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鰻研（PERVADE）

Thu, 24 Jun 2021 00:00:00 +0000

科学解説と呼ぶにはいささか無理がある。なにせここには厳密な実験デザインもないし、体系的な文献レビューもない。読書感想文かといえば、俺はそこまで感傷的でもない。ページをめくるときも特に心を動かされるわけではなく、読み終えれば忘れてしまった。

学部時代、先生についてニホンウナギの研究をしていた。最終的には学院が実験室を提供しなくなったため、プロジェクトは中途半端に終わったが、二年余りの「ウナギいじり」の経験は、この生き物に対する言葉にしがたい愛着を俺に残した。

冷凍された成魚のウナギ（2018年、福建泉州にて撮影）

解剖、注射、手術、組織切片、細胞観察——こうしたウェットな実験作業の数々は、今思い返してもありありと蘇る。

魚を飼うという行為は、実のところ手先の器用さを問うているのではない。問われているのは動物生理学への理解だ。いつ水温を上げるべきか、いつ水を替えるべきか、いつ餌をやるべきか、ウナギの調子が悪いときはどんなサインを見せるのか——そういうことを知っていなければならない。

まるでペットを飼うような話に聞こえるが、ペットの飼育に注射は必要ない。

面白いことに、ウナギという生き物はいつも「謎めいている」という印象を人に与える。この印象は教科書から来るものではない。実際にこいつらと付き合ってみると、わからないことだらけだと思い知らされるのだ。

神秘性こそ、ウナギの本質

ウナギは一生のうちに何度も変態を繰り返す。海で孵化したレプトセファルス（葉形仔魚）は、ガラスのように透明なガラスウナギとなり、川に入れば黄ウナギ、やがて銀色に輝く銀ウナギへと姿を変え、産卵のために海へ戻っていく——これほど複数回にわたる完全変態を遂げる生物は、脊椎動物の中でもきわめて稀だ。

発育中の稚魚（2022年、遼寧省大連にて撮影）

しかし本当に心を奪われるのは、変態そのものではない。変態の背後に横たわる、未解決の謎の数々だ。

たとえば——ウナギはどうやって帰る道を見つけるのか。

科学者たちはさまざまな仮説を提唱してきた。地磁気、嗅覚によるナビゲーション、聴覚シグナル……どれもそれらしくは聞こえるが、はっきり言って、我々はまだわかっていない。なぜウナギは広大な海の只中で、自分が生まれた川まで正確に戻れるのか。確かな答えを知る者はいない。

ニホンウナギの耳石（2017年、福建泉州にて撮影）

本の中でひとつ、強く印象に残っている話がある。誰かがウナギを捕まえ、数キロ離れた場所で放したところ、一、二週間後には、そいつらが最初に捕獲された場所に正確に戻ってきたというのだ。

程先生は言っていた——ウナギにはレーダーがついている、と。

そうかもしれない。

あるいは、産卵場所は一体どこなのか。

ヨーロッパウナギとアメリカウナギの産卵場はほぼ確定している——大西洋のサルガッソー海だ。だがニホンウナギの産卵場については、科学者たちの間で長年論争が続いている。マリアナ諸島付近という説もあれば、それ以外の候補もあるという説もある。マリアナ諸島。

本の中に美人あり、本の中にウナギもあり

『ウナギが故郷に帰るとき』という本の面白いところは、これが生真面目な生物学の解説書ではない点だ。

訳注：原書はスウェーデンの作家パトリック・スヴェンソンによる Ålevangeliet（英題：The Gospel of the Eels）。中国語版の訳題は『鳗鱼的旅行』（ウナギの旅）、日本語版の訳題は『ウナギが故郷に帰るとき』（大沢章子訳、新潮社、2021年）。以下、本文中の引用は中国語訳からの重訳である。

著者のパトリック・スヴェンソンはスウェーデン人で、その語り口がいい。ウナギの歴史、生物学、哲学、さらには自身の少年時代の思い出までをひとつの流れの中に織り込んで読ませる。

本の中で触れられている細部のひとつに、こんなものがある。アリストテレスはかつて、ウナギは泥の中から自然発生すると信じていた。彼は人々にこう提案した——干ばつの時期に乾ききった池を観察してみよ、と。すべての水が蒸発し、底の泥も土も固く干上がり、生命の痕跡は一切なくなっている……しかし最初の雨が降り、雨水がゆっくりと池を満たし始めたとき、不思議なことが起こる。一瞬のうちに、池は再びウナギであふれるのだ。突然、彼らはそこにいる。「雨水が彼らに存在を与えた」というわけだ。

