2021年9月17日
かつてない暑さと暴走藻の夏でした。米国各地の数百のビーチ、湖、川で、一般の人々は、北カリフォルニアのヘンズリー湖でこのような標識に挨拶されました。“この水には有害な藻が存在する可能性があります。”
シアノバクテリアとして知られる青緑色の藻は水中で自然に生息しますが、デリケートな生態学的バランスが崩れると危険になり、人、ペット、家畜に害を及ぼす可能性のある毒素を産生する花に育てられます。
これはまさに、藻類生物学者のJayme Smith博士が予防すべきと決定した公衆衛生上の緊急事態です。彼女は、この地域の水生システムを監視し、藻類が繁殖する前に藻類の集団の先を行くように努めている公共機関であるSouthern California Coastal Water Research Project（SCCWRP）で、同僚たちと夏を過ごしました。6月から9月まで隔週で、彼女と彼女のチームはカヤックや潜水艇をロサンゼルスとベンチュラ郡の3つの未公開淡水湖の真ん中に誘導し、水サンプルを収集しました。
しかし、これまでの多くの探検とは異なり、Smithのチームは、公衆衛生当局が有毒な藻類の花を追跡する方法、すなわち遺伝子シーケンスを変えるツールにアクセスできました。サンプルを陸上に戻した後、チームはサンプルをろ過して保存し、シアノバクテリアのコミュニティーをよりよく理解しました。シアノバクテリアは、熱い温度と栄養価の高い水で光合成して繁殖する単一細胞生物です。その後、サンプルを抽出し、DNAをカルバーシティのLaragen Inc.に送り込み、イルミナMiSeq−(*システムで実行しました。Laragenは、環境サンプルを含むさまざまなソースから、検証済みの高速16S /18S/ITSメタゲノムシーケンスを提供します。
ディープダイブ
昨年、チームは地域全体の17の湖でシアノバクテリアの多様性について学ぶことに集中しました。しかし今年、彼らは自然の湖と2つのよく使われた都会の湖の3つの湖を深く掘り下げ、高熱が咲き乱れる可能性が最も高い夏に湖がどのように振る舞うかを深く理解しました。このようにして、サイアノバクテリアコミュニティの環境条件に対する反応を、プライムレクリエーションシーズン全体を通じて見ることができます。（カリフォルニアでは、咲き誇るインシデントを追跡するためのポータルが運営されています。）
このプロジェクトは、研究者がDNAシーケンスをモニタリング業務にどのように取り入れることができるかを調べるためのテストランでもあります。かつて、研究者は藻類の収集、顕微鏡による藻類の研究、水の体の健康に関する推論に頼っていましたが、これは費用がかかり、何カ月もかかるものでした。“今では、流域全体の分析方法を変える強力なツールがあります。”とSCCWRPのシニアサイエンティストであるSusanna Theroux博士は述べています。彼女は、シーケンスを主流にするためのより広範な取り組みの一環として、ストリーム用の藻類DNAリファレンスライブラリーを作成しています。彼女は次のように述べています。“当社は、レイクマネージャーが、問題が発生する前に低藻類濃度を検出するために導入できるツールを提供できます。”
SCCWRPのもう一つの藻類中心のイニシアチブには、Scrips Institute of OceanographyおよびMonterey Bay Aquarium Research Instituteとの提携が含まれます。Scrippsは、太平洋における致命的な藻類の花の原因を研究するために、米国海洋大気局（NOAA）から490万ドルの助成金を受け取りました。世界の他の地域では、藻類研究者はDNAシーケンスやゲノミクスを使用して、古代の生息地の藻類から光合成の起源、シアノバクテリアの進化、湖の藻類の花に対する気候変動の影響まで、あらゆることを理解するようになっています。
ニュースに花を咲かせる
SCCWRP研究者の研究は、より時間的に、またはより緊急になることはありませんでした。昨年、非営利の環境ワーキンググループは、アラスカを除くすべての米国州で、5月から10月の間に400件以上の有毒藻類の感染拡大が報告されたレポートを発表しました。今年の7月までに、新しいレポートはすでに46%増加し、大量警告や人気のあるレクリエーション施設の閉鎖につながっています。地球温暖化の始まりと水の停滞に加え、肥料の使用が増え、その結果として花が咲き乱れるという記録的な熱の組み合わせが、上昇の一因となっている可能性が高いと、Smith氏は述べています。
咲き誇る間、シアノバクテリアはさまざまな毒素を放出し、発疹や嘔吐から喉の痛みや麻痺まで、それにさらされたヒトにあらゆる原因となる可能性があります。長期的な曝露は、肝不全、がん、および心臓不整脈などと関連しています。ユタ州のZion National Parkのレンジャーたちは、来訪者のハッキーな子犬が去年の水飲みで押収され、死亡した後、バージン川のノースフォークで泳ぐことを止めるよう警告しています。
公衆衛生当局は、有害な藻類のリスクに一般の人々を注目させようとしていますが、Therouxは、科学者のレーダーにそれを取り入れようとしています。彼女は、シーケンスデータの生成、解析、レポート作成のベストプラクティスを特定するCalifornia Molecular Methods Workgroupを運営しています。これまでのところ、全国やカナダなど60人の会員がいます。2018年に初めてスタートしたときは、少しワイルドな西部でした。私たちは今、普遍的なプロトコールを開発するために頭をまとめています。例えば、どのプライマーやバイオインフォマティクスパッケージが望ましいか、DNAリファレンスライブラリーのキュレーションに関するアイデアについて議論します。また、DNAシーケンスに慣れていない人から参加して、すべての読者がプロトコールにアクセスできるようにする方法についてフィードバックを得たいとも述べています。
藻類管理の科学
シーケンスデータをより頻繁に取得することで、公衆に切迫した花を警告するだけでなく、また、そもそも予防方法に関する貴重な情報も提供できます。“生物学を理解すると、花の発生を最小限に抑えるために湖を管理する方法を選択することができます”とSmith氏は述べています。シアノバクテリアの繁殖を防ぐために水を動かし続けるエアレーターの設置、栄養源を減らすための底のドレッジ、藻類の拡散防止など、さまざまな咲き誇る管理戦略が存在します。最初のステップは、これらのデリケートなシステムについてさらに学ぶことです。知らないことを管理することはできません。
ゲノミクスの使用は、藻類の花の影響と潜在的な原因を研究するだけでなく、気候変動に対するグローバルな対応におけるレジリエンス戦略の構築にも不可欠です。
