ウイルスを食べると、微生物の成長と繁殖に力を与えることができる

2022年12月27日

ウイルスを食べると、微生物の成長と繁殖に力を与えることができる

https://phys.org/news/2022-12-viruses-power-microorganism-growth-reproduction.html

by ネブラスカ大学リンカーン校

Credit: CC0 Public Domain
ある池の穏やかな水の中に、1日で100万個ものウイルス粒子が入り込み、その水を推進する極小の毛（繊毛）で知られる単細胞生物に入り込むかもしれない。

ネブラスカ大学リンカーン校のジョン・デロング教授は、過去3年間にわたり、このようなウイルス粒子が感染源であるだけでなく、栄養源であることを発見し、流れを変える可能性のある秘密に取り組んできた。

デロング教授らは、『パックマン』ばりの大発見で、世界中の淡水に生息する微小繊毛虫の一種ハルテリアが、その水棲環境を共有する感染性クロロウイルスを大量に食べることを突き止めたのである。また、同チームが「ビロビリー」と呼ぶウイルスだけの食事が、生物の生理的成長や個体数の増加を促すのに十分であることも、実験から初めて明らかにした。

クロロウィルスは、ネブラスカ大学のジェームズ・ヴァン・エッテンが発見したもので、微細な緑藻類に感染することが知られている。クロロウィルスは、単細胞の宿主を風船のように破裂させ、炭素やその他の生命維持に必要な要素を外洋に流出させる。その炭素は、クロロウィルスを捕食する微生物に奪われることなく、他の微生物に吸い上げられるのだ。

ネブラスカ大学のデロング准教授（生物科学）は、「このような微生物スープの層で炭素を抑え、捕食者が食物連鎖にエネルギーを持ち込まないようにするのです」と言う。

しかし、もし繊毛虫が同じウイルスを夕食に食べているとしたら、ウイルスが永続させることが知られている炭素のリサイクルを、ビロバリーが打ち消している可能性があります。デロングによれば、ビロバリーは食物連鎖の残滓から炭素を逃がす手助けをしており、ウイルスが抑制する上昇志向を与えている可能性があるとのことである。

「デロング博士は、小さな池の中の繊毛虫は、一日に10兆個のウイルスを食べていると推定しています。「もし、これが我々が考えるような規模で起こっているのであれば、地球上の炭素循環に対する我々の見方を完全に変えることになるはずです」。

誰も気づかなかった」。

デロングは、クロロウィルスが食物網に絡む方法について、すでに熟知していた。2016年、この生態学者はヴァン・エッテンとウイルス学者のデヴィッド・ダニガンと組んで、小さな甲殻類がゾウリムシを食べ、新たに露出した藻類を排泄したときにのみ、クロロウィルスが通常はゾウリムシ属に包まれている藻類に接近することを示した。

この発見により、デロング氏はウイルスについて考え、研究する際に「これまでとは違う考え方」をするようになった。水中に存在するウイルスや微生物の数は膨大であり、感染症を除けば、ウイルスが微生物の体内に入り込むことは避けられないと考えたのだ。

「すべての人が常にウイルスを口にしているのは明らかだと思ったんです」と彼は言う。「水中にはたくさんのウイルスがいるのですから、必ず起こっていることだと思いました」。

そこでデロング氏は、水生生物がウイルスを食べている研究、理想を言えば、食べたときに何が起こったかについての研究を浮上させようと、研究文献に飛び込んでみた。その結果、ほとんど何も見つからなかった。1980年代に行われたある研究では、単細胞の原生生物がウイルスを食べることができると報告されていたが、それ以上掘り下げてはいなかった。その後、スイスのいくつかの論文で、原生生物が廃水からウイルスを除去しているようだとの報告があった。

「とデロング氏は言う。

微生物自身はもちろん、微生物が属する食物網や生態系に及ぼす影響については何も書かれていなかった。デロングさんは、ウイルスが炭素だけでなく、他の生命の基礎となる元素でできていることを知っていたので、そのことに驚いた。少なくとも、仮説としては、ウィルスはジャンクフードではないのだ。

