細菌Escherichia coli(大腸菌)として最も古いゲノムが、約400年前のミイラから復元されました。食中毒を引き起こすことで知られるこの病原菌の歴史を解き明かす、貴重な機会となっています。
電子顕微鏡で観察された大腸菌。
黒死病(ペスト)のように、ほぼ500年にわたりヨーロッパの人口の半分を奪った大規模なパンデミックとは異なり、より限定的な流行を引き起こす細菌については、その影響をたどれる歴史的記録がほとんど存在しません。そのため、Escherichia coli(大腸菌)、Pseudomonas aeruginosa(緑膿菌)、Staphylococcus aureus(黄色ブドウ球菌)といった病原体が歴史上どれほどの死者をもたらしてきたのかは正確には不明ですが、おそらく数百万規模の死亡に関連していると考えられています。
宿主と共生する「常在菌」
この謎を説明する一つの理由は、これらの細菌の多くが「常在菌」である点にあります。つまり、宿主である人間の中で調和的に生きており、普段は害を及ぼさないのです。例えば大腸菌は、すべての哺乳類や多くの脊椎動物の腸内に存在しますが、大多数の場合は無害です。しかしその一方で、一部の菌株は時に重篤な食中毒を引き起こし、敗血症へと進行することがあります。特に影響を受けやすいのは、高齢者、免疫不全の方、乳幼児といった脆弱な層です。近年でも、ブイトーニ(Buitoni)社の冷凍ピザ事件などで大きな話題となりました。
大腸菌感染症が深刻視されるもう一つの要因は、この細菌が一般的な治療薬に抵抗性を示す、いわゆる「抗生物質耐性」を持つ能力です。こうした耐性がどのように、いつ獲得されたのかを解明できれば、医師はより適切な治療法を選択できるようになります。そこで注目されるのが、ペニシリン発見者アレクサンダー・フレミングの時代よりも前にさかのぼる古代菌株なのです。
大腸菌のDNA断片が採取された16世紀イタリアのミイラ。提供:ピサ大学古病理学部門
ミイラとなったイタリア貴族
今回特定されたのは、まさにそうした400年前の菌株でした。調査対象となったのは、1983年にナポリのサン・ドメニコ・マッジョーレ聖堂で発見された、保存状態の良好なイタリア貴族の遺体群です。カナダ・マクマスター大学とフランス・パリシテ大学の研究チームは、そのうちの一人ジョヴァンニ・ダヴァロス(Giovani d'Avalos)の詳細な分析を実施しました。ルネサンス期ナポリの貴族だった彼は、1586年に48歳で亡くなっています。生前の彼は胆石による慢性胆嚢炎(胆嚢の炎症)に苦しんでいました。
激痛の原因となる小さな結石を分析したのは、大腸菌群集の遺伝学の第一人者であるエリック・ドゥナミュール(Erick Denamur)氏です。その結果、400年以上前の大腸菌の断片が発見されました。「この古代の大腸菌を型判定し、それがほぼ唯一無二でありながら、現代の胆嚢炎を引き起こすヒト常在菌に特徴的な系統的系列に属していることを突き止めたときは、本当に感動しました」と同氏はプレスリリースで語っています。
この祖先型細菌の解析とゲノム復元により、その4446個の遺伝子は系統群A(フィログループA)に属し、極めて稀な4995型シーケンスタイプであることが判明しました。特定の毒力因子や後天的な抗生物質耐性は確認されませんでしたが、耐性を引き起こしうる遺伝子の一部はすでにこの菌株に存在していたことが、学術誌『Communications Biology』に掲載された論文で示されています。
系統群Aは通常、農村部や都市化が進んでいない地域に暮らす人々の腸内に見られるタイプで、胆道感染症の症例にもしばしば検出されます。研究者らは、この細菌が日和見感染菌であり、何らかの免疫的な弱点につけ込んで、このイタリア貴族の胆道系に影響を与えたと考えています。
発見されたのは大腸菌だけではありません。Klebsiella aerogenes(クレブシエラ・アエロゲネス)の断片も同定されました。さらにこの二つの細菌は、ジョヴァンニ・ダヴァロスの胆管内で共存する間に、互いに遺伝子を交換していた可能性さえあるといいます。「この古代大腸菌の復元により、過去の日和見感染症がもたらした負担の全体像を、より完全に描き出すことが可能になりました」と研究者たちは説明します。
この研究は、多様な大腸菌株のゲノム進化を研究するうえでの比較基準となるだけでなく、「毒力や耐性の面で、ひいては他の日和見病原体についても」将来の進化方向を予測することにつながるかもしれません、と著者たちは結んでいます。