今となってはこれが間違いだと我々は知っている。しかし顕微鏡も実験手法もなかった時代にあっては、この推測はそれなりに筋が通っていたのかもしれない。もっと面白いのは、数千年後、はるかに高度な技術を手に入れた我々に対しても、ウナギはいまだに困惑の種を用意しているということだ。

本にはまたこうも書かれている——ウナギ問題は「自然科学の歴史と同じだけの長さを持つ」。我々が毎日市場や食卓で目にする魚が、いまだにその繁殖方法を秘密にし続けている。これは皮肉な話だが、同時に、自然の複雑さが我々の理解をはるかに超えていることを如実に示している。

ふと思う——学部の二年間、うちの実験室で飼っていたウナギたちは、結局どうなったのだろう。

十中八九、科学のために往生したのだろう。放流されたはずがない。

俺が望んでいた終わり方ではない。

その後、方向を転換し、学部卒業後はウナギに触れることはなくなった。

一、二年後、偶然この本を手に取って、たしかにいくつかの昔話を思い出した。でも、ただそれだけだ。

本の中で、哲学者トーマス・ネーゲルが1974年に書いたあの有名な論文が引用されている——「コウモリであるとはどのようなことか（What Is It Like to Be a Bat?）」。同じ問いはウナギにも向けられる——ウナギであるとはどのようなことか。

我々はありとあらゆる方法を駆使してウナギを研究してきた。遺伝子、ホルモン、追跡装置、衛星測位……しかし、本当に彼らを理解しているのだろうか。

俺にはわからない。

だが、ときどき思うのだ——この「わからなさ」こそが、ウナギを面白くしているのだろうと。

もしこの謎めいた生き物に興味があるなら、あるいはただ午後を潰すための本を探しているなら、『ウナギが故郷に帰るとき』は読む価値がある。この本はウナギとは何かを教えてはくれない——誰も知らないのだから。教えてくれるのは、ウナギがどれほど謎に満ちているか、そして人間がその謎を解き明かすためにどれほど力を注いできたか、だ。

原題「鳗研」は中国語で「蔓延」（まんえん、広がる・浸透する）と同音（mányán）であり、「鳗鱼研究」（ウナギ研究）の略称と「蔓延」のダブルミーニングになっている。副題「PERVADE」はこの掛詞を英語で表したもの。日本語では「鰻研（まんけん／うなぎけん）」となるが、同音性は失われる。

変じて通じ、通じて久し

Fri, 21 May 2021 00:00:00 +0000

出勤早々、『雲南省の蝶の大発生』のライブ配信通知が届いた。しばらく前にホットサーチで見かけてから、ずっと興味を惹かれていた——学生時代、学部の先生お二人と一緒に山へ蝶の観察に出かけたことがある。一人は生物同定の達人、もう一人は昆虫学者で、いずれも私が敬愛する師である。

蝶という生き物は、考えれば考えるほど面白い。芋虫と蝶——同一のゲノムを持ちながら、まるで別の生を生きる。遺伝子が入れ替わるわけではない。変態というプロセスの中で、同じ遺伝情報が新たに「解釈」し直されるのだ。あたかもスプライシングの設計図を差し替えたかのように、まったく新しい形態と機能へと羽化する。ふと古人の言葉が浮かんだ——

変ずれば則ち通じ、通ずれば則ち久し。

分子生物学の文脈に置き換えてみると、これが意外なほどしっくりくる。

ヒトのゲノムにはわずか二万余りの遺伝子しかない。それでいて、これほど複雑で多様な生命システムを構築できるのは、その秘密の多くが転写後の選択的プロセシングにある。DNAから転写された一次mRNA（pre-mRNA）は、イントロンが切り除かれ、エクソン同士が連結されて初めて成熟mRNAとなる。だが、そのスプライシングの結果は一通りではない——同じ一次転写産物から、あるイントロンを保持したりスキップしたり、あるエクソンを含めたり除外したり、さらにはエクソンの連結順序を変更することもできる。これらの組み合わせにより、一つの遺伝子から数十、時には数百種類ものmRNA変異体が生まれ、それぞれ機能の異なるタンパク質へと翻訳される。

