触れるだけで破壊。セミの翅が持つ驚異的な殺菌効果と洗浄効果。そのメカニズムの一部を解明

　セミは夏の風物詩と言われるほど身近な生き物だ。約7年土の中で幼虫として暮らし、成虫として羽ばたけるのは約7日〜数週間と、その儚い生き方も知られている。

　そして今、科学者たちは別の意味でこの昆虫に大注目している。セミの翅（ハネ）には強力な殺菌効果とその残骸を洗浄する効果があるのだ。

　セミの翅がこの能力を発揮するメカニズムはこれまで不明だったが、スーパーコンピューターによりその秘密が明かされつつある。

　『ACS Applied Materials & Interfaces』（2023年1月4日付）に掲載された研究によれば、その秘密は翅の表面の極小サイズの柱上の構造体「ナノピラー」にあるらしい。

セミの翅に触れただけで細菌が破壊される殺菌効果

　セミの翅が細菌を殺すばかりか、死んだ細菌のカスを自動的に洗浄してしまうことは、以前から知られていた。

　その殺菌パワーはきわめて強力で、細菌はセミの翅に触れただけで死んでしまう。

　しかも、そのせいで翅が汚れてしまうこともない。細菌のカスや死骸が表面にたまると、そのせいでよりいっそう細菌がくっつきやすくなる。

　ところが、セミの翅からはそうした汚れが綺麗さっぱり落ちてしまうのだ。

　このスーパーパワーの秘密を探るため、翅の化学や物理的な特徴が研究されてきたが、なぜそんなすごいことができるのか、詳しいメカニズムはわからないままだ。

　だが、どうやらその力は、翅の表面にある微細な柱状の構造体で、ナノメートルサイズの突起物「ナノピラー（ピラーとは柱のこと）」が関係しているらしい。 細菌を殺し、残骸も洗浄するセミの翅の驚くべき能力 / image credit:Salatto et al., ACS Appl. Mater. Interfaces, 2023

セミの翅の殺菌効果と自己洗浄効果を再現

　米ニューヨーク州立大学ストーニーブルック校の古賀忠典氏と遠藤まや氏らは、この翅のスーパーパワーを再現できないものかと、包装によく使われるポリスチレンとアクリル樹脂を使ったポリマー（重合体）でナノピラーを作ってみた。

　すると、それだけで強力な殺菌効果と自己洗浄効果が発揮されたのだ。

　セミの天然ナノピラーは、高さ150ナノメートルで、各ピラー同士の距離も大体そのくらいだ。当初、研究チームはこのナノピラーの高さこそが殺菌効果の鍵であると考えていた。

　それがちょうど針のように細菌に突き刺さって、殺してしまうと思われたからだ。

　ところが、どうもそうではないようなのだ。たとえば高さ10ナノメートルの超小型ナノピラーであっても、セミの翅に負けない強力な殺菌力があったからだ。しかも相変わらず洗浄までされる。 再現シミュレーションを上から見た様子。ナノピラーは強力な吸着力で細菌の外膜とくっつく / image credit:an-Michael Carrillo/ORNL

ナノピラーによる張力が細菌を引き裂く

　では、セミの翅にはどんな秘密が隠されているのだろう？ その驚異のメカニズムの一端は、特別なシミュレーションによって明らかにされている。

　コンピューターで約100万個の粒子（大腸菌を単純化したもの）を作り、それがナノピラーに触れたときの様子を観察してみたところ、ナノピラーは脂質でできた細菌の外膜にピッタリくっつくことが判明したのだ。

　それは強力な吸着力で、外膜がナノピラーの形に沿うようにくっつく。すると外膜はナノピラーとナノピラーの間でぴんと引っ張られ、その張力に耐えきれずに裂けてしまう。

　これがセミの翅の殺菌効果の秘密だ。ならば、なぜ細菌の死骸が翅に残らないのか？

　それは外膜が裂けた後も引っ張られ続け、やがてナノピラーから外れてしまうくらい張力が高まるからだ。 再現シミュレーションを横からみた様子。細菌の外膜はナノピラーにピッタリとくっつき、その張力で引き裂かれる/ image credit:Jan-Michael Carrillo/ORNL

　これが正しいのだとすれば、もう1つ不思議なことがあった。

　それは大腸菌よりも硬いリステリア（やはり食中毒の原因になるグラム陽性菌）には、あまり効かないことだ。

　体が硬いなら、それだけ裂けやすいのではないかと思われたが、それはリステリアがナノピラーにくっつきにくいことが原因であるようだ。

　試しにナノピラーを酸化チタンでコーティングしてみたところ、リステリアにもうまくくっついて、高い殺菌力が発揮されるようになったそうだ。

メカニズムの完全解明で、医療器具への応用を目指す

　今回明らかになったのセミの翅のスーパーパワーのすべてではなく、そのメカニズムはまだ完全に解明されていない。

　研究チームは今後さらにシミュレーションでセミの翅の秘密を探っていき、将来的には、薬剤が効かない「薬物耐性菌（スーパーバグ）」が医療機器の表面で繁殖することを防ぐ殺菌コーティング剤の開発を目指すという。

References:Structure-Based Design of Dual Bactericidal and Bacteria-Releasing Nanosurfaces | ACS Applied Materials & Interfaces / Cicada Wings Kill Superbugs on Contact, And We May Finally Know How : ScienceAlert / written by hiroching / edited by / parumo

追記（2023/08/09）セミの成虫の寿命を約1週間と記述しましたが1週間から数週間に変更して再送します。
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