2 年前、ナンシー・モランはイェール大学からテキサス大学オースティン校に 12 万匹のミツバチと共に引っ越しました。ミツバチは大規模な社会集団で生活することで有名ですが、モラン氏は巣箱だけではありません。ミツバチとともに進化した細菌の多様な生態系、巣箱の健康と感染に対する回復力に寄与するグループを掘り下げています。 .
ミツバチとその微生物叢は、共生の一例にすぎません。これは、通常、両方を助ける 2 つの種の間の密接な関係です。共生にはさまざまな形があります。よりきれいな魚は、他の魚から死んだ皮膚を洗い流し、その過程で食事を獲得します.私たちの腸内に生息する無数の微生物は、特定の食物を消化するのに役立ちます.
しかし、モランの研究の多くは、宿主から子孫に受け継がれる内部共生生物として知られる微生物を含む、より深い種類のパートナーシップに焦点を当てています.モランは、共同研究者であるカリフォルニア大学デービス校の細菌学者ポール・バウマンとともに、これらの宿主と微生物の関係が密接に絡み合っている性質を明らかにしました。多くのペアは互いに完全に依存しており、中には遺伝子を入れ替えているものさえあります。彼女の研究は主に、植物に寄生する樹液を食べる昆虫であるアブラムシに集中していました。アブラムシは、Buchnera aphidicola と呼ばれる微生物なしでは生きられません。 、昆虫の中に住んでいて、必須栄養素を提供します.
モランは現在、ミツバチで同様の研究を行っており、彼女の研究は最終的に、ミツバチの個体数を壊滅させる謎の疫病であるコロニー崩壊症候群を科学者が理解するのに役立つ可能性があります. Moran は、進化生物学者の視点が、人間のマイクロバイオーム (私たちの表面と内部に生息する微生物の集まり) の働きに対する重要な洞察を提供することを望んでいます。
クォンタ マガジン は7月にウィーンで開催されたSociety for Molecular Biology and Evolutionの会議でモランと話し、ミツバチに関する最新の研究を発表しました。インタビューの編集および要約版が続きます。
QUANTA MAGAZINE:1980 年代に始めたとき、共生の分野はどのようなものでしたか?
NANCY MORAN:当時、それは生物学の周辺トピックでした。ほとんどの共生生物は宿主の外では研究できず、誰もがそれらを無視していました。それらを研究するためのツールは非常に限られていました。その後、1980 年代に、DNA を増幅して配列決定するための新しい分子手法が利用できるようになりました。
これらのツールをどのように使用して共生を研究しましたか?
私たちが最初に行ったことの 1 つは、アブラムシとその常在菌、Buchnera の進化ツリーを作成することでした。 .アブラムシが最初に出現してから、1 億年以上にわたって共進化してきたことがわかりました。アブラムシは基本的に共生生物なしでは存在しません。そのパターンが非常に広まっていることがわかりました。昆虫の主要なグループは、共生生物を持っていたために進化しました。
共生生物は昆虫の宿主をどのように助けますか?
彼らはしばしば栄養を提供します。アブラムシは植物の樹液を食べて生きていますが、必須アミノ酸がすべて含まれていないため、動物には適していません。 ブフネラ それらの必須アミノ酸を作ります。血を食べるツェツェバエには、ビタミンB群を作る共生生物がいます。ゲノミクスを使用して、アミノ酸やビタミンなどの栄養素を作るために必要な正確な遺伝子を見つけることができました.
宿主に応じて共生生物はどのように変化しますか?
共生細菌のゲノム全体の配列を調べ始めたとき、それらの細菌が遺伝子進化の異常なパターンを持っていることに気付きました。内部共生生物は多くの遺伝子を失うことがよくあります。実際、内部共生生物のゲノムの一部が極度に小さいことは、私たちが始めたときは驚きだったので、最初の結果を信じられませんでした。アブラムシの場合-ブフネラ ケース、Buchnera のゲノム サイズ 共生生物は、E の 7 倍の大きさであると予測されていました。大腸菌 ゲノム、実際には 7 分の 1 のサイズでした!
共生生物が宿主と非常に密接に統合されると、その結果、宿主と共生生物の融合であるまったく新しい生き物のようなものができ、どちらか一方だけには存在しない能力を備えています.
あなたは、共生関係が単に宿主と共生生物よりも複雑な場合があることを発見しました.例を挙げていただけますか?
