最近の研究によると、ユタ大学の科学者たちは、一般的な土壌カビであるマルクワンドマイセス・マルクワンディ（M. marquandii）が新しい医療材料の重要な構成要素としての可能性を示していることを発見しました。
この研究は、特に建築材料の可能性に焦点を当てており、カビの菌糸体（ミセリウム）が持つ構造的特性が人間の用途に役立つかもしれないという期待があります。
ユタ大学の機械工学部の研究者や生物学者による一連の実験で、M. marquandiiが水分を豊富に保持できるハイドロゲルを形成することが確認され、これが人間の組織の柔らかさや柔軟性を模倣できることが示されています。
M. marquandiiは、水分保持や耐久性の面で困難を抱える他のカビとは異なり、83％の水分を吸収し、引き伸ばされたりストレスを受けても元に戻る特性を持っています。
この特性は、組織再生や細胞培養のための足場、さらには柔軟なウェアラブルデバイスといった医療用途において好ましい候補となるでしょう。
研究の主著者であるアトゥル・アグラワルは、「ここで見られるのは、複数の層を持つハイドロゲルです。肉眼で見えるもので、これらの層には異なる多孔性があります。」と述べています。
ユタ大学のジョン・マルシア・プライス工学部の博士課程候補生であるアグラワルの論文は、バイオインスパイアード材料の開発を研究している機械工学の准教授スティーブン・ナレウェイのラボからの成果の一つです。
アグラワルとナレウェイは、マルクワンドマイセス菌に関する発見について特許保護を求めています。
ナレウェイは「このカビは、私たちが興味を持っている大きく肉厚な菌糸層を成長させることができました。」と述べています。「菌糸体は主にキチンで構成されており、これは貝殻や昆虫の外骨格に含まれているものと似ています。生体適合性があり、また非常にスポンジ状の組織なのです。」
この研究は、ナレウェイのラボが国立科学財団から資金提供を受けて行われています。
そこで、私たちはそれをバイオ医療アプリケーションのテンプレートとして使用するか、鉱化により骨の足場を作成することを試みることができるかもしれません。
科学者たちはこれまで、ペニシリンやLSDなど、カビから多くの薬理物質を抽出してきましたが、ナレウェイは異なる分野での潜在的な利用に向け、菌類の微細構造を探求しているエンジニアの一人です。
ナレウェイとユタ大学の菌類学者ブリン・デンティンジャーは、さまざまなカビの構造的特性に関する論文を発表してきました。
一つの研究では、短い菌糸を持つカビは長い菌糸を持つカビよりも剛性が高いことを示しました。
また、別の研究では、ブラケットカビの高い強度対重量比が航空宇宙や農業などのさまざまな用途で有望であると述べています。
カビの菌糸が成長する方法が、なぜ菌糸体が有用な構造特性を持つとされるのかを示す要因となっています。
デンティンジャーは、「彼らは前方に成長し、交差壁を形成して本当に長いフィラメントを多くの個々の細胞に区画化していきます。」と述べています。「栄養が十分にある限り、彼らは永遠に成長し続けます。」
「動物が達成した方法とは根本的に異なる戦略で環境内で生き延びています。」とまで言います。
カビは、動物や植物とは異なる方法で多細胞性を進化させており、細胞が分化し、通常は分化した状態のまま残ることが一般的です。
デンティンジャーは、「カビでは、すべての細胞が分化可能であり、その後に元の状態に戻ることができるのです。」と説明します。「したがって、これらの行動から私たちは多くのことを活用できるであろうが、それはまだ十分に探求されていません。」
偶然の発見が新しい発見を促進することもあります。
他のカビに関する研究同様、ユタ大学におけるハイドロゲル実験も予期しない幸運な出来事から始まりました。
当初、研究チームは「ケロシンカビ」として知られる水酸化炭素を食べる生物に関する研究を行っていたとき、実験栽培で異常な行動を示す菌糸の成長に気づきました。デンティンジャーが、その謎のカビをマルクワンドマイセスと正しく同定しました。
デンティンジャーは、「これは真菌学の現状を示しています。私たちはカビのごく一部しか把握していません。」と述べています。「文化コレクションや標本コレクションでは誤同定が多く見られます。誤同定はこの分野において避けがたいことです。」
研究チームは、これらの菌糸培養物が異常に高い親水性を示し、83％の水分を保持していることを発見しました。
アグラワルは、「私たちの研究の興味深い点は、そのカビ自体が非常に整然とした構造を形成したことです。」と述べました。
マルクワンドマイセスは、一般的に研究される他のカビ（ガノデルマやプレウロトゥスなど）で作られた材料に比べて優れた性能を発揮し、ハイドロゲルベースの医療システムに利用できる可能性が広がります。
アグラワルのチームは、実験室でこの材料が繰り返しのストレスに対して93％の形状と強度を回復できることを確認しました。
彼は、「この構造全体を一緒に保持するために、すべての菌糸コロニーがつながっています。光学画像を通じて観察したところ、それらの層の遷移点ではそれが機能的にグラデーション化された構造であることがわかりました。」と加えています。
「したがって、機械的ストレスを加えると、ストレスが均等に分散し、これらのハイドロゲルの機械的性能が向上します。」と述べました。
今回の研究は、「純粋な菌糸によって構築された多層機能グレーディング有機生体ハイドロゲル」と題され、2023年8月27日にJOMのオンライン版に掲載されました。特別号への掲載は12月予定です。
この研究は、国立科学財団とアメリカ化学会の助成金により支援されました。デンティンジャーラボの学部生トマ・イプセンが共同著者として参加しています。
画像の出所：attheu