| 2022.10.21（金） |
ニワトリを加害するワクモの共生細菌群を解明
これまでと異なる作用機序を持つ駆除剤開発に
期待(農研機構、住化エンバイロメンタルサイエンス)
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ワクモ
1)はニワトリを吸血することにより、鶏卵生産量の減少などの被害をもたらすダニの一種だ。ワクモ駆除には市販殺虫剤を多用しているが、これら殺虫剤に対する抵抗性発達が大きな問題となっている。動物の血液を吸う害虫の多くは
共生細菌
2)を体内に持ち、この共生細菌を失うと生存できなくなる。農研機構と住化エンバイロメンタルサイエンス(株)は、ワクモの共生細菌群を解析し、駆除剤の作用点となり得る共生細菌を特定した。今後、共生細菌除去に有効な薬剤探索を進めることにより、既存殺虫剤とは異なる作用機序を持つワクモ駆除剤の開発が期待される。
ワクモはニワトリを吸血するダニの一種だが、この吸血によりニワトリはストレスを受けるだけでなく産卵数の減少などを引き起こし、その結果、養鶏産業に大きな被害•損失を与えている。ワクモの防除は、殺虫(ダニ)剤(以下、殺虫剤)を用いて行うが、近年は市販殺虫剤に対する抵抗性を獲得したワクモ個体群が増加しているため、既存の殺虫剤とは作用の仕組みが異なる殺虫技術の開発が強く求められている。
ワクモのように動物の血液を吸って成育する害虫の多くは、体内に 必須共生細菌 3)を持っている。動物の血液には害虫の成育に必須なビタミン類が不足しているため、必須共生細菌からビタミンを供給してもらわないと生存できないからだ。このためワクモの体内から必須共生細菌が失われると、ワクモは成育できずに死滅することが強く推測される。ワクモの必須共生細菌については、海外の研究において候補となる種がいくつかあることが示されていたが、特定されていなかった。
農研機構と住化エンバイロメンタルサイエンス(株)は、必須共生細菌に作用する新たなワクモ駆除剤を開発するために、まず標的となるワクモの必須共生細菌の特定を試みた。日本各地から収集したワクモの共生細菌群を同定し、共生細菌群を比較解析することにより、全地域のワクモ個体に共通する共生細菌が存在することを明らかにした。この共生細菌はワクモの生存に必須である必須共生細菌の可能性が極めて高いことから、新たなワクモ駆除剤の作用点となり得ることが期待される。
今後、この共生細菌の生存•増殖を抑制する化学薬剤の探索を進めることにより、既存殺虫剤に抵抗性となったワクモ個体に対しても殺虫効果を示す、新たなワクモ駆除剤の創出が期待される。
＜関連情報＞
予算 : 資金提供型共同研究
お問い合わせ先
研究推進責任者 : 農研機構生物機能利用研究部門所長 吉永 優
住化エンバイロメンタルサイエンス(株) 代表取締役社長 中嶋政裕
研究担当者 : 農研機構生物機能利用研究部門 昆虫利用技術研究領域グループ長補佐 渡部賢司
上級研究員 陰山大輔
主任研究員 西出雄大
広報担当者 : 農研機構生物機能利用研究部門 研究推進部研究推進室 笠嶋めぐみ
住化エンバイロメンタルサイエンス(株) 業務本部総務人事部 前田徹次
<詳細情報>
開発の社会的背景
ワクモ(Dermanyssus gallinae)は、鳥の血液を吸って生活しており、しばしば養鶏場で大繁殖するため世界中で問題となっているダニの一種である。ワクモはニワトリにストレスを与え、産卵数の減少を引き起こすなど経済的に大きな影響を与えている。
2017年に発表された論文(Sigognault Flochlay et al., URL: https://doi.org/10.1186/s13071-017-2292-4)では、ヨーロッパだけでワクモに起因するニワトリの被害額が2億ユーロ(約260億円)以上と報告されている。
ワクモは日本国内でも広く分布し、常に加害による大きな経済損失を引き起こしているため、養鶏場では殺虫剤による駆除を行っている。しかし、ワクモがこれらの殺虫剤に対する抵抗性を発達させてきたため、異なる作用機序を持った化学薬剤の創出など、新たな制御技術の開発が急務な状況だ。
