ラトガーズ大学ニューブランズウィック校の科学者らは、鳥や爬虫類、他のペット、そして近年は人間向けの代替タンパク質源としても利用される「スーパーワーム」の大量死を引き起こしたウイルスを発見しました。これにより、彼らは人間、植物、動物における新たなウイルスや病原体を探索し特定する新しい方法を開拓しました。科学者らは、刻んだ甲虫の幼虫の死体をスラリーにして液体窒素で冷却した電子顕微鏡を使用し、2024年8月28日にCell誌において「Zophobas morio black wasting virus」と名付けたウイルスを発見したことを報告しました。これは亜熱帯に生息する暗色甲虫の一種「Zophobas morio」、特に卵から孵化して大きく成長する幼虫段階である「スーパーワーム」に致命的な影響を与えることに由来しています。この種は、全長約5cmと他の飼料用の幼虫よりも大きいため「スーパーワーム」と名付けられました。健康なスーパーワームは茶色ですが、ウイルス性疾患が進行すると黒くなります。公開アクセスのCell誌の論文は「Cryo-EM-Based Discovery of a Pathogenic Parvovirus Causing Epidemic Mortality by Black Wasting Disease in Farmed Beetles（クライオ電子顕微鏡による致死性パルボウイルスの発見：飼育甲虫における黒色病による流行性死亡）」と題されています。
この研究の著者であり、ラトガーズ大学ニューブランズウィック校の定量生物医学研究所（Institute for Quantitative Biomedicine）准研究教授であるジェイソン・ケールバー博士（Jason Kaelber, PhD）は、「病気の最初の兆候は、スーパーワームの動きにおけるわずかな変化です。最終的には、筋肉が発火しても協調性がなく前進も後退もできず、その場で身をよじるようになります。内部から黒く変色し始めますが、これは感染しても症状がすぐには現れない個体もあるため注意が必要です」と述べています。
Z. morioのタンパク質豊富な幼虫は、世界中の鳥類、爬虫類、魚類、両生類などのペットの餌として広く利用されており、2019年に突如として原因不明の大量死が発生し、ペットフード供給業者や飼育者を困惑させました。
ケールバー博士は、同研究所のポスドク研究員で、今回の研究の第一著者であるユディト・ペンゼス博士（Judit Penzes, PhD）と協力しました。
「ユディトは、甲虫の養殖業者がこの致死的な病気でスーパーワームのコロニーを失っている原因を特定しようとしていました。一方で、私はDNAやRNAの配列に依存しない新しいウイルス発見方法を開発しようとしていました」とケールバー博士は述べました。「結果的に、国中で猛威を振るいスーパーワームを死に至らしめているウイルスを発見しました。」
科学的な調査は、ペンゼス博士が甲虫の養殖業者から相談を受けた1年以上前に始まりました。ペンゼス博士は、以前コオロギの大量死を引き起こしたウイルスを分離した業績があり、業界内で広く知られていました。
彼女はニュージャージー州内のペットショップを訪れてスーパーワームを収集しました。「ペットショップに行くとすぐに飼料昆虫のセクションへ行き、容器を開けて虫を確認しました。すべて感染しているのを見て、店のオーナーにその旨を伝えて、このウイルスを研究していることを話しました。すると、容器を自由に持ち帰ってよいと言われました」と彼女は語りました。
彼女は研究室に戻り、ミキサーに幼虫の死骸を入れて高速で撹拌し、幼虫のジュースをスラリーとして抽出しました。その後、ウイルスの密度に基づく精製法でウイルスを分離し、最終段階では蛍光光を遠心チューブに照射して青く光るウイルスを確認しました。
「その光を見たとき、『見つけた』と思いました」とペンゼス博士は述べました。「それが確かにウイルスであることをその瞬間に確信しました。」
次に、ペンゼス博士は電子顕微鏡技術者であるケールバー博士と協力し、クライオ電子顕微鏡を用いてウイルスを観察しました。これによりウイルスの内部を含む三次元的な視点での観察が可能になります。
「ウイルスやタンパク質、細胞などを凍結し、水が氷の結晶になることなく固体化するようにします」とケールバー博士は説明しました。「この高解像度の3D構造を観察することで、DNAを解析せずともタンパク質のアミノ酸配列を特定することが可能です。」
ケールバー博士によると、クライオ電子顕微鏡技術を用いることで、ウイルスカプシドタンパク質のアミノ酸の原子と側鎖を視覚化し、特定することができるとのことです。
彼らは、このウイルスのカプシドタンパク質の構造をルートガーズ大学がホストするProtein Data Bankのデータベース内の既知のタンパク質すべてと比較しました。その結果、このウイルスはゴキブリに影響を与えるウイルスのタンパク質と類似しているが、同一ではなく、パルボウイルスとして知られる動物ウイルスのファミリーに属していることがわかりました。
「これは新しいウイルスで、これまでに配列解析や画像化されたものとは異なります」とペンゼス博士は述べました。
研究者らは、研究が進むにつれ全国のスーパーワーム飼育者から自発的に提供されたサンプルに感謝の意を示しました。「ウイルスの研究を手助けしたいという養殖業者の熱意が、この論文の発表を実現させる大きな役割を果たしました」とペンゼス博士は語りました。
この努力は、未知の病原体を直接発見し特性を明らかにするためにクライオ電子顕微鏡を活用できるという「概念実証」を提供しました。
「今後、重要な発生が起こった場合、あらゆるツールを駆使して原因を突き止めたいと考えています」とケールバー博士は述べました。「診断用クライオ電子顕微鏡を日常的に使用できるようにし、未知の感染症が発生した際には、その病原体を同日に特定するための多くの選択肢を持てるようにしたいと考えています。」
クライオ電子顕微鏡法は近年その人気が高まり、既知の標本の3D分析において一般的な方法となっています。しかし、ラトガーズ大学による今回の研究は、この方法が未知の病原体に初めて適用されたケースを示しています。
ウイルスを発見した後、研究者らはZ. morio甲虫を病気から守るために、症状を引き起こさない他の種からの類似ウイルスを注射する方法をテストしました。この研究に基づいてワクチンが開発されつつあります。
「この発見には二つの重要な意味があります」とケールバー博士は述べました。「第一に、甲虫養殖者はこの情報を使用してコロニーを守り、流行の管理において効果的または無効な行動を理解することができます。第二に、甲虫の流行は、この技術を人間、植物、動物における将来の感染爆発の迅速な調査に役立てることができる現実世界でのテストケースでした。」
この研究には、ラトガーズ大学定量生物医学研究所のマーティン・ホルム博士（Martin Holm, PhD）およびメリーランド州ロックビルにあるREGENXBIO Inc.のサマンサ・ヨースト博士（Samantha Yost, PhD）も共同執筆者として参加しました。
