First detection of porcine associated bacterium Inconstantimicrobium in a reptilian host: gastrointestinal microbiome characterisation of healthy and unhealthy green turtles (Chelonia mydas) using full-length 16S rRNA sequencing

アオウミガメは、分解しにくい海草や藻類を食べて暮らす、海洋の穏やかな巨人です。この高繊維質の食事で生き延びるために、彼らは腸内に潜む「隠れた労働力」に頼っています。それは、植物質を発酵させて利用可能なエネルギーへと変える数十億もの細菌です。この内部のエコシステムは、人間にとっての肺と同じくらい、カメにとって不可欠なものですが、多くの点で依然として謎に包まれています。科学者たちは、これらの動物が体調を崩すと腸内細菌が変化することを古くから知っていましたが、それらを研究するための道具は、関与している特定のプレイヤーを特定するにはあまりにも大雑把すぎました。長年、研究者たちはこの微生物の世界の概略しか捉えることができず、なぜカメが病気になるのか、あるいはどのように回復を助けるのかを説明するような詳細を見落としてきました。

サンシャインコースト大学と提携機関の研究チームは、最近、より詳しく観察することに決めました。彼らは、細菌の遺伝子の断片だけでなく、遺伝子の全長を捉えることができる、強力で新しい遺伝コードの読み取り手法を採用しました。これにより、これまでシー・タートル（ウミガメ）において達成されたことのない精度で、特定の種類の細菌を特定することが可能になりました。彼らは、クイーンズランド州ハーヴェイ・ベイで見つかった3頭のアオウミガメに焦点を当てました。すなわち、健康な成体、病気の幼体、そして病気の亜成体です。これら3頭の非常に異なる動物たちの内部にある細菌コミュニティを比較することで、研究チームは、腸内の健康状態が2つの異なる方法で崩れていく過程を明らかにし、さらに、それまでそこには存在しないと考えられていた細菌をカメの中から発見しました。

研究者たちは、排泄物が出る後部の単一の開口部である総排泄腔からサンプルを採取しました。これは腸内への窓としての役割を果たします。彼らは、コミュニティを深く掘り下げることを目的として、存在する細菌のDNAを配列解析しました。その結果、健康な成体のカメは、植物の消化を助けることで知られるグループが支配的な、バランスの取れた細菌の混合物を有していることが判明しました。この個体は、多様な種が共に働く、よく管理された庭園のように、多様で安定したコミュニティを持っていました。対照的に、病気の幼体のカメは、全く異なる姿を見せました。その腸内は、勢力を強めると問題を引き起こす可能性のある単一の細菌グループによって圧倒されており、種全体の多様性は著しく低下していました。これは、有害な細菌が有益な細菌を追い出し、深刻な不均衡が生じていることを示唆しています。

異なる症状を持つ3番目の個体、すなわち亜成体は、第三の、驚くべきシナリオを提示しました。このカメは、腸の閉塞（老廃物の移動が止まる状態）に苦しんでいました。病気の動物であれば、細菌コミュニティが乏しいか単純なものになると予想されるかもしれません。しかし、このカメは実際には、健康な成体と同様に、非常に豊かで多様な細菌の混合物を持っていました。ただし、細菌の種類が異なっていたのです。通常の混合物の代わりに、その腸内は、停滞した酸素のない環境で繁栄する特定の細菌グループで溢れていました。これらは食物を発酵させガスを生成する微生物であり、カメの「止まった腸」という状態と完璧に一致します。細菌たちは、もはや動かなくなった食物を貪り食い、おそらく動物の苦痛の一因となった発酵環境を作り出していたのです。

最も衝撃的な発見は、この3番目のカメからもたらされました。発酵する細菌の氾濫の中に、研究者たちは「Inconstantimicrobium porci」と呼ばれる特定の細菌を見つけました。この細菌は、これまでブタの腸や農業用土壌からのみ知られていたものです。シー・タートルの中でこれが見つかったのは、科学界における初の出来事です。研究者たちは、この病気の亜成体において、このブタに関連する細菌がかなりの数検出されましたが、健康なカメではほとんど存在せず、もう一方の病気のカメには存在しませんでした。研究者たちは、近年のこの地域での豪雨が、陸地からカメが餌を摂る沿岸域へと、このブタに関連する細菌を流し込んだのではないかと推測しています。カメはそれを摂取したと考えられ、腸の動きが止まっていたため、この細菌は急速に増殖し、健康なカメの動いている腸であれば自然に洗い流されていたであろう他の発酵細菌とともに、爆発的な増加（ブルーム）に加わったのです。

この研究は、シー・タートルの病気が必ずしも微生物レベルで同じようには見えないことを浮き彫りにしています。ある時は、弱ったシステムの中で有害な細菌が支配権を握る「多様性の崩壊」として現れます。またある時は、健康に見える種の種類が、閉塞した腸に適するように再編される「種類の変化」として現れます。これらの違いを明確に捉える能力は、大きな前進です。細菌の完全な遺伝コードを読み取る手法を用いることで、研究者たちは、より古い、より短い手法では見逃していただろう特定のブタ関連細菌を特定することができました。このレベルの詳細さは、洪水のような環境変化が、どのように新しい生物を海洋環境に導入し、それらの生物が野生動物の健康とどのように相互作用するかを理解する上で極めて重要です。

これらの知見は、環境とそこに生息する動物との間の複雑な関係をも示唆しています。ブタに関連する細菌がシー・タートルの体内に存在することは、特に極端な気象事象が発生する際、陸と海の境界がこれまで考えられていたよりも浸透しやすいものであることを示唆しています。本研究はわずか3頭の動物を対象としたものですが、その結果は獣医師やコンサベーション（保全）活動家にとって新たな視点を提供します。それは、カメの内部にある特定の種類の細菌を見ることで、一般的な感染症なのか、あるいは特定の閉塞によるものなのかといった、病気の性質を診断できる可能性を示唆しています。研究者が述べているように、これは彼らの内部世界を理解するための始まりに過ぎませんが、変わりゆく地球に直面しているこれら古の航海者たちを、より良くケアするための有望な道筋を提示しています。