スーパーの棚に少しずつ増えてきた「土に還るプラスチック」。その材料の一つが、細菌が自分の細胞の中にためるポリヒドロキシアルカン酸(PHA)という高分子だ。
PHAを完全に分解する酵素を持つのは、細菌と菌類、それに少数の原生生物だけだと考えられてきた。
2026年8月13日に学術誌『Nature Ecology & Evolution』に掲載された論文で、ドイツ・ブレーメンのマックス・プランク海洋微生物学研究所などのチームは、動物もこの酵素を持っていることを示した。
口も腸もない海の虫で酵素を見つけて、試験管の中でPHAを分解できることを確かめ、さらに公開データベースから、9門66種を超える動物と19種の原生生物に同じ仲間の遺伝子を見つけた。
ただし、動物が自然の中でどれくらいPHAを食べているのかは、まだわかっていない。
始まりは、口も肛門もない海の虫だった
主役は、オラビウス・アルガルベンシス(Olavius algarvensis)という体長約2センチの海の虫だ。
貧毛類と呼ばれるグループの虫で、チームはダイバーが海底の堆積物から採集した個体を調べた。
この虫には口も腸もない。消化のための器官と排出のための器官をどちらも失い、栄養は体にすむ共生細菌にすべて頼っている。
共生細菌がすむのは、体の表面の膜(クチクラ)のすぐ下だ。虫はその内側の表皮の細胞で共生細菌を取り込んで消化し、栄養にしている。
白く見える体の色は、皮膚の下にぎっしり詰まった共生細菌の層の色だ。
責任著者のニコル・デュビリエ所長は、共生細菌の一つに注目した。
「虫の共生細菌の一つは、PHAという形で膨大な量の炭素をためている。虫がこの豊かなエネルギーの貯蔵庫を利用する方法を進化させたのではないかと考えた」と話している。
白い皮膚の下に隠されていた「元祖バイオプラ」の正体
PHAはポリエステルの一種で、細菌や一部の古細菌が細胞の中に粒としてためる、炭素とエネルギーの蓄えだ。
炭素はあるのに、酸素や窒素、リンなど増えるのに必要な条件が足りないときにつくられ、条件がよくなると分解して使われる。
細胞の乾燥重量の最大90%を占めることもある。
オラビウスで最も多い共生細菌は、硫黄を酸化してエネルギーを得る細菌で、PHAを大量につくる。
虫1匹あたりのPHAは炭素にして0.7マイクロモルあり、共生細菌の炭素の最大42%、虫と共生細菌を合わせた全体の炭素の14%を占める。
PHAをつくる微生物は、土壌や活性汚泥、海底の堆積物など幅広い場所にいる。PHAは、自然界にあるプラスチックの中でも数少ない、完全に生分解されるものだ。
これまで、PHAを完全に分解する酵素(PHA脱重合酵素、PHAD)を持つのは、細菌と菌類、それに2種の原生生物だけだと考えられてきた。
動物のゲノムにもPHADに似た配列があることは注釈されていたが、どこから来たのか、本当にPHAを分解できるのかは、実験で確かめられていなかった。
キクPHAって細菌がためる炭素とエネルギーの蓄えで、口も腸もない海の虫オラビウスでは、虫と共生細菌を合わせた炭素の14%にもなるんだ
虫の表皮で働くPHA分解酵素
チームは、オラビウスの遺伝子の転写産物をPHADのデータベースと照らし合わせ、虫自身のPHADを見つけた。
この遺伝子(phaZ)は虫のゲノム上で約1万9000塩基対にわたり、10個のエクソンが9個のイントロンで区切られていて、動物など真核生物の遺伝子だとわかる。
系統解析でも共生細菌のPHADとは別の系統に入り、虫の酵素は共生細菌の酵素とは別に進化したと考えられる。
チームはこの酵素を大腸菌につくらせ、PHAを混ぜた寒天の上に垂らした。
24時間後には周りに透明な輪ができ、ガスクロマトグラフィー質量分析(GC–MS)で、PHAがヒドロキシ酪酸という単量体(モノマー)に分解されたことを確かめた。
分解した割合は11%で、よく調べられた細菌パウシモナス・レモイグネイの酵素(14%)と近かった。こうした単量体は、生き物に広く共通する代謝の経路に入ることができる。
酵素がどこで働いているかも調べた。mRNAを光らせて位置を見る方法(HCR-FISH)で調べると、虫のPHADの遺伝子は、クチクラのすぐ下の表皮の細胞で働いていた。
共生細菌を消化している場所だ。調べた15匹のうち12匹でこの遺伝子の発現が見つかり、虫の体からはタンパク質としても検出された。
チームによると、生きた共生細菌の細胞の中にあるPHAには、虫の酵素は届かない。虫が共生細菌を消化して細胞が壊れたときに、PHAが外に出て、酵素で分解できる形になると考えられる。
また、共生細菌の側には、PHAを分解したあとの物質を代謝してエネルギーにする酵素が見つからなかった。調べた15種の宿主の共生細菌すべてで同じだった。
チームはこれを、PHAにたまった炭素が宿主に回る仕組みだと解釈している。
キク土に還るプラスチックの材料PHAを分解する酵素って、口も腸もない変わった虫だけが持ってるのかな?
