ゲノム情報は熱帯を救えるか?

ゲノム情報
ゲノム情報は熱帯を救えるか？
熱帯熱マラリア原虫とハマダラカの ゲノム 情報が意味す るもの
佐藤暖・堀井俊宏
2002年10月,熱
gambiaeの
帯 熱 マ ラ リア 原 虫P.falciparumと
そ の お も な 媒 介 蚊 で あ る ハ マ ダ ラ カA
ゲ ノ ム情 報 の 概 要 が 公 表 さ れ た.こ れ で世 界 の3大
感 染 症(ほ か にエ イ ズ,結 核)の
ゲ ノム 情 報 が そ ろ った こ と に な る.こ れ は 新 規 抗 マ ラ リア 薬 や ワ ク チ ン の 開 発,既 存 の 薬 剤 に
対 す る 耐 性 獲 得 能 の 解 明,蚊 の 殺 虫 剤 に 対 す る 耐 性,特 異 的 な 殺 虫 剤 の 開 発,蚊
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御 機 能 の 解 明 な ど,多
のもつ生 体防
くの 情 報 をわ れ わ れ にも た ら す と 期 待 さ れ る.本 稿 で は,こ れ らの ゲ ノ
ム情 報 か らマ ラ リア を克 服 す る 手 が か りに つ い て 議論 した い.
Key words 熱帯 熱マ ラ リア ハ マダラ カ ゲ ノム プロジ ェク ト
は じめ に
マ ラ リア 対 策 を打 開 す る た め,ゲ
ハ マ ダ ラ カ(Anopheles
spp)を
ノ ム 情報 に よっ て マ ラ
リ ア ワ ク チ ンや 新 規 抗 マ ラ リ ア薬 の 開 発 を加 速 し よ う と
媒 介 昆 虫 とす る マ ラ
リア は,古 代 よ り現 在 に 至 る まで,人 類 に最 も大 き な脅
す る切 な る 願 い か あ る.
威 を 与 え続 け て き た 感 染 症 の1つ で あ る.特 効 薬 ク ロ ロ
マ ラ リア 原 虫 は,脊 椎 動 物(爬 虫 類,鳥 類,哺
乳 類)の
キ ンに よ っ て 流 行 か 終 息 に 向 か うか と思 わ れ て い た マ ラ
体 内 で 無 性 生 殖 を行 な い,昆
リ ア で あ る が,1960年
う原 生 生 物 で あ り,ア ル ゲ オ ラー タ 門 ・ア ピ コ ンプ レ ク
代 に 勢 力 を 拡 大 した ク ロ ロ キ ン
虫 の 体 内 で 有 性 生 殖 を行 な
耐 性 熱 帯 熱 マ ラ リ ア原 虫株 に よ っ て,患 者 数 は一 挙 に 増
サ類 ・胞 子 虫 綱 ・コ ク シ ジ ウ ム 目 に分 類 され る.ヒ
トに
大 した.最 近 のWHOの
感 染 す る マ ラ リ ア原 虫 は,熱 帯 熱 マ ラ リア 原 虫,三
日熱
統 計 に よる と,全 世 界 の マ ラ リ
ア に よ る年 間 の 感 染 者 は推 定 で3∼5億
帯 地 域 を 中 心 と して 実 に100万
40%か
人,犠
牲者 は熱
マ ラ リ ア原 虫,四
日熱 マ ラ リア 原 虫,お
よび 卵 形 マ ラ リ
人 に の ほ る.世 界 人 口 の
ア 原 虫 の4種 類 で あ る.感 染 に よっ て 死 亡 に 至 る重 篤 な
流 行 地 域 に居 住 して お り,近 年 急 速 に 進 行 して
症 状 を呈 し,か つ 熱 帯 ・亜 熱 帯 を 中 心 に最 も患 者 数 か 多
い る グ ロ ー バ リゼ ー シ ョ ンや ポ ー ダ レス 社 会 の 到 来,ま
い の は,今
た,地 球 温 暖 化 に よ っ て さ ら な る感 染 者 の 増 加 と流 行 地
原 虫 で あ る.図2に
域 の 拡 大 か 懸 念 さ れ て い る(図1).
ル を示 す.蚊
回全 ゲ ノ ム 情 報 か 公 開 され た熱 帯 熱 マ ラ リア
熱 帯 熱 マ ラ リア 原 虫 の ラ イ フサ イ ク
の 唾 液 腺 か ら吸 血 に よっ て ヒ トの 体 内 に 入
っ た マ ラ リ ア原 虫(ス ポ ロ ゾ イ ト)は 血 流 に乗 っ て 肝 臓 に
“人 類 最 大 の 敵 ”と よ ば れ る マ ラ リ ア は,生 命 に 危 険
を与 え る と と も に,熱 帯 諸 国 に お い て は 感 染 に よ っ て労
移 行 し,肝 細 胞 内 で 一 度 増 殖 し た の ち,メ
働 力 が 減 少 す る こ とか ら,社 会 的 ・経 済 的 活 動 に 与 え る
は れ る形 態 と な る.メ
影 響 も少 な くな い.熱
帯 熱 マ ラ リ ア原 虫 ケ ノ ム とハ マ ダ
を く り返 し行 な う.熱 帯 熱 マ ラ リ ア 原 虫 感 染 赤 血 球 の 構
ラ カ(A
ノ ム の プ ロ ジ ェ ク トか 推 進 さ れ た
造(ト ロ フ ォ ゾ イ ト期)を 図3に
.gambiae)ケ
背 景 に は,薬 剤 耐 性 株 の 蔓 延 に よ り困難 に 直 面 して い る
Dan
Sato,
Can
genome
parum
and
Toshihiro
sequences
malaria
Horii,大
save
mosquito,
countries?
