作成： 2001/7/10 伊藤 均
データ番号 ：020217
自然界における放射線抵抗性菌の分布
目的 ：放射線抵抗性菌の分布を明らかにすることは放射線の産業利用の上で重要であるばかりでなく放射線の生物作用解明の上で意義がある
放射線の種別 ：ガンマ線,電子
放射線源 ：60Co線源、電子加速器
線量（率） ：10〜50kGy
利用施設名 ：日本原子力研究所高崎研究所食品照射ガンマ棟
照射条件 ：燐酸緩衝液中・通気下
応用分野 ：食品照射、放射線滅菌、放射線生物
概要 ：
放射線抵抗性菌として主に注目されている微生物はDeinococcus属の細菌群であるが、その他にもMethylobacterium radiotoleransやPsychrobacter属、Acinetobacter radioresistens、Rubrobacter radiotoleransなどの細菌類や酵母菌に属すTricosporon oryzaeや不完全菌のAureobasidium属などが知られている。これらの菌が放射線に抵抗性の強い原因はＤＮＡ損傷の修復能が異常に強いためと推定されている。
詳細説明 ：
食品照射や医療用具の放射線滅菌を行う上で、放射線耐性の微生物が高線量照射後に生残していることは品質劣化や照射コストなどの上で問題である。10kGy以上の高線量照射後にも生残している微生物には芽胞（休眠状態の胞子）を有するBacillus属やClostridium属などの細菌類やウイルスのほかに栄養細胞（増殖・活性状態の細胞）の状態で著しい放射線耐性を示す放射線抵抗性菌が存在する。
初期の研究においては米国で高線量照射した挽き肉中に生残していたMicrococcus radiodurans (現在ではDeinococcus radiodurans)が放射線による突然変異で誘発されたと誤解されたことがあった。しかし、日本でPseudomonas radiora (現在ではMethylobacterium radiotolerans)が非照射米や照射米から発見されたころから放射線抵抗性菌の突然変異誘発説は後退した。この後もインドやアルゼンチンなどで次々と新しい放射線抵抗性菌が発見されたが研究の主流は放射線抵抗性の機構を調べる分子生物学的研究に移行していった。しかし、食品照射の分野では中・高線量照射食品の照射の有無検知法として放射線抵抗性菌の存在が再び注目されてきている。
１．自然界における放射線抵抗性細菌の分布
米国のAnderson等は1956年に照射された挽き肉からグラム陽性、2〜4連球菌のMicrococcus radioduransを発見した。これと類似の菌はインドや日本からも次々と発見されたが、分類学的にMicrococcus属に入れるのは無理であるとしてBrooks & Murray によってDeinococcus属が提案された。Ito等の研究によるとDeinococcus属は下水や飼料、魚介類の腸内、稲わらなどに広く分布しており、図１に示すように各分離株とも著しい放射線抵抗性を示している。
図1 Comparative sensitivities of several strains of radiation-resistant Micrococci to gamma irradiation under air-bubbling in phosphate buffer （原論文１より引用）。
Deinococcus属はD. radiodurans以外にもD. proteolyticusやD. radiophilus、D. radiopugnans、D. grandis、D. geothermalisなどが知られているが、各菌種とも同じような放射線抵抗性を示している。表１は代表的な放射線抵抗性細菌の放射線感受性を比較したものであり、D10値は片対数の生存曲線の直線部分で90%死滅する線量である。
表1 各種放射線抵抗性細菌の放射線感受性を一般細菌と比較したもの（0.067M燐酸緩衝液中・通気下；D10値は生存曲線の直線部分で90%死滅させるのに要する線量。 原論文１及び各種論文より作成）。
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菌 種 - D10値（kGy）
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Deinococcus radiodurans各分離株 - 1.9 〜2.2
Deinococcus proteolyticus各分離株 - 1.0 〜3.4
Deinococcus radiophilus CCM2564 - 2.2
Deinococcus grandis各分離株 - 1.0 〜1.1
Methylobacterium radiotolerans各分離株 - 0.6 〜2.0
Acinetobacter radioresistens FO-1 - 1.0
Rubrobacter radiotolerans P-1 - 10.0
Psychrobacter sp.各分離株 - 0.3 〜0.7
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Escherichi coli各分離株 - 0.06 〜0.20
Salmonella sp.各種菌株 - 0.13 〜0.16
Staphylococcus aureus H12 - 0.13
Pseudomonas fluorescens B3-1 - 0.045
Vibrio parahaemolyticus各分離株 - 0.035
有芽胞細菌・各種菌株 - 1.0 〜 2.4
