マングローブを致命的な病気から救うためのナノ治療の開発

マングローブとヤシの木は、その美しさだけでなく、フロリダの海岸線にとって非常に重要なことから、サンシャイン ステートの特徴となっています。

マングローブは、沿岸部を嵐による被害から自然に守り、世界中の野生生物の重要な生息地として機能しているため、非常に重要です。

セントラルフロリダ大学の科学者たちは、フロリダや世界中のマングローブ林を、休眠状態だが気温の変動や害虫、その他の病気などのストレス要因にさらされると活発化する、病原性菌の蔓延から守る取り組みを行っている。

この病気にはまだ正式名称はないが、科学者らはこれを「マングローブCNP」と呼んでいる。この病気は、カーブラリア、ネオペスタロティオプシス、ペスタロティオプシスなどの真菌性病原菌のグループによって引き起こされ、黄変や斑点を引き起こし、マングローブを徐々に弱らせ、最終的には枯死させる。

UCF の学部生研究者 Melissa Deinys 氏と UCF の大学院生研究助手 Jorge Pereira 氏は、マングローブを強化して病原菌に対抗するナノ粒子で構成された有望な栄養カクテルを開発し、テストすることで、この状況を変えようと取り組んでいます。この研究は、米国農務省国立食料農業研究所が認定した卓越センターである UCF の Swadeshmukul Santra 教授の持続可能な農業のための材料イノベーション (MISA) センターを通じて行われています。

フロリダ州のマングローブCNPがマングローブの枯死を引き起こしていることは、デイニス氏が2019年にマイアミでフェアチャイルド熱帯植物園での活動を通じて初めて特定した。その後、フロリダ州インディアンリバーラグーンの保護と修復に取り組む非営利団体、海洋資源協議会が彼女の取り組みを検証し、引用した。

デイニス氏とMRCおよびフェアチャイルド熱帯植物園の協力者は、採取したマングローブの約80％で少なくとも1種類の真菌病原体陽性反応が出たと判定した。同氏によると、インディアンリバーラグーンとマイアミのマングローブ群落の間で130本以上のマングローブを採取したという。

研究者たちは、マグネシウムと硫黄のナノ粒子からなる「マグサン」（MgSuN）と呼ばれる栄養液にマングローブを浸して処理している。ペレイラ氏によると、この混合物は、以前大学院生がトマトの細菌を死滅させた方法を改良したものであるという。

「マグネシウムを選んだ理由は、それが環境に優しく、植物が大量のマグネシウムを必要とするからです」と彼は言う。「私はマグネシウム配合物を多硫化ナトリウムと組み合わせました。硫黄は環境中に遍在する元素の 1 つであり、この 2 つを組み合わせることで、細菌と真菌の両方に対する抗菌能力を実際に強化し、植物に重要な栄養素を供給して、植物がより緑豊かに成長できるようにするという考えです。」

研究者らは、実験室でのテスト中に、さまざまな濃度のMgSuNで処理した場合、未処理の対照群と比較して最大95%の成長阻害を観察したと述べています。

この配合剤は一種の抗生物質とマルチビタミンとして作用し、フロリダ州全域の苗圃で感染したマングローブの健康を増進する上で大きな可能性を示しているとペレイラ氏は言う。

「私たちはいくつかの実験を行い、試験管内と植物の両方でテストしました」と彼は言う。「私たちは苗床と協力して、マングローブに悪影響を与えることなく病原菌を殺し、マングローブの健康を回復させることを確認しました。処理後のマングローブは見栄えがとても良いです。」

デイニスは、卒業に向けて進路を進み、UCFでの研究をさらに進めながら、フェアチャイルド熱帯植物園、MRC、フロリダ各地の苗圃での仕事を継続しています。

彼女は、UCFに入学する前の2018年にマイアミで真菌性病原体の研究を始め、病原体の日和見的な性質によってマングローブがますます影響を受けていくのを目の当たりにしてきた。