Anopheles
Outcome
ロ ゾ イ トは赤 血 球 に侵 入 し,増 殖
示 す.マ
ラ リ ア感 染 に よ
る 症 状 は赤 血 球 期 の マ ラ リア 原 虫 の増 殖 に よ っ て もた ら
阪 大 学 微 生 物 病 研 究 所 感 染 症 研 究 部 門 分 子 原 虫 学 分 野
tropical
ロ ゾ イ トと よ
form
the
genome
sequences
E-mall
of
dsato@biken
malaria
parasite
osaka-u
,
ac.jp
Plasmodium
falci−
gambiae
蛋 白質
核酸 酵素
Vol.48
No
2(2003)
149
トは 唾 液 腺 に 移 行 し,ヒ
トへ の
刺 咬 に よ っ て 感 染 サ イ クル を く
り返 す.
一 般 に マ ラ リ ア原 虫 は脊 椎 動
物 に 対 す る宿 主 特 異 性 が きわ め
て 高 く,ヒ
トに感 染 す る4種 類
の マ ラ リア 原 虫 は い ず れ も 自然
界 で は チ ンパ ンジ ー に さ え 感 染
し な い.一
方,昆
虫(ハ マ ダ ラ
カ)に 対 す る 宿 主 特 異 性 は さ ほ
ど高 くない と考 え られ て い る
図1
マ ラ リア流 行地 域の 変遷(文 献13を 改変)
が,日
本 全 土 や 朝 鮮 半 島 に広 く
分 布 す るAnopheles
sinensisは
三 日熱 マ ラ リア 原 虫 しか 媒 介 し
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な い と さ れ て い る.
I.熱 帯熱マラリア原虫の
ゲノム解析
マ ラ リア ゲ ノ ム プ ロ ジ ェ ク ト
は,マ
ラ リ ア撲 滅 へ の一 里 塚 と
し て1996年
に 国際 コ ン ソー シ
ァ ム が 立 ち 上 が り,熱
リ ア 原 虫3D7株
帯 熱マ ラ
の 全 ゲ ノ ム
DNA配
列 の 決 定 に 着 手
た1).赤
血球 期 の熱 帯 熱 マ ラ リ
ア は 半 数 体 で あ り,14本
色 体 を もつ.そ
し
の染
れ ら をパ ル ス フ
ィ ー ル ド電 気 泳 動 で 分 離 し た.
第6,7,8染
色 体 は分 離 で きな か
っ た た め1つ
計12組
図2
熱帯 熱マ ラ リア原 虫 の生 活環(上 段)と 赤血 球期 の 熱帯 熱マ ラ リア原 虫(下 段)
下段:ガ メ トサイ トは雌性.(上 段:文 献14よ り許可を得て転載,下 段:大 阪大学 微生物病 研
究所 三 田村俊秀博士の好意による)
み が 英 国 のSanger
Centre(第1,3,4,5,6∼8,9,13
染 色 体),米
for Genomic
とNaval
され,特 有 の 間欠 的 な 発 熱 は 赤 血 球 膜 が 壊 裂 し メ ロ ゾ イ
ter(NMRC)(第2,10,11,14染
トが 放 出 され る と きに 起 こ る.原
12染
虫の一部 は生殖母体 と
よば れ る有 性 生 殖 世 代 に入 り,こ れ が 蚊 の 吸 血 と と も に
の グ ル ー プ と し,
国 のThe
Institute
Research(TIGR)
Medical
Research
色 体),Stanford大
Cen学(第
色 体)2)で 解 析 さ れ た.
い っ た ん 染 色 体 に 分 け た の ち に塩 基 配 列 を決 定 す る と
蚊 の 中腸 内 に移 行 し,生 殖 体 と な り受 精 す る.受 精 後,
い う 手 法 を と っ た の は,プ
オ ー キ ネ ー トが 中 腸 壁 に侵 入 して,中 腸 外 壁 に オ ー シ ス
全 体 を い き な り シ ョ ッ トガ ン 法 に か け る こ と が 技 術 的 に
トを形 成 す る.オ ー シ ス ト内 で 生 じた 数 百 の ス ポ ロ ゾ イ
不 可 能 で あ り,た
150
蛋 白質
核酸 酵素
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No.2(2003)
ロ ジ ェ ク ト発 足 当 時,染
色体
と え で き た と し て も 費 用 が か か りす ぎ
ムDNAの
る.そ
解 読は寄生性 の真核生 物で初 め ての報告 で あ
の 大 き さ は22.8Mbで
き さ は0.64∼3.3Mbで
あ り(表1),各
あ る.こ
染 色体 の大
の 大 き さ は,2001年2
月 に 全 ゲ ノ ム 配 列 が 決 定 さ れ た 分 裂 酵 母 の 約2倍
す る.こ
に相 当
の程 度 の大 き さ な らば 現 在 の解 析 技 術 か らす れ
ば と くに 困 難 と い うわ け で は な い が,極 端 に偏 っ た塩 基
組 成 の た め,約5倍
の塩 基 対 を もつ シ ョウ ジ ョウバ エ と
比 べ て も,非 常 に多 くの 時 間 と手 間 を 費 や した.ATの
割 合 は ゲ ノ ム全 体 で80%以
は90%近
い.こ の な か で5,268の
遺 伝 子 密 度(1遺
図3
熱帯 熱 マラ リア(栄 養 体)の 模 式 図
上,非
コー ド領 域 に 至 っ て
遺 伝 子 が 同 定 さ れ た.
伝 子 あ た りの 染 色 体DNAの
長 さ)は
4,338bp/遺 伝 子 で あ る.
