第２２回「月惑星に社会を作るための勉強会」 ２０２２年６月２７日（月）１７：００～１９：００

微生物研究から見た惑星保護の現状と持続可能な有人活動との両立について
木村駿太
JAXA 宇宙科学研究所 学際科学研究系 / 宇宙探査イノベーションハブ

１．惑星保護の概要
２．月に関わる惑星保護方針
３．月面有人活動における微生物
４．惑星保護と微生物利用の両立について
５．まとめ

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１．惑星保護の概要

惑星保護（planetary protection）
地球のもので他の星を汚さない、他の星のもので地球を汚さない
・国際宇宙空間研究委員会（Committee on Space Research; COSPAR）の規定する惑星保護方針（Planetary Protection Policy; PPP）に準拠した宇宙機の開発および運用に係るアクティビティであり、主として探査対象天体の保全と、対象天体から帰還あるいはサンプルを回収する際の地球-月系の環境保護から構成される。
・宇宙条約の６条および９条を根拠としている。
・惑星探査方針そのものは法律ではないが、国際条約に準ずるものとして取り扱われる。
・非政府団体が実施する活動を含めて、惑星保護の最終責任は政府が有する。
・我が国においては、人工衛星の管理に関わる許可に関わる法律およびガイドラインにおいて、「宇宙開発利用は、条約や国際約束の定めるところに従い、宇宙開発利用が環境に与える影響に配慮して行わなければならない。地球以外の天体に人工衛星やその一部を投入する際、また投入した人工衛星やその一部を地球に回収する際には、COSPARのPPPに準拠すること」と記載されている（一部抜粋） 。
2エイリアンがいた際に、地球に来ないようにするのも惑星保護の範疇
現状は微生物汚染を防ぐことが主眼？

https://www.irasutoya.com/

惑星保護モノのSF（ホラー）映画

https://www.medicalexpo.com/ja/prod/esco/product-75366-542305.html）

１．惑星保護の概要

惑星保護（planetary protection）
フォワード（往路側）
バックワード（復路側）
それぞれの汚染を防ぐ取組み
惑星保護方針は、対象天体の汚染が将来の調査に悪影響を及ぼすことへの重要性と懸念を反映して、カテゴリ分けされている
火星、木星の衛星エウロパ、土星の衛星エンケラドス→地球から生命を持ち込んだ際に増殖してしまう可能性が比較的高いので厳しい基準（保護すべき天体）
4（JAXA, 2019）

１．惑星保護の概要

惑星保護カテゴリ（フォワード汚染側（１/２） ）※暫定情報含む＜カテゴリⅠ＞
S型小天体，木星の衛星・イオ，水星

要求：なし
はやぶさ２など＜カテゴリⅡ＞(1)金星，彗星，小惑星小天体（P型，D型，およびC型），木星，木星の衛星（イオ，エウロパ，およびガニメデを除く），土星，土星の衛星（タイタン，エンケラドスを除く），天王星，天王星の衛星，海王星，海王星の衛星（トリトンを除く），冥王星の1/2サイズ以下のカイパーベルト天体．
(2)月．
(3)木星の衛星・ガニメデ，土星の衛星・タイタン，海王星の衛星・トリトン，冥王星／カロン，冥王星の1/2サイズ以上のカイパーベルト天体．
要求：惑星保護文書要求をテーラリングした簡易な文書作成．適用対象2（月）については有機物目録．適用対象3については汚染確率解析．

１．惑星保護の概要
惑星保護カテゴリ（フォワード汚染側（２/２） ）※暫定情報含む＜カテゴリⅢ＞
保護される太陽系天体へのフライバイおよび周回ミッション．
火星，木星の衛星・エウロパ，土星の衛星・エンケラドス．
要求：惑星保護文書要求に準拠した詳細な文書作成．有機物目録．衝突確率解析，汚染確率解析．
→これまでのノウハウで達成可能か

Mars2020など＜カテゴリⅣ＞
保護される太陽系天体への地表ミッション．
火星，木星の衛星・エウロパ，土星の衛星・エンケラドス．
要求：惑星保護文書要求に準拠した詳細な文書作成．有機物目録，有機物サンプルの保管．材料，部品，組立品，および設備に対するバイオバーデン（生物汚染量）管理および滅菌バリデーション（定量的評価）→データ取得・開発が必要

