海洋学者たちは海洋スライムを薬に変えようとしている

水曜日、技術者チームが海洋調査船の係留場所から「ヘラクレス」と呼ばれる遠隔操作探査機を南カリフォルニア沖約240キロの海域に引き上げる。クレーンから切り離された後、係留探査機は水深600～1500メートルの海底へとゆっくりと沈み、将来医薬品となる可能性のある新種の化合物を探す宝探しの旅が始まる。

VWビートルほどの大きさのヘラクレス号と全長211フィート（約64メートル）のノーチラス号は、今後10日間、南カリフォルニア・ボーダーランドと呼ばれる海域で調査を行う。この地域には、鉱物を豊富に含んだ堆積物と岩石の層に覆われた海底海山、峡谷、海嶺などが存在する。この探査はスクリップス研究所と海洋探査トラスト（ノーチラス号を運航）が主導し、アメリカ海洋大気庁（NOAA）が後援している。

地質学的特徴には、リン灰石と鉄マンガンの殻が含まれています。これらは肥料原料として商業価値を持つ鉱物で、ナミビアとメキシコ沖の海底から採掘されています。しかし、この未開の生息地に生息する生物こそが、生物学的な金鉱を秘めている可能性があります。なぜなら、これらの海底生物が生成する化合物には、抗がん作用、抗菌作用、抗ウイルス作用がある可能性があるからです。

ミッドウェスタン大学海洋薬理学部がまとめたデータベースによると、今月時点で海洋生物由来の医薬品14種類が連邦規制当局の承認を受けており、その中には様々な癌治療薬やコレステロール低下薬などが含まれています。さらに、海綿動物や蠕虫、フグなど、あらゆる生物由来の23種類の化合物が、現在、食品医薬品局（FDA）による第I相、第II相、または第III相臨床試験の段階にあります。

ほんの一例を挙げると、FDAは6月、肺がんの新しい治療薬「ルルビネクテジン」を承認した。これはもともと、外敵を撃退するために毒を使う海産無脊椎動物、ホヤに含まれる毒素から単離されたものだ。10年前にニュージーランドの紅藻類から合成されたグリフィスシンというタンパク質も、抗ウイルス剤として使えるかもしれない。2016年には、米国とフランスの研究者グループが、この化学物質が中東呼吸器症候群（MERS）を引き起こすウイルスの感染を阻止することを示す研究を発表した。2019年12月、ピッツバーグ大学の研究者らは、グリフィスシンのHIV感染阻止能力を検証する第1相臨床試験を開始した。現在、一部の研究者らは、この同じ化合物が新型コロナウイルスとの闘いに役立つかどうかを調べている。

新たな薬物産生動物、藻類、微生物を発見するために、ノーチラス号に乗船する海洋学者たちは、まずそこに生息する動物についてより深く学ぶ必要がある。スクリプス海洋研究所の統合海洋学教授で、今回の航海の主任科学者であるリサ・レビン氏は、この航海の目的は、生息地の理解と、動物が鉱物を豊富に含む岩石とどのように相互作用するかを理解することだと述べている。「私たちが向かう場所のほとんどは、まだ誰も行ったことのない場所です」とレビン氏は言う。「しかし、この地域全体にサンゴや海綿動物、イソギンチャク、その他の無脊椎動物が生息していることは分かっています。」

レビン氏は、動物と彼らの住処である岩盤との相互作用を研究している。「こうした基盤を好む動物がいるのか、それとも避ける動物がいるのかについては、まだよく分かっていません」とレビン氏は言う。

レビン氏は、ノーチラス号に搭乗した特別に訓練されたROVパイロットを支援し、ヘラクレス号を海底生息地の上空にホバリングさせ、複数のカメラを使って海中生物を観察する。これらのカメラには高解像度ビデオカメラも含まれており、画像は光ファイバーケーブルを介してノーチラス号に送信され、衛星を経由して科学者、学生、そして一般の人々に24時間ライブストリーミングシステムを通じて配信される。パイロットはROVの強力なロボットアームを操作し、岩石のサンプルを採取するだけでなく、海底堆積物にコアリング装置を挿入する。レビン氏は、そこでさらに小さな生物を発見したいと考えている。「岩石にはたくさんの生物がいますが、ほとんどの人はこのような小さな生物を探しているわけではありません」と彼女は言う。「堆積物の中で、私たちはコアを採取し、それを垂直方向にスライスします。」