これが選択的スプライシング（Alternative Splicing）である。

同じ遺伝子が、組織や発生段階に応じて異なるスプライシングを受け、異なるタンパク質を産み出す。神経系を例にとると、同一遺伝子がスプライシングの違いによって、それぞれ異なる神経伝達物質に応答するイオンチャネルタンパク質を生成し、ニューロンの信号伝達の特異性を決定する。

これに劣らず精妙なもう一つの仕組みが、選択的ポリアデニル化（Alternative Polyadenylation）である。

mRNAの3'末端には通常ポリAテールが付加され、これが分解からの保護と翻訳の補助を担う。しかし、mRNA上には複数のポリアデニル化シグナルが潜在していることがある——転写開始点に近い部位を選べば、3'末端は短くなり、制御配列も少なく、mRNAは分解されやすくなる。一方、遠位の部位を選べば、いくつかの制御エレメントが保持され、細胞内でのmRNAの局在や翻訳効率に影響を与える。細胞はまさに、この部位選択を通じて、mRNAの寿命と翻訳のタイミングを緻密に制御しているのだ。

遺伝子の数は限られている。しかし、こうした「変化」の仕組みによって、発現の多様性は飛躍的に拡張される——限られた遺伝情報が、絶え間なく生命を紡ぎ続ける。

雲南省は、次回の生物多様性条約（CBD）締約国会議の開催地である。瑞麗は地理的に特殊な位置にあるため、新型コロナの再流行に見舞われ、当初五月の予定だった会議は十月に延期された。本来なら蝶の大発生の光景にちょうど間に合ったはずなのに、実に残念だ。

記憶違いでなければ、明日は国際生物多様性の日だ。

生物多様性はなぜそれほど重要なのか。それは、生態系の自然回復力に対する人々の楽観の度合い、私たちの倫理観、そして複雑さへの畏敬の念にかかっている。物質が極めて豊かな時代にあって、ホモ・サピエンスが占有する天然資源と掌握する科学技術は、寿命の延伸と種の安定をもたらした。それがどの程度まで他の生物の生存を脅かしているかは、容易には線引きできないように思う。

ある希少種の絶滅が、いま生きる世代に及ぼす影響のほとんどは、目に見えるものではない。それでも私たちは、できる限り持続可能性の観点から行動する。これと対極の価値観を持つ人々は、資源の不安を抱くことは稀だが、それでもなお病気という難題に直面する。ウイルスは単純な生命体でありながら、グローバル化の中で前例のない規模のパンデミックを引き起こした。癌はといえば、全二十三巻（一巻約千頁）の書物に、わずか四十〜六十の誤植が生じたに過ぎない——それにもかかわらず、それは生命にとって最も過酷な最終決戦となる。

幸いなことに、一部の聡明な人々——彼らが「ホモ・サピエンスこそ地球の支配者」と自負しているのでないことを願う——は、さまざまな種が生態系の中でそれとなく一定の役割を果たしていることに目を向け、行動を起こし、生物多様性の保全に関心を向けるよう人々に呼びかけている。

私もまた、深く感化された。

遺伝子の選択的スプライシングから、種の多様な共存に至るまで——「変わること」こそ、生命が限られた資源に対処するための根本的な戦略である。一つの遺伝子はスプライシングの違いによって多様なタンパク質を生み出し、一つの生態系は異なる種の組み合わせによって強靭さを保つ。理は同じ——ただ規模が異なるだけだ。

ポストコロナの世界が、健やかで平和に、新たな生を羽ばたかせ、蝶へと羽化することを願う。

選択的スプライシング解析詳解 / Alternative Splicing

Sun, 21 Feb 2021 00:00:00 +0000

背景

真核生物において、一つの遺伝子は選択的スプライシング（Alternative Splicing, AS）によって複数の mRNA アイソフォーム（isoform）を産生しうる。すなわち、pre-mRNA のスプライシング過程で異なるエクソンの組み合わせをとることで、異なる成熟 mRNA が生成されるのである。この仕組みは、遺伝子数を増やすことなくプロテオーム（proteome）の多様性を飛躍的に拡大する。

N 個のエクソンを持つ遺伝子は、理論上最大 2^(N-1) 種のスプライスバリアントを産生しうる。実際には多くの遺伝子が 2〜10 種のアイソフォームを産生するが、ショウジョウバエの Dscam のように数万種のスプライスバリアント（splice variant）を産生する例外的な遺伝子も存在する。