１．惑星保護の概要※暫定情報含む

5.3.2.2. 火星着陸表面ミッション要求
5.3.2.2.2. 一般要求a) 着陸システム全体のバイオバーデンは，露出した内面および外面において，細胞芽胞3x105個以下であること．b)
着陸システムの平均バイオバーデンは，露出した内面及び外面において，2細胞芽胞密度300個/m 以下であること．
・生命探査を伴う表面ミッションに対する要求
生命探査を伴う表面ミッションは，惑星保護カテゴリIVbと定義される．
a) 以下の条件のうちいずれかを満足しなければならない：
1.
地表システム全体のバイオバーデンは，露出した内面および外面において，細胞芽胞30個以下であること．または，目的とする生命検出調査の性質と感度によって要求される汚染レベル以下であること．
2.
生命検出調査に用いるサンプルの採取，輸送，および分析に関与するサブシステムの平均バイオバーデンは，次のいずれかとする：(a) 細胞芽胞密度0.03個/m2以下であること，または(b) 目的とする生命検出調査の性質と感度によって要求される汚染レベル以下であること．さらに，これらのサブシステムおよび分析対象となるサンプルの再汚染防止措置を，生命検出調査が終了するまで維持すること．
・火星特別地域にアクセスする表面ミッションに対する要求
火星特別地域にアクセスする表面ミッションは，惑星保護カテゴリIVcと定義される．
a) 着陸地点が3.1.22項に示される火星特別地域内である場合，地表システム全体のバイオバーデンは，露出した内面および外面において，細胞芽胞30個以下であること．

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１．惑星保護の概要

惑星保護カテゴリ（バックワード汚染側）※暫定情報含む＜カテゴリⅤ＞はやぶさ、はやぶさ２など
a) 制約のない地球帰還
金星，月，S型小天体（B型，C型，およびS型），木星の衛星・イオ，水星など等．
ただし，小天体については原則として都度判断する．
MSR（予定）b) 制約付き地球帰還
火星，木星の衛星・エウロパ，土星の衛星・エンケラドス．ただし，原則として都度判断する．
要求 ：a)
制約のない地球帰還：往路行程のカテゴリに対応して（一般にはカテゴリIまたはII），当該フェーズにおける惑星保護要求のみを有する．
b) 制約付き地球帰還：(1) 対象天体，あるいは対象天体に由来する物質で滅菌されていないものに直接接触したハードウェアのうち，帰還するものすべてについて，全帰還フェーズにおいて封じ込めを行うこと．対象天体に影響を受けた宇宙機，宇宙機の一部，あるいはサンプルであって，滅菌されていないものについては，帰還するものすべてについて，全帰還フェーズにおいて封じ込めを行うこと．ここで封じ込めとは，滅菌されていない10 nm以上の粒子1個が外部へ漏洩する確率を10-6以下とすること，を指す．(2)採取され地球へ帰還するすべての滅菌されていないサンプルに対して，封じ込めを行うこと．(3)採取され地球へ帰還したすべての滅菌されていないサンプルに対して，厳格な封じ込め環境において，最も感度の高い手法によって，適時分析を実施すること．地球由来ではない増殖体の存在の徴候が認められる場合，有効な滅菌法によって処理しない限り，帰還したサンプルは封じ込めたままとすること．ここで厳格な封じ込めとは，滅菌されていない10 nm以上の粒子1個が外部へ漏洩する確率を10-6以下とすること，を指す．

→封じ込め、滅菌に関する設備の獲得等が必要

１．惑星保護の概要

基本方針：
火星、木星の衛星エウロパ、土星の衛星エンケラドスに行く場合は、厳密な微生物制御が必要。
それ以外に行く場合は、探査機が制御不能になった際にも上記の天体に衝突しないことを示すことなどが必要。
有人に関してはまた別途検討が必要。

惑星保護における主要な3つの技術：① 宇宙機の衝突確率解析・汚染確率解析② 滅菌バリデーション（定量的評価）③ バイオバーデン（生物汚染量）管理①は「のぞみ」や「はやぶさ」をはじめとするプロジェクトにおいて技術的な蓄積がある．一方，過去に火星着陸探査を実施したことがない我が国は，②及び③の技術を保持していない．
今、②を獲得中。

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１．惑星保護の概要

惑星保護に係る微生物研究において有力な滅菌手法の例
長所
短所
紫外線

低コスト、短時間表面のみ。素材の劣化。

高圧蒸気（オートクレーブ）

低コスト、短時間、液体の滅菌可

対象が濡れる。大型の滅菌は困難非耐熱性熱素材は不可（115-134℃）。

アルコール

低コスト。短時間。

表面のみ。対象が水とアルコールで濡れる。

乾熱

COSPARに承認されている。 高コスト、長時間。非耐熱簡便。
性熱素材は不可（160190℃）。

過酸化水素蒸気（VHP）

COSPARに承認されている。 日本の宇宙科学コミュニ
低温（常温）、短時間、ティは未獲得。高コスト。
有害ガス排出が少ない。
布、紙類、液体、粉体、狭空物は不可。

