抗生物質耐性菌の脅威
WHOによれば、抗生物質耐性菌に関連して、世界では毎年500万人近くが死亡しており、この状況に対処するための潜在的な薬を見つける必要性は極めて緊急である。
現在、バイオテクノロジーの先駆者であるセザール・デ・ラ・フエンテ氏が率いるチームは、人工知能（AI）ベースの計算手法を使用して、ネアンデルタール人などの絶滅した人類の近縁種から遺伝的特徴を抽出し、4万年前の抗生物質を復活させようとしている。
絶滅した人類種ネアンデルタール人の模型。写真：ゲッティ
研究を通じて、科学者たちは細菌と戦う能力を持つ小さなタンパク質やペプチド分子を数多く発見しており、これは人間の感染症と戦うための新薬への道を開く可能性がある。
抗生物質（ペニシリンなど）は自然に（別の抗菌性微生物によって）生成されるものですが、非抗生物質抗菌剤（スルホンアミドや防腐剤など）は完全に合成されたものです。
しかし、どちらのタイプも微生物を殺したり増殖を防いだりするという同じ目的を持っており、どちらも抗菌化学療法のカテゴリーに分類されます。抗菌剤には、防腐剤、抗菌石鹸、化学洗剤などが含まれますが、抗生物質はより特殊な抗菌剤であり、医療や場合によっては動物飼料にも使用されます。
抗生物質は風邪やインフルエンザなどの病気を引き起こすウイルスには効かないので、ウイルスを阻害する薬は抗生物質ではなく、抗ウイルス薬または抗レトロウイルス薬と呼ばれます。
「この発見により、これまで生物では見られなかった新たな配列や新たな種類の分子を発見することが可能になり、分子多様性についてより広い視野で考えることが可能となります」と、研究チームを率いたペンシルベニア大学（米国）のセザール・デ・ラ・フエンテ博士は述べています。「今日の細菌はこれらの新しい分子に遭遇したことがないため、これは今日の治療困難な病原体に対処する良い機会となる可能性があります。」
専門家たちは、抗生物質耐性菌に関する新たな知見が緊急に必要だと述べている。「世界は抗生物質耐性危機に直面しています…未来への解決策を見つけるために過去を遡る必要があるなら、私は大賛成です」と、カリフォルニア大学バークレー校の分子細胞発生生物学教授、マイケル・マハン氏は述べた。
「ジュラシック・パーク」からの提案
抗生物質のほとんどは、土壌に生息する微生物をスクリーニングすることで発見された細菌や真菌に由来します。しかし、ここ数十年で抗生物質の過剰使用が進み、病原菌が抗生物質耐性を獲得するようになりました。
デ・ラ・フエンテ氏は過去10年間、計算科学的な手法を用いて、抗生物質の代替として様々なペプチドが持つ可能性を評価してきました。ある日、研究室で大ヒット映画『ジュラシック・パーク』の話題が持ち上がり、絶滅した分子を研究するというアイデアが浮かびました。「過去の分子を復活させてみてはどうだろうか？」と彼は考えました。
これまで知られていなかったペプチドを見つけるため、研究チームはAIアルゴリズムを訓練し、抗菌活性を持つ可能性のあるヒトタンパク質の断片化部位を認識できるようにした。そして、ホモ・サピエンス、ホモ・ネアンデルターレンシス、そしてネアンデルタール人と近縁のもう一つの旧人類であるデニソワ人の公開されているタンパク質配列に適用した。
その後、研究チームは、過去の抗菌ペプチドの特性を利用して、どの古代ペプチドが最も細菌を殺す可能性が高いかを予測した。
次に、研究チームは最も強力なペプチド69種類を合成し、細菌を殺菌できるかどうかを試験しました。研究チームは、現代人由来のペプチド4種類、ネアンデルタール人由来のペプチド1種類、デニソワ人由来のペプチド1種類を含む、最も強力なペプチド6種類を選びました。
研究チームは、ヒトの院内感染症の一般的な原因菌であるアシネトバクター・バウマニに感染したマウスに、マウスを曝露させた。（院内感染症とは、入院時には存在していなかった感染症が、入院中に患者が感染することである。）
ペンシルベニア大学のバイオテクノロジーのパイオニア、セザール・デ・ラ・フエンテ氏によると、アルゴリズムによって選ばれた6つのペプチドのうち、ネアンデルタール人のペプチドが、細菌に感染したマウスの病原体と戦うのに最も効果的だったという。（写真：ペンシルベニア大学）
「最も興奮した瞬間の一つは、研究室で分子を化学的に再構成し、初めて生命を蘇らせた時でした。科学的な観点から見ても、あの瞬間を見るのは素晴らしい体験でした」とデ・ラ・フエンテ氏は語った。
皮膚膿瘍に感染したマウスでは、ペプチドが積極的に細菌を殺した。大腿部に感染症を患ったマウスでは、ペプチドの効果は低かったが、それでも細菌の増殖は防いだ。
「最も優れたペプチドは、ネアンデルタール人由来のネアンデルタール1と呼ばれるもので、これがマウスで最も効果を発揮した」とデ・ラ・フエンテ氏は語った。
さらなる研究が必要
しかし、デ・ラ・フエンテ氏は、これらのペプチドはどれも「抗生物質としてすぐに使用できる状態」ではなく、大幅な調整が必要だと強調した。来年発表予定の研究で、彼と同僚は、詳細な遺伝情報が入手可能な208種の絶滅生物のタンパク質配列を探索するための新たなディープラーニングモデルを開発した。
研究チームは、絶滅した生物にのみ存在する、これまで未発見だった11,000種類以上の潜在的な抗菌ペプチドを発見し、シベリアマンモス、ステラーカイギュウ（北極圏での狩猟により18世紀に絶滅した海洋哺乳類）、オオナマケモノ、そしてアイルランドオオヘラジカ（Megaloceros giganteus）から最も有望なペプチドを合成しました。彼は、新たに発見されたペプチドはマウスにおいて「優れた抗感染活性」を示したと述べています。
英国ジョン・イネス・センターのグループリーダー、ドミトリー・ギラロフ博士は、新しい抗生物質の発見におけるボトルネックは、それらが不安定で合成が難しい場合があることだと述べた。「毒性などの問題のために、産業界によって開発・研究されていないペプチド抗生物質は数多くあります」とギラロフ博士は述べた。
2021年5月に発表された論文によると、研究者らが特定した1万種類の有望な化合物のうち、米国食品医薬品局（FDA）の承認を受けた抗生物質はわずか1、2種類だという。
ジョージ・メイソン大学（米国）システム生物学部の教授兼研究副ディレクターのモニーク・ヴァン・フック博士は、自然界で発見されたペプチドが直接、新薬や他の種類の抗生物質を生み出すことは非常に稀だと語った。
ファン・フック氏によると、この新しいペプチドの発見により、研究者らが計算技術を使ってそのペプチドの新しい抗生物質としての可能性を探求し、最適化する準備が整うことになるという。
ファン・フック氏は現在、アメリカワニに見られる天然ペプチドから派生した合成ペプチドの研究に注力しており、現在前臨床試験を実施中です。
絶滅したワニや人間から新たな抗生物質を採取するのは奇妙に思えるかもしれないが、抗生物質耐性菌の深刻さを考えると、そのような研究は価値があるとヴァン・フック氏は言う。
ホアイ・フオン氏（CNNによる）
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