計算解析が必要な理由

ハイスループットトランスクリプトームシーケンシング（RNA-seq、全長 cDNA シーケンシング）は、参照ゲノムにマッピングされた数千本の転写産物を生み出す。これらを人手で一つひとつ検査することは現実的ではない。計算パイプラインに求められるのは以下の処理である。

同一遺伝子座に属する転写産物のクラスタリング
真のスプライスバリアントとアライメントアーティファクト（alignment artifact）の識別
各スプライスバリアントの分類
全ゲノム規模での AS イベントの定量と集計

AS Code の概念

AS Code 体系（Sammeth et al., 2008）は、任意の選択的スプライシングイベントをコンパクトかつ曖昧さなく記述する記法を提供する。その中核となる考え方は次のとおりである。

重複する任意の転写産物ペアについて、両者間で異なるスプライス部位が AS イベントを定義する。これらの差異部位を位置順に番号付けし、ドナー（^）またはアクセプター（-）として標識すれば、当該イベントの構造を一意に記述するコードが得られる。

このコード化により、AS イベントを生物学的に意味のあるカテゴリへ体系的に分類できるようになる。

入力データと前処理

必要な入力ファイル

ファイル	形式	内容
ゲノム	FASTA	参照ゲノム配列
遺伝子アノテーション	GTF	遺伝子モデルおよびエクソン座標
cDNA アライメント	GFF3 (cDNA_match)	全長 cDNA アライメント結果

遺伝子アノテーションは参照転写産物の構造を提供し、cDNA アライメントは実験的に観測された転写産物構造を提供する。後者には、アノテーションに未収録の新規スプライスバリアントが含まれている可能性がある。

海水と淡水域におけるニホンウナギの多組織差次的発現遺伝子解析

Thu, 15 Aug 2019 00:00:00 +0000

要旨

本研究は、海水（SEA）と淡水（TAP）の環境下で飼育したニホンウナギの三つの重要組織（脳、生殖腺、胸鰭）について差次的発現遺伝子（DEG）解析を行い、塩分適応過程におけるトランスクリプトーム応答機構の解明を目的とする。

主な知見：

包括的分析（組織効果の制御）により422個のDEG（発現上昇303、発現低下119）を同定した
脳は塩分変化に最も敏感で、計500個のDEGが検出された
三組織すべてで共通して有意な応答を示した中核的遺伝子は8個であり、いずれも海水環境下で発現上昇していた

主な結論：

ニホンウナギは塩分変化に対して組織特異的なトランスクリプトーム応答を示し、脳の応答が最も強く、胸鰭が最も保守的であった。
海水環境はより多くの遺伝子を活性化し（包括的分析：72％が発現上昇）、海水の塩分環境が特定の遺伝子発現プログラムを促進することを示唆する。
組織ごとの応答パターンの差異は、組織特異的な機能が環境塩分に対してそれぞれ異なる適応戦略をとることを反映している。

一、材料と方法

1.1 試料情報

実験には、2017年5月31日に泉州地域で購入した非野生の養殖ウナギを用いた。購入時に、体重300g〜1000gで、体形がふっくらとし、胸鰭が丸みを帯びて色が濃く、背部が黒色で腹部が銀白色の個体を選別した。これらは降海前の雌の銀ウナギの典型的な特徴であり、形態学的な雌雄判別の正確度は約90％である¹。

5尾の非野生ウナギからランダムに3尾を選び塩分馴致を行い、淡水飼育のウナギと対照群を形成した。毎日定時に6.6‰の海水塩を添加し、5日目には実験群のウナギの環境塩分濃度が約30‰（海水の塩分は約35‰）に達し、ニホンウナギの降海回遊時の塩分変化過程を模擬した。

サンプリングに際しては、全5尾のニホンウナギを氷水処理により麻痺させた後、形態指標の測定および解剖を行った。各ニホンウナギから脳、生殖腺および胸鰭をRNAシーケンシング用試料として採取し、RNAの加水分解を防ぐため、採取後直ちに液体窒素中で凍結保存した。

試料	体長（mm）	体重（g）	水平眼径（mm）	垂直眼径（mm）	眼間隔（mm）	吻長（mm）	胸鰭長（mm）	胸鰭幅（mm）	肛門-腹鰭起始端間（mm）
SEA_1	695	553	12	11	15	12	35	16	5
SEA_2	650	570	10	9	13	13	30	20	4
SEA_3	680	600	11	11	13	13	30	16	4
TAP_1	675	610	/	/	/	/	30	20	8
TAP_2	715	650	9	10	15	16	27	18	5

注：