未知のRNA要素「オベリスク」の発見—ヒトマイクロバイオームに広く分布する新たな遺伝因子
米国、スペイン、カナダの研究者らは、2024年11月に発行されたCell誌の創刊50周年記念号において、「オベリスク（obelisks）」と名付けられた新規の遺伝性RNA要素を報告しました。このRNA要素は、これまでに知られるいかなる生物学的因子とも類似性を持たず、その機能も不明ですが、ヒトマイクロバイオームを含む多様な生態系に存在することが明らかになりました。特に、ヒト口腔マイクロバイオームにおいて極めて高い頻度で検出 されています。 この研究は、ノーベル賞受賞者であるスタンフォード大学のアンドリュー・Z・ファイア博士（Andrew Z. Fire, PhD）が主導し、2024年11月14日にCell誌に「Viroid-Like Colonists of Human Microbiomes（ヒトマイクロバイオームにおけるビロイド様RNAコロニー）」というタイトルで発表されました。
ビロイド：最小RNA要素の新たな定義
B型肝炎ウイルスデルタ抗原（HDV）様ウイルス性衛星（Hepatitis delta-like viral satellites）やその他のビロイド（viroids）は、タンパク質をコードせず、外被タンパク質を持たない病原性の遊離RNA分子 です。
RNAウイルス（リボウィリア: Riboviria）が自身の複製機構をコードするのに対し、ビロイドは宿主のRNAポリメラーゼを利用して複製を行う ため、生物学的情報伝達の限界を定義するほど小さなゲノム（典型的なビロイド：約350ヌクレオチド、HDV：約1.7キロベース）を持ちます。これまで、リボウィリアに比べてビロイドの既知の例は少数でした。
ビロイドは20世紀初頭に植物病理学者によって発見され、植物のゲノムと相互作用し、ジャガイモなどの作物に成長阻害や形態異常を引き起こすことが報告されています。長らく、ビロイドは植物にのみ存在すると考えられていましたが、最近の研究により動物、細菌、真菌などのデータベースにもビロイド様RNAの存在が確認 され、RNAゲノムの進化的理解が大きく変わりつつあります。
VNom：腸内マイクロバイオームから新たなビロイド様RNA要素を検出するツール
研究チームは、ビロイド研究の進展により、既存のビロイドやHDVとは類似性のない、さらに広範なビロイド様RNA要素が存在する可能性 があると考えました。
そこで彼らは、すでに新規の原核生物、ウイルス、プラスミド由来の遺伝因子の発見が進んでいる「ヒト腸内マイクロバイオーム（hGMB）」 を対象に、未発見のRNAゲノムを探索しました。
この目的のために、彼らは 「Viroid Nominator（VNom）」 という参照データベースに依存しない高度なバイオインフォマティクス手法 を開発しました。
VNomは、RNA-Seqデータから一本鎖RNAで環状構造を形成する配列 を検出する仕組みになっています。環状構造は、ビロイドやHDVの代表的な分子特徴 の一つであるため、この手法により従来の検索方法では見落とされていた新たなビロイド様RNA を発見できる可能性がありました。
オベリスクの発見：ヒトマイクロバイオームプロジェクトの便サンプル解析
研究チームは、まずVNomをIntegrative Human Microbiome Project（統合ヒトマイクロバイオームプロジェクト） の便サンプルデータに適用しました。このデータセットには、104人のドナーから約1年間にわたり定期的に採取されたストランド特異的RNA-Seqデータ が含まれており、腸内に持続的に定着するRNA要素を特定するのに適している と考えられました。
データをフィルタリングした結果、15の関連する配列群が突出して検出 されました。
これらの配列は約1.1 kb の長さを持ち、HDVやビロイド科（Pospiviroidae）に類似した高度な二次構造 を形成しており、しかしながら、これまでに知られるビロイドやHDVとは一切相同性を持たない ことが判明しました。
この新規RNA要素は、予測される二次構造が強固な棒状（rod-like）を示すことから、「オベリスク-α（obelisk-α）」 と命名されました。
さらに詳細な解析により、203アミノ酸と53アミノ酸からなる2種類のタンパク質のオープンリーディングフレーム（ORF）が存在
どちらの配列も既存のヌクレオチド配列やタンパク質と相同性を持たない
この新規タンパク質は、それぞれOblin-1 および Oblin-2 と命名されました。
特に Oblin-1 ORF は、発見されたオベリスクの環状配列の約半分を占めており、保存性が高い ことが分かりました。
オベリスクの持続性と個別性
オベリスク-αは、104人のドナーのうち 7人の便サンプルから検出 され、200日以上にわたり持続的に存在 することが確認されました。
また、それぞれのドナーが独自の「株（strain）」を持つ ことも明らかになりました。
興味深いことに、同プロジェクトで取得されたDNA配列データには、オベリスクに該当する配列が一切検出されませんでした。
これは、オベリスク-αが 「DNAにはコードされず、RNA要素として独立して存在する」 ことを示唆しています。
