Key Laboratory of Grassland Resources of the Ministry of Education and Key Laboratory of Forage Cultivation, Inner Mongolia Agricultural University, Hohhot, China, らのグループは、耐塩性を示すアルファルファに見られる特徴的な根圏細菌叢について報告しています。
https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2023.1324333/full
著者らは、耐塩性のアルファルファ品種の根圏細菌叢には、バチルス、エンシファー、シュードモナスがより多く存在することが、その耐塩性の向上を決定する上で重要であるようだと報告してます。
Nanjing Agricultural University, Chinaらのグループは、干ばつと洪水が与えるトウモロコシの根圏細菌叢の変化について報告しています。
https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmicb.2023.1295376/full
以下のような結果が得られています。
(1) 放線菌とプロテオバクテリアの二つの門の合計が細菌全体の50%近くの存在量を占め、
(2) 干ばつ期と再潅水期には二つの干ばつ-洪水突然変化(DFAA)グループにおいて放線菌が最も優勢な門であり、洪水期と収穫期にはプロテオバクテリアが最も優勢な門となりました。
参考に、以下の図において、DFAA1グループは微量降雨から洪水の状態を意味し、DFAA2は継続的な干ばつから洪水の状態を意味します。
ここで, Aは干ばつ期を示し、Bは洪水期を示す
この本が面白すぎます。
“土を育てる：自然をよみがえらせる土壌革命”
スマート農業とか、環境再生型農業とか、カーボン・ファーミングとか、次世代の農業を特徴づける幾つかのキーワードがあります。
スマート農業について、例えば、農林水産省が掲げる施策があります。
“スマート農業の展開について”
環境再生型農業という言葉は、割と実現したいことを的確に表現しているので、敢えて関連リンクを張ることはしませんが、地球環境を維持しながら持続可能な農業を実現するということです。
これがまさにゲイブ・ブラウンの「土を育てる」という本に書かれています。
カーボン・ファーミングという言葉はとても分かりにくいです。
例えば、同じく農林水産省の報告書があります。
“カーボン・ファーミングに関する報告書（最終版）”
これは同じく環境再生型農業と言っても、植物の生産性を上げるということ自体よりも、地球温暖化を抑え込むためのCO2の排出削減が主たる課題となっているものと理解しています。
スマート農業から話を始めましょう。
スマート農業というのは、農業の担い手の減少と高齢化の進行により労働力不足が深刻な問題となってきたというのが基本的な発端であり、農業の自動化を進めようというのが出発点です。
自動化を進めようとすると、第二次産業が見本ですが、作業の標準化とマニュアル化が必要になってきます。
それに比べて第一次産業である農業は、まだまだ「匠の技」の世界です。
従って、農業に関するあるとあらゆる現象を数値化してデータベース化し、そこに潜む関連性を作業のアルゴリズムに落とす必要があります。
最近のはやりで、そこをAIにやらしてしまえ～～というのがスマート農業の「スマート」の意味ですよね。
しかし、数値化するのは良いのですが、
本当に必要なものを数値化しているのか？
技術的に数値化しやすいものだけ数値化して満足してないか？
環境再生型農業の実現には最も大事なことなのに数値化が難しいからと細菌のそれを無視してないか？
というところに大問題があるのです。
この答えが、ゲイブ・ブラウンの「土を育てる」に書かれています。
植物と微生物の共生関係、ここをきちんと数値化できていないスマート農業なんて意味ありません。
ゲイブ・ブラウンは、土の５原則を示しています。
１．土を耕さない
２．土をカバークロップで覆う
３．あらゆる面で多様性を高める
４．土の中に生きた根を持つ
５．動物を組み込む
この意味は、この本を読むと良く分かります。
自分は、見えない根圏細菌・土壌細菌のON-SITEでの見える化を推進しています。
その時のキーワードは「安価、短時間測定、実用感度、簡単な操作」ということになります。
これ無くしては、スマート農業も環境再生型農業もカーボン・ファーミングも実現が遠のきます。
Laboratory of Biochemistry and Glycobiology, Department of Biotechnology, Ghent University, Belgiumらのグループは、カナバリン・ビローサの種子から得られた「Cvill」と名付けられたレクチンの構造と特性について報告しています。
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC10649158/
Cvillは、Canavalia villosa の種子から単離された ConA様マンノース特異的レクチンです。