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予 想 さ れ る 遺 伝 子 産 物 の う ち,約60%は
既 知 の蛋 白
る とい う こ とが あ っ た 、 しか し,最 大 の 理 由 は,長 い ゲ
質 と類 似 性 が な く,マ ラ リア に 特 異 的 な 蛋 白 質 で は な い
ノ ムDNA断
か と予 想 され る.こ の 割 合 は 他 の 真 核 生 物 よ り もは るか
片 を含 ん だ 高 品 質 の ラ イ ブ ラ リ ー を大 腸 菌
で 構 築 す る こ とが で き な か っ た か らで あ る3).熱 帯 熱 マ
に 高 く,Plasmodium属
ラ リア の ゲ ノ ム は ア デ ニ ン ・チ ミ ジ ン(AT)の
か に さ れ た 生 物 種 とか な り進 化 的 に離 れ て い る と考 え ら
%以 上 で あ る た め,ラ
イ ブ ラ リ ー の 構 築 に 限 らず 一 般 的
な 分 子 生 物 学 の 手 法(PCR,大
酵 母two-hybrid法,組
割 合 が80
腸 菌 を用 い た遺 伝 子 操 作,
換 え 蛋 白 質 の 発 現 系 な ど)を 適
用 で き な い 場 合 が 多 く,さ ま ざ ま な研 究 の 局 面 で 大 きな
障 割 と な っ て い る.
れ る.5%は
は,今
まで にゲ ノ ム情 報 が 明 ら
機 能 が 類 推 で きな い も の の,他
白 質 と相 同 性 が あ る.全 遺 伝 子 の うち 約80%が
型,残
各 染 色 体DNAを1∼3kbの
短 い 断 片 に 切 断 し,ラ イ ブ
られ た 配
tRNAは43種
が,解
細胞 内
りが 分 泌 型 の 蛋 白 質 で あ る と予 想 され る.
類 が 同 定 さ れ て い る.シ
応 す るtRNA(TGTとTGC)が
ラ リー を構 築 して そ の 塩 基 配 列 を決 定 した.得
の生物 の蛋
ス テイ ンに対
まだ発 見 されて い ない
読 が 済 ん で い な い領 域 に あ る と思 わ れ る.い ず れ
にせ よ,tRNAは
他 の 生 物 に 比 べ て か な り少 な い で あ ろ
列 の 断 片 を ア セ ンブ ル し,カ バ ー で きた 割 合 の低 い と こ
う.ま た,セ
ろ,つ
セ レ ノ シス テ イ ン リ アー ゼ遺 伝 子 が存 在 す る こ とか ら,
な い だ 断 片 ど う しの 位 置 関 係,ク
ップ はYACク
ロー ン間 の ギ ャ
ロ ー ン,配 列 タ グ 部 位 マ ー カ ー,マ
ロサ テ ラ イ トマ ー カ ー,HAPPYマ
再 構 築 され た染 色 体DNA配
イク
ッ ピ ン グ で 補 っ た.
レ ノ シ ス テ イ ニ ル-tRNAら
セ レ ン化 蛋 白質 を利 用 して い る と思 わ れ る.核 以 外 に ミ
トコ ン ド リア とア ピ コ プ ラ ス ト(後述)にDNAが
列 か ら制 限酵 素 地 図 を計 算
る.ミ
ト コ ン ドリ アDNAは6kbの
し,実 物 と比 較 す る こ とに よ り,ア セ ンブ ル が う ま く行
通 常 あ る は ず のtRNAが
な わ れ た か を検 証 し た.Nature誌
DNAに
に よ る と3),カ
体 で14.5倍
12染
し き遺 伝 子 や
に発 表 され た とこ ろ
存在 す
直 鎖 構 造 を と り,
存 在 し な い.ミ
トコ ン ド リ ア
コー ドさ れ て い る シ トク ロ ム 酸 化 酵 素 が つ く ら
バ ー 率 は全染 色
で あ る.第1∼5,9,
色 体 は 完 結 し た が,他
染 色 体 は 合 計 で93個
表1 熱帯熱 マ ラ リア原虫 の核 ゲ ノム と他 の生 物 の比較
の
の ギ ャ ッ
プ を 残 し て い る 状 態 で あ る.そ
れ ら を 埋 め る べ く,現
在 も作 業
が 続 け ら れ て い る.
II.ゲ ノ ムの構 造
a)文 献3よ
熱 帯 熱 マ ラ リ ア原 虫 の 全 ゲ ノ
り改 変.b)文
よ る分 析 で 同定.d)ト
献9よ り改 変.c)こ
の 遺 伝子 の70%はESTま
た は プ ロテ オ ミ クス に
ラ ン ス ポ ゾ ンと 思 われ る 配 列 は除 いて あ る.