「核酸、大量の窒素、リンなど、本当に良いものでできています。「すべてのものがそれを食べたいと思うはずです。

「多くのものが、手に入るものなら何でも食べようとします。きっと何かが、これらの本当に良い原料を食べる方法を学んだのでしょう」。

デロング氏は、生態学者として、捕食者と被食者の力学を数学で説明することに多くの時間を費やしてきたため、自分の仮説をどのように調査していけばよいのか、まったくわかりませんでした。最終的には、シンプルな方法をとることにした。まず、ボランティアが必要だ。近くの池に車を走らせ、水のサンプルを採取した。研究室に戻り、種に関係なく、管理できる限りの微生物を水滴の中に集めた。そして、最後にクロロウイルスをたっぷり加えた。

24時間後、デロングは、クロロウィルスと一緒になって楽しんでいる種がいないかどうか、つまり、ある種がウィルスを脅威ではなく、おやつとして扱っているかどうかを、水滴の中から探し出したのである。ハルテリアでは、彼はそれを発見した。

「デロング氏は繊毛虫についてこう語った。「しかし、その後、ピペットチップで実際に掴んで、きれいな水滴の中に入れて、数えることができるほど大きくなったのです」。

クロロウィルスの数は、たった2日で100倍にも激減していたのです。一方、ウイルスしか食べるものがないハルテリアは、同じ期間に平均約15倍の個体数に増えていた。一方、クロロウィルスを食べなかったハルテリアは、まったく成長しませんでした。

そこで研究チームは、ハルテリアが実際にウイルスを摂取していることを確認するため、クロロウイルスのDNAの一部に蛍光グリーンの色素を付けてから、繊毛虫にウイルスを投与した。案の定、繊毛虫の胃袋に相当する液胞は、すぐに緑色に光った。

これは紛れもない事実である。繊毛虫はウイルスを食べているのだ。ウイルスを食べているのだ。

「私は共著者たちに電話をかけました。成長したぞ。やったぞ！"ってね」。デロング氏は、この発見について、現在、米国科学アカデミー紀要に詳しく述べられています。「私は、このような基本的なことを初めて見ることができ、感激しています」。

デロング氏はまだ終わっていない。デロング氏は、この捕食者と被食者の動きは奇妙に見えるが、普段研究しているありふれた組み合わせと共通点があるのではないか、と数学的な観点から考えたのだ。

彼はまず、クロロウイルスの衰退とハルテリアの成長を対比させることから始めた。この関係は、生態学者が他のミクロの狩人と狩人の間で観察してきた関係と概ね一致することをデロング氏は発見した。これは、ゾウリムシがバクテリアを食べたり、ミリメートル級の甲殻類が藻類を食べたりしたときに見られる割合と同じである。繊毛虫のウイルス捕食率や、繊毛虫の大きさが約1万倍も違うことも、他の水生生物の事例と一致している。

「私は、これが奇妙なことなのか、それとも適合することなのかを見極めようと思いました。「これは奇妙なことではありません。ただ、誰もそれに気づかなかっただけなのです。

デロングと彼の同僚は、その後、ハルテリアと同様に、ウイルスだけを餌にして成長できる他の繊毛虫を特定しました。このように、解明されればされるほど、自然界でウイルス食が起こっている可能性が高くなる。生態学者にとって、この見通しは疑問で一杯である。食物網の構造はどのように変化するのだろうか？食物網の構造はどうなるのか？食物網の構造、食物網の中の種の進化と多様性、絶滅に直面したときの種の回復力など、どのように変化するのだろうか？

しかし、ここでも彼はシンプルに考えることにした。ネブラスカ州の冬が終わり次第、デロング氏は池に戻る予定だ。

「そして、「今度は、これが自然界で真実であるかどうかを調べに行かねばなりません」と、彼は語っています。

詳細はこちら DeLong, John P., The consumption of viruses returns energy to food chains, Proceedings of the National Academy of Sciences (2022). DOI: 10.1073/pnas.2215000120. doi.org/10.1073/pnas.2215000120

雑誌の情報です。米国科学アカデミー紀要

提供：ネブラスカ大学リンカーン校

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