レクチン構造は、他のConA 様レクチンと同様に、237アミノ酸残基で構成されています。
Cvillは、β サンドイッチとしても知られる典型的なマメ科植物のレクチン折り畳み構造を持ち、サンドイッチに似たふたつの重ねられたベータシートの存在を特徴とします。これらのベータシートは逆平行のストランドで構成されており、一方のベータシートは６本の長くて平らなベータストランドで構成され、もう一方のベータシートは７本の湾曲したストランドで構成されています。Cvillは、二量体と四量体構造を取り得ると予測されました。
糖鎖アレイの実験により、Cvillは末端α-マンノシル残基および N-型糖鎖のトリマンノシドコアに対して親和性を示すことが示されました。
Cvill は、試験したすべての細胞株に対して用量依存的な細胞毒性を示しましたが、この毒性は糖鎖を介したものです。 Cvillは、HeLa細胞について 48 時間のインキュベーション期間後に 97.0 μg/mLのIC50 値を示しました。 Cvillは線維肉腫 (HT1080 細胞) および NHDF 細胞の生存率にも影響を及ぼし、48時間のインキュベーション期間後のIC50 値は 116.08 μg/mL および 108.34 μg/mL でした。
Graduate Institute of Anatomy and Cell Biology, College of Medicine, National Taiwan University, Taipei, Taiwanらのグループは、ベータ 1,4-ガラクトシルトランスフェラーゼ (B4GALT) が肝細胞癌では発現が低下しており、アガラクト型のN-型糖鎖の発現を促進し、インテグリンα6およびインテグリンβ1のラミニン結合活性を強化して、肝細胞癌細胞の浸潤が促進されると報告しています。
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC10618527/
Liaoning Provincial Core Lab of Glycobiology and Glycoengineering, Department of Biochemistry and Molecular Biology, Dalian Medical University, Chinaらのグループは、レクチンマイクロアレイを使用した研究により、早期妊娠女性と比較して、流産患者の脱落膜組織ではハイマンノースN-型糖鎖修飾が増加していることが分かりました。それに呼応してマンノシダーゼであるMAN1A1が減少していました。搭載レクチンの中でも、マンノース結合レクチンである、NPA、HHL、LCHA、CALSEPA、および GNAらが顕著な変化を示していました。
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC10616321/
MAN1A1の発現低下による異常に昂進したハイマンノース化は、子宮内膜の脱落膜化を阻害しました。
Long non-coding RNA (LncRNA) のスクリーニングにより、流産患者の脱落膜組織でLncNEAT1 が増加していることが明らかになりました。
更に、LncNEAT1はNPM1-SP1転写複合体と相互作用し、MAN1A1発現を阻害することによって、子宮内膜の脱落膜化と胚の着床を妨げることが判明しました。
Department of Experimental Immunology, Amsterdam UMC location University of Amsterdam, The Netherlandsらのグループは、SARS-CoV-2感染によって活性化されるヒト樹状細胞（DC）に発現する細菌に対する主要な受容体であるTLR4を抑制する新規経路を発見したと報告しました。
https://journals.plos.org/plospathogens/article?id=10.1371/journal.ppat.1011735
SARS-CoV-2は、C-型レクチン受容体DC-SIGNと相互作用し、Raf-1を介したTLR4シグナル伝達の抑制を引き起こすようです。この結果として、SARS-CoV-2はDC-SIGNを介して樹状細胞の免疫機能を積極的に抑制してしまい、新型コロナウイルス感染症と細菌の重複感染が起こると、死亡率の上昇を引き起こすことになるということです。
College of Resources and Environmental Sciences, Nanjing Agricultural University, Nanjing, Chinaらのグループは、植物におけるバチルス菌の生体防御メカニズムについてレビューしています。
https://ami-journals.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/1751-7915.14348
良く知られているように、バチルス菌は、持続可能な環境再生型農業を実現するために、植物病害の生物的防除として広く使用されて来ています。