サンプルが採取され、海面に戻されると、ポール・ジェンセン氏は、新規バイオ医薬品化合物の候補となり得る動物や微生物を特定する作業に着手します。カリフォルニア大学サンディエゴ校スクリプス海洋研究所が運営する海洋バイオテクノロジー・バイオメディシンセンターの教授であるジェンセン氏は、岩から細菌の粘液を削り取り、海綿動物から非常に薄い切片を採取し、サンゴに生息する藻類を調べます。彼は、これらの動物を捕食動物から守る化学毒素を発見したいと考えていますが、その毒素は、人間のがんや感染症との闘いにも役立つ可能性があります。

「海綿動物や軟質サンゴの多くは、共生関係にある微生物と共生していることが多いのです」とジェンセン氏は言う。「その中には、捕食者から身を守るために生成される化学成分が含まれていることも少なくありません。今、私たちはこれまで誰も研究したことのない深海の生物群集を目の当たりにしているのです。」

ジェンセン氏は大学院生時代から海の宝探しを続けています。実際、1990年にスクリップス研究所の同僚とバハマ沖の堆積物で発見した化合物は、現在、神経膠芽腫と呼ばれる脳腫瘍の一種の治療薬として第3相臨床試験が行われています。当時、ジェンセン氏は化合物を研究室で培養・増殖させ、有用な特性があるかどうかを確認しなければなりませんでした。しかし今では、研究者たちは培養の段階を省き、動物や微生物からDNAを採取し、望ましい分子を生成する可能性を評価できます。つまり、既に疾患に効果のある化合物を生み出すことが分かっている遺伝子配列を、新たな生物のDNAから探し出すのです。「もし化合物が海綿動物のDNA中に存在し、有望であれば、分子を見つけるためにわざわざ何キロもの海綿動物を採取する必要はありません」とジェンセン氏は言います。DNAを採取し、分子生物学的手法を用いて、研究室で培養できる微生物のDNAをクローン化し、そこから分子を作り出すことができるのです。

これらの分子は、細菌や癌細胞株に対して試験され、それらを死滅させるか、あるいは増殖を阻害するかが調べられます。さらに、新たな生物の遺伝子を理解することで、研究者はタンパク質の構造を解明し、それらを合成することが可能になります。

「今では、それらの生成に関与する遺伝子について多くのことが分かっています」とジェンセン氏は言う。「これは非常に興味深い研究で、創薬のあり方を大きく変えました。」

ジェンセン氏は、今回の探検で画期的な新薬が見つかるとは約束していない。新薬がヒトの病気に安全かつ効果的であるかどうかを確認するには、何年もの基礎科学研究、実験室での試験、そして数百万ドルの臨床試験が必要となる。

海から得られる薬、いわゆる「海洋バイオ医薬品」のパイプラインは拡大していると、国立がん研究所で天然物由来の医薬品開発を率いる上級研究員、バリー・オキーフ氏は語る。オキーフ氏によると、これまでに14種類の海洋関連医薬品が世界中で人体への使用が承認されており、さらに23種類がFDAの臨床試験で試験中だという。化合物の発見から治療薬の開発までには長い時間がかかることについて、オキーフ氏は「物事が成熟するまでには時間がかかることもあります」と語る。「物事がどのように作用するかを理解するには、非常に長い期間が必要なのです」。

オキーフ氏は2009年、ニュージーランド産の紅藻がMERS感染を阻害する特性について研究論文を執筆しました。ジェンセン氏の初期研究では、グリフィスシンがMERSウイルスのスパイク糖タンパク質に結合し、ヒト細胞への侵入を阻害することで感染を効果的に阻止することが明らかになりました。ジェンセン氏によると、同僚から、MERSに関連する新型コロナウイルスにもグリフィスシンが有効かどうか問い合わせを受けているとのことです。

新たな健康上の脅威に直面している今、自身の論文が新たな注目を集めていることに、オキーフ氏は興奮している。「この論文についてたくさんの問い合わせをいただいています」とオキーフ氏は言う。「10年も前の論文がこれほど人気になるのは珍しいことです。」

ジェンセン氏をはじめとするノーチラス号に乗船している科学者たちは、自然界の薬の探求が同様に実りあるものとなることを期待している。「もし新しい種類の分子を発見できれば、それは大きな成果です」とジェンセン氏は言う。「もしかしたら、抗ウイルス作用、抗菌作用、あるいは抗がん作用を持つ分子かもしれません。しかし、それらを見つけることが最初の段階なのです。」

2020年10月30日午後7時43分更新：この記事は、海洋生物由来として承認された医薬品の数と、ルルビネクテジンのホヤ由来を示す用語を修正するために更新されました。

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