オオスズメバチのゲノム解読に向けたスプリントの内側

最近、ワシントン州ワットコム郡の適切な場所に立つと、ほぼ必ずと言っていいほど、オレンジジュースと日本酒のほのかな香りを嗅ぐことができます。アメリカ合衆国本土最北西部のこの郡には、等間隔で数百本の大きなプラスチックボトルが点在し、数インチの混合液が詰められています。甘くねっとりとした香りが、森を吹き抜けるそよ風によく合うように、ボトルの向きも工夫されています。これは奇妙な異教徒の供物ではありません。スズメバチを捕獲するための罠です。そして、おそらくこれまで見たことのないような大きさです。世界最大のスズメバチ、オオスズメバチを捕獲するために設計されているからです。インターネットでは、よりセンセーショナルな呼び名で「殺人スズメバチ」と呼ばれています。

この昆虫は通常、東アジアの森林に覆われた山岳地帯に生息しています。そして昨年末、北米に出現しました。まだ数は多くありません。ブリティッシュコロンビア州に巣が1つあるだけで、国境を越えたワットコム郡では、これまでに数匹のスズメバチが死んでいるのが発見されたり、罠にかかったりしているのが確認されています。しかし、この外来昆虫の到来とその後のメディアの騒ぎにより、フロリダ州など遠く離れた場所でも数百件もの目撃情報が寄せられました（いずれも信憑性は証明されていません）。

公平を期すために言っておくと、黒と黄色の縞模様のこの昆虫は、この地域では驚くほど大きく、最大で5センチほどの長さになり、平均的な成人の手のひらに収まるほどです。そして、その毒針は世界でも有​​数の強さを誇り、その巨大な針から大量の毒が注入されます。7回刺されたある養蜂家は、ニューヨーク・タイムズ紙に「まるで真っ赤に焼けた画鋲を肉に突き刺されたようだった」と語っています。日本では、スズメバチによって毎年最大50人が命を落としています。

死亡事故は、たいていの場合、挑発が原因で起きる。オオスズメバチは巣を乱されても守るが、ほとんどの場合、人間に対して攻撃的ではなく、興味すら示さない。彼らに「血に飢えた」というニックネームを与えた行動は、繁殖期を前にタンパク質を蓄える必要がある初秋に行う摂食パターンによるものだ。この時、彼らは主にオークの樹液と個々の昆虫という食事から、昆虫学者が「集団攻撃」と呼ぶものへと切り替える。彼らは他の社会性昆虫のグループに群がり、強力な大顎を使って頭をもぎ取って内臓を食べる。日本では、この狂乱したごちそうは主に甲虫だ。北米では、オオスズメバチはより簡単な標的、つまり飼い蜂を見つけたようだ。

ミツバチをはじめとする在来種のミツバチは、米国で栽培される果物、ナッツ、野菜の75%を受粉させています。そして、生息地の喪失と農薬の影響で、すでにその数は大幅に減少しています。在来種のミツバチは、この侵略的捕食者に対する自然の防御手段を持っていません。オオスズメバチは、成虫の首をはねた後、幼虫や蛹を丸ごと食べ尽くし、数時間で蜂の巣を壊滅させる可能性があります。

そのため、人間を狙うスズメバチの侵入に対する過大な懸念が数か月前に急速に払拭され、国は新型コロナウイルスのパンデミック、連邦政府による人種差別反対運動への違憲の弾圧、そして今度はカリフォルニアの猛威を振るう山火事といった、一連の現実的な存亡をかけた脅威へと移行する一方で、米国とカナダの科学者や農業関係者は、オオスズメバチが太平洋岸北西部に新たな生息地を作る前に、オオスズメバチを発見し、封じ込め、その生態についてできる限りのことを学ぶために奔走している。

これには、貪欲な昆虫のゲノムの完全な地図を初めて作成することも含まれます。

米国農務省の研究者たちは、夏の間精力的に研究を続け、今月初めにスズメバチの遺伝子配列を公表した。この科学的に大きな節目は、この種の個体群動態をより深く理解しようとする進化生物学者にとって大きな恩恵となるだろう。研究者たちが遺伝子コードの解析を続ければ、いつかスズメバチの毒針の毒のレシピが明らかになるかもしれないし、スズメバチを効果的に抑制できる化学物質やウイルスに関する手がかりが得られるかもしれない。しかし、より緊急なのは、昆虫学者や害虫管理者がこれらの初期の北米からの移住者をどこから来たのかを突き止め、拡散を阻止するのに役立つだろうということだ。