蛋 白質
核酸
酵素
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No.2(2003)
151
れ る た め に は,外 部 か らtRNAが
供給 され な けれ ば な
トロ フ ォ ゾ イ ト,ガ メ トサ イ トか ら2,400以 上 の 蛋 白 質
らな い はず で あ る.翻 訳 後 に ミ トコ ン ドリ アへ 移 行 す る
を同 定 し て い る4).ス ポ ロ ゾ イ トで 発 現 す る 蛋 白 質 の う
蛋 白 質 は,輸 送 シ グ ナ ル 配 列 を もつ 遺 伝 子 の 数 か ら,核
ち 約50%は
ゲ ノ ム に コ ー ドさ れ て い る 全 遺 伝 子 の5%ほ
フ ォ ゾ イ ト,メ ロ ゾ イ ト,ガ メ トサ イ トで は そ の割 合 は
どで あ る
と考 え られ る.熱 帯 熱 マ ラ リ ア原 虫 は,赤 血 球 期 と蚊 の
20∼30%程
体 内 に い る 時 期 でrRNA遺
か か わ りが あ る.さ
伝 子 群(18S,5.8S,28S)
を使 い 分 け て い る こ と が 知 られ て い る.ゲ
ノ ムDNAを
見 て み る と,他 の 生 物 で 見 ら れ るrRNA遺
い く り返 し配 列 が 存 在 せ ず,1組
み あ り,ヒ
伝 子 群 の長
みず つが 複数 の染色 体
ぞ れ2コ
の,サ
トと蚊 の ス テ ー ジ のrRNA遺
度 で あ る.こ
ロ
れ はマ ラ リア原 虫 の生 活環 と
らに 共 発 現 して い る蛋 白質 が ゲ ノム
上 で ク ラ ス タ ー を 形 成 して い る こ とが 今 回 明 らか とな っ
に散 らば っ て存 在 して い る の が 観 察 さ れ る.全 部 で7組
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他 の ス テ ー ジで は 発 現 し て い な い が,ト
た.こ
れ は マ ラ リア 原 虫 の 転 写 制 御 機 構 の研 究 とい う未
知 の 領 域 に 踏 み 込 む 手 が か りと な る.
Lasonder(南
デ ン マ ー ク 大 学)の グ ル ー プ は,赤
血球
伝子群はそれ
期 の ス テ ー ジ で あ る トロ フ ォ ゾ イ トと シ ゾ ン ト,性 分 化
ピー 存 在 し,ほ か に 発 現 が確 認 され て い な い も
が 起 こ っ て い る ガ メ トサ イ ト,蚊 の 体 内 に い る ガ メ ー ト
ブ ユ ニ ッ トが そ ろ っ て い な い も の が あ る.
に 分 け て 約1,300の
蛋 白 質 を 同 定 し,そ の 違 い を検 討 し
て い る5)(図4).と
く に有 性 世 代 の 蛋 白質 に つ い て は 今
まで 情 報 が ほ と ん どな か っ た の で,蚊 の 体 内 で 働 くこ と
III.ア ピ コ プ ラ ス ト
が 要 求 され る伝 播 阻 止 ワ ク チ ン の 開 発 な どに 役 立 つ と思
マ ラ リ ア 原 虫 が 属 す るApicomplexa類
は ア ピ コプ ラ
ス ト と よ ば れ る プ ラ ス チ ド(葉 緑 体 と 相 同 な 細 胞 内 オ ル
ガ ネ ラ)を も つ.ア
ピ コ プ ラ ス ト は,Apicomplexa類
祖 先 が 藻 類 と 共 生 し,そ
れ て い る.ア
ピ コ プ ラ ス ト は マ ラ リ ア 原 虫 に1個
は 残 っ て い な い が,25種
合 成 に関す る遺伝 子
さ れ た 遺 伝 子 の う ち,551個(約10%)が
V.薬 剤標的の探索
マ ラ リア の 全 ゲ ノ ム 配 列 か ら得 られ る成 果 の なか で 最
も期 待 さ れ て い る もの は,わ れ わ れ が も っ て い な い代 謝
シ ス テ ム の 分 子 機 構 に 関 す る 情 報 で あ る.こ れ は 開発 が
類 のtRNA,rRNA,RNAポ
リ メ ラ ー ゼ な ど が コ ー ド さ れ て い る.核
相 当 す る.
存 在
も つ 、 ア ピ コ プ ラ ス トDNA
ら な る 環 状DNAで,光
は,予 想 され る全 遺伝 子 の70%に
の
の 葉 緑 体 の痕 跡 で あ る と考 え ら
し,葉 緑 体 と 同 様 にDNAを
は35kbか
わ れ る.こ れ ら2つ の 研 究 グ ル ー プ が 同 定 し た 蛋 白 質
ゲ ノ ム に コー ド
期 待 さ れ る新 規 抗 マ ラ リ ア 薬 の 標 的 と な る 可 能 性 が 高
ア ピ コ プ ラス
い.先 述 した ア ピ コプ ラ ス トの 脂 肪 酸 代 謝 系 は,植 物 由
トへ 移 行 す る た め の 輸 送 配 列 を も っ て い る と 予 想 さ れ
来 で あ る と考 え られ る の で,そ
る.ア
ムの
原 虫 の 栄 養 源 と そ の 摂 取 方 法 も ヒ トとは 異 な る た め 注 目
ピコ
さ れ て い る.原 虫 の ア ミノ酸 の 供 給 源 は ヘ モ グ ロ ビ ンで
ピ コ プ ラ ス ト は 脂 肪 酸,イ
ソ プ レ ノ イ ド,ヘ
合 成 を 行 な っ て い る こ と が 知 ら れ て い る.一
方,ア
の よ い 例 で あ る.ま
た,
プ ラ ス トへ 移 行 す る と 予 想 さ れ る 遺 伝 子 産 物 の う ち60
%は
機 能 が わ か っ て い な い.こ
れ が わ か れ ば,な
ぜ この
よ う な オ ル ガ ネ ラ が 存 在 す る の か と い う,Apicomplexa
類 の 生 物 学 的 位 置 づ け に新 しい 光 を あ て る こ と に な る だ
ろ う.そ
れ は動 物 学 で も植 物 学 で もな い
「ア ピ コ ン プ レ
クサ 学 」 とで も よ ぶ べ き学 問 領 域 を 生 む こ とに な る か も
し れ な い.
