イーグルキラーを狩る シアノバクテリアの神経毒が空胞性ミエリンパシーを引き起こす

イーグルキラーを狩る シアノバクテリアの神経毒が空胞性ミエリンパシーを引き起こす
STEFFEN BREINLINGER HTTPS://ORCID.ORG/0000-0002-8155-814X, TABITHA J. PHILLIPS HTTPS://ORCID.ORG/0000-0003-4599-1154, [...], AND SUSAN B. WILDE HTTPS://ORCID.ORG/0000-0002-5388-9582 +18 authorsAuthors Info & Affiliations
サイエンス
2021年3月26日
第371巻 第6536号
DOI: 10.1126/science.aax9050
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致命的な組み合わせ
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中脳辺縁系からのドーパミン放出は因果関係を伝達する
Huijeong Jeong Annie Taylor et al.
持続性転写因子による神経細胞の分化と配線の協調的制御
by Mehmet Neset özel Claudia Skok Gibbs et al.
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多くの人間活動が自然界に与える悪影響は明らかであるが、予期せぬ結果もある。米国南東部で起きているハクトウワシの大量死は、そうした人間活動の下流にある影響のひとつかもしれない。Breinlingerらは、多大な努力の末、これらの現象の原因を、様々な要因が複雑に絡み合ったものであると突き止めた。水路に侵入した外来植物が、これまで確認されていなかったシアノバクテリアを増殖させるための基質となった。このシアノバクテリアが、典型的な人為起源である臭化物にさらされると、神経毒が生成され、植物を捕食する動物に神経障害を引き起こすとともに、生物濃縮されてハクトウワシのような捕食者を死に至らしめることになった。
サイエンス、本号p.eaax9050
構造化された要旨
はじめに
空胞性ミエリンパチーは、脳の白質に広く空胞化が生じることを特徴とする神経疾患である。1994年にハクトウワシで初めて診断されて以来、米国南東部全域に広がっている。水鳥や猛禽類などの鳥類だけでなく、両生類や爬虫類、魚類も罹患することが確認されています。しかし、この謎めいた病気の原因は、懸命な研究にもかかわらず、なかなか解明されません。死亡した動物からは、伝染性物質も有害物質も検出されなかったが、野外および実験室での研究により、VMは草食性の魚類や野生動物から食物連鎖によって猛禽類に移行することが証明された。
解説
VMの発生は、人工水域の外来植物（Hydrilla verticillata）に繁殖するシアノバクテリア（Aetokthonos hydrillicola）に関連しています。藍藻は強力な毒素を産生することが知られており、我々は、着生藍藻が産生する神経毒がVMを引き起こすと仮定した。
結果
米国南東部での野外調査により、半数以上の流域でH. verticillataにA. hydrillicolaが定着していることが確認され、野生動物によるVMの死は、流域でのみ確認された。野生動物によるVMの死亡は、H. verticillataとA. hydrillicolaが密集している貯水池でのみ発生した。実験室でのバイオアッセイにより、VM発生時に採取したA. hydrillicola-H. verticillataバイオマスの粗抽出物の神経毒性が確認されたが、VMのない場所のサンプルからは神経毒性は検出されなかった。しかし、このシアノバクテリアの実験室培養では、VMを誘発することはなかった。そこで、VM陽性貯水池で採取したH. verticillataに生育するA. hydrillicolaを質量分析イメージングで解析したところ、藍藻のコロニーに臭素化代謝物が共局在していることが判明しました。また、A. hydrillicolaの実験室培養液に臭化カリウムを添加したところ、この代謝物の生合成が顕著になった。H. verticillataは環境中の臭化物を高濃度に蓄積しており、この生合成前駆体をシアノバクテリアに供給している可能性が示唆された。この代謝物の単離と構造解析から、構造的に珍しい五臭化ビインドールアルカロイドを発見し、aetokthonotoxin（AETX）と名付けました。A. hydrillicolaのゲノム配列決定により、AETX生合成遺伝子群を同定した。このクラスターから検出されたハロゲナーゼを生化学的に解析したところ、予想された置換パターンでトリプトファンを臭素化することが確認されました。AETXは線虫Caenorhabditis elegans [median lethal concentration (LC50) 40 nM] およびゼブラフィッシュ (Danio rerio; LC50 275 nM) に強い毒性を示す。AETXを投与したレグホーンニワトリは，VMに特徴的な脳病変を生じたが，対照ニワトリでは病変は認められなかった。投与したニワトリのVMの診断は，脳組織の透過型電子顕微鏡観察により確認された。
