ドイツのヘルゴラント島周辺の海域では、春の藻類の大規模発生を研究するのに最適な環境が整っています。これに関する新たな発見が明らかに...！
マックス・プランク海洋微生物学研究所は2009年からこの研究を行っており、SAR11という細菌群が春の藻類の発生時に特に急速に増殖することを観察してきました。しかし、増殖率が高いにもかかわらず、SAR11の数は5日間で約90%も減少しました。この現象の背後にある理由を解明するために、マックス・プランク研究者らは新たな研究を行いました。その結果は2024年5月2日にNature Communications誌に「Globally Occurring Pelagiphage Infections Create Ribosome-Deprived Cells（全世界的に発生するペラギファージ感染によるリボソーム欠乏細胞の創出）」というタイトルで発表されました。
SAR11を感染させるファージの発見
「SAR11の数が少ないのはファージ、つまり細菌を特異的に感染させるウイルスによるものかどうかを調べたいと思いました」と、この研究を博士論文の一部として行ったヤン・ブリューワー（ヤン・ブリューワー博士）は説明します。「この一見単純な疑問に答えるのは、方法論的に非常に難しかったです」。
ファージ感染はどのように機能するのでしょうか？ファージは細菌に自らの遺伝物質を注入し、それを複製し、細菌のリボソームを利用して自身が必要とするタンパク質を生成します。ブレーメンの研究者らは、ファージの遺伝物質を細胞内で「追跡」する技術を使用しました。「特定のファージ遺伝子を染色することで、顕微鏡下でそれを確認できます。また、SAR11の遺伝物質も同時に染色できるため、ファージに感染したSAR11細胞を同時に検出できます」とブリューワーは説明します。
これが一見簡単そうに見える一方で、ファージ遺伝子の輝度が低く、サイズが小さいため、研究者らはそれを検出するのに苦労しました。それでも数千枚の顕微鏡画像を解析し、興味深い発見を得ることができました。
「SAR11細菌がファージによる大規模な攻撃を受けているのを確認しました」とブリューワーは語ります。「春の藻類の発生期などの急速な成長期には、細胞の約20%が感染しているため、低い細胞数が説明されます。ファージがこの謎を解く鍵となるのです」。
ゾンビ細胞：世界的な現象
さらに驚いたことに、画像はさらに多くのことを明らかにしました。「ファージに感染したSAR11細胞の中にはリボソームを持たないものがありました。これらの細胞は生と死の間の移行状態にあると考えられ、『ゾンビ』細胞と名付けました」とブリューワーは説明します。（編集者注：「ゾンビ細胞」という用語は一般的には成長を停止しながらも炎症や組織破壊の分子を放出し続ける老化細胞を指します）。
このゾンビ細胞は、純粋なSAR11培養だけでなく、ヘルゴラントから採取したサンプルでも観察されました。さらに、大西洋、南極海、太平洋から採取したサンプルの分析により、この現象が世界中で発生していることが示されました。
「私たちの研究では、海中の全細胞のうちゾンビ細胞が最大10%を占めています。ゾンビ細胞の世界的な発生は、ウイルス感染サイクルの理解を深めるものです」とブリューワーは強調します。「ゾンビ細胞ではリボソームに含まれる核酸が分解され、新しいファージDNAを生成するために再利用されていると考えています」。
ブリューワーと彼の同僚らは、SAR11細菌だけでなく他の細菌もゾンビ化する可能性があると仮説を立てています。そのため、ゾンビ細胞の分布とウイルス感染サイクルにおける役割をさらに調査したいと考えています。
「この新しい発見は、SAR11の集団が非常に速く分裂しているにもかかわらず、ファージによって大規模に制御されていることを証明しています」とブリューワーは強調します。「SAR11は炭素循環を含む地球の生物地球化学的サイクルに非常に重要であり、海洋における彼らの役割を再定義する必要があります。我々の研究は海洋生態系におけるファージの役割と微生物間相互作用の重要性を浮き彫りにしています」。
この研究は、海洋生態系における微生物間相互作用の重要性を新たに示したものです。SAR11細菌がファージによって制御され、その一部が「ゾンビ細胞」として存在することが明らかになりました。この現象は世界中で観察されており、ウイルス感染サイクルの理解を深めるための新たな視点を提供します。SAR11の役割を再評価することで、海洋の炭素循環などの生物地球化学的サイクルの理解が進むでしょう。
写真：藻の開花