このことから、研究チームは 「オベリスク-αは、新規のタンパク質コードRNA要素であり、ビロイド様の特性を持ちながらも、ヒト腸内で持続的に存在するRNAサブスピーシーズである」 と結論付けました。
オベリスクは公共RNAデータベースにも豊富に存在！
研究チームはさらに探索を続け、世界最大規模の公的なハイスループットシーケンシングデータリポジトリである メタゲノム配列リードアーカイブ（SRA: Sequence Read Archive） の3.2百万（320万）件のデータセット を解析しました。
その結果、オベリスク-αに該当する完全長配列がさらに21例発見
さらに、新たなオベリスクの系統 「オベリスク-β（obelisk-β）」 も同定
オベリスク-βは、オベリスク-αと類似した約1.1 kbの長さを持ち、環状で棒状の二次構造を形成 し、Oblin-1およびOblin-2に似たタンパク質配列 を持っていました。
また、一部のオベリスクでは オベリスク特異的ハンマーヘッドリボザイムモチーフ（hammerhead ribozyme motif） が発見されました。
ハンマーヘッドリボザイム とは、自己切断活性を持つRNA構造 であり、ビロイドにおいてローリングサークル（rolling-circle）複製の際に重要な役割を果たす
このことから、一部のオベリスクはローリングサークル型、またはローリングヘアピン型の複製機構 を持つ可能性が示唆されました。
ただし、その詳細なメカニズムは今後の研究が必要 です。
オベリスクは地球規模で存在！
研究チームは、Oblin-1およびOblin-2をクエリ配列として、約540万件のSRAデータセットを解析 しました。
その結果、オベリスクは全世界に広く分布し、約30,000種類の系統が存在 することが判明
環境試料（地中、堆積物、下水、湖沼、水生環境） にも存在
動植物や微生物（細菌、真菌、魚類、哺乳類、昆虫、両生類など） にも見つかる
特にヒトマイクロバイオームにおいては、ヒト便マイクロバイオームの約7%でオベリスクが検出
ヒト口腔マイクロバイオームの約半数に存在
さらに、5つの既存のヒト腸内および口腔マイクロバイオーム研究のデータセットを解析 したところ、472名のドナーのうち約10%のサンプルにオベリスクが存在 していたことが確認されました。
なお、解析したDNAデータセットにはオベリスクは検出されなかった ため、オベリスクがRNA特有の遺伝要素 であることが改めて裏付けられました。
オベリスクの機能は不明だが、宿主との共存関係が示唆される
データセットの中には、明確なオベリスク-宿主ペアの証拠も見つかりました。
その例として、Streptococcus sanguinis（ストレプトコッカス・サングイニス） という細菌が、
オベリスクの複製宿主として機能している可能性 が示されました。
S. sanguinis はヒト口腔マイクロバイオームの常在菌 であり、研究チームの実験により、培養環境下でオベリスク-S.s が持続的に存在できることが確認 されました。
ただし、オベリスク-S.s は宿主の生存や成長には必須ではない ことも判明しました。
なお、オベリスクの宿主特定は、試料の複雑性が非常に高いため、単一培養や共培養を用いた限定的な解析にとどまった
他のオベリスク-宿主ペアが存在する可能性は十分にある
そのため、研究チームは S. sanguinis SK36株とオベリスクRNAの共存関係を、オベリスクの性質を解明するためのモデルとして活用することを提案 しました。
ウイルス、ビロイド、HDVの定義を再考する必要性
この研究は、オベリスクの起源や伝播経路、ヒトや動植物・微生物への影響、複製機構といった未解明の疑問を多く残している ものの、
RNA要素の分類を見直すきっかけとなる可能性があります。
論文の著者らは、ウイルス、ビロイド、HDVの定義をめぐる議論について次のように述べています。
「ウイルスの定義は曖昧であり、ビロイドやHDVのようなサブウイルス因子は "ペリウイルス圏（perivirosphere）" というさらに不明瞭な領域に分類されてきた。
しかし、ウイルス性の定義には、感染の伝播（例：ビリオンを介した拡散）、宿主への影響（例：病原性）、複製機構（例：ウイルスの複製装置の利用）といった要素が含まれる。
現時点では、オベリスクの伝播経路、宿主への影響、複製機構のいずれも明らかになっていない。
したがって、オベリスクはウイルスと見なすべきではなく、むしろ「RNAプラスミド」に近い存在である可能性がある。
そのため、我々はこのRNA専用の遺伝要素を "オベリスク" と呼び、ビロイドやHDVとは異なる独立したカテゴリーとして定義することを提案する。」
結論：オベリスクの発見がマイクロバイオーム研究に新たな展開をもたらす
オベリスクの発見は、マイクロバイオーム研究の新たな幕開けを告げる画期的な成果です。
今後の研究によって、オベリスクの生物学的役割
ヒトの健康や疾患への潜在的な影響
どのようにして進化し、広がっているのか
といった謎が解き明かされることが期待されます。
写真：アンドリュー・Z・ファイア博士（Andrew Z. Fire, PhD）