研究の経緯
動物の血液のみで育つ害虫(吸血性害虫)は数多く知られているが、そのような害虫に共通するのは、必須共生細菌によるビタミンの供給が生存に必要であることだ。動物の血液はタンパク質や塩類を多く含む一方、ビタミンB類をほとんど含まない。そのため、吸血性害虫は共生細菌が合成したビタミンB類を補充することで、血液を餌として成育することができる。
こうした必須共生細菌を殺せば、害虫も殺せるので、必須共生細菌を標的とする薬剤を使用することで、新しい作用機序による害虫防除技術が開発できる。そのためにはワクモの必須共生細菌を特定する必要があった。ヨーロッパのワクモを用いた研究で、必須共生細菌の候補となる種がいくつか示されたが、特定されていなかった。また国内のワクモにおいては全く不明でした。そこで我々は日本国内からワクモを集め、体内の共生細菌群を特定した。
研究の内容•意義
1 日本国内16道県の養鶏場18カ所からワクモのサンプルを集めた。1カ所の養鶏場から8個体ずつ(計144個体)について、細菌の バーコード配列 4)を次世代シーケンサーで解析し、データベースに登録されている配列との照合から、どのような細菌がワクモに共生しているのかを明らかにした。
2 その結果、主要なワクモ共生細菌として(感染率の高い順に) Bartonella属細菌 5)(AとB)、Cardinium、Wolbachia、Tsukamurella、Micrococcus、Rickettsiellaが見つかった( 図1)。中でも今回調べた144個体では、全てBartonella属A( 図1の赤色)のバーコード配列が見られることが分かった。また、Bartonella属以外の細菌に、すべてのワクモ個体が持つ細菌はなかった。
このことから、Bartonella属細菌がワクモの必須共生細菌である可能性が示された。またヨーロッパのワクモが持つBartonella属細菌と今回得られたBartonella属細菌ではバーコード配列がとても似ていることから、地域を問わずワクモではBartonella属細菌が必須共生細菌である可能性がある。
3 昆虫やダニで 二次共生細菌(任意共生細菌) 6)として良く知られるCardiniumやWolbachiaは、北方の北海道や青森、南方の大分や鹿児島からは見つかりませんでしたので、ワクモの生存に必須ではないと考えられた。これらの地域間による共生細菌の違いについては、地点数を増やしたさらなる解析が必要だ。興味深いことに、今回得られたWolbachiaは、これまでに報告されているWolbachiaとは異なる、新たな系統であることも判明した( 図2)。
4 ヨーロッパでは、Rickettsiellaが必須共生細菌である可能性が示されていました(Price et al., 2021、URL: https://doi.org/10.3389/fmicb.2021.695346)が、日本国内でRickettsiellaを持つ個体は144個体中2個体しかいませんでしたので( 図1)、少なくとも日本国内のワクモでは、Rickettsiellaが生存には必須ではない可能性が高いと考えられる。
今後の予定•期待
生存に必須である可能性が極めて高いワクモの共生細菌としてBartonella属細菌が特定できました。この細菌をターゲットとした化学薬剤はワクモの防除に有効であると考えられる。今後はこの細菌に対する化学薬剤のスクリーニングなどを通して、ワクモ駆除剤の開発を行う予定だ。
また、栄養が偏った餌に頼っている昆虫やダニでは、共生細菌による栄養の供給が必要であることが知られている。今回のワクモ研究の成果を、共生細菌による栄養供給が必要な他の害虫にも応用することで、それらの害虫に対する新しい殺虫剤の開発も期待できる。
用語の解説
ワクモDermanyssus gallinae
ダニの1種で成長すると約1mmの大きさになる。ニワトリの血液を餌に生活し、大発生することによりニワトリの産卵数減少•死亡率の上昇などニワトリに重要な影響をもたらすことが知られている。世界中で問題になっているが、薬剤に対する抵抗性発達がみられるなど、防除が困難となっている。
