ウイルスがあなたのゲノムの恒久的な一部になるとどうなりますか？

サンディエゴ動物園は、オーストラリア国外で最大のコアラ群をケアしています。この動物園は、獣医学に特化したケアと数十年にわたる野生生物保護への取り組みで世界的に知られており、コアラ集団が直面する最大の課題の1つはコアラレトロウイルス（KoRV）です。このウイルスは、細菌感染症、白血病、リンパ腫、その他のがんにかかりやすいなど、多くの致死的な疾患と関連しており、北米のコアラの100%が感染しています。研究によると、オーストラリアのクイーンズランド州とニューサウスウェールズ州の野生コアラは100%、ビクトリア州では15%～70%です。これはどのように可能でしょうか？

誰もがウイルスの一部です

感染によって水平に伝播するウイルスは外因性です。私たちが最もよく知っているのはこのようなものです。遺伝子コードを生物の体細胞（非生殖細胞）に注入し、ウイルスのコピーをつくるように騙して、他の生物に感染させます。

しかし、一部のウイルスは、蕁麻疹の母体に衝突し、その遺伝子コードを生物の生殖細胞（生殖細胞）である精子または卵子に注入します。一旦この状態になると、ウイルスDNAは宿主のゲノムの恒久的な部分となる可能性があります。これは、ある世代から次の世代へと水平ではなく垂直に伝播する内因性ウイルスです。

驚くべきことに聞こえますが、これはよくあることです。すべての生物は、それ自体の一部としてレトロウイルスDNAを蓄積しています。内因性レトロウイルスの残余は、ヒトゲノムの最大8%を占めます。 しかし、ほとんどの動物種では、これらのウイルスの統合は数百万年前に発生し、DNAは他の宿主に感染したり健康上の問題を引き起こしたりすることができなくなった時点まで劣化しています。（宿主を死滅させ、体外に伝播することもできなかったウイルスは、自然選抜によってすぐに排除されます。）

レトロウイルスが外因性で比較的無害なヒッチハイカーになる頃に宿主に何が起こるかはわかっていません。また、この時期、宿主への適応を改善するためにウイルスがどのように変化するかも分かっていません。

ノッティンガム大学の獣医細胞微生物学の准教授であるRachael Tarlinton氏は、これらのウイルスは宿主にとっても有益であり、遺伝子発現を変化させ、新しい遺伝的多様性を導入すると述べています。このプロセスがどのように行われるか、また宿主やウイルスの変化が落ち着くのにどれだけの速さでかかるかはわかりません。

コアラのリスク

KoRVは別のケースです。過去50,000年、つまり実際は昨日の進化的なタイムスケールで、内在化が始まったばかりです。そのため、そのサブタイプの一部はまだ外因性であり、その鋭いエッジはまだサンディングされていません。

KoRVサブタイプAは内因性：サンディエゴ動物園のコアラとほとんどの野生コアラの100%がそうです。しかし、サブタイプB、Cなどはまだ外因性であり、すべてのサブタイプが深刻な健康問題と関連しています。数年前、この動物園では、PCR検査を使用してコアラの外因性サブタイプを短時間検出し、ケアと育種方法を変更してこれらのサブタイプが広がるのを防ぐことができました。

コアラは自然に孤独で、1日20時間まで眠れるため、一部の動物のように大規模な社会集団では自由に育てられません。その代わりに、動物園の野生生物ケアの専門家は、動物がどの程度密接に関連しているかを追跡する、平均的な親族関係の慎重な記録を使用して、遺伝的多様性を管理します。各女性について、彼らは最も適した男性のリストを保持し、彼女が1人の男性と交流できるまで1人ずつ紹介します。

女性コアラは2歳で性的に成熟し、通常12～14歳で生存します。その間、8～10人の赤ちゃん（喜びといいます）を産むことができますが、野生コアラの中では、クラミジアは不妊症の広範かつ有害な原因です。幸いなことに、これは簡単に検出でき、動物園の入念な育種管理により、集団から解放されています。

しかし、コアラはすべてがんのリスクが高いままです。San Diego Zoo Wildlife Allianceの上級獣医であるCora Singleton氏は、その発生を突然の深刻な事態と述べています。コアラは一部のがんの初期段階を隠すのに非常に優れています。ある日は正常に見え、翌日には微妙な行動の変化が見られるかもしれません。血液と骨髄を調べ、進行が速い後期がんであることがわかります。残念ながら、その時点でコアラに対する既知の治療法はありません。

KoRVはこれらの健康問題と関連しており、その原因であると広く仮定されていますが、そのギャップを埋めるにはさらにゲノム研究が必要です。“因果関係を証明するのは難しい”と、シドニー大学の野生生物の健康と病理学の教授であるDamien Higgins氏は述べています。コアラでは、免疫抑制や機能障害によく起こるさまざまな状態が見られます。また、これらの動物ではコアラレトロウイルスの濃度が高いことが関連していますが、鶏肉や卵の状態に少し影響しています。

iConserveコアラレトロウイルスシーケンスプロジェクト

2021年、オーストラリア博物館のオーストラリア野生生物ゲノミクスセンターのマネージャーであるGreenwood、Tarlinton、Singleton、Higgins、David Alquezarは、KoRVとコアラ管理に関する学際的な議論を促進するために、第2回コアラレトロウイルスワークショップを開催しました。