IV.プ ロ テオ ーム 解析
ゲ ノ ム情 報 に基 づ い た プ ロ テ オ ー ム解 析 も活 発 に行 な
わ れ て い る.Florens(ス
ク リ プ ス 研 究 所)の グ ル ー プ は,
赤 血 球 期 の ス テ ー ジ で あ る,ス ポ ロ ゾ イ ト,メ ロ ゾ イ ト,
152
蛋白質 核酸
酵素
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図4
赤 血球 期の3つ の ステー ジ で発現 してい る蛋 白質
発現パター ンの重なり具合をベン図で示 した ．(文献5を 改変)
あ り,こ れ は細 胞 口か ら取 り込 まれ て 食 胞 に運 ば れ,そ
が 同 定 さ れ た.SERAの
の な か で ア ミノ 酸 に 分 解 され る.感 染 赤 血 球 内 の80%
子 に よ る抗 原 性 変 異 が 疑 わ れ た が,ゲ
の ヘ モ グ ロ ビ ンが 消 費 され るが,そ
現 解 析 を行 な った 結 果,SERA多
の 結 果 と して残 る ヘ
ム単 量 体 は強 い 酸 化 力 を もつ た め 原 虫 に と って 有 害 で あ
免 疫 回 避 機 構 と して 多 重 族 遺 伝
ノム 情 報 を基 に 発
重 族 遺 伝 子 群 は抗 原 性
変 異 に は 関与 し な い とい う結 果 を得 た7).
る.原 虫 はヘ ム を2量 体 に し た の ち ヘ モ ゾ イ ン と よば れ
る結 晶 に し て無 毒 化 す る.抗 マ ラ リ ア薬 の な か で,ク
ロ キ ン,キ ニ ー ネ,ア
ル テ ミシ ニ ン はヘ モ ゾ イ ンの 形 成
を 阻害 して 原 虫 を 殺 す こ とが 知 られ て い る.ク
は 合 成 物,後
者2つ
ロ
ロロキ ン
は植 物 か ら発 見 され た もの で あ る.
構 造 も由 来 も異 な る 薬 が 同 じ と こ ろ に 働 く こ とか ら,ヘ
VII.ハ マ ダ ラ カ(A.gambiae)の
ゲ ノ ム解析
マ ラ リ ア 原 虫 は蚊 の 吸 血 行 動 に よ っ て伝 搬 す る た め,
流 行 地 域 に お い て マ ラ リ ア感 染 を 予 防 す る 唯 一 の 手 段 は
モ ゾ イ ン形 成 の シ ス テ ム は格 好 の薬 剤 標 的 とな る こ とが
蚊 に刺 さ れ な い こ とで あ る.WHOは,ヨ
ー ロ ッパ で1950
∼60年 代 初 頭 にか け て ,ク ロ ロ キ ンに よ る 治 療 とDTT
期 待 さ れ,こ れ に 関 与 す る 分 子 の情 報 は きわ め て 重 要 で
散 布 に よ る蚊 の撲 滅 を柱 と した大 々 的 な 「マ ラ リ ア撲 滅
あ る.
キ ャ ンペ ー ン」 を行 な い,大 成 功 をお さ め た.こ
のや り
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方 を踏 襲 す れ ば サ ハ ラ以 南 の マ ラ リ ア撲 滅 は 容 易 で あ る
と 誰 も が 考 え た が,ク
VI.ワ ク チ ン開発
DTT耐
マ ラ リア ワ ク チ ンの 開発 で は,マ
ラ リ ア原 虫 の 抗 原 蛋
白 質 の な か か ら,宿 主 の 防御 免 疫 を 誘 導 す る免 疫 原 性 の
高 い 分 子 の探 索 が 進 め られ て い る.一 方,マ
ラ リ ア原 虫
ロ ロ キ ン耐 性 マ ラ リ ア 原 虫 と
性 蚊 の 出現 に よ り,ア フ リ カ で は マ ラ リ ア が 大
流 行 し,現 在 に 至 っ て い る(図1).
WHOは
最 近,ピ
布 して,マ
レ ス ロ イ ド入 り蚊 帳 を 流 行 地 域 に 配
ラ リア 感 染 を押 さ え込 も う と して い るが,そ
側 は 寄 生 適 応 の た め,宿 主 の 防 御 免 疫 か ら回避 す る さ ま
れ は蚊 の 殺 虫 剤 耐 性 を助 長 し て い る とい う指 摘 も あ る.
ざ ま な分 子 機 構 を発 達 させ て い る6).主 要 な 免 疫 回 避 機
現 に,西
構 に 関 連 す る 遺 伝 子 と して,多 数 の ア ミノ酸 反 復 配 列 を
耐 性 を獲 得 した も の が い る こ とが 報 告 さ れ て い る.A.
もつ 抗 原 遺 伝 子 や 多 重 族 遺 伝 子 群 を形 成 す る も の が あ
gambiaeの
り,こ れ らは 主 と して サ ブ テ ロ メ ア領 域 に存 在 す る.全
ま り(古 タ イ ヤ,灌 概 設 備,家 畜 の 足 跡 な ど)で 成 育 し,
ゲ ノ ム の4%の
遺 伝 子 が こ れ ら に 属 す る と推 定 さ れ て
成 虫 は 人 間 か らた くさ ん の 血 を吸 い,人
い る.ま
う1つ の 重 要 な 免 疫 回避 機構 は抗 原 遺 伝
場 所 にす る.そ の た め ア フ リ カ を 中 心 と した 多 くの 熱 帯
た,も
子 の 遺 伝 子 多 型 で あ る.マ
ラ リ ア原 虫 の 多 くの抗 原 遺 伝
ア フ リカ で捕獲 され た蚊 に殺 虫剤 に対す る多
地 域 で,熱
幼 虫 は 人 問 の 活 動 で 生 じる ち ょっ と した 水 た
帯 熱 マ ラ リ ア原 虫 の 主 要 な 媒 介 蚊 と な っ て い
子 に は 数 多 くの 対 立 遺 伝 子 が 存 在 し,マ ラ リア が 流 行 し
る.マ
て い る特 定 の村 落 に お い て も流 行 ご とに そ の 存 在 比 率 を
理 解 しな け れ ば な ら な いが,そ
変 化 させ な が ら遺 伝 子 プ ー ル を維 持 して い る と考 え ら れ
虫 剤 耐 性 の 出 現 機構,原
て い る.
