世界的なマイクロバイオーム研究により、共有される健康リスクについて新たな見解が示されました。
世界的なマイクロバイオーム研究により、共有される健康リスクについて新たな見解が示されました。
マイクロバイオーム
世界的なマイクロバイオーム研究により、共有される健康リスクについて新たな見解が示されました。
ByYASEMIN SAPLAKOGLU
2023年3月14日
私たちがどのようにマイクロバイオームを共有しているかについての最も包括的な調査は、通常伝染すると考えられていないいくつかの病気の発症リスクについての新しい考え方を示唆するものである。
続きを読む
このバイオフィルムは、人間の舌の表面にある1つの上皮細胞に、多様で豊富な微生物が生息していることを示しています。研究者たちは、私たちのマイクロバイオームに含まれる細胞が、いかに多くの場合、他人から譲り受けたものであるかを理解し始めている。
タギデ・デ・カルバーリョ
はじめに
私たちの体は、約30兆個のヒト細胞で構成されていますが、同時に約39兆個の微生物細胞も保有しています。腸内、口腔内、皮膚などに生息する細菌、ウイルス、原虫、真菌など、総称して「ヒトマイクロバイオーム」と呼ばれるこれらの微生物群は、フリーランダーや潜伏病原体だけで構成されているのではありません。むしろ、これらの微生物が私たちの健康に欠かせない生態系を形成していることが、科学者たちの間で明らかになりつつあります。このような繊細なシステムの乱れが、私たちに必要な栄養素を奪い、食べ物の消化を妨げ、私たちの身体や心の不調を引き起こす可能性があることを理解しようとする研究が増えてきています。
しかし、私たちはまだマイクロバイオームについてほとんど何もわかっておらず、もっと根本的な疑問に答えようとしているに過ぎません。微生物たちはどこからやってくるのか？これらの微生物はどこから来るのか、風邪のウイルスやお腹の虫のように他の人から感染することはないのか。
このたび、ヒトのマイクロバイオームの伝播に関する最大かつ最も包括的な分析により、いくつかの重要な手がかりが得られました。イタリアのトレント大学のゲノム学者らが率いる研究チームは、マイクロバイオーム生物が人々の間で、特に多くの時間を一緒に過ごす人々の間で広範囲に飛び交うことを示唆する結果を得ました。この発見は、1月に『Nature』誌に掲載され、人がどのようにマイクロバイオームを構築し、生涯を通じてそれを再形成していくのかについての我々の理解における重要なギャップを埋めるものです。
マイクロバイオーム
母親の移動性遺伝子が赤ちゃんのマイクロバイオームを形成する
2023年1月17日
READ LATER
他の科学者たちは、この研究を称賛している。マウントサイナイ医科大学アイカーン校のホセ・クレメンテ・リトラン准教授（遺伝学・ゲノム科学）は、この研究を「傑出した」ものと評価し、家族や同居者の間でどの程度の共有を期待できるかを初めて明確に示すものであると述べている。
この研究はまた、微生物が糖尿病やがんなどの病気のリスクを高めたり下げたりすることができるのか、それによって、通常は伝染するとは考えられない病気に伝染性の次元がもたらされるのか、という興味深い憶測を呼び起こす。ブリティッシュコロンビア大学のブレット・フィンレイ教授（微生物学）は、その可能性について2020年のScience誌にコメントを寄せている。「この発見は、非伝染性疾患をそう呼ぶべきではないという最後の釘を刺したようなものだ」。
底知れぬ多様性
マイクロバイオームは指紋のようなもので、2人として同じものを持つことができないほど多様です。人の一生を通じて成長、縮小、進化を繰り返すため、赤ちゃんのマイクロバイオームが成長する頃には、その姿は大きく変わっています。西洋化した社会では、90％以上の人に含まれる微生物種はほんの一握りですが、ほとんどの種は20％から90％の人に含まれます。(おそらくほとんどの人が名前を挙げられる唯一の腸内細菌である大腸菌でさえ、90%の頻度には満たない)。研究によると、非西洋化社会では、微生物の多様性はさらに高く、マイクロバイオームもより多様であることが示唆されています。
集団の中で、無作為に選ばれた2人の個体が共通して持つマイクロバイオーム種は通常半分以下であり、腸内細菌の構成が重なるのは平均して30%から35%である。健康な人すべてが持っている「コア」な微生物種が存在するかどうかは微生物学者の間で議論されていますが、存在するとすれば、それはおそらく全体の1桁台の割合でしょう。
私たちの口腔内には、アスペルギルスという真菌（左）や、唇と歯間から採取したこれら3種類の細菌のサンプルなど、多様な微生物が生息しています。
スティーブ・グシュマイスナー氏と
Dennis Kunkel マイクロスコープ/サイエンスソース
はじめに
