世界で最も放射線に強い細菌 Deinococcus radiodurans
山岸

放射線滅菌した缶詰から発見

明彦 1 ＊・河口優子 2われた（図 1）．国際宇宙ステーションの進行方向には宇宙空間で実験を行う場所が設置されており，そこは曝露

Deinococcus radiodurans，種小名の radio は放射線のこと，durans は耐性の意味，文字通り放射線耐性とい部と呼ばれる 7)．曝露部に，エックスハムという曝露装う意味の名前がついた細菌である．この細菌は缶詰を放性菌（プロテオバクテリア）やグラム陽性菌（バシルス）

1 年間宇宙環境に曝した．曝露パネルには曝露ユニットを 20 個並べてある．曝露ユニットには FP の直径のアルミの板に直径PPの穴を多数あけて，その穴にD.
radiodurans を詰め込んで宇宙曝露実験を行った 8)．
曝露パネルをアメリカのスペース X 社のロケットに乗せて 2015 年 4 月に打ち上げ，国際宇宙ステーションに運んだ．曝露パネル 3 枚をエックスハムの宇宙を向いたなど多くの細菌の門とは系統的にかなり異なる細菌であ面に設置して，エックスハムを宇宙空間に出し，曝露部ること，細菌のなかでも初期に分岐した 'HLQRFRFFXVの一番端に設置した．1 年後に曝露パネル 3 枚の内の 1

射線で滅菌したあとでも生き残った細菌として単離された 1)．最初は Micrococcus radiodurans と呼ばれていた．

1980 年代，遺伝子の研究が進み，微生物の系統を 16S
U51$ 遺伝子の配列で解析するようになった．その結果，この細菌は新属 Deinococcus となり，いわゆるグラム陰2)

7KHUPXV 門に属していることがわかった ．
なんでこんなに強いのか：乾燥耐性が由来？

置が設置された．エックスハムに曝露パネルを設置して，枚を国際宇宙ステーション内に取り込み，宇宙カプセルにいれて地上に帰還させた 8)．
宇宙で 1 年間生き延びた菌

この菌は *\ という地上では存在しないほどの強度の放射線にも耐える 3)．ちなみに人の半致死線量は宇宙空間は真空で，放射線や紫外線が強く，温度も変*\ であるからその 1000 倍以上の耐性である．原子炉化する．微生物が 1 細胞程度の厚みで紫外線にあたるとの中ならば，これくらいの放射線量の場所があるが，死んでしまう．そこで，筆者らは D. radiodurans の細胞自然環境の線量はこれよりもはるかに低い．なぜ D.

層を紫外線があたる宇宙空間に曝露した．その結果，細radiodurans がこのような放射線耐性を獲得したのかは胞層の厚さが PP では死んでしまうが，PP の厚みがあると 1 年間生存することがわかった．さらに驚不明であった．
この菌は放射線だけでなく，紫外線にも，乾燥にも耐くべきことに，宇宙空間で紫外線に曝露した時の生存率性を持っている．乾燥耐性を失った変異株を単離するが，宇宙空間でも暗所に置いたとき，宇宙といっても飛と，同時に放射線耐性も失われていることから，乾燥地行士がいる宇宙船内に置いた時，あるいは地上の実験室で生存する耐性を獲得した菌がたまたま放射線にも耐性においた時とあまり変わらなかった．になったと解釈されている 4)．しかし，紫外線ならば D.
5)

曝露した 3 枚の曝露パネルの内の 2 枚目が，2 年間のradiodurans を数分で殺す環境もある ．D. radiodurans

宇宙曝露の後に 2017 年 9 月に地上に戻ってきて，解析が放射線耐性を獲得した真の要因は紫外線耐性であるとが進んでいる．さらに 2018 年には 3 年間宇宙曝露した

6)

いう可能性もあるようにおもう ．
宇宙実験「たんぽぽ計画」
さて，筆者らのグループは世界でもっとも放射線に強曝露パネルが地上に戻る予定である．2 年目，3 年目の生存率が 1 年目に比べて変わらなければ D. radioduransはかなり長期間宇宙空間で生存可能であるということがわかる．2 年目 3 年目の生存率がどんどん低下するよういこの菌を宇宙に持って行って，宇宙環境で生存できるであれば，D. radiodurans は思ったほど宇宙で長生きでかどうかの実験を行った．この実験は 1 周約 90 分で地きないことになる．そのどちらなのかということを検証

球の NP 上空を周回する国際宇宙ステーションで行することが「たんぽぽ計画」の目的である 8)．

著者紹介

生物工学

1
2

東京薬科大学生命科学部（名誉教授） (PDLO\DPDJLVK#WR\DNXDFMS
千葉工業大学（研究員） (PDLONDZDJXFKL#SHUFLWFKLEDDFMS