アブラムシには Hamiltonella defensa と呼ばれる共生細菌がいます。 ハチからそれらを保護します。しかし、バクテリアは特定のウイルスに感染している場合にのみ保護します.つまり、ウイルスは、共生生物内、アブラムシ内で、それらすべてを保護しています。これはマルチレベル システムです。アブラムシがスズメバチに抵抗力があれば、3 つすべてに利益があります。
私は、進化の過程で生じるこれらの複雑さに惹かれていると思います。それらは非常に複雑で精巧に見えますが、選択がさまざまなレベルでどのように機能したかを考えれば理解できます。
共生という用語は、一般に、2 つの種の間の有益な関係を指します。ただし、マイナス面もあることに注意してください。
共生生物は常に良いとは限りません。細菌の進化上の利益は、宿主の利益と一致することもあれば、反対することもあります。共生細菌は宿主に利益をもたらすように進化する可能性があるため、宿主はより長く生きることができます (そして、細菌に家を提供し続けます)。または、バクテリアが宿主を殺して、宿主の死体が微生物を分散させるかもしれません。例:Photorhabdus luminescens 線虫の腸内共生生物です。線虫は昆虫に定着し、P.ルミネッセンス 線虫から出て、昆虫に感染し、殺します。その後、線虫はバクテリアを取り込み、新しい宿主に移動します.
ここ数年で、あなたは研究対象をアブラムシや内部共生生物から、ミツバチとその微生物に移しました。変更のきっかけは何ですか?
生物は生き残るために内部共生生物を必要とするため、内部共生生物で実験を行うことは非常に困難です。共生生物を取り除いて何が起こるかを見ることはできません。
ミツバチに惹かれた理由は何ですか?
ミツバチは社会的な昆虫であり、微生物に動物から動物へと移る機会を与えます。このように、ミツバチのマイクロバイオームは人間のマイクロバイオームとよく似ています。
ミツバチのマイクロバイオームは人間のバージョンを理解するのにどのように役立つでしょうか?
人間が独自の微生物コレクションを持っているように、ミツバチのコロニーが異なれば、遺伝子コレクションも異なる系統も異なります。
ヒトのマイクロバイオーム研究では、マイクロバイオームと健康の間の関連性は相関しています。原因となるデータはほとんどありません。ミツバチでは、より直接的な実験を行うことができます。コロニーに何かをして、それが繁栄するか失敗するかを確認できます。たとえば、実験室でさなぎを分離し、出現した成虫のミツバチに特定の細菌を接種します。これはより単純なシステムですが、それでも複雑です。
ミツバチの健康について何を学びたいですか?
微生物を持たないきれいなミツバチは、食糧不足、ストレス、病原体などの環境問題への対処が苦手かもしれません。特定の細菌株が、種の最も一般的で致命的な病原体である RNA ウイルスからミツバチを保護できるといういくつかの証拠があります。このウイルスはミツバチに広まっており、いくつかのコロニーを殺しますが、他のコロニーには無害に見えます.なんで？それはおそらくマイクロバイオームとコロニーの回復力に関係しています.
Quanta Magazine の Bill McCullough
ビデオ: Moran は、蜂群崩壊症候群が原因で、ミツバチの腸内に生息するバクテリアを研究するようになった経緯を説明しています。
あなたの研究は、コロニー崩壊障害の潜在的な原因を特定しますか?
現時点では憶測にすぎません。しかし、自然発生したミツバチのコロニーは、他のコロニーとの接触がほとんどないことが想像できます。宿主コロニーが生き残った場合にのみ、微生物は生き残ります。しかし、商用のミツバチは野生のミツバチよりも近くで飼育されるため、微生物がコロニー間で広がる可能性が高くなります。多くのコロニーを取り、それらを数フィート離すと、単一の宿主に依存するよりも他のコロニーに侵入する方が [微生物の観点から] より有利な条件を作り出すことができます.これにより、コロニーに有害なバクテリアが選択される可能性があります。たとえば、ミツバチに下痢を引き起こし、微生物を拡散させるバクテリアなどです。人間の病原体に基づくモデリング研究は、多くの社会的接触がより有害な微生物を生み出す可能性があることを示唆しています.
過去 30 年間で、共生は人気のない研究分野からトレンディなトピックに変わりました。人間のマイクロバイオームは、何千もの出版物の主題です。最新の研究に欠けているものは何ですか?
今日では、多様な微生物叢が良いと仮定する見出しがたくさん見られます.進化生物学者を除いて、生物学者の間でさえ、一般的な口調は、それはすべて有益であるということです.しかし、多様性は良いことも悪いこともあります。進化論的な視点は、ある程度のバランスを提供するかもしれません。宿主とその微生物の間、宿主内に生息するさまざまな種類の細菌など、さまざまなレベルでの進化プロセスを理解する必要があります。
