空は細菌でいっぱい

青空の下、白い雲のふわふわした近くに、微生物のスーパーハイウェイが隠れているのが、新たな研究で明らかになった。9月9日にPNAS誌に発表された研究によると、生きた微小な細菌や菌類は、地上約1万フィートの高度を風に乗って移動し、1,200マイル以上も移動しているという。

この発見は、人類の健康や、世界中の病原菌の間で薬剤耐性遺伝子が広がり続けていることに影響を与える可能性がある。分析によると、地表よりはるかに上を循環しているこれらの微生物の数は予想外で不安なほど多く、病気を引き起こす可能性があり、中には複数の抗生物質に耐性を持つものもあるという。

「こんなものが見つかるはずはなかった」と、バルセロナ国際保健研究所の気候・健康グループを率いる計算生態学者で研究教授の筆頭著者、ザビエル・ロド氏は言う。「これは、惑星境界層よりはるかに高い高度で前例のない微生物分類群の多様性を検出したことだ」と同氏は付け加えた。

ロド氏と彼の同僚は、日本上空を10回にわたってサンプリング飛行し、遺伝子分析によって266の菌類と305の細菌類を特定した。ロド氏によると、その数は合計で2,000種以上に上る可能性があるという。サンプル中に見つかった気流やその他の微量化合物の評価に基づき、研究者らはこれらの微生物が北東アジアの農業地域に起源を持ち、大気圏を1,200マイルほど運ばれて日本領空に到達し、そこからゆっくりと地表に向かって下降したと断定した。上空で検出された微生物の多くは下空でも見つかったため、細菌や菌類が私たちの身近な環境に侵入していることが示唆される。

すべての微生物が有害というわけではないが、注目すべきことに、今回のケースでは、収集され識別された微生物の 3 分の 1 以上が、適切な曝露状況で人間の病気を引き起こすことが知られている病原体であった。科学者らはまた、微生物の少なくとも一部が大気圏での困難な旅を生き延び、多剤耐性抗生物質を持ち込んでいたことも発見した。科学者らは、少数の細菌を培養し、ペトリ皿でコロニーを成長させることに成功した。いくつかの例では、これらのコロニーは複数の抗菌薬に対して耐性があった。

この研究結果は、こうした移動性微生物のすべてが人々を病気にしているということや、次のパンデミックが空から降ってくるということを証明するものではないとロド氏は強調する。「人々がどこでも非常に奇妙な方法で病気になるわけではないので、ほとんどの健康な免疫システムは（この空気中の細菌の負荷に）対処できると考えなければなりません」と同氏は言う。「私たちは、伝染病が遠くからやってくると言っているのではありません。」

それでも、この研究は、微生物の大気輸送は、特に抗菌薬耐性の懸念される増加を理解する上で、考慮し注意を払う価値があることを示唆している。「明らかなのは、この生物多様性が遠く離れた場所に広がっていることです」とロド氏は言う。「もちろん、分布している虫に耐性遺伝子があれば、それが新しいコミュニティに持ち込まれることになり、心配なことです。」

風によって長距離運ばれる粒子が、その汚染源から遠く離れた人々に迷惑をかけることは、これまでも十分に立証されてきた。例えば、研究ではサハラ砂漠の砂嵐とカリブ海地域の喘息との関連が指摘されている。しかし、地上数千フィートの生物群集とそれが世界の健康に与える影響については、ほとんど理解されていない。

いくつかの研究では、遠く離れたサハラ砂漠の砂嵐と大西洋を越えた髄膜炎の発生との間に関連性があると示唆されている。米国南西部に蔓延する菌類によって引き起こされる谷熱も、砂嵐と相関関係にあると、いくつかの分析は示している。ロド氏らによる過去の研究では、謎の川崎病の発生は風の流れと関連している可能性が示唆されている。植物病原体でさえ、風に乗って長距離を移動する可能性がある。しかし、ほとんどの微生物がそのような長距離の旅をして生き延びるとは一般に考えられていない。今週の研究は、微生物が長距離を移動して生き延びることを示唆している。

「彼らは、非常に多くの種が上空に生息し、その周囲を行き来していることを示しています」と、ペンシルベニア州立大学の環境衛生安全工学准教授で、今回の研究には関わっていないジェレミー・ジャーナンド氏は言う。大気圏上空の 10,000 フィートは、厳しい場所だ。強い太陽放射と寒さに満ち、温度と湿度の変化が激しい。「これらの細菌や菌類は、そのような状況でも生き延びています」とジャーナンド氏は指摘する。「本当に興味深いことです」

しかし、彼はそれが人間の感染リスクにどのような意味を持つかを解釈することについてのロドの警告に同調している。病原体に関しては、投与量が重要である。「食べ物や水に望ましくない細菌がどれくらい含まれていると病気になるかはよくわかっている」とゲルナンドは言う。対照的に、「吸入病原体については、そのような情報はほとんどありません」と彼は付け加える。健康な免疫システムは、通常、個々の侵入者に対処することができる。結局のところ、私たちが日常的に呼吸する空気はどれも無菌に近いものではない。新しい発見からは、各病原体がどの程度の濃度で運ばれているかは不明であり、ゲルナンドはそれを評価するためのフォローアップ研究を見たいと考えている。

この研究のもうひとつの限界は、1つの場所を数時点だけ調査していることだ。「この種の曝露が他の場所、他の時期でどの程度一貫しているかを知る手がかりはあまりありません」とゲルナンドは言う。それでも、粒子状汚染の大陸間移動に関する自身の研究に基づき、彼は「これはおそらくどこでも起こっている」と想像している。

微生物の雲の中にある小さな希望の光は、大気圏が世界の健康状態を監視する新たな場所となる可能性があることだ。新型コロナウイルス感染症のパンデミックは、廃水追跡のような早期警報システムが、病気の状況を判断し、それに応じて準備し、対応する上でいかに有益であるかを示した。ロド氏は、さらなる研究により、空中からの収集飛行は、曝露と感染リスクを評価するための有用な方法になる可能性があると示唆している。