海洋細菌をウイルスから守る新たなtRNA依存型防御メカニズムを発見
私たちはウイルスや細菌を病気の原因として捉えることが多いですが、実は、細菌とバクテリオファージ—細菌を特異的に感染するウイルス—の絶え間ない攻防も科学的に非常に興味深い現象です。特に海洋では、ウイルス感染が細菌の主要な死因となることがあり、この戦いは細菌とウイルスの共進化を促す重要な要因となっています。細菌が進化の過程で防御メカニズムを獲得してこなければ、すでに海洋の細菌群は絶滅していたかもしれません。このたび、イスラエル工科大学（テクニオン）生物学部の研究者らは、細菌がtRNAレベルを低下させることでウイルス感染を防ぐ新たな受動的防御メカニズムを発見しました。本研究は、2025年1月3日にNature Microbiology誌に掲載されました。論文タイトルは、「Adaptive Loss of tRNA Gene Expression Leads to Phage Resistance in a Marine Synechococcus cyanobacterium」（tRNA遺伝子発現の適応的低下が海洋シネココッカス属シアノバクテリアにおけるファージ耐性を誘導する）」です。
海洋細菌シネココッカスのtRNA量低下によるウイルス耐性
本研究は、海洋シアノバクテリア「シネココッカス」と、それを感染するバクテリオファージ「Syn9」の相互作用に焦点を当てています。
シネココッカスは光合成によって酸素を生産する原核生物であり、海洋の食物連鎖の基盤を形成する重要な一次生産者です。しかし、もしウイルスに対する防御メカニズムを持っていなければ、バクテリオファージの脅威によって絶滅していた可能性があります。
今回、テクニオンの研究チームは、シネココッカスがtRNA（転移RNA）のレベルを低下させることで、ウイルス感染を防ぐメカニズムを持つことを発見しました。
「これまでの耐性研究は、感染を防ぐ能動的な遺伝子メカニズムに焦点を当てることが多かったのですが、今回の発見はそれとは異なります。私たちが見つけたのは『受動的耐性（passive resistance）』です。」と、テクニオンのデビー・リンドール教授（Prof. Debbie Lindell）は説明しています。
「tRNAの通常レベルではウイルス耐性が低下し、tRNAのレベルが低下すると耐性が増加することがわかりました。この防御機構は、ウイルスの侵入を防ぐのではなく、新しいウイルス粒子の形成を阻止することで細菌を生存させます。」と、リンドール教授は続けます。
進化の圧力が生み出した多層的な防御システム
研究チームは、一部のシネココッカス株が複数の防御メカニズムを持ち、どのウイルスにも感染しないことを発見しました。これは、海洋細菌が長い進化の過程で、多層的な防御システムを獲得してきたことを示唆しています。
「この受動的防御の層は、選択圧の結果として徐々に進化したと考えられます。tRNAレベルが低い細菌がより生存しやすくなり、その特性を次世代に受け継いできたのでしょう」とリンドール教授は述べています。
また、研究チームはこの現象がシネココッカスとSyn9の関係に限らず、より広範な細菌—ウイルスの相互作用に見られる可能性があると指摘しています。
「私たちが発見したメカニズムは、他の海洋細菌や環境中の微生物にも共通する現象である可能性があります。今後の研究で、どの程度普遍的な防御戦略なのかを明らかにしていきたいと考えています。」と研究チームは述べています。
