コレラ菌の致命的な株が1961年にインドネシアで出現し、現在までに世界中で数千人の命を奪い、数百万人を病に陥れています。この持続的な広がりにより、科学者たちは長年にわたりその理由を解明しようとしてきました。ついに、テキサス大学オースティン校（The University of Texas at Austin）の研究者らが2024年5月13日に発表した研究で、この危険な株が数十年間にわたり生き残ってきた理由が明らかになりました。論文のタイトルは「Plasmid Targeting and Destruction by the DdmDE Bacterial Defence System（DdmDE細菌防御システムによるプラスミドの標的化と破壊）」です。
長期間にわたり世界的なコレラ流行を引き起こしているVibrio cholerae（V. cholerae）株が、他の病原性変異株よりも競争力を持つ理由は謎とされていました。UTの研究チームは、細菌の免疫システムに特有の特徴を発見し、それが細菌の進化を促進する主要な要因から細菌を保護することを明らかにしました。
「この免疫システムの構成要素はこの株に特有であり、他のV. cholerae系統に対して非常に大きな優位性を与えている可能性があります」と、UTの分子生物学博士研究員であり、この論文の責任著者であるジャック・ブラボー博士（Jack Bravo, PhD）は述べています。「また、寄生的な移動性遺伝子要素に対する防御も可能にしており、これがこの株の生態と進化において重要な役割を果たし、最終的にこのパンデミック系統の長寿命に寄与していると考えられます。」
コレラやその他の細菌は、すべての生物と同様に、環境の変化に適応するために、抗生物質耐性などの新たな発展をもたらす一連の突然変異と適応を通じて進化します。微生物の進化を促進する要因の一つとして、プラスミドと呼ばれるより小さなDNA構造があり、これは細菌の内部で感染し、存在し、複製されることで細菌のDNAを変化させることができます。プラスミドはまた、エネルギーを消費し、細菌にとって不利な突然変異を引き起こすこともあります。
研究チームは、実験室での分析とクライオ電子顕微鏡撮影を組み合わせることで、これらの細菌が持つユニークな二部構成の防御システムを特定し、プラスミドを実質的に破壊することで細菌株を保護し保存することができると発見しました。
世界保健機関（WHO）によると、コレラは年間130万から400万人に感染し、2万1000人から14万3000人が死亡しています。細菌は通常、汚染された水や食物、または感染者の体液との接触を通じて広がります。重症の場合、下痢、嘔吐、筋肉痙攣が発生し、脱水症状を引き起こし、時には致命的になることもあります。流行は主に衛生環境と飲料水インフラが不十分な地域で発生します。現在、コレラと戦うためのワクチンはありますが、重症症状に対する保護はわずか3か月後に低下します。新しい介入が必要とされる中で、研究者らは今回の研究が製薬会社にとって新たな道を示す可能性があると述べています。
「このユニークな防御システムは治療や予防の対象となる可能性があります」と、UTの分子生物学准教授であり、この論文の著者の一人であるデイビッド・テイラー博士（David Taylor, PhD）は述べています。「この防御を取り除くことができれば、細菌を脆弱にするか、またはその免疫システムを逆利用して破壊する効果的な方法になるでしょう。」
論文で説明されている防御システムは、協力して機能する二つの部分から成り立っています。一つのタンパク質は驚くべき精度でプラスミドのDNAを標的とし、補完的な酵素がプラスミドのDNAをシュレッダーのように切断し、逆方向に動くDNAの二重らせんを解きほぐします。
研究者らは、このシステムがバクテリアの免疫システムに基づいたCRISPR-Cascade複合体にも似ていると指摘しています。CRISPRの発見は、最終的に遺伝子編集技術に革命をもたらし、巨大な生物医学的ブレークスルーをもたらしました。
この論文の著者には、UTのデリサ・A・ラモス（Delisa A. Ramos）、ロドリゴ・フレゴソ・オカンポ（Rodrigo Fregoso Ocampo）、およびカイデン・イングラム（Caiden Ingram）が含まれています。この研究は、アメリカ国立衛生研究所（National Institutes of Health）の一般医学科学研究所（National Institute of General Medical Sciences）およびウェルチ財団の研究助成金によって資金提供されました。
この研究は、長期間続くコレラ流行の原因となっているVibrio cholerae株の進化の謎を解明しました。研究チームは、この株が他の病原性変異株に対して優位性を持つ理由として、独自の二部構成の免疫システムを発見しました。この発見は、治療法や予防策の新たな方向性を示唆しており、特にこの防御システムを標的とした新しい介入方法が期待されます。コレラは依然として多くの命を奪っており、この研究の成果は世界的な公衆衛生に大きく貢献する可能性があります。