「私が最初に勤めていた植物園では、植物に病原菌が付着していましたが、今ではこれらの生物が死滅しているのを見るほど有害な影響はありませんでした」と彼女は言う。「マングローブの苗圃 [The Marine Resources Council] 私たちに連絡してきた人たちは、昆虫の大量発生があり、その後病原菌によって全滅したと話してくれました。タンパのような場所からも、10年前と比べて流出量が多い地域では病原菌による劣化が進んでいるという報告を受けています。」

この菌類については以前からよく記録されていたが、急激な気温の変化、頻繁な嵐、その他のストレス要因の増加により、菌類がマングローブ林に定着する可能性があるとデイニス氏は言う。

「彼らは日和見主義者と呼ばれていますが、そう呼ばれるのには理由があります」と彼女は言う。「彼らは植物の変化に気づき、そのとき効果を発揮し始めるのです。」

病原菌がどのように感染するかは、まだ不明だとデイニス氏は言う。研究者らは、水、風、昆虫を介して持ち込まれるのではないかと仮説を立てているが、マングローブの健全性に脅威を与えるため、感染経路を突き止めるにはさらなる研究が必要だ。

「媒介生物が何であるかを突き止めるには、あらゆる可能性を検討する必要がある」とデイニス氏は言う。「これらの病原体の存在を指摘する論文や文献は他国でも長い間見てきた。マングローブ林には隔絶があり、世界も言語も異なるため、調査は困難だった」

MgSuN 栄養溶液は治療薬ではあるが、治癒薬ではないとデイニス氏は言う。病原体の治療に加え、人間が引き起こす生息地の破壊など、管理し緩和すべきストレス要因は依然としてたくさんある。

「マングローブ林を再び生育させるためには、大規模な修復作業が必要だと私は考えています」と彼女は言う。「しかし、私たちがさらに何をすべきかを決める前に、まずはマングローブ林と生態系の健全性を確認する必要があります。私たちはマングローブの苗圃と協力して、一緒に解決策を見つけられるかどうか検討しています。」

マングローブの維持と修復は生態系管理の重要な要素であり、デイニスはキャリアを通じてこの情熱を持ち続けたいと考えています。

「私は大学1年生の時にこのプロジェクトを始めました」と彼女は言う。「私は自分のやっていることを辞めたくなかったので、使命感を持ってここに来ました。私たちのPIであるサントラ博士に会いましたが、彼は協力したいと言ってくれました。彼は私に多くの自由を与えてくれました。本当に感謝しています。」

デイニスさんは、UCFでの研究は信じられないほど満足のいくものだったと語っています。

「ここには共同体意識があるのだとわかりました」と彼女は言う。「研究室に参加して、まるで自分の家族を見つけたような気がしました。それがこの経験から得られた最高のことの一つです。これは私の人生の情熱の一つであり、このプロジェクトを辞めた後もずっと続けていきたいと思っています。」

サントラ氏はペレイラ氏とデイニス氏が行った研究に勇気づけられており、それがマングローブの生態系を強化し続けることを期待している。

「UCF MISA センターは、農業の持続可能性を脅かす世界的な問題の解決に取り組んでいます」と彼は言います。「マングローブを保護するための新たな作物保護ツールがツールボックスに加わったことを嬉しく思います。MagSun の将来は、ナノテクノロジーによって GRAS (一般に安全と認められる) 物質が強化された、広範囲の殺菌剤になると考えています。」

科学者がマングローブ林をより良く保護できるように、どのストレス要因がマングローブ林に最も影響を与えているかを正確に特定するためのさらなる研究が必要だとペレイラ氏は言う。

「ストレス要因を理解することは非常に重要であり、それが気温の変化なのか、流出なのか、あるいは追加の病原体なのかを真剣に検討する必要がある」と同氏は言う。「その間、私たちはこの被害が起きないように何らかの対策を講じる必要がある」