海の底での生活は大変です。特にスポンジのように動けなくなっているときはそうです。海流が先史時代の生き物たちを引っ張ります。浅いサンゴ礁では、強烈な紫外線が降り注ぎます。いくつかの種は北極海で繁栄し、寒さで死にそうになってそこに住んでいます。実際、海綿動物は完璧な犠牲者になります。彼らは泳いで逃げません。彼らは動きさえしません。しかし、魚はその横を軽々と通り過ぎていきます。致命的なガラガラ舌で武装したカタツムリでさえ、ストイックな地上の住人を撃退します。スポンジを小さくすることはできません。彼らは最古の動物生命体であり、暑さ、干ばつ、さらには地球の氷結など、地球上のあらゆる災害を生き延びてきました。スポンジは、必要に応じて、流氷の下の海の奥深くまで持ちこたえました。科学者たちは、なぜこれらの奇妙な生き物がこれほど頑丈であるのか、そして何百万年にもわたって彼らを救ってきた不老不死の秘薬について長年疑問を抱いてきました。彼らは今その答えを見つけました。これにより、この奇妙な海洋生物を抗生物質などの新薬に利用する機会が得られました。何年にもわたる幻滅を経て、海洋からの医薬品の研究は現在復活を遂げています。
ヒーリングケミカルクラブ
いくつかの海綿動物は、太鼓腹の肉厚なワイン樽のようにサンゴ礁を飾っています。溶けたカマンベールのように石にくっつくものもある。他のものは、泥の堆積物から槍のように、長さ3メートルの鉤状の棒のように突き出ています。それらはそれぞれ異なりますが、共通点が 1 つあります。それぞれの種には、凍結から身を守るための糖タンパク質、捕食者を怖がらせる毒、または外皮で細菌が過剰に増殖するのを防ぐ抗生物質化合物など、独自の生存カクテルがあります。
スポンジは動かないかもしれませんが、無防備ではありません。彼の化学クラブは非常に効果的だからです。ホメロスの同時代の戦士たちはすでにこの恩恵を受けていました。ギリシャの戦士たちは、出血している亀裂や化膿した傷にスポンジを包帯として押し当てました。しかし、どの物質が治癒効果の背後にあるのかは誰も知りませんでした。研究者が海洋医学実験室をさらに深く掘り下げるようになったのは 1970 年代になってからです。彼らは、新しい有効成分、医薬品、抗生物質、抗がん剤の供給者である有望な生物を探しています。物質の中には、病原体を死滅させたり、腫瘍を縮小させたりするなど、臨床試験で成功したことが証明されたものもあります。
このような成功に刺激されて、1990 年代半ばには麻薬研究者たちは積極的に幸福感に浸っていました。研究者らはあらゆる海に潜り、海綿動物、カタツムリ、被嚢動物やホヤなどの他の無脊椎動物を収集した。独自のパーソナルカクテルもあります。科学者たちは組織から化合物と重要なタンパク質を抽出しました。熱帯のイモガイ Conus magnus は世界的に有名になりました。ゆっくりと這う軟体動物は矢で小魚の脇腹に毒を投げつける。犠牲者は動かずに地面に倒れる。有効成分コノトキシンは、厳格な臨床試験段階をすべて通過しました。このカタツムリ毒は「プリアルト」という名前で強力な鎮痛剤として約３年前から市販されている。それは合成的に製造されており、アヘン剤とは異なり、中毒性はありません。
しかし、他の多くの有効成分はあまり成功しませんでした。欠点: コノトキシンとは異なり、実験室で人工的に再現することができません。生体分子は複雑すぎます。それらは海で採取されなければなりません。残念ながら、海綿動物とその近縁種は、少量の化学物質やタンパク質でなんとかやっていけます。したがって、工業生産には大量の新鮮な材料が必要になります。たとえば、抗腫瘍剤の可能性があるハリコンドリン B は、1 トンの海綿リソデンドリックスからわずか 300 ミリグラムしか絞り出すことができません。有効成分に対する大きな幸福感の後には、猫の悲惨さが続きました。研究室の棚には興味深い物質がたくさんありましたが、大規模に生産できる物質はほとんどありませんでした。結局のところ、水産養殖（水槽内での繁殖）が成功したのは数例のみでした。例外は、角サンゴ Pseudopterogorgia elisabethae です。この壊れやすい生き物は、浮遊粒子を捕まえるために扇のように指を流れに伸ばします。角サンゴは、化粧品用の抗炎症物質であるシュードプテロシンを提供します。成長が早いので大量に収穫できます。そうしないと、「海の薬局」は閉店したままになってしまいそうだった。
