私たちの目には見えないミクロの世界では、細菌とウイルスによる生存をかけた戦いが絶えず繰り広げられています。もし、この戦いで細菌がウイルスを撃退するために使う「武器」を解明できれば、抗生物質が効かなくなった薬剤耐性菌と戦うための、全く新しい治療法が生まれるかもしれません。この度、UTサウスウェスタン・メディカルセンターの研究チームが、まさにその「武器」の宝庫を発見しました。細菌がウイルスの感染から身を守るために用いる、200種類以上もの戦略を特定したのです。この研究成果は、微生物たちの壮大な「軍拡競争」に光を当てるものであり、感染症治療の未来を大きく変える可能性を秘めています。
UTサウスウェスタン・メディカルセンターの研究者たちは、細菌がウイルス感染を回避するために使用する200以上の戦略を特定しました。2025年8月13日に学術誌Cell Host & Microbeで発表されたこの研究結果は、感染性細菌と戦うための新しいアプローチにつながる可能性のある、微生物の「軍拡競争」に光を当てるものです。このオープンアクセスの論文は「Metagenomic Selections Reveal Diverse Antiphage Defenses in Human and Environmental Microbiomes（メタゲノムセレクションが明らかにするヒトおよび環境マイクロバイオームにおける多様な抗ファージ防御）」と題されています。
UTサウスウェスタンの微生物学助教であるケビン・フォースバーグ博士（Kevin Forsberg, PhD）は、「自然界には、私たちがまだ把握しきれていないファージ防御戦略が豊富に存在します。これらの発見は、いつの日か抗生物質耐性を持つ細菌感染症を治療するための治療法を改善するのに役立つかもしれません」と述べています。
フォースバーグ博士は、UTSWの大学院5年生であるルイス・ロドリゲス-ロドリゲス氏（Luis Rodriguez-Rodriguez）と共に、フォースバーグ研究室の初の独立した論文としてこの研究を主導しました。
すべての生物と同様に、細菌も常にウイルス感染のリスクにさらされています。細菌に感染するウイルスは、総称してバクテリオファージ、または「ファージ」として知られています。その結果、細菌はこの脅威と戦うためのさまざまな方法を進化させてきましたが、一方でウイルスも細菌の防御を回避する戦略を発達させてきました。その大部分はまだ解明されていない、とフォースバーグ博士は説明します。
これまで、抗ファージ防御を特定するためのほとんどの研究は、防御関連遺伝子が細菌のゲノム内でクラスターを形成する傾向に依存していました。そのため、ある防御遺伝子を特定すると、それぞれの細菌が持つ単一の環状染色体内の位置に基づいて、他の遺伝子も見つかることがよくありました。この「関連性による推定」戦略によって多くの抗ファージ遺伝子が特定されてきましたが、科学者たちはさらに数百の遺伝子が存在すると仮説を立てていました。
新しいアプローチとして、フォースバーグ博士、ロドリゲス-ロドリゲス氏、そして同僚たちは、ヒトの糞便や口腔サンプル、さらには草原の土壌サンプルに生息する細菌から抽出したDNAを使用しました。このDNAを約3〜4個の遺伝子を持つ小さな断片に分解した後、研究者たちは個々の断片をヒトの腸内で見られ、実験モデルとして頻繁に使用される大腸菌（Escherichia coli）に挿入しました。そして、大腸菌を攻撃する7種類のファージのいずれかでコーティングしたペトリ皿でこれらの細菌を培養し、ファージの攻撃を生き延びてコロニーを形成した微生物を探しました。これは、挿入されたDNA断片がファージと戦う遺伝子を含んでいることを示します。
この戦略により、これまで知られていなかった多くを含む200以上のファージ防御システムが明らかになりました。詳しく調べると、これらの遺伝子のいくつかは、核酸であるDNAやRNAを切断する酵素であるヌクレアーゼをコードしていることが分かりました。さらに、他のいくつかはDNA修飾依存性酵素をコードしており、糖やタンパク質、その他の分子が結合した核酸のみを切断する酵素を生成していました。これは、一部のウイルスが細菌の制限酵素（別の形のファージ防御）を回避するためによく使う戦略です。
他のファージ防御遺伝子は、一部の細菌種の表面に存在し、ファージの結合を防ぐタンパク質をコードしていました。研究者たちはまた、感染した細菌が休眠状態になるか死滅することで、近隣の細菌を感染から守る「アボーティブ感染（感染細胞の自殺）」を引き起こすと思われる遺伝子もいくつか発見しました。
しかし、フォースバーグ博士によると、この研究で明らかになったファージ防御遺伝子の大部分は機能が不明です。彼と彼の同僚たちは、将来の研究でその役割を調査する予定です。
この研究に貢献した他のUTSWの研究者には、分子生物学の准教授であるヴィンセント・タグリアブラッチ博士（Vincent Tagliabracci, PhD）、大学院生研究員のジェームズ・フィスター氏（James Pfister）、アラベラ・マーティン氏（Arabella Martin）、ルイス・メルカド-サンティアゴ氏（Luis Mercado-Santiago）氏が含まれます。
フォースバーグ博士は、W. W. Caruth, Jr.生物医学研究奨学生です。
この研究は、米国国立衛生研究所（DP2-AI154402）、ウェルチ財団（I-1911）、ハワード・ヒューズ医学研究所（HHMI）新興病原体イニシアチブ、サール奨学生プログラム、UTサウスウェスタンのエンダウド・スカラーズ・プログラム、およびHHMIギリアム・フェロー・プログラムから資金提供を受けました。
UTサウスウェスタン・メディカルセンターについて
米国有数の学術医療センターの一つであるUTサウスウェスタンは、先駆的な生物医学研究を卓越した臨床ケアおよび教育と統合しています。同機関の教員には6人のノーベル賞受賞者が含まれ、米国科学アカデミーの会員24人、米国医学アカデミーの会員23人、ハワード・ヒューズ医学研究所の研究者13人が在籍しています。3,200人以上の常勤教員が画期的な医学の進歩を担い、科学主導の研究を迅速に新しい臨床治療へと応用することに尽力しています。UTサウスウェスタンの医師は、80以上の専門分野で年間14万人以上の入院患者、36万人以上の救急室患者のケアを提供し、約510万人の外来診療を監督しています。
画像：バクテリオファージが細菌を攻撃する