共生細菌
宿主生物と共生している細菌全般を指す。宿主の体表、腸内、細胞内などさまざまな部位に共生する細菌が存在する。宿主の生存を支える必須共生細菌のような有益な細菌や、宿主に一方的に寄生するような細菌など、宿主へさまざまな影響を与える。
必須共生細菌
宿主生物の成育、繁殖などに必須な共生細菌を指す。宿主により必須共生細菌も異なるため、宿主ごとに共生細菌を特定する必要がある。
バーコード配列
多型のある特定の領域のDNA配列のことを指す。本研究では細菌が持つ16S rRNAという配列を読み、既存のデータベースと照合することで、ワクモにどのような共生細菌がいるのかを調べた。
Bartonella属細菌
α-プロテオバクテリアに属する細菌で、動物の細胞内に寄生するものも多く存在する。Bartonella属の細菌にはヒトを含む動物に病原性(ネコひっかき病、塹壕熱など)を示す種が知られているが、本研究で特定したワクモに共生するBartonella属細菌は分子系統学的にそれらとは明確に区別されることが分かっている。
二次共生細菌(任意共生細菌)
宿主生物の生存に必須な細菌ではありませんが、共生している細菌を指す。この中には宿主の性をメスだけに変えてしまうなど、宿主の生活に大きな影響を与える共生細菌もある。
発表論文
Genetic Variations and Microbiome of the Poultry Red Mite Dermanyssus gallinae. Yudai Nishide, Takafumi N. Sugimoto, Kenji Watanabe, Hiroshi Egami, Daisuke Kageyama. Frontiers in Microbiology.
Doi: 10.3389/fmicb.2022.1031535
参考図
図1ワクモから見つかった共生細菌群.
16道県、18養鶏場から採集したワクモ144個体から見つかった共生細菌について、それぞれの細菌種を持つ個体の割合を示した。個体の解析から得られた全バーコード配列の1%以上がその細菌種由来であった場合に、個体はその細菌種を持つと判定した。
図2Wolbachiaの系統樹.
今回見つかったワクモWolbachia(赤字)は、既知のWolbachiaとは異なる系統でした。系統樹は生物の遺伝的関係を表したもので、近縁な種は近くに示される。
ワクモはニワトリを吸血するダニの一種だが、この吸血によりニワトリはストレスを受けるだけでなく産卵数の減少などを引き起こし、その結果、養鶏産業に大きな被害•損失を与えている。ワクモの防除は、殺虫(ダニ)剤(以下、殺虫剤)を用いて行うが、近年は市販殺虫剤に対する抵抗性を獲得したワクモ個体群が増加しているため、既存の殺虫剤とは作用の仕組みが異なる殺虫技術の開発が強く求められている。
ワクモのように動物の血液を吸って成育する害虫の多くは、体内に 必須共生細菌 3)を持っている。動物の血液には害虫の成育に必須なビタミン類が不足しているため、必須共生細菌からビタミンを供給してもらわないと生存できないからだ。このためワクモの体内から必須共生細菌が失われると、ワクモは成育できずに死滅することが強く推測される。ワクモの必須共生細菌については、海外の研究において候補となる種がいくつかあることが示されていたが、特定されていなかった。
農研機構と住化エンバイロメンタルサイエンス(株)は、必須共生細菌に作用する新たなワクモ駆除剤を開発するために、まず標的となるワクモの必須共生細菌の特定を試みた。日本各地から収集したワクモの共生細菌群を同定し、共生細菌群を比較解析することにより、全地域のワクモ個体に共通する共生細菌が存在することを明らかにした。この共生細菌はワクモの生存に必須である必須共生細菌の可能性が極めて高いことから、新たなワクモ駆除剤の作用点となり得ることが期待される。