現在、海洋での有効成分の探索は新たな勢いを受けています。特に、生物工学的手法が過去 10 年間で大幅に開発されたためです。研究者らは、海洋生物のゲノムから有望な遺伝子、つまり特定のタンパク質の設計図を含む DNA 部分を系統的に探している。タンパク質は、代謝と、薬として適した物質を含む特定の物質の生成または分解を制御します。研究者らは遺伝子を単離し、実験室で定番の大腸菌などの繁殖細菌に導入しようとしている。移植された遺伝子のおかげで、この細菌は糖尿病患者のために人工インスリンを産生します。海洋生物の有効成分遺伝子でも同じことができます。
毒は従者から来る
第二に、研究者らは海綿動物やその他の海洋生物の生存カクテルをめぐる謎を解明しました。これまで、抗生物質の化合物や毒がどこから来たのかは不明なことが多かった。もちろん、一部の生物は食物からその重要な防御毒素を摂取します。そして、Conus magnus は独自の毒も生成します。しかし、これは多くのカタツムリやカイメンには当てはまりません。現在、サブテナント、特に細菌がこの物質を生産するという証拠が得られています。彼らは、抗生物質または腫瘍阻害剤、いわゆる細胞増殖抑制剤の供給者として知られています。微生物学者は、抗がん剤ドラスタチンがカタツムリ Dolabella auricularia から直接得られるのではなく、その背中のシアノバクテリアから得られることを発見しました。
キールの海洋研究所IFM-Geomarの微生物学教授であり、同有効成分センター所長のヨハネス・イムホフ氏は、「可能性はまだまだ尽きない」と語る。今、物事は急速に進んでいます。研究者らは特に海綿動物を微生物学的エルドラドとみなしている。一部の種では、細菌が体重の半分を占めます。平均的なスポンジには数十種の細菌が生息しています。 9000 種の海綿種が知られています。専門家らはさらに6,000種の未発見の種が存在すると予想している。細菌のプールもそれに応じて大きくなる可能性があります。
サンゴ礁でのダイビングで
ユート・ヘンシェルは、この眼底がどのように見えるかを調べています。ヴュルツブルク大学の海洋生物学者は、とりわけ、細胞増殖抑制作用を持つ抗生物質化合物の供給者である放線菌や連鎖菌などの細菌群を探している。ヘンシェル社の従業員は年に数回アドリア海に旅行し、新鮮な実験動物を求めて潜水します。時折、生物学者はフロリダに飛び、中国、イタリア、コロンビアの研究者らとともに「スワード・ジョンソン号」に乗船することもある。ハーバーブランチ海洋研究所の調査船は、深さ数千メートルの暗闇に急勾配で続くサンゴ礁、マングローブ林、大陸の斜面を目指します。ダイビングエリアでは、ウテ・ヘンシェルはサンゴ礁の上を滑空し、きらめく魚や色とりどりのサンゴの絡み合いの中から新しい海綿動物、刺胞動物、藻類、クラゲを探します。ヘンシェルさんは獲った獲物をバケツに入れて船に持ち帰ります。彼女はそれらのいくつかを船上で直接検査します。より広範な分析はヴュルツブルクの従業員によって実行されます。冷蔵庫サイズの分析装置を使用して、ピューレ状のスポンジ素材に含まれる有望な成分を含む興味深い細菌を検索します。多くの種類の細菌は似ているため、顕微鏡はほとんど役に立ちません。役立つ唯一のことは、遺伝物質を再検討することです。ヘンシェル氏の同僚であるクリスティーナ・バイエル氏は、「16S DNA 分析」を使用して、まず海綿果肉に実際にどの種が含まれているかを調査しました。すべての細菌種は、そのゲノム内に 16S DNA 遺伝子を持っています。この遺伝子の一部はすべての種で同じですが、その他の部分は人によって異なります。