植物の「Cry for Help」メカニズムとは、植物が特定のシグナルを出して、植物の健康を増進してくれる有益な微生物を呼び集めることで病原体の攻撃から自分を守る仕組みを指します。この仕組みは、免疫細胞がサイトカイン／ケモカインを分泌することで免疫細胞をさらに動員し、免疫を活性化するという人間の免疫とよく似ています。
根からの浸出液は、植物の病気に反応して善玉菌を動員するのに非常に重要であり、L-リンゴ酸、クエン酸、フマル酸、トリプトファン、トレオン酸、リジン、ペクチン、キシラン、アラビノガラクタンらが重要な浸出液として知られています。
植物病害の生物的防除のためのバチルス菌の使用は、冒頭で記したように世界中で一定の利益を達成しています。しかし、バチルス菌をフィールド条件下で実際に利用した場合に、その病害抑制効果が不安定であることが問題となっています。それは、土壌の特性、植物の遺伝子型、土着の微生物叢などの複雑で動的な要因がすべて、接種されたバチルス菌の定着と機能的有効性に影響を与えるからです。
この問題を解決するために、現在までに２種類の方法が提案されています。
ひとつは、「SynCom」と呼ばれる方法を使用することです。これは、バチルス、バークホルデリア、エンテロバクター、シュードモナス、およびアシネトバクターといった善玉菌から幾つかのキーストーン株を使用して構築された細菌コンソーシアムを使用するという方法です。
もうひとつは、いわゆる「Prebiotics」を活用することです。上で述べたように、根の浸出液から放出される特定のシグナルがバチルス菌を動員し、その活動を誘導します。従って、人間の腸内で有益な細菌を刺激するために広く応用されている方法と同様に、バチルス菌の動員や活性化に関連する化合物は、バチルス菌の根への定着と生物制御性能を高めるためのPrebioticsとして使用できます。この観点に立てば、スクロース、L-グルタミン酸、リボフラビンらの土壌への添加は、善玉菌であるバチルス菌の根圏定着を促進するためのPrebioticsとして使用できる可能性があります。
それにしても、まず必要なことは、根圏のバチルス菌を「見える化」して、経験則からの脱却を図る事でしょう。
Liaoning Provincial Core Lab of Glycobiology and Glycoengineering, College of Basic Medical Science, Dalian Medical University, Dalian, Chinaらのグループは、中胚葉特異的転写ホモログタンパク質（MEST）の糖鎖修飾異常（脱フコシル化）が妊娠不全と関係していると報告しています。
https://www.nature.com/articles/s41419-023-06166-4
レクチンマイクロアレイを用いることにより、通常の妊婦と比較して、流産患者の絨毛組織において、α1,3-フコースの減少、特にLewis Y（LeY：Fuc α1-2 Gal-β1-4[Fuc α1-3]GlcNAcβ1）型糖鎖において、が発生していることが発見されました。そして、MEST上のLeYの脱フコシル化によって、MESTと真核生物開始因子（eIF4E2）の結合が妨げられ、着床関連遺伝子翻訳が阻害され、妊娠不全につながるという新たな証拠が示されました。
PEG1とも呼ばれるMESTは、α/β ヒドロラーゼ スーパーファミリーに属します。 母性インプリント遺伝子として、MESTは胎児の発育期間を通じて広く発現しています。 MEST は、胎児の成長だけでなく、胚と胎盤の発育にも重要な役割を果たします。不適切なMESTの発現は、ヒトにおける早期自然流産や重度の胎児異常（発育異常、低出生体重、代謝障害など) の増加と関係していることが知られています。
Institut für Biochemie, Department für Chemie, Universität für Bodenkultur, Wien, Austriaらのグループは、豚鞭虫のN-型糖鎖と免疫系の相互作用について報告しています。
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC10542551/
本研究では、豚線虫寄生虫（豚鞭虫）由来のN-型糖鎖 (27 種) を用いた天然型糖鎖マイクロアレイを開発し、これらの糖鎖とC-型レクチン (DC-SIGN、Dectin-2、MGL) などとの相互作用が評価されています。得られた N-型糖鎖は、ホスホリルコリン修飾含む、または含まないフコシル化LacdiNAc構造 (bi/tri/tetra-anttenary) とホスホリルコリン修飾を受けたオリゴマンノース構造でした。
DC-SIGNは、かなり広範囲のオリゴマンオースおよびフコシル化糖鎖を認識しましたが、コントロールとして用いられたMan5-9GlcNAc2にも良く結合しています。
Dectin-2は、他の自然免疫系レクチンと比較して本アレイ上では結合が非常に弱くなっています。
MGLは、LacdiNAc含有リガンドのホスホリルコリン修飾の存在に関係なく、大部分の本糖鎖構造に結合していました。
