科学者たちはスーパーバグと戦うために洞窟の汚れを探して探検している

洞窟は暗く、じめじめしていて、隔離されており、植物や動物はほとんど生息していない。一見すると、生命が存在しないように見えるかもしれない。しかし、洞窟には暗闇に棲む微小な生物、細菌、真菌が満ちている。科学者たちは、これらの微生物が抗生物質耐性菌と戦うための新しい薬の未開発の貯蔵庫である可能性があることを発見している。

私たちが頼りにしている抗生物質のほとんどは、実際には細菌や真菌から作られているからです。ペニシリン自体もペニシリウムカビから抽出されたものです。自然界では、微生物はこれらの致死的な化学物質を作り、近隣の微生物と戦います (また、少量の抗生物質を使って互いに合図を送ることもあります)。私たちはこれらの化学物質を自分たちのために摂取し、何百種類もの抗生物質を開発してきました。しかし、現在、ますます多くの細菌が私たちの薬に耐性を持つようになり、私たちは新しい抗生物質を切実に必要としています。

この時点で、私たちはすでに周囲の土壌に生息する明らかな候補のほとんどを発見しています。しかし、推定99パーセントの微生物種はまだ発見を待っており、新しい抗生物質を生み出す可能性のある細菌や菌類の探索はまだまだ終わりません。一部の科学者は、これまで研究室で増殖させる方法がわからなかったために見逃していた微生物を求めて土壌をくまなく探しています。他の科学者は、新しい領域に踏み込み、人間がめったに足を踏み入れない極端な生息地を探索しています。

洞窟の暗い奥深くは、人間が探検するには困難で危険でさえあるかもしれないが、新しい微生物の豊富な供給源でもある。微生物学者たちは洞窟の奥深くから、有望な新しい細菌と、16世紀以来民間療法で役立ってきたかもしれない古い友人数匹を持ち帰っている。

暗闇の中の人生

洞窟は生活するには容易な場所ではありません。常に暗いため植物は育たず、食べ物もほとんどありません。洞窟内のわずかな栄養素は、水や、糞、卵、死骸を残してやってくる動物によって外界から取り込まなければなりません。

科学者たちはこの状況を「暗闇の中で飢えている」と表現している。しかし、微生物はそれでも生き残り、繁栄さえする。「高等生物が見つからない洞窟はたくさんありますが、微生物は必ず見つかります」とニューヨーク州立大学プラッツバーグ校の微生物学者、キャスリーン・ラボア氏は言う。

当初、科学者たちはこれらの微生物は地表で見つかった微生物と同じで、上から流れ込んできても生き残っているだろうと想定していた。「長年、洞窟の微生物に何か特別なものがあるとは考えられていなかった」とラボア氏は言う。しかし、彼女と同僚がカリフォルニア州のラバベッド国定公園の 7 つの洞窟を訪れたところ、採取した細菌のうち地表で見つかったものと同じ種類はわずか 11 パーセントほどだった。別の科学者チームは、アリゾナ州のカーチェナー洞窟内で見つけた細菌の 16 パーセントが地表のものと重複していると報告した。

洞窟でかろうじて生き延びてきた微生物は、独特のコミュニティであることが判明しました。地表から遠く離れた場所で、微生物は暗い住処に適応し、その住処を形作ってきました。科学者たちは現在、微生物が洞窟内の酸性度やその他の条件を変えることで、鍾乳石やその他の奇妙な形状の形成に重要な役割を果たしていると考えています。また、洞窟の生息地は、その形成方法や周囲の環境の気候などによってそれぞれ異なります。

これは、調査すべき細菌群が数多く存在し、新しい抗生物質を発見する機会がたくさんあることを意味します。ブリティッシュコロンビア州カムループスにあるトンプソンリバーズ大学の微生物学者、ナオワラット（アン）チープサムは、すでにカナダとポルトガルのいくつかの洞窟で有望な候補をいくつか特定しています。その多くは放線菌と呼ばれる多様な細菌群に属しており、その表面に生息する他の細菌が、今日私たちが使用している抗生物質のほとんどを生み出しています。

「研究室では、多剤耐性菌を殺す細菌が多数見受けられます」とチープサム氏は言う。中には、過去に抗生物質を作ったことがある細菌もいるかもしれない。そのため、チープサム氏と共同研究者は、繰り返し抗生物質を投与する細菌を排除するために、その豊富な成果を調査しなければならないだろう。

しかし、地下から採取した細菌の多くが抗生物質を作るらしいことに、彼女は勇気づけられている。他の場所では、それほど協力的ではない。数年前、彼女は東京湾の堆積物をふるいにかけて真菌を殺す薬を探したが、候補はほとんど見つからなかった。しかし、最近彼女が訪れた洞窟の1つでは、彼女のチームが調べた微生物の約20％が薬剤耐性菌に有効であることがわかった。「比較するのはまったくの別物だが、それでも洞窟の細菌は…薬を作るものを探すのにとても魅力的な資源だ」とチープサムは言う。

実際、洞窟の微生物は抗生物質を作るのに特に適していた可能性がある。食料が乏しい場合、近隣の微生物間の競争は熾烈になる可能性がある。「条件が厳しい場合、他の微生物に勝つためにさらなる利点が必要になるというのがその考え方です」とラボア氏は言う。