「オオスズメバチのゲノム解読は、私たちにとってまさに限界に挑戦するようなプロジェクトでした」と、米国農務省農業研究局（ARS）の計算生物学者、アンナ・チャイルダーズ氏は語る。チャイルダーズ氏はメリーランド州ベルツビルにある同局の蜂研究室に勤務し、ゲノムアセンブリグループを率いている。2011年以来、同局の科学者たちは、農業上重要な節足動物（ハチだけでなく、ハエ、ダニ、甲虫、その他多くの昆虫も含む）のゲノム解読に取り組んでいる。これは、地球バイオゲノムプロジェクトと呼ばれる地球規模のゲノム解読プロジェクトの一環である「i5k」イニシアチブへの貢献の一環である。

I5kの目標は、5年以内に5,000種のゲノムをカタログ化することだった。しかし、このイニシアチブのデータベースによると、現時点で配列決定が完了している生物はわずか78種に過ぎない。昆虫ゲノムのマッピングは特に困難であることが判明した。一つには、キチン質に覆われた昆虫の体は小さいため、扱える遺伝物質が限られていることが多い。そのため、エラーが増え、配列が不均一になる。さらに事態を複雑にしているのは、一部の昆虫の目に、シーケンシングマシンが遺伝子の構築と読み取りに用いる酵素の働きを阻害する分子が実際に存在することだ。

最近では、パシフィック・バイオサイエンスやオックスフォード・ナノポアといったシーケンシング企業が、こうした課題の一部を克服するための新しい技術を開発しています。2018年、ARSはこれらの新しい手法のいくつかと、過去数年間の苦難を乗り越えて苦労して培ってきた昆虫シーケンシングの専門知識を組み合わせ、国の農作物、家畜、ミツバチ、樹木に最大の脅威をもたらす害虫を標的とした新たな取り組みを開始することを決定しました。通称「Ag100Pestイニシアチブ」として知られるこのイニシアチブは、当初、これらの害虫の中でも特に深刻な100種のゲノム配列を基準品質で提供することを目的としていましたが、現在ではその数は134種にまで増えています。ARSの科学者たちは昨年、リストから初めてゲノム配列を解析しました。それは、米国北東部のブドウ園や果樹園を壊滅させたもう一つの侵略的外来種、アカヒゲナガバチのゲノムです。彼らの次のプロジェクトは砂漠イナゴの駆除だ。現在、都市ほどの大きさの群れがアフリカで二重の疫病災害を引き起こしている。

当初、オオスズメバチはUSDAのリストに載っていなかった。2018年当時、北米で目撃された人がいなかったからだ。原産地はインド北部から西は日本、ロシア極東から南はタイ、ベトナムまで広がっている。昨年夏、ブリティッシュコロンビア州で北米初の標本が発見されたときも、同省ではサンプルを入手して遺伝子配列を解析しようという意欲があまりなかったとチルダーズ氏は語る。「みんな、迷い込んだスズメバチだろうと思っていたんです」。しかしその後、8月にバンクーバー島のナナイモの養蜂家がさらに3匹のスズメバチを発見し、巣へとたどり着いた。そして巣を破壊する前に、サンプルを採取することができた。ディナープレートほどの大きさの巣4つには、成長中のスズメバチ、働きバチ200匹、そして女王バチが含まれていた。

9月初旬までに、これらのスズメバチのうち5匹（すべて働きバチ）が、ブリティッシュコロンビア大学のレオナルド・フォスター研究室の冷凍庫に送られた。フォスター氏は同大学のプロテオミクス研究室を率いており、彼自身の言葉を借りれば「ブリティッシュコロンビアでほぼ唯一のミツバチ研究者」でもある。彼は、万が一、さらなる巣が発見された場合に備えて、これらのスズメバチを保管していた。もし発見されれば、冷凍細胞内のDNAは、ナナイモで最初に発見されたスズメバチと他の侵入地点を比較する上で重要になる。つまり、遺伝子の微妙な違いを通して、スズメバチが大陸全体にどのように広がっていったかを追跡するのだ。

冬の間、ブリティッシュコロンビア州本土のホワイトロックで、スズメバチが新たに1匹撮影されました。さらに2匹は、カナダとアメリカの国境を越えて約10マイル離れたワシントン州ブレイン近郊でも発見されました。この地域では、蜂の巣による不審な大量殺戮事件の報告も相次ぎ始めました。スズメバチの侵略の脅威はますます現実味を帯びてきました。チルダーズ氏のチームは、何ができるかを模索し、全力で取り組みました。4月、幸運が訪れました。米国農務省の担当者が、長年同省の協力者であるフォスター氏を紹介してくれたのです。フォスター氏は、チルダーズ氏に標本を1匹送ってくれることに同意してくれました。