点 が 多 い.マ
今 回発 表 さ れ た マ ラ リ ア 原 虫 の ゲ ノ ム 情 報 は3D7株
炎,西
間 の住 居 を休 息
ラ リ ア撲 滅 の た め に は,蚊
を生物学 的に きちん と
の複 雑 な集 団遺 伝 学,殺
虫 と蚊 の相 互 作 用 な ど,不 明 な
ラ リア に 限 らず,デ
ング 熱,黄
熱,日 本 脳
ナ イ ル ウ イ ル ス な ど,蚊 が 媒 介 す る感 染 症 に は死
単 一 の もの で あ り,遣 伝 子 多 型 に 関 す る 情 報 は含 まれ な
に 至 る もの が 多 く,こ れ らへ の 対 策 の た め に も,蚊 の生
い.ワ
理 ・生 態 を分 子 レベ ル で 把 握 す る こ とは き わ め て 重 要 で
クチ ン開 発 研 究 へ の ゲ ノ ム 情 報 の 貢 献 は,多 重 族
遺 伝 子 群 の 網 羅 的 な検 索 が 可 能 に な っ た こ とで あ ろ う.
大 阪 大 学 微 生 物 病 研 究 所 で 推 進 し て い るSERAワ
ン*1開 発 に お い て もそ の恩 恵 を被 っ た.1998年
クチ
にマ ラ リ
あ る.
1999年 に,Anopheles属
1つ の研 究 グ ル ー プ が 唱 え,2001年
ア ゲ ノ ム プ ロ ジ ェ ク トの 成 果 と して 最 初 に 公 開 され た 第
ツ ー ル研 究 所 とTDRの
2染 色 体 上 に,連 続 して存 在 す る8個 のSERAホ
ッ トが 開催 され た.そ
*1 SERAマ
モ ログ
ラ リア ワ ク チ ンは,熱 帯 熱 マ ラ リア原 虫 が 赤 血 球 期 に発 現 す るSERA抗
質 ワ クチ ンで あ り,平 成16年
のゲ ノム配列 決定 の必要性 を
原 のN末
に パ リ にお い て パ ス
共 催 で,A.gambiaeゲ
ノムサ ミ
こ で ゲ ノ ム プ ロ ジ ェ ク トが 立 ち上
端 ドメ イ ンを基 本構 造 と した組 換 え蛋 白
よ り臨 床試 験 を 開始 す る予 定 で あ る.
蛋白質 核酸
酵素
Vol.48
No.2(2003)
153
が り,そ
れ か ら2年
も経 た な い う ち に 全 ゲ ノ ム 配 列 の 概
biaeの
要 が 明 ら か に な っ た8).
A.gambiaeに
は形 態 学 的 に異 な る数 種 類 の亜 種 が 知 ら
れ て い る.そ
の な か でPEST株*2が
使 わ れ た.成
雄 と も に)全 体 と 吸 血 後 の 卵 巣 と い う2つ
プ ル か ら ゲ ノ ムDNAを
リ ー とBACラ
レ ラ社,フ
取 り出 し,プ
れ らは米 国セ
基 配 列 デ ー タ の ア セ ン ブ ル は,セ
ム 配 列 が 決 定 さ れ,そ
gambiaeは1本
Science誌
レ ラ社
の 性 染 色 体 と2本
析
の カバ ー率 でゲ ノ
の 全 長 は278Mbで
あ る(表1).Ａ.
の マ ラ リ ア 原 虫 の 成 育,の3つ
に 分 け,こ
体 内で
れ らを 減 らす
よ う な 技 術 の 開 発 に ゲ ノ ム 情 報 が 貢 献 で き る こ と を,具
体 例 を あ げ て 考 察 し て い る9).こ
の3つ
は,さ
ら に2つ
の ア プ ロ ー チ に ま と め る こ と が で き る.
第1に,吸
血 行 動 を 中 心 と し たA.gambiaeの
生態 を
gambiaeは
と え ば,A.
ヒ トの 血 を 好 ん で 吸 う の で 当 然 ヒ ト を 認 識 し
て い る は ず で あ る.化
く は,G蛋
学 セ ン サ ー と し て 働 く蛋 白 質 の 多
白質 共役 受 容 体 の 構 造 を と る こ とが 知 られ て
個 あ り,そ
は,こ
の う ち79個
の 構 造 を も つ 遺 伝 子 が276
は 嗅 覚 の,76個
は味覚 を関知 し
の 嗅 覚 ま た は 味 覚 セ ンサ ー の な
か に ヒ トを認 識 して い る セ ンサ ー が 存 在 す る 可 能 性 が 高
色 体 に つ い て は,ト
ラ ン ス ポ ゾ ン(常 染 色 体 の セ ン ト ロ メ ア に 見 ら れ る)を 含
い.ヒ
む 領 域 が 多 数 見 ら れ る た め,解
こ と に つ な が る.ま
析 が 進 行 中 で あ り,今
で,A.gam-
トへ の 嗜 好 性,A.gambiaeの
て い る と予 想 さ れ る.こ
色 体(第1)と,第2,
色 体 に つ い て で あ る9).Y染
個 体 総 数,ヒ
い る11).A.gambiaeに
の 常 染 色 体 を も つ が,
に 発 表 さ れ た の はX染
レ ラ 社)の グ ル ー プ はScience誌
分 子 レ ベ ル で 明 ら か に す る こ と で あ る.た
ウ ス の ゲ ノ ムDNA解
の と き と 同 様 に 行 な わ れ た.10.2倍
Database Center for Life Science Online Service
の異 な るサ ン
ラ ス ミ ドラ イ ブ ラ
イ ブ ラ リ ー を 構 築 し た.そ
で シ ョ ウ ジ ョ ウ バ エ や ヒ ト,マ
第3染
虫(雌
ラ ン ス 国 立 シ ー ク エ ン ス セ ン タ ー,TIGRで
解 析 さ れ た.塩
べ る.Holt(セ
回
の デ ー タ に は 含 ま れ て い な い.