今後、この共生細菌の生存•増殖を抑制する化学薬剤の探索を進めることにより、既存殺虫剤に抵抗性となったワクモ個体に対しても殺虫効果を示す、新たなワクモ駆除剤の創出が期待される。
＜関連情報＞
予算 : 資金提供型共同研究
お問い合わせ先
研究推進責任者 : 農研機構生物機能利用研究部門所長 吉永 優
住化エンバイロメンタルサイエンス(株) 代表取締役社長 中嶋政裕
研究担当者 : 農研機構生物機能利用研究部門 昆虫利用技術研究領域グループ長補佐 渡部賢司
上級研究員 陰山大輔
主任研究員 西出雄大
広報担当者 : 農研機構生物機能利用研究部門 研究推進部研究推進室 笠嶋めぐみ
住化エンバイロメンタルサイエンス(株) 業務本部総務人事部 前田徹次
<詳細情報>
開発の社会的背景
ワクモ(Dermanyssus gallinae)は、鳥の血液を吸って生活しており、しばしば養鶏場で大繁殖するため世界中で問題となっているダニの一種である。ワクモはニワトリにストレスを与え、産卵数の減少を引き起こすなど経済的に大きな影響を与えている。
2017年に発表された論文(Sigognault Flochlay et al., URL: https://doi.org/10.1186/s13071-017-2292-4)では、ヨーロッパだけでワクモに起因するニワトリの被害額が2億ユーロ(約260億円)以上と報告されている。
ワクモは日本国内でも広く分布し、常に加害による大きな経済損失を引き起こしているため、養鶏場では殺虫剤による駆除を行っている。しかし、ワクモがこれらの殺虫剤に対する抵抗性を発達させてきたため、異なる作用機序を持った化学薬剤の創出など、新たな制御技術の開発が急務な状況だ。
研究の経緯
動物の血液のみで育つ害虫(吸血性害虫)は数多く知られているが、そのような害虫に共通するのは、必須共生細菌によるビタミンの供給が生存に必要であることだ。動物の血液はタンパク質や塩類を多く含む一方、ビタミンB類をほとんど含まない。そのため、吸血性害虫は共生細菌が合成したビタミンB類を補充することで、血液を餌として成育することができる。
こうした必須共生細菌を殺せば、害虫も殺せるので、必須共生細菌を標的とする薬剤を使用することで、新しい作用機序による害虫防除技術が開発できる。そのためにはワクモの必須共生細菌を特定する必要があった。ヨーロッパのワクモを用いた研究で、必須共生細菌の候補となる種がいくつか示されたが、特定されていなかった。また国内のワクモにおいては全く不明でした。そこで我々は日本国内からワクモを集め、体内の共生細菌群を特定した。
研究の内容•意義
1 日本国内16道県の養鶏場18カ所からワクモのサンプルを集めた。1カ所の養鶏場から8個体ずつ(計144個体)について、細菌の バーコード配列 4)を次世代シーケンサーで解析し、データベースに登録されている配列との照合から、どのような細菌がワクモに共生しているのかを明らかにした。
2 その結果、主要なワクモ共生細菌として(感染率の高い順に) Bartonella属細菌 5)(AとB)、Cardinium、Wolbachia、Tsukamurella、Micrococcus、Rickettsiellaが見つかった( 図1)。中でも今回調べた144個体では、全てBartonella属A( 図1の赤色)のバーコード配列が見られることが分かった。また、Bartonella属以外の細菌に、すべてのワクモ個体が持つ細菌はなかった。
このことから、Bartonella属細菌がワクモの必須共生細菌である可能性が示された。またヨーロッパのワクモが持つBartonella属細菌と今回得られたBartonella属細菌ではバーコード配列がとても似ていることから、地域を問わずワクモではBartonella属細菌が必須共生細菌である可能性がある。
3 昆虫やダニで 二次共生細菌(任意共生細菌) 6)として良く知られるCardiniumやWolbachiaは、北方の北海道や青森、南方の大分や鹿児島からは見つかりませんでしたので、ワクモの生存に必須ではないと考えられた。これらの地域間による共生細菌の違いについては、地点数を増やしたさらなる解析が必要だ。興味深いことに、今回得られたWolbachiaは、これまでに報告されているWolbachiaとは異なる、新たな系統であることも判明した( 図2)。