結論
AETXがVMの原因物質であることが確認された。AETXの生合成は臭化物の利用可能性に依存する。A. hydrillicolaの毒素生産を促進する季節的な環境条件は、流域に特異的である。地質および人為的な発生源（例えば、水処理および発電所）から上昇した臭化物がVMに及ぼす影響については、さらに調査する必要がある。特に、H. verticillataを防除するための化学植物総合管理計画では、臭化物を含有する化学物質（例えば、二臭化ジクワット）の使用を避ける必要がある。AETXは親油性であり、食物網を介した移動中に生物濃縮される可能性があるため、哺乳類もリスクにさらされる可能性がある。野生生物と人間の健康を守るために、A. hydrillicolaとAETXのモニタリングと一般への周知を強化する必要があります。

シアノバクテリアから白頭ワシへ、食物連鎖を介した毒素の伝達。
A. hydrillicolaは、水生植物上でコロニーを形成し、神経毒AETXを生成します。水鳥、オタマジャクシ、水棲カメ、カタツムリ、魚類がこの汚染された植物を食べてVMを発症する。捕食者は、ヒドロ虫に覆われた植物を食べていた動物を食べるとヒドロ虫を発症する。アオガエル オタマジャクシ, B. gratwicke; アメリカコート, G. S. segler; グラスコイ, R. hagerty; スネイルカイト, sirkfish; ペインテッドタートル, U.S. fish and wildlife service; ハクトウワシ, W. H. majoros. 画像はすべてクリエイティブ・コモンズ・ライセンスに基づき、帰属表示されています。
概要
空胞性ミエリン症は、米国アーカンソー州で起こったハクトウワシの謎の大量死の際に初めて発見された致死的な神経疾患である。この野生動物の病気の原因は、何十年もの間、科学者たちから遠ざけられてきたが、その発生は米国南東部の淡水貯水池に広がり続けている。最近の研究では、水生植物（主に外来種のHydrilla verticillata）に着生するシアノバクテリアAetokthonos hydrillicolaの摂取によって空胞性ミエリン症が引き起こされることが明らかにされた。本論文では、A. hydrillicolaが生産する五臭化ビインドールアルカロイドであるaetokthonotoxinの同定、生合成遺伝子群、および生物活性について報告する。このシアノバクテリアの神経毒が空胞性脊髄症の原因物質であることを明らかにし、毒素の生成を促進する環境要因、特に臭化物の利用可能性について考察した。
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補足資料
概要
材料と方法
補足テキスト
図 S1～S50
表S1〜S14
参考文献 (51-94)
MDAR再現性チェックリスト
動画（S1,S2
リソース
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参考文献と注意事項
1
N. J. Thomas, C. U. Meteyer, L. Sileo, Epizootic vacuolar myelinopathy of central nervous system of bald eagles (Haliaeetus leucocephalus) and American coot (Fulica americana). Vet. Pathol. 35, 479-487 (1998).
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R. このような状況下において、「震災」「原発事故」「原発事故」「原発の事故」「原発の事故」「原発の事故」「原発の事故」「原発の事故」「原発の事故」「原発の事故」「原発の事故」「原発の事故」「原発の事故」「原発の事故」「原発の事故」「原発の事故」「原発の事故」「原発の事故」「原発の事故」「原発の事故」「原発の事故」「原発の事故」「原発の事故」。J. Am. Vet. Med. 221, 80-85 (2002).
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J. このような状況下において、「震災」「原発事故」「原発事故」「原発の事故」「原発の事故」「原発の事故」「原発の事故」「原発の事故」「原発の事故」「原発の事故」「原発の事故」「原発の事故」「原発の事故」「原発の事故」「原発の事故」「原発の事故」「原発の事故」「原発の事故」「原発の事故」「原発の事故」「原発の事故」「原発の事故」。J. Wildl. Dis. 42, 501-510 (2006).
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4
T. を凌駕し，且つ，その凌駕された範 囲内で，且つ，その凌駕された範 囲内で，且つ，その範 囲内で，鳥類の空胞性ミエリンパチーに関する疫学的研 究を行った。J. Wildl. Dis. 38, 678-684 (2002).
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