分析装置は、サンプルからすべての 16S DNA 構成要素を次々に見つけ出し、どの細菌のグループが溶液中を泳いでいるのかを明らかにします。次に研究者らは、抗生物質の生産に使用されるタンパク質のコードを含む放線菌の遺伝子など、特定の種類の遺伝子を探します。ヴュルツブルクの人々は、すでに知られている有効成分の変種、たとえば人間がまだ耐性を持っていないものに特に興味を持っています。遺伝子分析には大きな利点があります。科学者は細菌を培養することなく、有効成分に関する重要な情報を得ることができます。遺伝学者のペットである腸内細菌である大腸菌ほど手入れが簡単な細菌はごくわずかな種類しかないため、それは難しいだろう。ヘンシェル氏: 「実験室で培養できる海洋細菌種は全体の 1 パーセント未満です。」そこで科学者らは、エシェリヒア属などの「宿主生物」に有望な遺伝子を移植している。その後、ペトリ皿または細胞培養により、新しい有効成分が実際に感染性細菌を殺すか、腫瘍の進行を遅らせるかどうかがわかります。
グライフスヴァルト大学のトーマス・シュヴェーダー氏も、生物のゲノムを調べています。現時点で最も興味深い動物の 1 つは、深海チューブワームの Riftia pachyptila です。この単純な生き物は息を呑むようなペースで成長し、体長は最大 3 メートルに達します。それも不思議ではありません。リフティアは栄養豊富な黒人喫煙者、つまり海底にある 300 度を超える魔女の台所の近くで繁栄しています。シュヴェーダーにとって、共生細菌がワームに生息しているリフティアは特にエキサイティングです。リフティアは栄養豊富な水を持ち込むことでバクテリアを供給します。この細菌は、硫化水素、二酸化炭素、その他の物質（炭水化物など）から線虫の「食物」を生成します。この共生は古くからあり、リフティアは良くも悪くもバクテリアに依存しています。微生物食料供給業者の働きにより、リフティアの腸はほぼ完全に後退した。医薬品研究者は、このような緊密な共生に特に焦点を当てています。主要なテナントが快適に感じている場所には、競合他社も実際に入居する必要があります。しかし、リフティアのように、船内に共生生物が 1 体しかいない場合は、通常、興味深い防御物質が関与しています。線虫の場合、これらは抗生物質または細胞増殖抑制剤と言えます。
極端な場所での検索
シュヴェーダー博士は、しばらくの間、この細菌の遺伝子とタンパク質を比較してきました。彼は、どの遺伝子がいつ活性化し、単細胞生物が特定のタンパク質をいつ生産するかに興味を持っています。なぜなら、生物は必要なつながりだけを作り出すからです。バイオテクノロジー者は、細菌が特定の時期に特定の物質を合成する理由を理解しようとします。彼は、なぜこの生き物がリフティアで特に快適に感じられるのかを明らかにしたいと考えています。 「遺伝子を調べるだけでは十分ではありません」とシュヴェーダー氏は言う。 「その生物をその生息地で観察する必要があります。」シュヴェーダーのレシピ: 極端な場所での探索。 「そこでは有望な物質を扱う専門家を見つけることができます」と彼は言います。ほんの 15 年前には、状況は異なって見えました。明るい警戒色を持つ生物は希望があると考えられていました。コヌス・マグヌス搭載兵器のような毒が流行した。 「もちろん、他の多くの、一見それほど壮観ではない生物も、時間をかけて研究されてきました」とシュヴェーダー氏の同僚のウルリケ・リンデクイスト氏は言う。たとえば、スペインの企業Pharmamarは、軟部組織腫瘍に対する治療薬「Yondelis」を市場に投入した。有効成分エクテイナサイジン 743 は、もともと目立たない被膜類 Ecteinascidia turbinata に由来します。現在では合成的に生産されることもあります。リンデクイスト氏はすでに、多剤耐性菌から身を守る薬剤など、さまざまな製剤を研究室で作成している。手術中に傷を負ってしまうことがよくあります。そして、それらはほとんどの従来の有効成分に対して耐性があるため、それらと戦うのは困難です。しかし、病原体はリンデクイストの研究室からの藻類調製物に対して耐性を持っていません。現在は軟膏として市販されています。手術前に皮膚に塗り込みます。