標本はカナダからドライアイスでハワイ州ヒロへ運ばれ、そこでUSDA（米国農務省）の科学者たちが昆虫の胸部からDNAを抽出した。その後、遺伝物質を切り刻み、分子タグを付加した。これにより、ネブラスカ州クレイセンターにあるUSDA研究所のシーケンサーがDNAの断片を解読できるようになった。そこから、これらの断片を含むデジタルファイルはUSDAのスーパーコンピューター「Ceres」にアップロードされ、チルダーズ氏のチームは強力なゲノムアセンブリアルゴリズムを用いて断片をつなぎ合わせた。彼らはパンデミックの影響で夏の間中、自宅勤務を強いられたオフィスで作業に取り組んだ。そして2ヶ月後、830万文字すべての配列が完成した。

ARSチームは8月上旬にデータを公開しました。通常、科学者は、論文発表に値するような様々な発見のために、集めたばかりのゲノムを精査し終えるまで、データを公開しません。しかし、チルダーズ氏にとって、他の人が利用できるように、できるだけ早く配列を公開することが重要でした。「私たちは、ゲノム配列解析のプロセスを、侵略的外来種へのリアルタイム対応の一部にしようとしていました」と彼女は言います。「それは真のパラダイムシフトになるでしょう。」

オオスズメバチのゲノムを完全に解析した者は誰もいなかったが、中国の研究者らは既に断片的なゲノム配列を解読しており、その中にはミトコンドリアDNA全体も含まれていた。これはワシントン州農務省の科学者にとって有用な情報となるだろう。チルダーズ氏がオオスズメバチを捕獲する前の今年初め、ワシントン州農務省の昆虫学者たちは、米国で初めて発見された標本（昨年12月のある朝、ブレイン近郊のポーチに現れた個体）の脚を切断した。彼らはその標本を日本の研究所に送り、ミトコンドリアの配列を解析させた。その後、彼らはカナダ当局を説得し、ナナイモの巣から採取した1匹の標本についても同様の解析を行った。

WDSAの害虫生物学者テリッサ・ウィルソン氏が5月にニューヨーク・タイムズ紙に語ったところによると、当初の遺伝子検査で、北米の2つの標本は関連性がないことが判明した。アメリカの標本は、遺伝学的に見て、韓国に生息するスズメバチの亜種に近いものだった。また、カナダの標本は、日本で発見されたものとほぼ100%一致していた。しかし、ウィルソン氏は先週WIREDの取材に対し、その後行われた追加分析によって状況は複雑になっていると語った。

韓国と日本の亜種は原産地が重複しているものの、これまでに配列が解読された標本はごくわずかであるためです。つまり、異なる亜種の2個体が何らかの形で一緒に太平洋を横断して運ばれた可能性があります。最も可能性の高いシナリオではないかもしれませんが、可能性は十分にあります。「結局のところ、これらが2つの別々の侵入であると断言することはできません」とウィルソン氏は言います。

確実に知る唯一の方法は、本来の生息地全体からさらに多くのスズメバチを収集し、遺伝子配列を解析することです。そうすることで、彼らの家系図をより深く理解し、どの系統が大洋横断の旅の出発点となり得るかを把握することができます。こうした遺伝子調査の目的は、特定の貿易相手国を責めることではなく、税関国境警備局が検査対象となる特定の貨物を絞り込むのに役立つことは間違いないとチャイルダーズ氏は言います。これは、将来の害虫の侵入を阻止するのに役立つかもしれません。しかし、侵入してきたスズメバチの以前の生息地についてより詳しく知ることは、新しい生息地を見つけるための手がかりにもなります。「その動物が本来の生息地でどのように行動するかについて、さらなる洞察が得られます」とチャイルダーズ氏は言います。「それは、私たちがここでどのように対策を講じるべきかをより正確に判断するのに役立ちます。」

米国農務省動植物検疫局（APHIS）の生物学者トッド・ギリガン氏は、世界中の研究者が完全なリファレンスゲノムにアクセスできるようになったことで、この取り組みは大きく前進するだろうと述べています。今年、APHISはタスクフォースを組織し、外来スズメバチの研究とワシントン州の根絶活動を支援するために40万ドルを拠出しました。「アジアスズメバチの完全なゲノム配列は、この種の将来の分子研究において最も重要な参考資料です」と、ギリガン氏はWIREDへの声明で述べています。

これはまるでパズルの番号付き鍵のようなもので、各ピースの配置場所を教えてくれます。その後の配列ははるかに簡単に組み立てられます。APHISとARSは現在、WSDAや国内外の大学の研究室など、複数のパートナーと協力して、より多くの標本の配列解析を行っています。標本の多くは状態が良くないため（長期間トラップに閉じ込められるとDNAが劣化するため）、小さな断片しか配列解析できないと予想されています。このデータを使用するには、これらの断片を正しい位置に並べる必要があります。完全なゲノム配列がなければ、このパズルを組み立てる作業は大変な作業になるでしょう。しかし今、科学者たちははるかに速く答えを得ることができます。そして、スヴェン＝エリック・スピチンガーのような人々にとって、一分一秒が重要です。

