Potential of Endophytic Fungi from Orobanche spp. as Novel Sources of L-Asparaginase, an Enzyme with Anticancer Applications

健康な植物の内部にある隠れた世界では、微小な真菌が静かな隣人として生息し、宿主に害を与えることなく空間を共有しています。これらはエンドファイト（内生菌）と呼ばれる、多様な微生物のコミュニティであり、生存し繁栄するための膨大な種類の化学的ツールを生み出すよう進化してきました。これらの真菌が作り出す物質の中には、生物学的な機械である酵素があります。酵素は特定の化学反応を加速させます。L-アスパラギナーゼとして知られるこのような酵素の一つは、現代医学において極めて重要なツールとなっています。これは、タンパク質の特定の構成要素であるL-アスパラギンを分解することで機能します。ヒトの体のほとんどの細胞は、この構成要素の供給を自ら作ることができますが、急性リンパ性白血病と呼ばれる種類の血液がんに関与する特定の癌細胞は、それができません。それらの細胞は、血液からこれを盗むことに完全に依存しています。患者の体内へこの酵素を導入することで、医師はこの不可欠な栄養素を奪い去り、健康な細胞にはほとんど影響を与えずに、癌細胞を飢餓状態に陥らせて死滅させることができるのです。現在、医療業界ではこの命を救う酵素を主に細菌から生産していますが、これらの細菌由来のものは、患者に深刻なアレルギー反応やその他の副作用を引き起こすことがあるため、科学者たちはより穏やかで適合性の高い供給源を探しています。

イランのザンジャーン大学の研究チームは、これらの微小な隣人のための、一風変わった、しばしば見落とされがちな宿主に注目しました。それは、ゴミオブローチ（ハナミズキ科の一種）です。土壌から成長するほとんどの植物とは異なり、ゴミオブローチは全寄生植物であり、これは自前の葉や根を持たず、他の作物に付着してその栄養を盗むことで完全に生き延びていることを意味します。この独特でストレスの多いライフスタイルのため、ゴミオブローチの中に住む真菌は、その環境に対処するための特別な能力を発達させてきた可能性があります。研究者たちは、イラン北西部の農地から健康なゴミオブローチのサンプルを集め、表面の汚れや細菌を取り除くために注意深く洗浄しました。その後、植物の茎を小さな破片に切り分け、中から真菌が成長してくるかどうかを確認するために、栄養豊富なゼリーの上に置きました。300の植物サンプルから、彼らは数十種類の異なる真菌株の分離に成功し、最終的に顕微微鏡下での外観に基づいて、それらを34の明確なタイプに分類しました。

これらの真菌のうち、どれが癌と戦う酵素を生産できるかを見つけるために、科学者たちはまず単純な視覚テストを用いました。彼らは、L-アスパラギンとpH指示薬を含む特殊なプレート上で真菌を培養しました。もし真菌が酵素を生成していれば、アスパラギンを分解してアンモニアを放出し、周囲の領域を黄色からピンク色に変えるはずです。34の真菌タイプのうち、約20のタイプがこれらのピンク色のハロー（輪）を作り出し、それらが酵素を作る能力があることを示唆しました。しかし、研究者たちは、プレート上の大きなピンク色の円が、必ずしも大量の酵素が生成されていることを意味するわけではないことを知っていました。真の測定値を得るために、彼らは最も有望な候補を液体培養へと移し、放出されたアンモニアの量を正確に数えるための化学的手法を用いました。結果は幅広い活性を示しました。非常に少ない量しか生成しない真菌がいる一方で、4つの特定の株が最も生産性が高いとして際立ちました。その中で、Alternaria longipesとして特定された真菌、特にSH25と呼ばれる株は、1ミリリットルあたり5.79ユニットに達する最も高い量の酵素を生成しました。これは、Macrophomina phaseolinaやAspergillus flavusといった種を含む他のトップパフォーマーよりも大幅に高い数値でした。

チームは次に、スタープレイヤーであるAlternaria longipes SH25に焦点を当て、環境を変えることで、より多くの酵素を作らせることができるかどうかをテストしました。彼らは、利用可能な食物の量と液体の酸性度が生産にどのように影響するかをテストしました。彼らは、液体が弱酸性であり、特定の濃度のL-アスパラギンを含んでいるときに、真菌が最も多くの酵素を生産することを発見しました。これらの最適化された条件下では、酵素の出力は5.95ユニット/mlまで上昇しました。研究者たちはまた、工業的な使用における重要な要因である、熱にさらされた際に酵素がどの程度耐えられるかについても調査しました。彼らは、この酵素が中程度の温度において非常に安定しており、35℃で30分間保持した後もほぼすべての活性を維持し、2時間後でも約3分の2の力を保持していることを見出しました。これは、この酵素が製造現場において、すぐに分解されることなく扱えるほど堅牢であることを示唆しています。

本研究は、寄生性のゴミオブローチ植物が、この重要な酵素を生産することができる、豊かでありながらこれまで未探索であった真菌の供給源であることを結論付けています。高機能なAlternaria longipes株の発見は、現在医学で使用されている細菌由来のソースに対する、潜在的な新しい選択肢を提供します。細菌版は一部の患者に免疫反応を引き起こすことがありますが、真菌由来の酵素は、ヒトの体により適合しているとしばしば考えられています。ただし、この利点を確認するためにはさらなるテストが必要です。研究者たちは、初期のテストプレートにおけるピンク色のハローのサイズは、液体培養において真菌が実際にどれだけの酵素を生産するかを予測する信頼できる指標にはならないことを指摘し、視覚的な推測よりも精密な化学的測定が重要であることを強調しました。遺伝子配列解析を用いてこれらの真菌を分離・同定することにより、チームはそれらの正体を確定し、この特定の真菌種とその酵素を作る能力との間の明確な関連性を確立しました。この研究はバイオテクノロジーの新たな扉を開くものであり、私たちの畑にある極めて珍しい植物でさえ、病気と戦うために役立つ微小な味方を宿している可能性があることを示唆しています。