トへ の 吸 血 を 減 らす こ と は マ ラ リ ア 感 染 を 減 ら す
た,吸
血 に よ っ て 発 現 また は抑 制 さ
れ る 遺 伝 子 の 同 定 も 行 な わ れ て い る.こ
れ らか ら う ま く
標 的 分 子 を 見 つ け る こ と が で き れ ば,昆
虫 一般 に 働 く殺
虫 剤 と は 異 な る,A.gambBaeに
VIII.ハ マ ダラ カの ゲ ノム 構 造
特 異 的 な殺 虫 剤 を 開発 す
る こ と が で き る か も し れ な い.
A．gambiaeの
ゲ ノ ム は,シ
ョウ ジ ョウバ エ な どの 他 の
ゲ ノ ム に 比 べ て 遺 伝 的 変 異 が 格 段 に 多 く,1遺
は1.6kbに1塩
基 対 の 割 合 で,ゲ
基 対 み ら れ た.そ
対 か ら800塩
ノ ム 全 体 で は44万
の 出 現 頻 度 は,100kbあ
基 対 と ム ラ が あ り,最
領 域 の 解 析 結 果 か ら,PEST株
が ほ ぼ1:1の
も高 頻 度 で 出 現 す る
に は2種
類 の ハ プロ イ ド
割 合 で 存 在 す る こ と が 示 唆 さ れ た.ゲ
均 遺 伝 子 長,イ
な い(表1).し
Mbと3倍
あ る が,遺
を 明 ら か に す る こ と で あ る.蚊
を 殺 さ な く と も,蚊
内 で マ ラ リ ア を殺 す こ とが で きれ ば マ ラ リ アの 感 染 を防
止 す る こ と が で き る.蚊
の 体 内 で の マ ラ リ ア原 虫 の 挙 動
は 形 態 学 的 に は 記 載 さ れ て い る が(図2),分
の 仕 事 は 緒 に 就 い た と こ ろ で あ る.マ
子 レベ ル で
ラ リ ア原 虫 を媒 介
伝
そ れ は 蚊 の 生 体 防 御 系 の 働 きに よ る こ とが 示 唆 され て い
ョウ ジ
る12).マ
突 然 変 異 体 が 発 見 さ れ て お り,
ラ リ ア 原 虫 は ヒ トの 体 内 と 同 様,蚊
の体 内で も
そ の 生 体 防 御 系 を 回 避 し て い る と 考 え ら れ る.蚊
性 確 保 が 必 要 で あ り,ま
生学や遺伝
た動 物 モ デ ル が ほ とん ど存 在 し
な い こ と か ら あ ま り行 な わ れ て お らず,マ
ウスマ ラリア
学 的 な 手 法 が 整 っ て い る シ ョ ウ ジ ョウ バ エ の ほ うが 適 し
原 虫 の 研 究 か ら 類 推 さ れ て い る 部 分 が 多 い.こ
て い る と思 わ れ る.こ
もA.gambiaeの
は,A.gambiaeの
で,マ
*2
の 点 に つ い て は シ ョウ ジ ョウバ エ
全 ゲ ノ ム 配 列 か ら得 ら れ る 情 報 の な か
は西 ケニ ア 由 来 で,プ ロ ジ ェ ク ト発 足 時 に す で にBACラ
きて い た た め選 ばれ た.
154
蛋白質 核酸
酵素
Vol.48
No.2(2003)
の分野 で
ゲ ノ ム 情 報 は 強 力 な 武 器 に な る.
こで
ラ リ ア撲 滅 との 関 連 で 期 待 さ れ る もの につ い て 述
PEST株
の ステ
ー ジ で の 熱 帯 熱 マ ラ リア 原 虫 の研 究 に は 実 験 施 設 の 安 全
も長 い.
の 全 ゲ ノ ム 配 列 の レ ビ ュ ー10)で 述 べ て あ る の で,こ
の体
で き な いA.gambBaeの
あ る の に 対 し て,A.gambiaeが216
生 命 に 普 遍 的 な 現 象 の 解 明 に つ い て は,発
熱帯熱 マ ラリア原虫の相互作 用
ノ
ン トロ ン の 全 長 に 大 き な 違 い は
か し 遺 伝 子 問 の 領 域 の 長 さ は,シ
ョ ウ バ エ が71Mbで
塩
た り数 塩 基
ム の 大 き さ は シ ョ ウ ジ ョ ウ バ エ の 約2.2倍
子 数,平
伝子 多型
第2に,A.gambiaeと
おわ りに
一般 に
「マ ラ リ ア ゲ ノ ム 」 と よ ば れ て い る が
,実
際 は
イ ブ ラ リー が 完 成 して い た な ど,全 ゲ ノム 読 解 の た め の 下 地 が で
熱 帯 熱 マ ラ リア ゲ ノ ム で あ る.「 熱 帯 熱 マ ラ リ ア ゲ ノ ム 」
今 後 ま た 現 わ れ る サ イエ ンス の エ ポ ッ ク メ ー キ ン グ な局
は 決 して マ ラ リ ア原 虫 を代 表 す る もの で は な い.本 文 で
面 に お い て,日 本 は再 び他 国 の 後 塵 を拝 す る こ と に な る
は触 れ なか っ た が,マ
で あ ろ う.