各種プラズマ滅菌

低温（常温）、狭空物への適応可能性。可搬可能性。

日本の宇宙科学コミュニ
ティは未獲得。高コスト。
布、紙類、液体は不可。
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１．惑星保護の概要

滅菌法・消毒法概説（http://www.yoshida-pharm.com/2012/text02_01/）11２．月に関わる惑星保護方針※改訂版作成中12

２．月に関わる惑星保護方針※暫定情報含む

5.3.1. 月ミッション要求a) プロジェクトは，宇宙機上で使用されているものを積算した総量が，惑星等保護審査部会長と合意している上限値（通常は1 kg）を上回る有機物について，付録HのDRDを遵守し，有機物目録を提出すること．
付録 H.
（適用）有機物目録－DRD
H.1. DRDの識別
H.1.1.
要求の識別および根拠文書
このDRDは，本標準の5.3.1a項および5.3.2.1a項の要求による．
H.1.2.
目的および目標
有機物目録の目的は，宇宙機が有する有機物を文書化することである．

H.2. 期待する対応
H.2.1.
内容a)
有機物目録は，規定の上限値を上回る有機物それぞれについて，以下の項目を含むこと．
1.
識別名．
2.
化学組成．
3.
製品ツリーの中における位置付け・使用形態．
4.
質量．
5.
JMR-010（コンタミネーション管理標準）ならびにJERG-0-019（コンタミネーション管理ハンドブック）に準拠したアウトガスの評価値およびその根拠となる参照資料．
6.
製造業者．
b)
フライバイおよび重力アシスト・マヌーバを含む月ミッションに対しては，推進システムおよび生命維持システ
ムを使用する場合，これらのシステムから月の影響圏へ排出される生成物について，以下の内容を含め記載すること．
1.
主要な化学物質の定量的および定性的な説明
2.
微量な化学物質およびその量の提示

月：かつては、帰還カプセルの消毒、クルーを隔離して月の病原菌にかかっていないか確認、月の石を隔離して生命がいるか調べたりした → 今は軽微な対応13

２．月に関わる惑星保護方針

Ⅱa
ほぼ全ての領域（99%以上）
推進システムによって放出される有機物に限定Ⅱb
永久影領域（1%未満）
Shadowed Regions (PSRs) and the lunar poles, in particular latitudes south of 79°S andnorth of 86°N
完全な有機物目録が要求される推進システムおよび生命維持装置によって月環境に放出される可能性のある有機物、および宇宙船によって運ばれる総質量が1kgを超える有機物が含まれる。
月の惑星保護は負担軽減傾向。有人活動や、民間も含めた月面探査には追い風。
（ただし、ムーンビレッジ級は想定していないと思われる）
惑星保護要求として滅菌・洗浄は必要ないが、科学要求や安全面からは、その都度検討されるべき。

３．月面有人活動における微生物

・滅菌対象としての微生物
・共存対象としての微生物
・利用対象としての微生物（Ichijo+2016）(大西, 2007)

３．月面有人活動における微生物
滅菌対象としての微生物：基本方針（私見）：（現在の惑星保護方針では規定されていない部分の議論）・持ち込む量を少なくすること（その技術・設備をもっていること）

・想定していない種類を持ち込まないこと（その技術・設備をもっていること）
・微生物をモニターすること（その技術・設備をもっていること）

・必要に応じて滅菌すること（その技術・設備をもっていること）
・万が一に備えた対策を決めておくこと（その技術・設備をもっていること）

ムーンビレッジのようなステップでは、宇宙での医療行為に伴う滅菌も必要か(木村ら, 2022)
九州大学 林信哉 先生 ご提供

３．月面有人活動における微生物

宇宙利用に望ましい滅菌技術とは・効率的、効果的
・休眠細胞にも適用可能
・生体分子も分解可能
・探査機素材へ悪影響を与えない・無人運用可能・低残存性・特別な試薬を用いない・滅菌効果が検証可能（再現性があること）
宇宙探査イノベーションハブでは滅菌・検出研究を募集、実施中
研究テーマ

