The insecticidal potential of Bacillus cereus group strains from insect-dense regions of the United Kingdom
本研究は、昆虫が豊富な英国の環境から分離されたバチルス・セレウス・グループの菌株の全ゲノム解析により、多様な殺虫性Cry毒素と高割合の新規生合成遺伝子クラスターが明らかになったことを示しており、新たな生物農薬候補を発見するための標的を絞った生態学的サンプリングの可能性を強調している。
原論文は CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) でライセンスされています。 これは査読を受けていないプレプリントのAI生成解説です。医学的助言ではありません。この内容に基づいて健康上の判断をしないでください。 免責事項の全文を読む
農家は古くから、作物を守るための自然な味方に頼ってきました。それは、昆虫には毒性があるものの人間には無害なタンパク質を作り出す、土壌に生息する細菌です。この微小な戦士として知られる「バチルス・チューリンゲンシス（Bacillus thuringiensis）」は、数十年にわたり畑に散布されたり、種子に組み込まれたりしており、世界で最も重要な生物農薬としての役割を果たしてきました。しかし、昆虫が化学スプレーに対して生き残る術を進化させるのと同様に、今や彼らはこれらの自然の防御策に対抗する方法を学びつつあります。害虫が適応するにつれ、古い道具の効果は薄れており、新たな昆虫殺傷能力の源を見つけ出すという緊急の課題が生じています。科学者たちは再び自然へと目を向け、次世代の作物保護の鍵を握っているかもしれない、野生の細菌の新鮮な株を探し求めています。
最近の研究において、研究者たちは昆虫が大量に生息する場所を探ることで、この可能性を調査することを目的としました。彼らは、甲虫の大量発生が見られる森林、農業研究施設、そして蛾の幼虫がうごめく沿岸部のヒースランドを含む、イギリス国内の3つの特定の場所を巡りました。これらの場所の土壌、葉、さらには見つかった死んだ昆虫の体から、チームは有名な害虫撃退菌を含む「バチルス・セレウス（Bacillus cereus）」グループの13種類の新しい菌株を採取しました。高度な遺伝子配列解析を用いて、各菌株のDNAコード全体をマッピングし、それらがどのような武器を持っているのかを調べました。その目的は、これらの野生の細菌が、市販されている品種と同じ昆虫殺傷遺伝子を持っているのか、それとも全く新しいものを持っているのかを明らかにすることでした。
調査の結果、単一のタイプの害虫撃退菌よりもはるかに多様で豊かな細菌の多様性が明らかになりました。これら13の菌株は異なる遺伝的家系に属し、それぞれ異なる一連の指示書（遺伝情報）を持っていました。そのうち5つの菌株は、バチルス・チューリンゲンシスの効果を支える結晶タンパク質を生み出す特定の遺伝子を持っていることが判明しました。これらの遺伝子はランダムに存在するのではなく、地元の昆虫の個体数と一致しているようでした。例えば、冬蛾（ふゆが）が豊富に存在する沿岸地域で見つかった菌株は、蛾のような昆虫を標的にすることが知られている遺伝子を持っていました。甲虫が一般的である森林の菌株は、甲虫に対しても効果的な毒素を含む、より幅広い混合物を持っていました。このことは、細菌が周囲の特定の害虫に合わせて自然に調整され、目の前の脅威と戦うように進化していることを示唆しています。
既知の毒素を超えて、研究者たちはより捉えにくいもの、すなわち「二次代謝産物」の遺伝的設計図を探しました。これらは細菌が生存し競合するために作り出す複雑な化学化合物であり、しばしば抗生物質や追加の毒として作用します。チームはゲノムをスキャンし、これらの物質を作る責任を持つ遺伝子クラスターを探索しました。その結果、13の菌株全体で合計274のそのような遺伝子クラスターを発見しました。極めて驚くべきことは、これらのクラスターの大部分、つまり60パーセント以上が、科学的なデータベースにある既知の化学工場（合成経路）のいずれにも一致しなかったことです。それらは完全に新しいものでした。これは、これらの野生の細菌が、科学者がまだ見たことのない広範でユニークな化学物質を作り出す能力を備えていることを示しており、潜在的な新しい殺虫剤の膨大な、未開拓の貯蔵庫となっていることを意味します。
最も興味深い発見の一つは、死んだ芋虫から分離された菌株からもたらされました。他の菌株とは異なり、この細菌は標準的な結晶タンパク質の遺伝子を持ち合わせていませんでした。その代わりに、前述の新しい遺伝子クラスターを豊富に備えていたのです。これは非常に興味深い可能性を提起しています。つまり、その昆虫は馴染みのある結晶タンパク質によってではなく、これら未知の化学兵器によって殺されたのではないか、という可能性です。もしこれが事実であれば、「チェーター（出し抜き屋）」と呼ばれる細菌の世界の菌株――一般的な結晶タンパク質を作らず、おそらく他のより強力な化学的攻撃に依存している菌株――は、よく知られた殺し屋たちと同じくらい、害虫にとって危険な存在になり得るのです。
研究ではまた、これらの新しい野生の菌株を、現在農家が使用している市販の細菌と比較しました。いくつかの新しい菌株は、市販の品種と遺伝的にほぼ同一であり、自然界に見られる強力な昆虫殺傷系統が、農業のために栽培されてきたものと同じであることを示唆していました。しかし、他の菌株に見られたユニークな遺伝子クラスターの発見は、自然界には商業的な農業がまだ手をつけていない秘密が依然として眠っていることを示しています。研究者たちは、これらの新しい化学物質が正確にどのような働きをするのか、また安全に使用できるかどうかを確認するためにはさらなる作業が必要であると警告していますが、今回の知見は明確な道筋を示しています。昆虫が繁栄している環境、具体的には適切な場所を探すことで、科学者は私たちの作物と同じ戦いを戦っているだけでなく、私たちがまだ発見していない武器を携えた細菌を見つけ出すことができるのです。
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