しかし、微生物が人の間を行き来する頻度を調べることは、種を探すよりもはるかに手ごわい問題です。1つの種は、多くの異なる菌株、つまり遺伝的変異体から構成されている可能性があります。そのため、研究者はマイクロバイオームサンプルに含まれる遺伝子を調べることで、個々の菌株を特定する必要がある。そして、ヒトのマイクロバイオームには、200万から2000万ものユニークな微生物遺伝子が存在し、微生物は常に遺伝子を入れ替え、変異し、進化している可能性があります。
このため、マイクロバイオームの多数の細胞がどのように広がっているかを知ることは、「1つの病原体の広がりを追跡する方法を学ぶよりもはるかに難しい」と、トレント大学の博士研究員で、今回の研究の第一著者であるMireia Valles-Colomerは述べています。最近まで、ある集団を通じて菌株を追跡することは不可能でした。
2010年、ニコラ・セガタはハーバード大学のポスドクとして、Human Microbiome Projectの膨大な遺伝子データセットの解析を始めたが、利用可能なツールには、人々のマイクロバイオームにどの種が含まれているかを特定するのに必要な分解能が欠けていた。微生物が属する一般的な分類群を特定することはできましたが、それは、ある人の居住地をアメリカ中西部まで絞り込むようなものでした。
その後数年の間に、さまざまな研究室が、社会的相互作用や近居が霊長類やマウスのマイクロバイオームに影響を与えるという証拠を発見しました。パプアニューギニアなどの比較的隔離された集団で行われたヒトの研究でも、微生物の共有の痕跡が見つかりました。中には、ペットから感染した可能性がある痕跡を発見したものもあります。しかし、これらの研究では限界があるため、どの程度の感染が起きているのか、また、どこでも同じ程度に起きているのかは明らかではありませんでした。
私たちが腸内に持っているものが、他の個体の腸から来たものであることが必要なのです。
ニコラ・セガタ、トレント大学
これが変わったのは、セガタが2013年にトレント大学にラボを設立してからです。彼と彼のチームは、同じ種の菌株を区別できるメタゲノミクスツールの作成と改良に着手し、マイクロバイオームの伝播をより詳細に研究することが可能になった。
セガタは2018年、母親とその乳児の微生物を分析することで、この疑問の探求を開始した。彼のグループの発見と他のいくつかの研究により、母親が「出生時にマイクロバイオームを刷り込んでいる」ような、母親から赤ちゃんへの大量の伝播があるという以前の疑惑が確認されたと、セガタ氏は言う。最近の研究では、母親が数年にわたり乳児のマイクロバイオームを形成し続けることが示されています。
しかし、マイクロバイオームの多様性は、幼少期と成人期で大きく変化するため、母親からの早期遺伝は、「成人に見られる微生物を説明することはできません」とセガタ氏は述べた。研究者らは追跡実験で、新しい微生物が人が食べたものから来たという可能性をほぼ否定した。なぜなら、その微生物は腸にあまり定着しなかったからだ。
つまり、「感染でなければならない」とセガタは言うのです。「私たちが腸内に持っているものが、他の人の腸から来たものでなければならないのです」。
家族や友人と共有する
セガタ、バジェスコロマーらは、今回のマイクロバイオームの世界的な解析のために、これまで知られていなかった種や同じ種でも異なる菌株を認識できるようなツールを開発した。これらのツールを用いて、5大陸20カ国から集められた9,700以上の便と唾液のサンプルを調査しました。このサンプルは、非常に多様なライフスタイルを持つコミュニティを代表し、人間の寿命の全範囲とさまざまな生活様式をカバーしています。そして、家族、同居人、隣人、村の間で80万株以上の微生物を追跡し、共有する種の何パーセントが同じ株であるかを計算しました。
予想通り、生後1年の母親と乳児の間で最も多くの菌株が共有されていることがわかりました。乳児の腸内で見つかった共有種の約50％は、母親から広がった菌株だったのです。母親の影響力は時間とともに減少し、3歳時の27％から30歳時には14％に減少したが、消滅することはなかった。中国の一部の高齢者は、生存している百寿者の母親とまだ菌株を共有していることが示されました。
イタリアのトレント大学のMireia Valles-ColomerとNicola Segataは、最近、世界中のヒトマイクロバイオームの伝播に関する大規模な分析を完了しました。
トレント大学
はじめに
メイヨークリニックの免疫学者で、今回の研究には参加していないVeena Taneja氏にとって、今回の研究結果でより驚くべき点の1つは、経膣的に生まれた乳児は帝王切開で生まれた乳児よりも母親と多くの菌株を共有していたが、この差は3歳までに消えてしまったということである。帝王切開で生まれた赤ちゃんは、特定の病気に対するリスクが高いかもしれないと、「人々は大騒ぎする」と彼女は言う。しかし、この調査結果は、もしかしたらそれが「大したことではない」ことを示唆している。
