性別もホルモンも神経系もない退屈な世界…

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微生物の世界では、話すことも絵文字を使うこともできないかわいそうな生き物たちに誰もが同情していました。ノーベル賞受賞者のフランソワ・ジャコブは、1970年の著書の中で、細菌界を「性別もホルモンも神経系もなく、繁殖し続ける個体だけが存在する退屈な世界」とさえ表現した。

30年以上前、深海に生息する小さな動物が突然、科学者たちの新たな研究対象となった。ハワイアンボブテイルイカと呼ばれています。人間の指ほどの大きさしかありませんが、体が光るという魔法の力を持っています。研究の結果、科学者たちは、光るのは小さなイカそのものではなく、イカの体内に生息するバクテリアであることを発見した。

ビブリオ・フィシェリはハワイのダンゴイカと共生している細菌です。イカの腹部にある発光器官に住み、イカの栄養分の助けを借りて成長し、この発光能力をイカに返すことで、小さなイカが月明かりの夜に周囲と同じ明るさを維持し、捕食者から身を隠すのに役立ちます。さらに興味深いのは、これらのバクテリアが常に光っているわけではないということです。光源内の細菌が一定の濃度に達したときにのみ光り始めます。

彼らは周囲に十分な数がいることをどうやって知るのでしょうか?

それぞれの細菌は周囲の環境に少量のシグナル分子を放出できることが判明しました。細菌の数が増えると、環境中のシグナル分子の濃度が徐々に増加します。濃度が一定の閾値に達すると、細菌内の特定の受容体タンパク質がそれに結合し、対応する遺伝子の発現を活性化または阻害し、それによってシステム内のすべての細菌が、前述の集団発光のように、同じことを一斉に完了できるようになります。ハハ、バクテリアはコミュニケーションできるだけでなく、クラウドファンディングもできるんですね！

この能力の発見により、人類は再びこれらの小さな生き物を新たな目で見るようになりました。もともとは高等動物だけが集団行動を行えると考えられていたが、細菌も実際には十分に準備されていないときには集団行動を行えるが、条件が整えば腕を上げてあらゆる方向からの反応を受けるようになる。

1993 年の感謝祭の日、コーネル大学の微生物学教授であるスティーブン C. ワイナンズは、家族や友人たちと自宅に集まりました。

スティーブン・C・ウィナンズは、細菌の信号伝達能力を研究するために、アグロバクテリウム・ツメファシエンスを実験材料として使用していました。弁護士である義兄は、義兄の科学的研究を理解しようと努めた後、「グループのサイズによって特定の機能を決定する」という細菌の働き方は、重要な出来事について決定を下す際に定足数を超えることを要求する人間社会のルールと非常に似ていると感じました。それ以来、細菌のこの能力はクオラムセンシング（QS）という正式名称が付けられました。

徐々に、歯周病の原因となる歯垢中の細菌の蓄積、生物発光（図2参照）、胞子形成、病原細菌感染時の毒素分泌、根粒菌による窒素固定根粒など、多くの現象がクオラムセンシングに関連していることが発見されました。クオラムセンシングは、環境中の微生物の生存確率を大幅に高め、細菌が組織的かつ戦術的にライフサイクルを完了するのに役立ちます。

緑膿菌を例に挙げてみましょう。これは病院で最も歓迎されない病原体の一つであり、しばしば感染症を引き起こします。クオラムセンシングシステムは、緑膿菌の毒性因子の分泌を調節するだけでなく、緑膿菌が 3D 構造を持つ細菌の「小さな城」を構築するのにも役立ちます。バイオフィルムと呼ばれるこの「小さな城」に集まると、抗生物質や殺菌剤に対する耐性は、仲間が単独で行動する場合よりも数百倍、数千倍高くなります。そうです、これらの細菌が逃げ出して生き残れば、より深刻な感染症を引き起こす可能性があります。

微生物の複雑さは人々の想像をはるかに超えています。彼らはクオラムセンシングの助けを借りてコミュニケーションをとることができるので、コミュニケーションに必要な「言語」を持っているに違いありません。いわゆる言語は、実際には彼らが分泌するシグナル分子です。

現在、構造が全く異なる「言語」が少なくとも3つ存在することが分かっており、また同じ「言語」の中でも炭素鎖の長さなどの構造の違いに基づく「方言」が数多く存在します。さらに、3 つの主要な「言語」に加えて、いくつかの小さな「言語」も存在します。細菌の中にはさらに雄弁で、複数の言語を話すことができるものもあります。微生物はこれを利用して互いに競争し、反対者を排除します。たとえば、黄色ブドウ球菌は 4 つの「方言」を話すことができます。特定の「方言」を話す派閥が「数」で優位に立つと、他の派閥を抑圧し、毒性因子の発現を阻止することになります。ハハ、少数派をいじめているような気分ですか？

クオラムセンシングによって制御される生理学的行動の一部は有益ですが、多くの病原体がこれを利用して人間、動物、植物の健康を危険にさらす可能性があります。過去には、病原体に対処するために主に抗生物質が使用されていました。今では、私たちはいくつかの微生物の「言語」を習得しており、クオラムセンシングを使って反撃する機が熟しています。研究者たちは、細菌が感知する信号分子を破壊または妨害し（クオラムクエンチング）、微生物を聴覚を失い話すこともできない「耳が聞こえない」人や「口がきけない」人に変え、クオラムセンシングネットワークを破壊した。現在、クオラムセンシングを阻害する薬剤の研究開発に取り組んでいる企業があります。

おそらく、近い将来、人々は抗生物質の乱用を心配する必要がなくなり、穏やかに、殺生を伴わず、混乱を招くことなく、人間と作物の健康を守り、農業生産を促進できるようになるでしょう。それはなんと調和的でしょう！

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