科学者が気候変動の秘密の原因を発見

この研究は、微生物が一度感染すると、新たなメタン生成遺伝子を含んでいることを明らかにした。

最近の研究では、微生物に感染するウイルスが、強力な温室効果ガスであるメタンを環境中に循環させる際に重要な役割を果たし、気候変動に寄与していることが明らかになりました。

約1000のメタゲノミクスグループを分析することにより DNA 研究者らは、さまざまな湖から牛の胃の内部に至るまで、15の異なる生息地からのデータを通じて、微生物ウイルスが補助代謝遺伝子（AMG）と呼ばれる、メタンプロセスを制御する特別な遺伝要素を持っていることを発見した。 生物が生息する場所に応じて、これらの遺伝子の数は異なる可能性があり、環境に対するウイルスの潜在的な影響もその生息地に応じて異なることを示唆しています。

この発見は、メタンが異なる生態系内でどのように相互作用し、移動するかをより深く理解する上で重要な要素を追加する、と研究の筆頭著者でオハイオ州立大学バード極地・気候研究センターの研究員であるZhiping Zhong氏は述べた。

「微生物がどのようにメタンプロセスを推進するのかを理解することが重要です」と、微生物学者でもあるゾン氏は述べ、多様な環境で微生物がどのように進化するかを研究している。 「メタン代謝に対する微生物の寄与は数十年にわたって研究されてきましたが、ウイルス分野の研究は依然としてほとんど研究されておらず、私たちはさらに詳しく知りたいと考えています。」

研究は雑誌に掲載されました ネイチャーコミュニケーションズ。

温室効果ガス排出におけるウイルスの役割

ウイルスは地球上のすべての生態学的、生物地球化学的、進化的プロセスを促進するのに役立ってきましたが、科学者たちが気候変動とウイルスの関連性を調査し始めたのは比較的最近になってからです。 たとえば、メタンは二酸化炭素に次いで 2 番目に大きな温室効果ガス排出要因ですが、主に古細菌と呼ばれる単細胞生物によって生成されます。

「ウイルスは地球上で最も豊富な生物学的実体です」と、この研究の共著者であり、オハイオ州立マイクロバイオーム科学センターの微生物学教授であるマシュー・サリバン氏は述べた。 「ここでは、遺伝子の長いリストにメタンサイクル遺伝子を追加することで、その影響について分かっていることを拡大します。 ウイルス– コード化された代謝遺伝子。 私たちのチームは、感染中にウイルスが実際にどの程度の「微生物代謝」を操作するかを答えようとしました。

地球温暖化の加速において微生物が果たす重要な役割は現在よく知られているが、これらの微生物に感染するウイルスによってコードされるメタン代謝関連遺伝子がメタン生成にどのように影響するかについてはほとんど知られていない、とZhong氏は述べた。 この謎を解決するために、Zhong 氏と彼の同僚は 10 年近くをかけて、独特の微生物貯蔵庫から微生物およびウイルスの DNA サンプルを収集し、分析しました。

研究チームが研究のために選んだ最も重要な場所の 1 つは、クロアチアの自然保護区の一部であるヴラナ湖です。 研究者らは、メタンが豊富な湖の堆積物中に、メタンの生成と酸化に影響を与える微生物の遺伝子が豊富に存在することを発見した。 さらに、彼らは多様なウイルスコミュニティを調査し、宿主の代謝の調節に役立つ13種類のAMGを発見した。 しかし、これらのウイルス自体がメタン代謝遺伝子を直接コードしているという証拠はなく、メタンサイクルに対するウイルスの潜在的な影響はその生息地によって異なることが示唆されているとZhong氏は述べた。

家畜と環境への影響

全体として、この研究は、より多くのメタン代謝 AMG が牛の胃の内部などの宿主関連環境内で見つかる可能性が高い一方、湖の堆積物などの環境生息地で見つかる遺伝子は少ないことを明らかにしました。 牛や他の家畜も世界のメタン排出量の約 40% を生成しているため、彼らの研究は、ウイルス、生物体、そして環境全体の間の複雑な関係が、科学者たちがこれまで考えていたよりも複雑に結びついている可能性があることを示唆しています。

「これらの調査結果は、ウイルスによって引き起こされる世界的な影響が過小評価されており、もっと注目されるべきであることを示唆しています」とZhong氏は述べた。

人間の活動がこれらのウイルスの進化に影響を与えたかどうかは不明だが、研究チームは、この研究から得られた新たな洞察によって、地球上のすべての生命に生息する感染因子の力についての認識が高まると期待している。 しかし、これらのウイルスの内部メカニズムについてさらに学び続けるには、特に科学者が微生物によるメタン排出を軽減する方法を見つけるために取り組んでいる中で、地球上のメタンサイクルに対するウイルスの寄与をさらに理解するためにより多くの実験が必要になるだろうと鍾氏は述べた。

「この研究は、気候変動のウイルス的影響を理解するための第一歩です」と彼は述べた。 「私たちはまだ学ばなければならないことがたくさんあります。」

参考文献：「微生物のメタン代謝を調節するウイルスの可能性は生息地によって異なる」Zhi-Ping Zhong、Jingjie Du、Stephan Köstlbacher、Petra Pjevac、Sandi Orlić、Matthew B. Sullivan著、2024年2月29日、 ネイチャーコミュニケーションズ。
土井: 10.1038/s41467-024-46109-x

この研究は、国立科学財団、クロアチア科学財団、ゴードン＆ベティ・ムーア財団、ハイシング・シモンズ財団、欧州連合、米国エネルギー省の支援を受けました。 共著者には、オハイオ州立大学のジンジ・ドゥ氏、ウィーン大学のステファン・コステルベイカー氏とペトラ・ベイェヴァツ氏、ルーダー・ボスコビッチ研究所のサンディ・オーリッチ氏が含まれる。