海洋中の遺伝物質を分析した結果、これまで知られていなかったRNAウイルスが何千種も発見された。
RNAウイルスは致死的な病気を引き起こすことがある一方、食物網や環境の生態系でも重要な役割を果たしている。
新たに発見された株の1つは、研究者が長年探し求めてきたRNAウイルスの進化におけるミッシングリンクかもしれない。
この発見は、地球上で初期の生命がどのように発達したかを科学者がより深く理解する助けになる可能性がある。
要点
新たな研究によると、海洋中の遺伝物質を分析した結果、これまで知られていなかったRNAウイルスが何千種も特定され、存在すると考えられていたウイルスの門、つまり生物学上のグループの数が2倍になった。この研究は、私たちの研究チームが学術誌私たちの チーム の 研究者が発表したものである。掲載誌はサイエンス。
RNAウイルスは主に、人に引き起こす病気で知られており、風邪からCOVID-19までさまざまだ。また、人にとって重要な植物や動物にも感染する。
これらのウイルスは、DNAではなくRNAに遺伝情報を持つ。RNAウイルスは、DNAウイルスよりもはるかに速い速度で進化する。科学者たちは自然の生態系に存在する数十万種のDNAウイルスをカタログ化してきた一方、RNAウイルスは比較的研究が進んでいなかった。
しかし、人間や細胞で構成される他の生物とは異なり、ウイルスには、研究者が遺伝子バーコードと呼ぶものの役割を果たしうる、固有の短いDNA配列がない。このバーコードがないため、自然界にいるウイルスの種を見分けるのは難しい場合がある。
この制約を克服するため、私たちは、ウイルスが遺伝物質を複製するのを可能にする特定のタンパク質をコードする遺伝子を特定することにした。RNAウイルスが共通して持つタンパク質はこれだけであり、ウイルスの増殖に不可欠な役割を果たす。ただし、タンパク質をコードする遺伝子にはRNAウイルスごとにわずかな違いがあり、それによってウイルスの種類を見分けられる。
そこで私たちは、4年間にわたるタラ・オーシャンズ調査という世界的な研究プロジェクトで採取されたプランクトンから得たRNA配列のデータベースを調べた。プランクトンとは、水流に逆らって泳げないほど小さな水生生物の総称だ。海洋の食物網に欠かせない存在であり、RNAウイルスの宿主となることも多い。調査の結果、ウイルスタンパク質をコードする遺伝子が44,000個以上特定された。
次の課題は、これらの遺伝子の進化上のつながりを明らかにすることだった。2つの遺伝子が似ているほど、それらの遺伝子を持つウイルス同士が近縁である可能性は高い。これらの配列は非常に遠い昔、おそらく最初の細胞よりも前に進化していたため、新たなウイルスが共通祖先から分岐した場所を示す遺伝的な目印は、時の経過とともに失われていた。しかし、機械学習と呼ばれる人工知能の手法により、配列を体系的に整理し、手作業で行うよりも客観的に違いを検出できた。
私たちは新たな海洋RNAウイルスを合計5,504種特定し、既知のRNAウイルスの門の数を5から10へと倍増させた。これらの新たな配列を地理的にマッピングしたところ、新たに見つかった門のうち2つは広大な海域に特に多く分布しており、温帯・熱帯海域（タラウイルス門。タラ・オーシャンズ調査にちなんで命名）か、北極海（北極ウイルス門）に偏って分布していた。
私たちは、タラウイルス門が、研究者が長年探し求めてきたRNAウイルスの進化におけるミッシングリンクかもしれないと考えている。複製の仕方が異なる、既知の2つのRNAウイルス系統をつなぐ存在だ。
重要な理由
これらの新たな配列により、科学者はRNAウイルスの進化の歴史だけでなく、地球上の初期生命の進化についても理解を深められる。
COVID-19のパンデミックが示したように、RNAウイルスは致死的な病気を引き起こすことがある。一方で、RNAウイルスは生態系においても重要な役割を果たしている。環境や食物網に化学レベルで影響を及ぼす微生物を含む、幅広い生物に感染するためだ。
RNAウイルスが世界のどこに生息しているかを地図に示すことで、地球上の多くの生態系プロセスを動かす生物に、ウイルスがどのような影響を与えるかを解明できる。私たちの研究は、遺伝子データベースの拡充に伴い、研究者が新たなウイルスをカタログ化するのに役立つ、改良されたツールも提供する。
まだわかっていないこと
これほど多くの新たなRNAウイルスが特定されたものの、どの生物に感染するのかを突き止めるのは依然として難しい。研究者が現在扱えるのは、主に不完全な断片に限られている。これは一部には、RNAウイルスのゲノムが複雑であることや、技術的な限界が原因だ。
今後は、どのような種類の遺伝子が欠けている可能性があるのか、また、それらが時とともにどのように変化したのかを明らかにしたい。これらの遺伝子を解明すれば、科学者がウイルスの働きをより深く理解できるだろう。