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生物材料インデックス

図 1．国際宇宙ステーションは矢印の方向へ，約 90 分に一回地球を周回している．進行方向前方に曝露部とよばれる部分があり，その端にエックスハムとよばれる汎用曝露装置が設置されている．エックスハムの宇宙へ向いた面に曝露パネルが設置されている．
曝露パネルは 20 の曝露ユニットからなり，その断面を見ると，窓材の下にアルミ板が設置されている．アルミ板には直径 PP の穴が多数開けられ，穴には異なった厚さで D. radiodurans の菌体が充填されている．アルミ板には板を貫通する穴もあり，内部が裏側へ通じて真空になるようになっている．上段左，上段右，下段右は 1$6$-$;$．

微生物凝集体，バイオフィルムこそが強さの秘密
微生物が厚ければ生存する．表層の微生物は死滅するが，その下に守られた微生物細胞は生存する．ある意味

二本鎖切断は相同組換えで修復されるが，非相同末端修復は修復に関与していないと考えられる．
複数コピーのゲノム当然とも言える実験であるが，これまで紫外線耐性を試修復される前のゲノム '1$ はどうなっているのか？

験する実験では細胞 1 層で実験するのが普通で，厚い細宇宙から戻った菌体のゲノムを調製して 8 塩基認識の制胞層での実験は行われなかった．しかし，よく考えてみ限酵素 Not I で切断後パルスフィールドゲル電気泳動をれば微生物がバイオフィルムを形成することはよく知ら用いて分析した．すると，宇宙空間に曝露した菌のれている．筆者らが大気圏上空で単離した Deinococcus'1$ がずたずたに切れていることがわかった．野生型

aerius も凝集体形成能はきわめて強く，紫外線にも強いであれば宇宙空間に曝露しなかった菌と同じ程度の生存

7)菌であった ．宇宙実験では人工的に厚いバイオフィル率を示したのであるから，ずたずたに切れた '1$ は地ムを形成して生存実験を行ったが，自然界でもバイオ球帰還後培養を始めた時に修復されたことになる．

フィルム形成が紫外線耐性の仕組みの一つと考えてはいD. radiodurans は複数コピー（8 コピー程度）のゲノムを持っていることが以前より知られている 9)．'1$けないだろうか？

DNA 修復酵素
D. radiodurans にはいくつかの遺伝子修復系が知られている．そこで，どの遺伝子が宇宙生存に重要かということを探るため，'1$ 修復遺伝子の変異株を宇宙空間の修復時，特に相同組換え機構を用いた修復では，複数コピーのゲノム '1$ の存在が有利に働いているはずである．これもまた，D. radioduras の強さの秘密であろう．

SOD，マンガン，カロチノイドに曝露した．それらは，相同組換えの変異株，非相同末

さて，まだきちんと説明をしていなかった点として，端修復の変異株，塩基除去修復の変異株である．相同組なぜ宇宙空間で曝露した菌と地上で保存した菌が同じよ換えの変異株，塩基除去修復の変異株は，野性株に比べうに生存率を低下させたかという問題がある．置かれたて生存率が低下していた．非相同末端修復の変異株は野環境によって微妙な差があるが，1 年間置いた場合，い生株と同等の生存率であった．すなわち，宇宙で生じるずれの場所でも 10 から数％の生存率であった．つまり，

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宇宙空間でなくても空気中に乾燥した状態で置いておく

ヒトの発がんを抑える？と， そ れ な り に 生 存 率 は 低 下 し て し ま う の で あ る．

'1$ 修復変異株では地上で乾燥した状態で置いておいさて，放射線，紫外線，酸化環境はがんを引き起こすた場合でも生存率は野生型株にくらべて低下していた．

原因と考えられている．最強の菌 D. radiodurans．このつまり，地上で乾燥した状態でも塩基の損傷や '1$ 鎖菌の持つさまざまな機構は，放射線だけでなく，紫外線，の切断がおこっていることになる．

乾燥，酸化環境に対して耐性となるのに役立っている．

乾燥状態でどのような機構で塩基損傷や '1$ 鎖の切その仕組みをヒトに応用できないだろうか？がんを治断がおきるのかは必ずしも明確ではないが，おそらく酸すのではなく，発がんを抑える仕組みができないであろ素から生成する活性化酸素（スーパーオキシド）がこれうか？

らの作用を示すのではないかと考えられている

10)．

活 性 化 酸 素 に 対 す る 耐 性 に は，62'（6XSHUR[LGHGLVPXWDVH）やマンガン，カロチノイドが関与している可能性がある．62' はどの生物も持つ酵素であり，その機能はよく知られている 11)．マンガンは二価金属イオンであるが，その還元型が多量に D. radiodurans に含まれることが知られていて，これが活性化酸素除去に寄与しているのではないかと推定されている 12)．
さらに，D. radiodurans の菌体はオレンジ色をしており，4 種類のカロチノイドを含んでいる．まだ直接の証
拠はないが，カロチノイドもまた，活性化酸素除去を通して，乾燥耐性に関与しているのかもしれない 13)．

生物工学

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