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Methylobacterium radiotolerans (旧Pseudomonas radiora)はグラム陰性桿菌の放射線抵抗性菌として照射玄米から大量に分離されたが（Ito & Iizuka、1967年）、下水や水産練製品から分離されることもある。その後も、グラム陰性の放射線抵抗性細菌が発見され、Acinetobacter radiotoleransは衛生用品の放射線滅菌の研究の際に分離され、Psychrobacter属は肉類などから腐敗菌として分離されている。
一方、ラジウム鉱泉などの温泉からDeinococcus geothermalis などのほかにグラム陽性桿菌のRubrobacter radiotolerans (旧Arthrobacter radiotolerans)やR. xylunophilusが分離されている。これらの菌は生育が著しく遅く、高温で生育するという特徴がある。
２．酵母菌や糸状菌など真菌に属す放射線抵抗性菌
酵母菌や糸状菌（カビ）は真菌に属すが、穀類などの乾燥食品に発生してくる糸状菌は約5kGyで殺菌される。一方、糸状菌でも有性胞子を持たない不完全菌の仲間には10kGy以上の高線量でも生残するものがある。ことに、黒酵母菌といわれるAureobasidium属(旧Pullularia)は放射線抵抗性が強く、表２に示すようにD. radioduransに匹敵する抵抗性を有している。Aureobasidium属は植物寄生菌であり、医療用品などの製造時に胞子が混入することがある。
表2 放射線抵抗性真菌の放射線感受性と他の真菌類との比較（0.067M燐酸緩衝液中・通気下。 原論文3を中心に作成）。
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菌 種 - D10値（kGy）
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Trichosporon oryzae R1 - 1.2
Aureobasidium pullurans - 1.2
Saccharomyces cerevisiae 52a - 0.36
Candida sp. v3-1 - 0.32
Aspergillus oryzae IAM2630 - 0.20
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酵母菌には主に発酵性の菌種と腐敗性の菌種があるが、多くの菌は10kGy以下の線量で殺菌される。しかし、Tricosporon属の酵母菌は放射線抵抗性のものが多い。ことに、Ito & Iizuka(1974年)が照射玄米から発見したTricosporon oryzaeはAureobasidiumに匹敵する放射線抵抗性を有している（図２）。Tricosporon属の菌種は植物に寄生するものもあるが人間の皮膚に寄生するものもあり、放射線滅菌の上で注意が必要である。
図2 Survival curves of Trichosporon oryzae nov. sp. No. R1 in 0.067 M phosphate buffer irradiated under the condition of air-bubbling. ○−○vegetative cells harvested after 18 hr of growth in Malt extract medium; ●−● 3 days incubated cells in Malt extract medium（原論文３より引用）。
３．放射線抵抗性の機構
Dean等は1966年にD. radioduransの放射線抵抗性の機構について研究し、D. radioduransは放射線によるＤＮＡ損傷の修復能が著しく強く、ＤＮＡの１本鎖切断ばかりでなく２本鎖切断も容易に修復されることを報告している。Kitayama & Matsuyama(1971)も同じような結果を異なった方法で得ている。一方、伊藤等(1972年)は放射線抵抗性細菌の多くは一般細菌に比べ細胞分裂に要す時間が長く、細胞分裂時間の遅延がＤＮＡ修復に関係している可能性があると報告している。
コメント ：
近年、D. radioduransを用いた放射線抵抗性機構の研究は抵抗性遺伝子のＤＮＡ塩基配列や遺伝情報伝達機構の研究が主流になっているようである。しかし、Deinococcus属は古細菌に属す細菌であり、放射線抵抗性の機構が明らかになったとしても、その結果が他の細菌類や高等生物に全面的に適用できるかどうか保証できないであろう。放射線抵抗性の機構を医療などに応用するためにはAureobasidium属などの放射線抵抗性の機構についても検討する必要があると思われる。近年、放射線抵抗性菌分布の研究はほとんど行われなくなってきたが、照射食品検知法への応用を含め引き続き継続する必要があろう。なお、放射線抵抗性菌のほとんどは病原性がなく、人体に対する有害性は報告されていない。
原論文１ Data source 1：
Isolation and identification of radiation-resistant cocci belonging to the genus Deinococcus from sewage sludges and animal feeds
H. Ito, H. Watanabe, M. Takehisa and H. Iizuka
Takasaki Radiation Chemistry Research Establishment, Japan Atomic Energy Research Institute, Takasaki, Gunma370-12, Japan
Agric. Biol. Chem., vol.47(6), p.1239 - 1247(1983).