ワシントン州農務省の主任昆虫学者であるスピチンガー氏は、過去8ヶ月間、州全体でスズメバチ駆除を行ってきました。春以来、彼のチームは1000個以上の罠を設置し、この夏は毎日それらを管理し、オレンジジュースと米酢のスラリーを週に一度交換し、犠牲者がいないか確認してきました。最初の捕獲は7月14日、バーチベイ近郊で未交尾の女王蜂を捕獲しました。この女王蜂は前年から越冬していたため、新しい巣を作ることができませんでした。しかし2週間後、カスター近郊で2匹目のオスを捕獲しました。「オスは今年活動している巣からしか出てきません」とスピチンガー氏は言います。

先週、3匹目と思われる働き蜂がバーチベイ付近で発見されましたが、その種はまだ実験室で確認されておらず、当局は公表していません。もしこの発見が正当であれば、この地域に複数の巣があることが示唆されます。バーチベイとカスターは約5キロメートル離れています。スピチンガー氏によると、オオスズメバチは最大8キロメートル飛行できるため、真ん中に巣が1つだけある可能性があります。「しかし、これは彼らが典型的な行動で、餌を探すために巣から1キロメートルほどしか離れていないと見なす必要があります」と彼は言います。

つまり、さらに罠を仕掛けることになるが、今回は違う種類の罠だ。餌の上に網を取り付け、スズメバチを溺れさせずに捕獲するものだ。スズメバチを生け捕りにできれば、体に無線タグを取り付け、信号をたどって巣まで戻る。場所が分かったら、熱画像装置を使って巣の位置を特定する。巣は華氏約30度で活発に活動している。そしてようやく、極厚の防護服を着た駆除員が巣を掘り起こし、そこにいるスズメバチを駆除する。

少なくとも、それが希望だ。今のところ、生きているスズメバチは捕獲されていない。「今のところ、巣があるかもしれない森林地帯の大まかな見当はついていますが、歩いて近づくにはまだ広すぎます」とスピチンガー氏は言う。オオスズメバチは、起伏の多い森林地帯の地面に巣を掘ります。スピチンガー氏によると、巣のほとんどは、棘だらけのヒマラヤブラックベリーの茂みが3メートルほど続く、侵入不可能な緩衝地帯に囲まれています。巣の真上にいるかもしれないのに、チェーンソーを持った人を送り込んで伐採させるつもりはありません。「これは私たちが行う最も危険な活動の一つです。ですから、大勢の人を送り込む前に、もう少しデータポイントを集めたいのです」と彼は言う。

トラップの効果を待つ間、スピチンガー氏は遺伝子配列解析を続けることで、捜索範囲を絞り込むのに役立つことを期待している。スズメバチは地域によって生物学的特徴や行動が異なるため、DNAから、好む餌の種類、生息域の高度、さらには巣からどのくらい離れた場所で餌を探すのかといった手がかりを得ることができる。「この情報をもとに、より良い餌を見つけるなど、対策を講じることができます」とスピチンガー氏は語る。北米ではオオスズメバチ専用のトラップを製造している業者がないため、オレンジジュースと米酢で臨機応変に対処している。また、他の配合や化学ルアーも試している。これらの特定の先駆者たちが好む食べ物についてより多くの情報を得ることで、トラップの命中率向上につながる可能性がある。

これは重要な問題です。なぜなら、時間は刻々と過ぎているからです。今、スズメバチたちは樹液や見つけた虫を食べています。巣に戻ると、その汁を吐き出して働き蜂の幼虫に与えます。しかし、秋になり日中の気温が下がり始めると、巣は雄蜂と処女女王蜂の繁殖期へと切り替わります。その時、彼らはミツバチを探しに出発するのです。

日本では、9月下旬から10月上旬にかけてこの現象が起こります。スピチンガー氏は、オオスズメバチのライフサイクルが日本でどのように展開するかは正確には把握していませんが、それまでに科学者が巣を見つけなければ、女王蜂と雄蜂が羽化し、自ら巣を作り始めるだろうと確信しています。つまり、駆除はますます困難になるということです。それでも、彼は駆除が近づいていると楽観視しています。スピチンガー氏によると、オオスズメバチが米国に定着するのを阻止できる可能性は高いとのことです。「決して負け戦ではありません」と彼は言います。「想像を絶するほどです」

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