、しかし、利点はバクテリオファージが静的ではないことです。バクテリオファージは確かにすべての細菌感染症に対する特効薬ではありませんが、適応することができるため、優れた代替手段となります。そして長期的には、科学者はバクテリオファージをさらに効果的な方法で適応または選択することさえできるかもしれません。」

それはまだうまくいきませんか？

「明らかに、バクテリオファージはそれほど複雑ではないように見えるかもしれませんが、私たちはまだバクテリオファージを再現できず、バクテリオファージに新しい特性を与えることもできません。遺伝的にも非常に高度です。たとえば、コロナウイルスSARS-CoV-2は約30,000塩基対しか持ちませんが、一部のバクテリオファージではその数が320,000にも達する可能性があります。バクテリオファージには多くの遺伝情報が含まれていますが、それらすべての遺伝子が何をするのかはまだ理解されていません。おそらく多くの未知の遺伝子が細胞プロセスの阻害または刺激に関与していると考えられます。

「そして、たとえ望ましい方法でバクテリオファージを改変できたとしても、研究室の外で簡単に使用することはできません。ヨーロッパでは、この分野の規制が非常に厳しいです。これは残念なことです。なぜなら、それによって私たちは世界の他の国々に2対0で遅れをとっているからです。幸いなことに、天然のバクテリオファージにはまだ発見すべきことがたくさんあります。細菌との軍拡競争の中で、バクテリオファージは印象的な技術の武器庫を築き上げてきました。」

Crispr のような次の革新的なテクノロジーはその武器庫のどこかに隠されているのでしょうか?

「誰にもわかりません! 2006 年に CRISPR の研究を開始したとき、最終的に DNA をいじることができるようになるとは想像していませんでした。当時はそれは基礎研究でした。ここでも、何が発見されるかはまだわかりませんが、細菌とバクテリオファージの遺伝的ツールボックスがいかに豊富であるかは明らかです。そして今では、アルファフォールド (細菌の構造を解明できる Google のコンピューター プログラム) などの最新技術にもアクセスできるようになりました。」タンパク質。」

これらの Google 研究者は、その功績でノーベル賞を受賞しました。

「したがって、これは信じられないほど革命的な方法です。以前は、X線結晶構造解析を使用して、多くの時間と労力をかけてタンパク質の構造を解明することができました。現在では、任意のタンパク質のアミノ酸の直鎖を提供することができ、アルゴリズムがその構造の可能性の割合を含む3D構造をすぐに得てくれます。タンパク質の構造はその機能について多くのことを物語っているため、これは金の価値があります。また、どのタンパク質が他のタンパク質と相互作用するか、または細菌のタンパク質が認識するかを予測することもできます。たとえば、バクテリオファージのカプシドタンパク質。これにより、バクテリオファージの治療がはるかに簡単になります。

まだまだ知ることがたくさんあります。

「その通りです。世界中の微生物学者が、最新の技術を使用して、この細菌の賢い兵器庫に取り組んでいます。AI のおかげもあって、タンパク質に対する私たちの理解は急速に進んでいます。私の知る限り、ファージを実際に適応できるようになるのは時間の問題です。」

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