4 ヨーロッパでは、Rickettsiellaが必須共生細菌である可能性が示されていました(Price et al., 2021、URL: https://doi.org/10.3389/fmicb.2021.695346)が、日本国内でRickettsiellaを持つ個体は144個体中2個体しかいませんでしたので( 図1)、少なくとも日本国内のワクモでは、Rickettsiellaが生存には必須ではない可能性が高いと考えられる。
今後の予定•期待
生存に必須である可能性が極めて高いワクモの共生細菌としてBartonella属細菌が特定できました。この細菌をターゲットとした化学薬剤はワクモの防除に有効であると考えられる。今後はこの細菌に対する化学薬剤のスクリーニングなどを通して、ワクモ駆除剤の開発を行う予定だ。
また、栄養が偏った餌に頼っている昆虫やダニでは、共生細菌による栄養の供給が必要であることが知られている。今回のワクモ研究の成果を、共生細菌による栄養供給が必要な他の害虫にも応用することで、それらの害虫に対する新しい殺虫剤の開発も期待できる。
用語の解説
ワクモDermanyssus gallinae
ダニの1種で成長すると約1mmの大きさになる。ニワトリの血液を餌に生活し、大発生することによりニワトリの産卵数減少•死亡率の上昇などニワトリに重要な影響をもたらすことが知られている。世界中で問題になっているが、薬剤に対する抵抗性発達がみられるなど、防除が困難となっている。
共生細菌
宿主生物と共生している細菌全般を指す。宿主の体表、腸内、細胞内などさまざまな部位に共生する細菌が存在する。宿主の生存を支える必須共生細菌のような有益な細菌や、宿主に一方的に寄生するような細菌など、宿主へさまざまな影響を与える。
必須共生細菌
宿主生物の成育、繁殖などに必須な共生細菌を指す。宿主により必須共生細菌も異なるため、宿主ごとに共生細菌を特定する必要がある。
バーコード配列
多型のある特定の領域のDNA配列のことを指す。本研究では細菌が持つ16S rRNAという配列を読み、既存のデータベースと照合することで、ワクモにどのような共生細菌がいるのかを調べた。
Bartonella属細菌
α-プロテオバクテリアに属する細菌で、動物の細胞内に寄生するものも多く存在する。Bartonella属の細菌にはヒトを含む動物に病原性(ネコひっかき病、塹壕熱など)を示す種が知られているが、本研究で特定したワクモに共生するBartonella属細菌は分子系統学的にそれらとは明確に区別されることが分かっている。
二次共生細菌(任意共生細菌)
宿主生物の生存に必須な細菌ではありませんが、共生している細菌を指す。この中には宿主の性をメスだけに変えてしまうなど、宿主の生活に大きな影響を与える共生細菌もある。
発表論文
Genetic Variations and Microbiome of the Poultry Red Mite Dermanyssus gallinae. Yudai Nishide, Takafumi N. Sugimoto, Kenji Watanabe, Hiroshi Egami, Daisuke Kageyama. Frontiers in Microbiology.
Doi: 10.3389/fmicb.2022.1031535
参考図
図1ワクモから見つかった共生細菌群.
16道県、18養鶏場から採集したワクモ144個体から見つかった共生細菌について、それぞれの細菌種を持つ個体の割合を示した。個体の解析から得られた全バーコード配列の1%以上がその細菌種由来であった場合に、個体はその細菌種を持つと判定した。
図2Wolbachiaの系統樹.
今回見つかったワクモWolbachia(赤字)は、既知のWolbachiaとは異なる系統でした。系統樹は生物の遺伝的関係を表したもので、近縁な種は近くに示される。