(この見解は、今月『Cell Host & Microbe』誌に掲載された新しい研究でも裏付けされている。この研究では、帝王切開で生まれた赤ちゃんは、経膣で生まれた赤ちゃんに比べて母親のマイクロバイオームを受け取る量が少ないが、母乳から多くの微生物を受け取るため、逃すことはないことがわかった)。
年齢を重ねるにつれて、私たちのマイクロバイオームのかなりの部分は、一緒に暮らしている人たちや近くにいる人たちから受け続けています。当然のことながら、Segataらの研究では、配偶者やその他の肉体的に親密なパートナーは多くの微生物を共有していることがわかった。
しかし、プラトニックに同居している人たちは、腸内細菌の共有率は12％、口腔内細菌の共有率は32％で、それほど大きな差はなかった。これは、Segata、Valles-Colomerらの研究チームが発見したように、感染を決定付ける最も重要な要因は、一緒に過ごす時間であったからだ。一つ屋根の下で暮らす人々が最も多くの菌株を共有していたが、同じ村に住む人々でさえ、距離が離れている人々より多くの菌株を共有している傾向があった。菌株の共有頻度は異なる社会で一貫していましたが、研究チームは、非西洋化した国の人々はより多様なマイクロバイオームを持つ傾向があるというこれまでの知見を確認しました。
ある種のマイクロバイオームがどの程度（病気の）リスクに寄与しているのかを理解することは、難しい問題です。
ホセ・クレメンテ・リトラン、マウントサイナイ病院アイカーン医科大学
また、共通に保有されていた系統は、時間の経過とともに失われる可能性があることもわかった。一緒に育った双子の菌株の共有度は約30％であったが、離れて暮らすようになって30年後には約10％に低下した。
友人や同僚など親しい間柄の人はもちろん、もっと身近で気軽な人からも感染している可能性があるという。(ただし、ペットはあまり関係ないようです。瀬賀田氏によると、動物には、通常、私たちの体内には定着しない微生物種が生息していることがほとんどだという。）
今回の発見は、私たちが最も長い時間を共に過ごす人々とマイクロバイオームの一部を共有していることを示す、これまでで最も強力な証拠となる。コーネル大学のイラナ・ブリト准教授（生体医工学）は、「単一の集団だけでなく、世界中でこのような伝播パターンを見ることができたという事実は、非常に印象的でした」と述べている。これらのデータセットは、異なる生物間で多くの突然変異が起こっているため、非常にノイズが多い、と彼女は付け加えた。しかし、研究チームは「ノイズの中のシグナル」を発見することに成功したのです。
マイクロバイオーム生物がどのように人の間で広がっていくかは、明らかではありません。キスやセックスによる感染もあるが、咳やくしゃみで飛び散る飛沫によって感染する可能性もあるし、汚染された表面から拾われる可能性もある。また、どの微生物が他の微生物よりも感染しやすいかについても、まだ解明されていないことがたくさんあります。この疑問に答えることは、マイクロバイオーム生物は拡散するという考え方の意味を理解する上で非常に重要です。
健康や疾病の蔓延
共有の度合いによって、固有の微生物の分布パターンが明らかになった今、病気で何が起こるかを調べることができる。「その意味で、この仕事は本当に基本的なものだと思います」とクレメンテは言う。
通常、伝染性とは考えられていない病気の中には、見過ごされている伝染性の側面を持つものがあるかもしれません。フィンレイによれば、人から人へ伝染することのない病気を持つ人の多くが、マイクロバイオームが「狂っている」ように見えることが、研究によって判明している。
例えば、大腸菌の中には、癌のリスクを高める毒素を放出するものがあります。ある種の大腸癌で、マイクロバイオームにフソバクテリウム種が多く含まれている人は、予後が悪く、治療成績も悪くなる傾向があるそうです。体内のグルコースとインスリンのレベルに影響を与える腸内細菌は、肥満やメタボリックシンドローム、さらには2型糖尿病などの疾患と関連していることが分かっています。バランスの悪い腸内細菌は神経変性と関連しており、アルツハイマー病のような脳の疾患に関与している可能性が説かれています。
ヒトの腸内細菌叢に生息する無数の生物種の中には、フソバクテリウム・ヌクレアタムという細菌、古細菌のメタノブレビバクター・スミティという細菌、ヴェルコミクロビウム・スピノッサムという細菌、エシェリヒア・コリーという細菌がいます。
CNRI、Steve Gschmeissner。
Dennis Kunkel マイクロスコープ/サイエンスソース
はじめに
「これらの疾患が少なくとも部分的にマイクロバイオームに依存しており、そしてマイクロバイオームが少なくとも部分的に伝達可能であるならば、これらの疾患は少なくとも部分的に伝達可能となる」とセガタ氏は述べた。