ムーンミルクは飲みましたか？

何百年も前、人々は洞窟に足を踏み入れ、あらゆる病気に効くと噂されていた白っぽい濃厚なペーストを集めました。ムーンミルクと呼ばれるこの鉱石は、傷口に塗って潰瘍、下痢、骨折などの治療薬として使われていたようです。

ムーンミルクは、かなり奇妙な用途にも使われていました (「愛する人を魅了する」など)。そして、それがあらゆる面で効果的だったとは考えられません。しかし、ムーンミルクには本当に治癒効果があるかもしれないことがわかりました。歯磨き粉に似た粘液のこの粘液には、細菌がいっぱいです。これらの細菌の多くは放線菌で、過去に多くの抗生物質を生み出してきたグループです。

「この古代の伝統医学に何らかの根拠があるかどうか、つまり、ムーンミルクが抗生物質産生菌で構成されているという科学的裏付けがあるかどうかを調べてみようと考えたのです」と、ベルギーのリエージュ大学の分子微生物学者セバスチャン・リガリ氏は言う。同氏と同僚はヨーロッパの洞窟からムーンミルクを採取してきた。ムーンミルクから発見された細菌の多くは、他の薬剤耐性菌や真菌を阻止する抗菌化学物質を作るようだ。

ムーンミルクは、乾いて粘土状になることもあれば、しっとりしてクリーミーな状態、あるいは液体になることもある。「ムーンミルクが川のように流れ出ることもあります」とリガリ氏は言う。水分含有量や栄養素によって、ムーンミルクに生息する微生物の数は大きく異なる。つまり、ムーンミルクの種類によって混入する抗生物質も異なる可能性がある。

しかし、ムーンミルク、あるいは他の洞窟から抽出した抗生物質が市場に出るまでには長い時間がかかるだろう。その理由の1つは、慣れ親しんだ独特の環境から離れた実験室で、洞窟の細菌をうまく誘導して生き延びさせ、化学物質を排出させることが決して容易ではないからだ。そして、コロニーが成長しても、その成長は遅い。地表に生息する大腸菌は約20分でその数を倍増させることができるが、洞窟の細菌の場合は数週間から数ヶ月かかるかもしれないとチープサムは言う。また、ある化学物質がペトリ皿の中のスーパーバグを殺すからといって、それが人体にも有効であるとは限らない。完全に有毒である可能性さえある。

「候補となる化学物質は 10,000 種類あるところから始まり、12 年と 10 億ドルを費やしてようやく 1 つの候補を見つけられるかもしれません」とラボア氏は言う。「しかし、出発点が必要なので、より多くの候補を見つければ見つけるほど、より良い結果が得られます。」

宝探しの洞窟探検

洞窟は微生物にとって簡単には生きられない場所であるならば、人間の探検家もそれほど有利な装備を備えているわけではない。新しい抗生物質を求めて洞窟に降りていく研究者たちは、目的の物質にたどり着くまでに多くの試練に耐える。

洞窟は人里離れ、困難なトレッキングの果てに隠れていることもある。チープサムが調査する洞窟のいくつかはハイイログマ生息地域の奥深くにあるため、科学者はヘリコプターで運ばれなければならない。広々とした洞窟もあるが、狭苦しくて進むのが難しい洞窟もたくさんある。時には渡らなければならない池があり、その池は広大なこともある。ある時、チープサムは水中の洞窟を偵察するためにダイバーを派遣したが、そのダイバーは、もし水を抜けば、自分が漕いで進んだ池は、5万人以上を収容できるバンクーバーのスタジアム、BCプレイスの3倍の大きさになるかもしれないと報告した。水が一部凍る冬季のみ探索できる洞窟もある。そして、ヘッドランプの光だけが差す真っ暗な場所もある。「そこに行くときはいつも、基本的に頭をオフにしなければなりません」とチープサムは言う。 「洞窟に関するホラー映画は見たことがない…見たら行けなくなるかも。」

そして、これらすべてに加えて、洞窟に閉じ込められた科学者たちは、洞窟の壁を登ったり、壁から新鮮なサンプルを削り取ったりする際に、自分の体に付着した細菌で繊細で清らかな生態系を汚染しないように注意しなければなりません。衣服、素肌、食べ物のかけらなどはすべて管理しなければなりません。

このため、洞窟は厳重に保護されています。観光客のためにセメントの歩道、手すり、ランプを設置するだけで、細菌や真菌の数が変わります。光合成細菌は、通常であれば生息するには薄暗い洞窟内の人工ランプの近くで発見されています。

だからこそ、研究者たちは観光客が普段は足を踏み入れない洞窟でサンプルを採取しようとする。ここに生息する固有の微生物は、何億年もの間隔離されていたのかもしれない。しかし、この辺境の地は恐ろしいものだとしても、新薬の探索は爽快なものでもある。「本当に興奮するのは、そこがまったく未踏の環境であることに気づき、何百万年もそこに生息していた細菌のサンプルを最初に採取した人になることです」とリガリ氏は言う。「これまでに分離できたものは、実際にそこに生息しているものの百万分の一程度でしょう」

抗生物質耐性の脅威が迫っているため、その探索はますます緊急を要している。2050年までに、薬剤耐性感染症による死者数はガンによる死者数を上回る可能性がある。だからこそ、野原、海、山から洞窟の奥深くまで、自然のあらゆる場所で、今すぐに新薬の探索を始めなければならない。こうした未知の微生物の群れの中には、今後襲来するスーパーバグを撃退するために必要な武器となる微生物もいくつかある。