原論文２ Data source 2：
Deinococcus geothermalis sp. nov. and Deinococcus murrayi sp. nov., two extremely radiation-resistant and slightly thermophilic species from hot springs
A. C. Ferreira(1), M. F. Nobre(2), F. A. Rainey(3), M. T. Silva(4), R. Wait(5), J. Burghardt(3), A. P. Chung(1) and M. S. Costa(1)
Departamento de Bioquimica(1) and Depatamento de Zoologia(2), Universidade de Coimbra, 3000 Coimbra, and Centro de Citologia Experimental, Universidade do Porto, 4150 Parto(4), Portugal; Deutche Sammbung von Mikroorganismen und Zellkulturen, 38124 Braunschweig, Germany(3); Centre for Applied Microbiology & Research, Porton Down, Salisbury, Wiltshire SP4 OJG, United Kingdom(5)
International Journal of Systematic Bacteriology, vol.47. p.939 - 947, Oct. 1997
原論文３ Data source 3：
A new radio-resistant yeast of Tricosporon oryzae nov. sp. isolated from rice
H. Ito, H. Iizuka and T. Sato
Takasaki Radiation Chemistry Research Establishment, Japan Atomic Energy Research Institute, Takasaki, Gunma 370-12, Japan
Agric. Biol. Chem., vol. 38(9). p.1597 - 1603 (1974).
参考資料１ Reference 1：
Studies on a radio-resistant micrococcus. 1. The isolation, morphology, cultural characteristics and resistance to gamma radiation
A. W. Anderson, H. C. Nordan, R. F. Nordan and D. Duggan
Food Technol., vol.10, p.575 - 577(1956)
参考資料２ Reference 2：
Taxonomic studies on a radio-resistant Pseudomonas
H. Ito and H. Iizuka
Takasaki Radiation Chemistry Research Establishment, Japan Atomic Energy Research Institute, Takasaki, Gunma 370-12, Japan
Agric. Biol. Chem., vol.35(10), p.1566 - 1571(1971)
参考資料３ Reference 3：
Isolation of highly radioresistant bacterium
T. Yoshinaka, K. Yano and H. Yamaguchi
Laboratory of Radiation Genetics, Faculty of Agriculture, The University of Tokyo, Tokyo 113, Japan
Agric. Biol. Chem., vol.37(10), p.2269 - 2275(1973)
参考資料４ Reference 4：
Repair of X-ray damage to the deoxyribonucleic acid in Micrococcus radiodurans
C. J. Dean, P. Feldschreiber and J. T. Lett
Chester Beatty Research Institute, Institute of Cancer Research, Royal Cancer Hospital, London, S.W.3
Nature, vol.209, p.49 - 52, January 1, 1966.
参考資料５ Reference 5：
Double-strand scission in DNA of gamma-irradiated Micrococcus radiodurans and their repair during postirradiation incubation
S. Kitayama and A. Matsuyama
Radiobiology Laboratory, The Institute of Physical and Chemical Research, Yamato-machi, Saitama-ken, Japan
Agric. Biol. Chem., vol.35(5), p.644 - 652(1971)
参考資料６ Reference 6：
放射線抵抗性細菌Pseudomonas radioraの放射線感受性と放射線損傷からの回復
伊藤 均、飯塚 廣、岡沢精茂、渡辺 宏
日本原子力研究所高崎研究所、東京大学応用微生物研究所、理化学研究所
農芸化学会誌、46巻、3号、p.127 - 135(1972).
キーワード：放射線抵抗性菌、細菌、酵母菌、糸状菌、真菌、食品照射、放射線滅菌、ＤＮＡ損傷、ＤＮＡ修復、Deinococcus、検知法
radiation-resistant microorganisms, bacteria, yeasts, molds, fungi, food irradiation, radiation sterilization, DNA lesions, DNA repair, Deinococcus, detection method
分類コード：020503, 020403