私たちのウイルス防御機能、生命の進化と微生物の遺産。
ウイルス感染に対する体の初期防御機構の一部は、何十億年前の微生物の祖先から受け継がれていると考えられます。テキサス大学オースティン校（The University of Texas at Austin）の新しい研究によると、私たちの自然免疫系における重要な二つの要素は、アスガルド古細菌という微生物群に由来していることが明らかになりました。この研究では、ウイルスに対する防御に重要な役割を果たすビペリンとアルゴノートという二種類のタンパク質群が、アスガルド古細菌から進化してきたことが示されています。なお、これらの防御タンパク質はバクテリアにも存在しますが、真核生物のそれはアスガルド古細菌のものに最も近縁であることが明らかになりました。
この研究成果は、2024年7月31日付けでNature Communications誌に掲載されたオープンアクセス論文「「Asgard archaea Defense Systems and Their Roles in the Origin of Eukaryotic Immunity（アスガルド古細菌の防御システムと真核生物免疫の起源における役割）」」として発表されました。
研究背景と意義
この発見は、全ての真核生物を生んだ細菌とアスガルド古細菌との共生関係の理論をさらに支持するものであり、「アスガルド古細菌が私たちの微生物の祖先である」という考えを補強しています。本研究のシニア著者であるブレット・ベイカー博士（Brett Baker, PhD）は、「これまでにもアスガルドから真核生物が得た構造タンパク質の豊富さが知られてきましたが、今回の研究により、真核生物の防御システムの一部もアスガルドに由来する可能性が示唆されました」と述べています。
ビペリンとアルゴノートの役割とメカニズム
研究チームは、アスガルド古細菌においてこれまでバクテリアにのみ存在すると思われていた大規模な防御システムを初めて発見しました。ビペリンは、ウイルスを示唆する外来DNAを検知すると、そのDNAを修飾して複製を阻止し、ウイルスの拡散を防ぎます。また、アルゴノートは外来DNAを分解し、ウイルスの増殖を阻止します。加えて、より複雑な生物においては、アルゴノートがRNAサイレンシングと呼ばれるプロセスでウイルスのタンパク質生成を阻害する機能もあります。
進化の視点からの研究成果
この研究の共著者であるペドロ・レオン博士（Pedro Leão, PhD）は、「生命の始まり以来、ウイルス感染は進化的な圧力の一つであり、常に何らかの防御が求められてきました」と述べ、細菌や古細菌が効果的なツールを発見すると、それが現在も私たちの第一線の防御の一部として受け継がれていることを強調しました。さらに、研究チームはColabFoldというAIツールを使用して、似たアミノ酸配列を持つタンパク質が同様の三次元構造（構造）を維持しているかどうかを予測しました。その結果、ビペリンの構造と機能が進化の過程で一貫して維持されている可能性が示されました。
実験の詳細と結論
研究者たちはアスガルド古細菌のゲノムからビペリンを取り出し、これをバクテリアに組み込んでウイルスに対する防御機能を検証しました。その結果、ビペリンを持つバクテリアはウイルスに対する耐性が向上し、防御タンパク質を持たないバクテリアよりも生存率が高いことが確認されました。
研究に携わったエミリー・アギラー＝パイン氏は、「この研究は、原核生物と真核生物の両方の生命の初期から細胞防御が重要な役割を果たしていたことを示しています。現代の真核生物免疫の理解を深めるためにも、その起源を探ることは重要です」とコメントしています。
この発見により、「アスガルド古細菌が現在の真核生物の複雑さに多大な貢献をしてきたことは否定できない」とレオン博士は強調しており、真核生物の免疫システムの起源においてもアスガルド古細菌が関与していることが示唆されています。
著者と関連研究者
この研究には、テキサス大学のメアリー・リトル、キャスリン・アップラー、ダフネ・サハヤ、キャスリン・カリー、イリヤ・フィンケルシュタイン、ヴァレリー・デ・アンダの各氏も参加しました。