フライブルク・イム・ブライスガウの腫瘍生物学クリニックの ProQinase 社は、異なるアプローチを採用しています。同社は「プロテインキナーゼ」を制御する薬剤を探している。これらのタンパク質は、望ましくない腫瘍の増殖など、人体の細胞分裂および成長プロセスを制御します。研究リーダーのマイケル・クブタット氏は「プロテインキナーゼはがんをうまく制御する鍵となる」と語る。 「特定のプロテインキナーゼを特異的に阻害することに成功すれば、腫瘍と効率的に戦うことができるでしょう。」人間の体内では約 500 種類のプロテインキナーゼが連携して働きます。おそらく、腫瘍の増殖を制御しているのはほんのわずかであると考えられます。したがって、有効成分はこれらのプロテインキナーゼにのみ影響を与える必要があります。クブタット氏と彼の同僚はそのような物質を探している。これを行うために、彼らは合成的に生成された有効成分分子を検査しますが、海から得た分子も使用します。
キノコは白血病に効果がある
BMBFが資金提供するビオテクマリン・コンピテンス・センターの研究者らは、地中海海綿イルシニア・ファシキュラタから真菌ペニシリウム・クリソゲナムを抽出した。白血病の原因物質が生成される可能性があります。発酵槽からはまだ約 100 グラムの物質しか吐き出されません。しかし、前臨床段階のテストではこれで十分です。 「1 キログラムのスポンジで、1 日あたり 1 トンの水を汲み上げてろ過します」と、ビオテクマリンのマネージング ディレクターであり、マインツ大学の応用分子生物学の教授でもあるヴェルナー EG ミュラー氏は言います。 「そして、1 ミリリットルの水には、潜在的に有害な細菌を大量に含む、最大 100,000 個の細菌が含まれています。」感染を完全に防御してこの状況を生き延びられるのは動物だけです。ミュラー氏は、有効成分の供給者を追跡するだけではありません。小さなケイ酸塩の針から奇妙な骨格を成長させる海綿の種を知っています。数年前、彼は海水に溶けたシリカを精密なケイ酸塩に変換するスポンジタンパク質を発見した。バイオシリケートは、骨芽細胞などの人体細胞と理想的に適合します。バイオシリケートでコーティングされたプロテーゼは、骨芽細胞がドッキングしやすくなる可能性があります。骨の成長が早くなるでしょう。完全にバイオシリケートで作られたインプラントは、時間の経過とともに自然に溶解することさえあります。人工組織は患者の体内に残りません。スポンジの力が素晴らしい働きをしてくれます。 ■
ティム・シュレーダー著
タイトルなし
コンパクト
· 研究者はバイオテクノロジーの手法を使用して、実験室で海洋動物から有効成分を生産しようとしています。
· スポンジは治癒物質の特に豊富な供給源です。
· 医師が興味を持っている海洋生物の大部分はまだ未調査です。
トーマス・シュヴェーダー
ロストック出身の彼（1964 年生まれ）は、グライフスヴァルト大学で生物学を学びました。博士号取得後、1994 年から 1995 年までスタンフォード大学医学部に勤務しました。その後、故郷のメクレンブルク・フォアポンメルン州に戻り、2001 年にリハビリテーションを完了し、グライフスヴァルト海洋バイオテクノロジー研究所の所長に就任しました。シュヴェーダー氏は、2004 年からグライフスヴァルト大学で製薬バイオテクノロジーの教授も務めています。シュヴェーダー氏は、海洋生物から薬効成分を抽出することを目的とした研究中に、体長最大3メートルの深海チューブワーム「リフティア・パキプチラ」の口の中を観察し、生息するバクテリアの遺伝子とタンパク質を比較した。虫体内の共生生物。シュヴェーダー氏: 「ゲノムは、理論的に生物が何ができるかを示しています。プロテオーム（細胞内のタンパク質の総体）は、その生物が実際に何をしているかを明らかにします。」
海洋薬局からの宝物
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