Potentiality of native Bacillus thuringiensis isolates against the destructive pest, Plutella xylostella (L.) (Lepidoptera: Plutellidae)

農業の世界において、コナガほど執拗で、かつ甚大な被害をもたらす害虫はほとんどいません。この小さな昆虫は、その幼虫がキャベツ、カリフラワー、ブロッコリーといったアブラナ科の野菜を食害し、農家にとって世界的な悩みの種となっています。コナガは、あらゆる化学スプレーに対して生存能力を持つことで悪名高い存在です。数十年にわたる大量の殺虫剤使用を経て、この蛾は遺伝的な鎧を進化させ、世界で最も一般的な毒物の多くを無効化してしまいました。化学物質が失敗すると、農家はしばしば生物学的な代替手段、具体的にはバチルス・チューリンゲンシス（Bacillus thuringiensis）と呼ばれる土壌中の細菌に頼ります。この細菌は、多くの昆虫の幼虫に対する天然の捕食者です。これは、生物学的な「鍵」として機能する微細な結晶タンパク質を作り出すことで作用します。飢えたイモムシがこの細菌を食べると、これらの結晶がその腸内で溶け出し、毒素を放出します。その毒素が昆愁の消化管に穴を開けることで、摂食を停止させ、最終的に死に至らせるのです。長年、農家はこの細菌の特定の株に頼ってきましたが、コナガもこれに適応し始めています。化学スプレーへの耐性を獲得したのと同様に、コナガの個体群は標準的な細菌毒素に対しても耐性を持ち始めており、より多様で新しい生物学的な武器への切実なニーズが生じています。

インドのタミル・ナードゥ農業大学の研究者たちは、これら新しい武器を見つけ出すために、より身近な場所に目を向けました。市販製品で使用されている数少ないよく知られた細菌株に頼るのではなく、彼らは土壌そのものに注目しました。彼らは、現地の環境から58種類の異なる自生型のバチルス・チューリンゲンシス・ストレーン（菌株）を収集しました。これらの土着の微生物には、標準的な研究室用株が失ってしまった秘密が隠されているのではないかと考えたのです。研究チームは、これら58のサンプルを潜在的な解決策の膨大なライブラリとして扱い、どのサンプルが最も効果的な昆虫殺傷タンパク質を生み出すための遺伝的設計図を持っているかをスクリーニングしました。彼らは、異なるタイプの毒素を生み出す遺伝子の特定の組み合わせを探していました。なぜなら、単一の攻撃戦略よりも、多様な攻撃戦略の混合物の方が、蛾にとって抵抗するのが難しくなると信じていたからです。

調査は、研究室における細菌の目視検査から始まりました。研究者たちは、自生株がすべて同じではないことを観察しました。それらは異なる形状や質感を持つコロニーを形成しており、表面の下には深い遺伝的な違いがあることを示唆していました。これらの細菌が携えている実際の「武器」を確認するために、チームは強力な顕微虫を使用して、最も有望な候補が作り出す結晶を調べました。彼らは、非常に多様な形状を発見しました。ある細菌は、底辺を合わせた2つのピラミッドのような結晶を作り、また別の細菌は立方体のような構造や球状の構造を作っていました。これらの細菌の世界では、形状は機能への直接的な手がかりとなります。ピラミッド型の結晶は通常、あるタイプの毒素を運び、立方体型のものは別の毒素を運びます。研究者たちは、多くの自生株が単一の形状に限定されるのではなく、混合物を作り出していることを発見しました。これは、それらが複数の方法で同時に害虫を攻撃できることを示唆しています。

顕微鏡下での観察結果を確認するために、科学者たちは分子生物学の手法を用いました。彼らは細菌からDNAを抽出し、ポリメラーゼ連鎖反応（PCR）という技術を用いて、昆虫殺虫毒素を生み出すことが知られている特定の遺伝子を探索しました。彼らは、Cry1、Cry2、Vip3Aという3つの主要なタンパク質をコードする遺伝子を探していました。結果は驚くべきものでした。最も有望な12の分離株は、すべて最も一般的な毒素であるCry1の遺伝子を持っていました。しかし、多様性はそれだけにとどまりませんでした。いくつかの自生株はCry2の遺伝子も保持しており、さらに多くの株はVip3Aの遺伝子を保持していました。この最後の遺伝子は特に重要です。なぜなら、標準的な毒素とは異なる仕組みで昆虫を標的にする毒素を生み出すからです。決定的なことに、研究者たちは、これら3種類の遺伝子すべてを同時に保有している自生株が存在することを発見しました。この遺伝的多様性は、今日、農家が使用している標準的な市販株に見られる限定的な多様性とは対照的なものでした。

チームは次に、研究室のベンチから生きた昆虫へと移り、これらの遺伝的な優位性が現実世界の力へと変換されるかどうかをテストしました。彼らは、最も有望な12種類の細菌株を取り出し、制御された環境下でダイヤモンドバックモスの幼虫に与えました。彼らは、幼虫の半分を死に至らせるために必要な細菌タンパク質の量を測定しました。これは、毒の強さを測る標準的な方法です。結果は、いくつかの自生株が非常に強力であることを示しました。RM12、T20B、T32というコードで特定された3つの特定の株は、市販製品で使用されているゴールドスタンダードの参照株と同等の殺傷力を示しました。実際、最も効果的な自生株は、既知の最良の細菌と同等の致死結果を得るために、水1ミリリットルあたりわずか1マイクログラムの数分の一という極微量のタンパク質しか必要としませんでした。他の自生株も効果的ではありましたが、わずかに殺傷力が劣るものの、いずれも耐性を持つ害虫を殺す明確な能力を示しました。

本研究は、土壌には、アブラナ科の作物を救う鍵となる、広大で未開拓の生物学的多様性の貯蔵庫が存在するという結論を下しています。研究者たちは、これらの自生細菌が市場に出回っている既存の製品の単なるコピーではなく、より幅広い毒素遺伝子を保持し、より多様な結晶の混合物を生成する、遺伝的にユニークなものであることを見出しました。この多様性こそが最も価値のある資産です。なぜなら、それは単一の攻撃ではなく複雑な攻撃を提供するため、コナガが耐性を進化させることをより困難にするからです。本研究は実験室および温室の設定で行われましたが、これらの知見は、これらの自生株が新しい生物農薬へと開発できる可能性を示唆しています。これらの土着の細菌から得られる異なる毒素をブレンドして使用することで、農家は蛾の耐性を出し抜き、化学的な選択肢がますやかに衰退していく世界において、野菜を栽培するための持続可能な道を切り開くことができるかもしれません。この研究は、現代の農業危機に対する解決策は、全く新しい何かを発明することではなく、私たちの足元の土壌にすでに存在する、複雑で自然な多様性を再発見することにあるということを強調しています。