企業・機関名可搬型大気圧プラズマ表面消毒装置の開発とその効果を簡便に目視判定する新しいバイオロジカルインジケータの提案

九州大学

人と環境とに完全に安全無害な高速低温酸素プラズマ滅菌器 株式会社ウドノ医機
無菌化およびバイオシグニチャー物質の除去を目途とした探査機の高度洗浄技術

関西大学第9回研究提案募集（RFP）の課題設定に向けた情報提供の締切：2022年7月28日（木）３．月面有人活動における微生物
共存対象としての微生物：
ヒトが行くならば無菌は不可能

ISS与圧室内：ヒトの常在微生物が優占（Ichijo+2016）18

３．月面有人活動における微生物
共存対象としての微生物：

ISS水環境：モニタリング実施中

https://humans-in-space.jaxa.jp/kibouser/subject/life/70655.html

３．月面有人活動における微生物
利用対象としての微生物：（桜井, 2010; 下田, 2014）20

植物あるいは微生物機能で代替可

完全循環型生命維持システム（ECLSS）のイメージ (大西, 2007)

４．惑星保護と微生物利用の両立について生物、使い放題（ばらまき放題）でいいのだろうか→ これから考えていく必要がある
不必要に月面を汚染することは避けるべきであると思われる。
一方で、社会の形成には生物資源の利用は極めて有効である。
→きちんと区分けをすること、すなわち、隔離区画内で利用するけれども、ばらまかない、かつ、ばらまかれた際のリスクを下げること、が両立に向けたポイントか。
アルテミス合意（2020年10月）の中で、宇宙資源の保護やデブリの軽減など、8か国間で認識の共通化と署名が行われた

https://www.nasa.gov/specials/artemis-accords/img/Artemis-Accords-signed-13Oct2020.pdf
https://www.mext.go.jp/b_menu/activity/detail/2020/20201014.html

４．惑星保護と微生物利用の両立について
デイノコッカスの宇宙曝露（たんぽぽ計画）

https://microbewiki.kenyon.edu/index.php/File:D_radiodurans.jpg(Kawaguchi, Yamagishi et al., 2020)

遮光されている、あるいは菌体に500μmほどの厚みがあれば、数年-数十年ほどの期間、宇宙空間で生き残ることが示された

23

４．惑星保護と微生物利用の両立について
150

生存率 (% of control)

休眠細胞以外

125

休眠細胞

栄養細胞

連鎖体

異型細胞

休眠細胞

100
75

5025
N.D.

0Wetcondition

Drycondition

Dry + Heatcondition

乾燥耐性・乾熱耐性は、休眠細胞にのみ備わる
生存率 (%) =蛍光細胞数× 100
全藍藻細胞数同じ微生物種であっても細胞の状態によって耐性が異なる(Kimura, Tomita-Yokotani et al. Biol.
Sci. Space, 2015 and 2017)（筑波大横谷研の仕事）

24

４．惑星保護と微生物利用の両立について生長を制御できれば、容易・確実な滅菌も可能？
発芽促進

運動性細胞運動性細胞への分化促進

窒素固定細胞
Isopentenyladenine
trans-Zeatin※植物由来 (Hashidoko et al. 2019)(Kimura et al. 2020)

光合成細胞
発芽抑制

？
？
？

(Kimura in prep.)

低耐性

休眠細胞への分化促進

？
休眠細胞

高耐性

（筑波大横谷研・東大浅見研の仕事）※推定構造(Fisher & Wolk, Nature, 1976)(Hirosawa and Wolk, 1979)25

休眠研究を通した汚染リスクの少ない生命の開発も可能になるかもしれない26

５．まとめ惑星保護方針：現状は微生物汚染を防ぐことが主眼

日本が火星、木星の衛星エウロパ、土星の衛星エンケラドスに行くためには、滅菌バリデーション（定量的評価）バイオバーデン（生物汚染量）管理の技術の獲得が必要
月の惑星保護方針は負担軽減傾向。有人活動や、民間も含めた月面探査には追い風。
有人宇宙活動における微生物は、滅菌対象、共存対象、利用対象それぞれの側面がある。
月面において生物を使い放題（ばらまき放題）で良いかは、これから考えていく必要がある
生長を制御できれば、管理・滅菌がかなり楽になるのでは
謝辞：筑波大 横谷香織 博士、筑波大 市川創作 博士、東大 中嶋正敏 博士、
東大 浅見忠男 博士、JAXA 鈴木志野 博士、JAXA 稲富裕光 博士、ほか多くの方々