ウス マ ラ リ ア原 虫(P.yoelli yoelli)
の全 ゲ ノ ム 配 列 も ほ ぼ 読 解 さ れ て お り15),現 在,三
マ ラ リ ア(P.vivax)ゲ
日熱
ノ ム が 進 行 中 で あ る.科 学 的 に は
こ れ らの 比 較 が 非 常 な 重 要 性 を もつ で あ ろ う.ヒ
ム,熱 帯 熱 マ ラ リ ア ゲ ノ ム,ま た ハ マ ダ ラ カ ゲ ノム を は
じめ ゲ ノ ム情 報 は1種 類 の 生 物 の 情 報 だ け で は そ の もて
る力 を発 揮 す る こ とが で き な い.ス
イスの言語 学者 ソ シ
ュ ー ル に よ っ て 基 礎 が 築 か れ た構 造 主 義 哲 学 は,意 味 の
根 源 を物 事 の 差 異 の認 識 に求 め るが,構
ノ ム サ イエ ンス に も適 用 で きる.た
造主義哲 学 はゲ
とえ ば,ヒ
トとチ ン
パ ン ジー ゲ ノ ム の 比 較 や,P.falciparumとP.vivaxの
Database Center for Life Science Online Service
ノ ム を比 較 し,そ れ らの 差 異 を 求 め,機
ゲ
能 と結 び つ け る
こ とに よ っ て,生 物 種 の 特 異 性 や 寄 生 体 の 感 染 性,病
ゲ ノム プ
ロ ジ ェ ク トが 立 ち上 が る こ とを 期 待 す る.
一 方 で,今
1)
Doolittle,
2)
Hoffman,
S. L. et al.:Nature,415,702-709(2002)
3)
Gardner,
M.
4)
Florens,
5)
Lasonder,
6)
堀 井 俊 宏:蛋
7)
Aoki,
8)
Morel,
9)
Holt,
10)
松 林
回 発 表 され た熱 帯 熱 マ ラ リ ア ゲ ノ ム とハ マ
R. F.:Nature,419,493-494(2002)
J. et al.:Nature,419,498-511(2002)
L. et al.:Nature,419,520-526(2002)
E. et al.:Nature,419,537-542(2002)
白 質
S. et al.:J.
C. M.
R. A.
宏
核 酸
Biol.
酵 素,46,2154-2162(2001)
Chem.,277,47533-47540(2002)
et al.:Science,298,79(2002)
et al.:Science,298,129-149(2002)
・ 山 本 雅 敏:蛋
白 質
核 酸
酵 素,45,2415-2421
(2000)
原
性 を よ り深 く理 解 す る こ とが で き る.こ の 意 味 か ら三 日
熱 マ ラ リ ア 原 虫 しか 媒 介 し な いA.sisnensisの
文 献
トゲ ノ
11)
Hill, C. A., Fox,
A.
12)
Christophides,
G. K. et al.:Science,298,159-165(2002)
N.
et al.:Science,298,176-178(2002)
13)
Sachs,
J.,
Malaney,
14)
Wirth,
D.
15)
Carlton,
P.:Nature,415,680-685(2002)
F.:Nature,419,495-496(2002)
J. M.
et al.:Nature,419,512-519(2002)
ダ ラ カゲ ノ ム プ ロ ジ ェ ク トに,日 本 か らの 貢 献 が 皆 無 で
あ る こ と を 強 く反 省 し な け れ ば な らな い.日 本 の 寄 生 虫
佐藤 暖
学 者 や 昆 虫 学 者 が こ の 点 で きわ め て 非 力 で あ っ た こ とは
略 歴:1999年
北 海 道 大 学 大 学 院 地 球 環 境 科 学 研 究 科 修 了.
地 球 環 境 産 業 技 術 研 究 機 構(RITE)研
否 め な い が,日
本 において寄 生虫や昆 虫の ゲノム プロジ
ェ ク トを始 め る に十 分 な イ ンフ ラス トラ クチ ャ ー が 整 っ
リ ア ワ ク チ ン候 補SERAの
て い な か っ た こ と も事 実 で あ る.ゲ
コ ン プ レ クサ 学 を つ く りた い.
ノ ム サ イ エ ンス の 黎
明 期 で あ る80年 代 中 期 を振 り返 れ ば,当 時,日
本はゲ
ノ ム サ イエ ンス にお い て 世 界 を リー ドす る に 十 分 な技 術
力 と資 金 力 を も っ て い た に もか か わ らず,ゲ
ノム解明へ
の 意 欲 と動 きが き わ め て 乏 し く,大 き く立 ち後 れ て し ま
っ た.こ
究 員 を 経 て,2001年
り大 阪 大 学 微 生 物 病 研 究 所 博 士 研 究 員.研
機 能 解 析.関
よ
究 テ ー マ:マ
ラ
心 事 ・抱 負:ア
ピ
堀 井俊 宏
略 歴:1979年
程 修 了.同
大 阪大学 大学院理 学研 究科生理 学専攻 修士課
助 手 を 経 て,1991年
所 助 教 授,1999年
よ り大 阪 大 学 微 生 物 病 研 究
よ り同 教 授.研
究 テ ー マ:マ
ラ リア ワ ク
チ ン ・抗 マ ラ リ ア薬 の 開 発,マ ラ リ ア 原 虫 の 寄 生 適 応 の 解 析.
の 当 時 の 状 況 を的 確 に 分 析 し反 省 しな け れ ば,
蛋 白質
核酸 酵素
Vol.48
No.2(2003)
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