0.1mmの「クマ」が人類の宇宙旅行実現に貢献すると期待

著者：Duan Yuechu、Huang Xianghong

電子顕微鏡で観察したクマムシの直径は0.1mm未満です。スティーブ・ゲシュマイスナー/サイエンスフォトライブラリー

2024年5月、有名な出版物「サイエンティフィック・アメリカン」にメガン・バーテルズが書いたクマムシに関する研究報告が科学界で広く注目を集めました。

クマムシは直径 0.1 mm 未満の小さな生き物で、クマムシやコケブタなど、かわいらしい名前で呼ばれています。彼らは、その魅力的なふっくらとした外見、ユニークな通称、そして極限の環境に適応する驚くべき能力で世界中で知られています。 「彼らは自分自身を守る達人だ」とマーシャル大学の化学者デリック・コリング氏は言う。

コリン氏と、ノースカロライナ大学チャペルヒル校の化学者レスリー・ヒックス氏を含む同僚たちは、クマムシがこれほどまでに不滅である理由となる重要なメカニズムを解明することを目的とした画期的な研究に着手した。

この研究はコリンの偶然の試みから始まりました。彼は、検査に使う機械の中に「フリーラジカル」を検出するための機器を設置した。フリーラジカルは、通常の代謝過程や煙などの汚染物質などの環境ストレス要因に反応して動物の細胞内で生成されるが、抑制剤もそのような分子を生成する可能性があると彼は推測している。

フリーラジカルが蓄積すると、安定するために周囲から電子を奪います。このプロセスは酸化と呼ばれ、体内の細胞や化合物に損傷を与える可能性があります。しかし、ヒックス氏の研究では、少量のフリーラジカルもシグナル分子として作用し、さまざまなタンパク質との接触や分離が細胞の挙動に影響を及ぼす可能性があることが示されています。

コリンがクマムシのフリーラジカルの観察結果をヒックスと共有したとき、彼らは協力して一連の実験を計画しました。クマムシは、高濃度の塩分、糖分、過酸化水素など、ストレスを誘発し、フリーラジカルを生成する環境に一時的にさらされました。こうしたストレスを受けると、クマムシは体を丸めて一時的に保護的な休眠状態（「タン」と呼ばれる）に入ります。研究者らはクマムシが丸くなる条件を監視し、フリーラジカルがこの「tun」状態を引き起こすようだということを発見したが、具体的なメカニズムはまだ不明であった。

ヒックス氏は、フリーラジカルとアミノ酸システイン間のシグナル伝達相互作用に関する研究を基に、システイン分子が「タン」の形成に役割を果たしているかどうかをテストすることにしました。そこで彼女と彼女の同僚は、システインの酸化を阻害することが知られているさまざまな種類の分子を触媒として導入しました。結果は、ストレス条件下では、システインがフリーラジカルによって酸化されないため、触媒はシステイン酸化に向けた調節因子を形成できないことを示しており、システイン酸化が「tun」状態の形成に必要なメカニズムであることを示しています。

この新たな研究は、完全な乾燥に耐えることで知られるミツバチの一種における酸化の役割に関するこれまでの研究と一致していると、日本の慶応大学の生物学者、荒川和治氏は言う。これらの類似点は、このメカニズムがツンやその他の耐寒性休眠の共通の引き金となる可能性があることを示唆しており、科学者はこれをクリプトビオシスと呼んでいる。

これらの重要な発見にもかかわらず、クマムシについては多くの謎が残っています。デンマークのロスキレ大学の比較動物生理学者ハンス・ラム氏は、クマムシが「トゥン」状態に入ると、一時的に代謝を停止するが、これはシステイン酸化でも完全には説明できない現象だと指摘している。 「これまでのところ、この現象を説明できる研究はない」と彼は語った。 「私の意見では、私たちはまだこれを理解するには程遠いです。」

コリン氏とヒックス氏は両者とも、クマムシの体内でフリーラジカルがどのように働くかを理解するためには、さらに多くの研究を行う必要があることに同意している。回復力のある「tun」状態は、クマムシがストレスの多い環境で生き残るために使用する唯一の戦略ではなく、研究チームは他の戦略を詳細に研究する予定である。彼らはまた、システイン酸化がより多くの動物で広く利用されていることを発見することを期待して、さまざまな種類のクマムシ類（これまでのところ、典型的なクマムシ類のカタツムリのみが研究されている）を研究する予定です。

ヒックス氏は、長期的には、この研究が老化と宇宙旅行の研究に貴重な情報をもたらすことを期待している。結局のところ、どちらの領域も DNA やタンパク質などの重要な細胞機構に対するフリーラジカルによる損傷を伴います。