そのワークショップの最終的な推奨の1つは、これらの健康状態の遺伝的原因を調査するために、複数世代にわたる縦断的研究の必要性を認識していました。2023年、SingletonはイルミナのコミュニティプログラムであるiConserveに連絡し、ワークショップの同僚の協力を得て、このような研究を開始しました。

サンディエゴ動物園は、1970年代に現集団の創設者まで遡る多くの前世代のコアラを含む、ケア中のほとんどのコアラの遺伝子サンプルを保存しており、イルミナは全ゲノムシーケンスを実施しました。5世代にわたるこのデータは、他に類を見ない価値がありました。Alquezar博士は次のように説明しています。これは縦断的研究であり、この特定のケースに非常に関連しています。この種の情報はこれまでにありません。最終的には、このプロジェクトはコアラのゲノムデータベースの中で現在までに最大の家系を示すことになります。

この研究では、動物園の家系における既知の死因をシーケンスデータで明らかになったKoRV統合パターンと比較し、特定の統合サイトがどれほど健康の悪い転帰と関連しているかを調べます。例えば、シングルトン博士は、特定のKoRV統合パターンが過去のコアラの特定のがんと関連していることがわかった場合、将来的にどのコアラがこれらのがんを発症するリスクが高いかを予測できる可能性があると説明しています。このような情報は、例えば、野生生物ケアの専門家がどのペアが育種に最適か計画する場合に考慮することが重要です。

この知識は、野生のコアラの経営上の決定にも役立ちます。ここ数年は、2019年と2020年にオーストラリアを襲った恐ろしい山火事によって、マルスーピアルの生息地の範囲が劇的に細分化されました。集団が分断されると、遺伝的多様性が低下し、疾患に対する耐性が低下します。保護作業者は、特定の動物をある群から別の群に転座させ、遺伝的多様性を高めることができ、KoRVの新しいサブタイプを以前は存在しなかった集団に導入することを回避できます。

レトロウイルス統合部位が免疫遺伝子と関連しているかどうかを発見することは、研究にとって大きな恩恵になります。Alquezar氏によると、現在、このようなウイルスが内在化している例はごくわずかです。ですから、実際に疾患を引き起こす可能性のある内因性のメカニズムを理解できることは非常に興味深いことです。この特定のモデルを使って、そのことを解読することができます。これはコアラの健康に影響を与え、コアラの保全に重要な要因となる可能性があります。

介入するか否か

遍在性レトロウイルスDNAが動物ゲノムにどのように存在するかを考慮すると、科学界は、ヒトがKoRVの内在化の遅延と不可避性の可能性の過程に介入すべきかどうかという疑問を提起しました。しかし、このiConserve研究の関係者は、この事例における私たちの集団的責任を認識しています。

“はい、これは自然なプロセスです”とHiggins氏は述べています。しかし、それは人間が引き起こしている不自然な環境や状況で起こっています。自然のプロセスが展開できる環境を作るのは私たち次第です。進化的な観点から見ると、これらの他のプレッシャーをすべて受けた場合、何かに適応することは困難です。最もリスクの高い集団を特定し、他のリスクを排除して対処できるようにすることに注力しています。

シングルトンはこれに同意します。時が経つにつれ、コアラはこの内因性ウイルスに適応すると予想されます。これが起こるまで、コアラはKoRVだけでなく、生息地の喪失や断片化によっても脅威にさらされています。コアラからKoRVを排除することはできませんが、コアラが生き残るために必要な健康的な生態系を保全し、保護することができます。

この執筆時点で、プロジェクトのシーケンスフェーズは完了しており、ライブニズ研究所のポスドクバイオインフォマティクスであるGuilherme Neumannは、シーケンスされた91頭の動物で1,500を超えるKoRV挿入をすでに同定しています。比較的小規模の動物園で予想されるように、これらのコアラは通常、野生動物よりも多くのKoRV統合サイトを共有しています。“興味深い部分” Greenwoodは、共有された統合が一般的にゲノムの一部にあり、害が少ないかを確認し、もしそうであれば、より問題のあるKoRV統合を含む、あまり共有されていないものに焦点を当てると述べています。これらは最終的に潜在的な管理のターゲットになる可能性があります。

その間、シングルトンはこの研究がコアラの保全の転換点となりうると楽観的に考えています。“私たちは長年、北米のコアラ集団からのデータに特別なものがあることを知っていますが、それを解析するための技術にアクセスすることはできませんでした。”と彼女は述べています。イルミナとのパートナーシップを通じて、2021年に達成できなかった研究目標を達成しています。この国際チームを結集し、コアラ集団から学んでコアラの生来の家系を支援することは、動物園獣医としての私にとってキャリアの頂点です。