放射線を浴びても壊れたDNAを迅速に修復することができる微小な「クマムシ」は、なぜそんなに強いのでしょうか...？
数年前、分子生物学者のアンヌ・デ・シアン博士（Anne De Cian, PhD）は、パリの自宅の庭で子供たちに動物界の不思議を紹介するために苔を集めました。苔を水に浸して顕微鏡で観察させると、奇妙な八本足の生物が苔の上を這い回る姿に子供たちは驚きました。博士もこの小さな生物、クマムシに興味を持ち続け、フランス国立自然史博物館の研究室に持ち帰り、ガンマ線を浴びせました。この放射線は人間を殺すのに十分な量の数百倍でしたが、クマムシは何事もなかったかのように生き続けました。
科学者たちは長い間、クマムシが放射線に対して驚異的な耐性を持っていることを知っていましたが、ようやくその生存の秘密が明らかになり始めました。4月12日に発表された研究や今年初めの研究によれば、クマムシは分子修復の達人であり、壊れたDNAを迅速に再構築できることが示されています。
1776年、イタリアの博物学者ラッツァーロ・スパランツァーニ（Lazzaro Spallanzani）は、クマムシが完全に乾燥した状態から水を一滴加えることで蘇生することを記述しました。次の数十年間で、クマムシが圧力、極低温、さらには宇宙空間にも耐えられることが明らかになりました。1963年には、フランスの研究チームがクマムシが大量のX線にも耐えられることを発見しました。最近の研究では、一部のクマムシ種が人間を殺すのに必要な放射線量の1400倍に耐えられることが示されています。
放射線はDNAの鎖を切断するため致命的です。高エネルギーの放射線がDNA分子に当たると直接的な損傷を引き起こすだけでなく、細胞内の他の分子と衝突して間接的な損傷も引き起こします。この変異した分子がDNAを攻撃することもあります。
科学者たちは、クマムシがこの損傷を防ぐか、修復する能力を持っていると考えました。2016年、東京大学の研究者たちはDsupというタンパク質を発見しました。これはクマムシの遺伝子を放射線や異常な分子から保護するようです。研究者たちはこの仮説を検証するために、Dsupをヒト細胞に挿入し、X線を照射しました。結果、Dsup細胞はDsupなしの細胞よりも損傷が少なかったのです。
この研究は、デ・シアン博士のクマムシへの興味を引き起こしました。彼女と彼女の同僚は、パリの庭で集めたクマムシ、イギリスで見つかった種、南極の種を研究しました。1月に発表された論文「Comparative Transcriptomics Reveal a Novel Tardigrade Specific DNA Binding Protein Induced in Response to Ionizing Radiation」では、ガンマ線がクマムシのDNAを破壊しても、彼らは死なないことが示されました。
ノースカロライナ大学アシュビル校の生物学者コートニー・クラーク・ハクテル博士（Courtney Clark-Hachtel, PhD）と彼女の同僚も独自に、クマムシが壊れた遺伝子を持ち、DNA修復遺伝子を上方制御することを発見しました。彼らの研究は2024年4月12日にCurrent Biologyに掲載されました。その論文のタイトルは「The Tardigrade Hypsibius exemplaris Dramatically Upregulates DNA Repair Pathway Genes in Response to Ionizing Radiation（クマムシHypsibius exemplarisは電離放射線に応答してDNA修復経路遺伝子を劇的にアップレギュレートする）」です。
これらの発見は、Dsup単独ではDNA損傷を防ぐことはできない可能性を示唆していますが、それでもタンパク質が部分的な保護を提供する可能性があります。科学者たちはまだクマムシでの実験方法を確立しようとしています。例えば、Dsup遺伝子を持たないクマムシを作り、放射線に対処する方法を観察することはまだできません。
「この実験をぜひやってみたい」と、デ・シアン博士の協力者であるジャン＝ポール・コンコルデ博士（Jean-Paul Concordet, PhD）は言います。「しかし、現時点ではクマムシでできることは非常に限られています。」
両方の新しい研究は、クマムシのもう一つのトリックを明らかにしました。それは、壊れたDNAを迅速に修復する能力です。
放射線を浴びた後、クマムシの細胞は何百もの遺伝子を使って新しいタンパク質を大量に生成します。これらの遺伝子の多くは、生物学者にとって馴染み深いものであり、他の種、つまり私たち人間も含めて、損傷したDNAを修復するために使われます。
私たちの細胞も日々、遺伝子を修復し続けています。典型的なヒト細胞のDNAの鎖は1日に約40回切断され、そのたびに修復が必要です。
クマムシはこれらの標準的な修復タンパク質を驚くほど大量に生成します。「これはばかげている」と、クラーク・ハクテル博士は最初にそのレベルを測定したときに思ったそうです。
デ・シアン博士と彼女の同僚は、放射線がクマムシに他の動物では見られないタンパク質を生成させることも発見しました。その機能はまだほとんど謎のままです。
研究者たちは、特に豊富なタンパク質TRD1を研究対象に選びました。ヒト細胞に挿入すると、DNAの損傷に耐える助けとなるようです。コンコルデ博士は、TRD1が染色体を正しい形に保ち、DNAの鎖がほころび始めてもそれを維持するのではないかと推測しています。
TRD1のようなタンパク質を研究することは、クマムシの能力を明らかにするだけでなく、医学的な障害を治療する新しいアイデアにつながる可能性もあります。例えば、DNA損傷は多くの種類の癌に関与しています。「彼らが使うどんなトリックでも、私たちに役立つかもしれません」とコンコルデ博士は言います。
コンコルデ博士は、クマムシが放射線に対してこれほど強いことが未だに不思議だと感じています。結局のところ、彼らは原子力発電所やウランを含む洞窟で生きる必要はないのです。
「なぜこれらの生物が放射線に耐性があるのかは、大きな謎の一つです」と彼は言います。
コンコルデ博士は、このクマムシの超能力が単なる驚くべき偶然である可能性もあると述べました。脱水もDNAを破壊することができるため、クマムシは乾燥に耐えるためにそのシールドや修復タンパク質を使っているのかもしれません。
パリの庭は私たちにとっては容易な場所に見えるかもしれませんが、クマムシにとっては多くの課題をもたらすかもしれません。朝露が消えるだけでも大きな災難となる可能性があります。
「苔の中の生活がどうなっているのか、私たちはまだわかりません」と彼は言います。
クマムシは、驚異的な放射線耐性を持つ小さな生物です。放射線によってDNAが損傷しても、迅速に修復する能力を持っています。彼らの特別なタンパク質や修復メカニズムは、医学的な研究においても重要な手がかりを提供する可能性があります。クマムシの生存戦略を解明することで、将来的には人間の健康に役立つ新しい治療法が見つかるかもしれません。
この記事は、ニューヨーク・タイムズ紙のCarl Zimmer氏が書いた記事に基づいています。
画像：クマムシ（クマムシ門）のカラー走査電子顕微鏡写真（SEM）。ミズグマの仲間は、コケや地衣類などの湿った場所に生息する、8本の脚を持つ水棲の小型微小動物です（Credit: Steve Gschmeissner/Science Photo Library）