66種・9門に広がっていた「まさかの共通性」
チームは次に、口も腸もないほかの貧毛類14種を調べ、すべての種でPHADの転写産物を見つけた。
さらに、公開されているタンパク質のデータベース(NCBI、UniProt、Ensemblなど)を、見つかった配列を手がかりに10回くり返して検索し、ほかの動物にPHADがないかを探した。
その結果、腸を持つふつうの動物でも、9門66種から195個のPHADが見つかった。海綿動物、脊索動物、棘皮動物、軟体動物、環形動物、節足動物などにまたがる。
原生生物でPHADを持つ種は、これまで知られていた2種から、3つの大きなグループ(スーパーグループ)にまたがる種にまで広がった(論文の要旨では19種、本文では18種と書かれている)。
これらがPHADに似た別の酵素(クチナーゼやリパーゼ)ではないことは、反応の中心になる部分の並びと系統解析で確かめている。
配列があるだけでは、本当に働くかはわからない。
チームは系統が大きく離れた動物から、海綿動物のアンフィメドン・クイーンスランディカ、ミミズのルンブリクス・ルベルス、トビムシのフォルソミア・カンディダ(2つ)の計4つの酵素を選び、試験管の中でつくらせた。
4つとも、PHAを単量体に分解した。確かめたのは、こうしてつくらせた酵素が試験管の中で働くかどうかだ。
筆頭著者のキャロライン・ザイドラー氏は「これが本当の驚きだった。1匹の海の虫での発見から始まったものが、生命の系統樹のまったく異なる枝にいる動物たちに共通する、広く行きわたった能力だとわかった」と話している。
動物の共通祖先から受け継いだ可能性
動物のPHADは、原生生物のPHADと一つのまとまりをつくり、原生生物の配列はその根元近くで枝分かれしていた。
左右相称でない動物で唯一見つかったカイメンの配列も、根元に近い位置にあった。
チームはここから、動物の共通祖先がすでにPHADを持っていて、それを原生生物の祖先から受け継いだ可能性が最も高いと考えている。
ただし、このつながりを支える値(ブートストラップ値)は43.8%と低く、確かめるには原生生物やカイメンなどをもっと広く調べる必要がある、と論文は書いている。
また、ワムシの2種のPHADは細菌や菌類の配列に近く、水平伝播か混入の可能性があるという。
PHADを持つ81種の動物は、どれも食べ物からPHAを取り込んでいるとみられる。
口も腸もない貧毛類は共生細菌を消化し、ほかの動物は、PHAをつくる微生物が多い土や堆積物、生き物の遺骸などのくずを食べる。
ミミズが食べる土には、1グラムあたり最大4.3マイクログラム(炭素の量)の天然のPHB(PHAの一種)が含まれ、トビムシのフォルソミア・カンディダはPHADの遺伝子を最大14個持つ。
共同責任著者のマギー・ソギン氏(現カリフォルニア大学マーセド校助教授)は「動物はおそらく数億年前から、自然界の元祖バイオプラを食べてきた。私たちはいまそれに気づいたところだ」と話している。
ただし、今回示されたのは、動物がPHAを分解する酵素の遺伝子を持ち、その酵素が試験管の中で働くということだ。
自然の生態系で動物がどれくらいPHAを食べているのか、地球の炭素の循環にどれくらい関わっているのかは、まだわかっていない。
論文によると、自然環境でのPHAの量や分解の速さのデータは少ない。土壌での報告は1グラムあたり1.2〜4.3マイクログラム(炭素の量)で、土の有機炭素の0.001〜0.16%にあたる。
ただし今の分析法は培養した微生物向けで、自然のPHAを少なく見積もっている可能性もあるという。
それでも論文は、原生生物や動物のPHADによる分解は、地球の炭素循環の中で見落とされてきた過程かもしれないと書いている。
微生物がためた炭素は動物には使えないと考えられてきたが、動物がそれを利用する道を示した点が、この研究の新しいところだ。
人間の作る生分解プラと交差する未来
PHAは、生分解性プラスチックの材料としても使われている。工場では、大きな発酵タンクで細菌に糖やでんぷん、植物油などを与えてPHAをためさせ、取り出して加工する。
食品包装や衛生用品のほか、農業では肥料を包んで少しずつ溶け出させる粒に、医療では傷の被覆材、薬を届ける仕組み、体内で分解される縫合糸やインプラントに使われる。
ただし、バイオプラスチックの市場に占めるPHAの割合は4%未満にとどまる。
論文は、動物もPHAを分解できるとわかったことは、PHAをバイオプラスチックに使う後押しになると書く。
土の中の分解者として重要なミミズや、昆虫、水中の無脊椎動物が、PHAのプラスチックを完全に分解する過程に加われるかもしれない、という。
ただし、自然の土や水の中でPHAがどれくらいの速さで分解されるかは、まったくわかっていない。
これまでの研究は工業製や実験用のPHAプラスチックだけを扱っており、それらは自然のPHAと構造が違う。
キク細菌がためるPHAでできたプラスチックを動物が分解するのに加われるかもしれないけど、自然の中での分解の速さはまだ全然わかってないんだね
参考文献:
一次ソース: Zeidler C. et al., Animal degradation of microbial storage polyhydroxyalkanoates (Nature Ecology & Evolution, 2026) DOI:10.1038/s41559-026-03153-8
論文本文(オープンアクセス): Nature Ecology & Evolution
プレスリリース(マックス・プランク海洋微生物学研究所、ScienceDaily掲載): Animals have been eating nature’s original bioplastic for millions of years