しかし、「あるマイクロバイオームが（病気の）リスクにどの程度寄与しているかを理解することは、難しい問題です」とClemente氏は言う。このような関連性を見出した研究でも、その微生物が病気を引き起こすのか、それとも単に病気のリスクを持つ人に住み着きやすいだけなのか、区別することはできない。
もし、非伝染性健康問題のリスクを高める「悪い」微生物が人々の間で感染するのであれば、そのリスクを下げる「良い」微生物も同様に感染する可能性があるというのが理論的な考え方である。微生物が喘息やアレルギーのような疾患に対して、特に幼少期に保護的であることを示唆する研究もある。糞便移植のように、健康なマイクロバイオームの一部を意図的に共有することで、クロストリジウム・ディフィシル菌のような特定の病気や感染症の治療に驚くほど成功することが証明されています。
コーク大学の生態学、食品学、マイクロバイオーム学の教授で、APCマイクロバイオーム・アイルランドのジェンス・ウォルター氏は、「私たちは微生物の集団から大きな恩恵を受けているので、それを維持するように進化してきた。だからこそ、ウォルター教授は、私たちが共有する微生物が病気を引き起こしているかもしれないという仮説に納得がいかず、「旧友」あるいは衛生仮説と呼ばれることもある逆の考えに惹かれているのです。この仮説は、進化の過程で、微生物が私たちの免疫システムの反応を訓練するのに役立ってきたかもしれないというものです。そのため、抗生物質や防腐剤の使用が増え、一般的に清潔になった現代では、マイクロバイオームの構成が変化し、私たちの健康上の弱点が増加している可能性があります。
100年前と比較して、「現代では、微生物をより容易に拡散させていないことは間違いありません」とウォルターは述べています。炎症性腸疾患、多発性硬化症、関節リウマチ、1型糖尿病は、いずれも伝染病というよりは免疫疾患と考えられているが、抗生物質や防腐剤を多用する傾向にある西洋化社会では、より多く発症している。
RELATED:
マイクロバイオームが恐怖に与える影響
マイクロバイオームがない動物がいる。それが何を物語るのか。
細菌が血圧を調節する仕組み
進化は微生物を私たちの一部とみなすべきか？
共有することによる有益な効果や有害な効果は、どの種や菌株を共有するかによって決まるかもしれません。また、私たちの健康に影響を与えるのは、マイクロバイオームに含まれる個々の生物ではなく、一緒に感染する生物群集である可能性も考慮する必要があるとブリトは言う。ある種の微生物は、ある共同体において、他の共同体よりも重要な役割を果たすかもしれません」。
Segata氏とValles-Colomer氏の研究チームは、今回の研究で健康な人だけを分析した。しかし、現在進行中の研究では、メタゲノム解析ツールを病気を持つ人のデータセットに適用し、その結果、健康とマイクロバイオームとの関連性が明らかになるかどうかを調べている。
また、現在、3つの保育所から、乳幼児とその両親、兄弟、ペット、教師のデータを採取しています。研究者たちは、微生物がどのように感染するのか、特定の腸内細菌や口腔内細菌が人々の間を飛び交うのにどれくらいの時間がかかるのかを解明したいと考えています。
マイクロバイオーム生物の拡散を追跡することは、「私たちの健康にそれほど大きな影響を与えるとは考えていなかった」ため、長い間軽視されてきたとバレス・コロマー氏は言う。しかし、マイクロバイオームを調査する技術が確立された現在では、「事実上、あらゆる疾患と関連していることがわかります」。
編集部注：セガタと彼のグループの研究は、サイモンズ財団から資金提供を受けており、同財団は編集上独立した本誌にも資金提供しています。サイモンズ財団の資金提供の決定は、本誌の取材に影響を与えるものではありません。
ByYasemin Saplakoglu
スタッフライター
2023年3月14日
バクテリオバイオロジー細胞微生物ウイルスすべてのトピック
この記事を共有する
COPIED!
今すぐ購読する
最近のニュースレター
クアンタニュースレター
重要なニュースのハイライトをメールボックスに届ける
電子メール
サブスクライブ
最近のニュースレター
生物学分野でも
WHY の愉しみ
細胞をプログラムすることは可能か？
BySTEVEN STROGATZ
2023年3月8日
エコロジー
よりシンプルな数学で生態系崩壊の近さを予測する
ByANNA GIBBS
2023年3月6日
ニューロサイエンス（NEUROSCIENCE
孤独はいかにして脳を作り変えるか
ByMARTA ZARASKA
2023年2月28日
この記事についてコメントする
クアンタマガジンは、情報に基づいた、実質的で礼儀正しい会話を促進するために、コメントをモデレートしています。罵倒的、冒涜的、自己宣伝的、誤解を招く、支離滅裂、あるいはトピックから外れたコメントは拒否されます。モデレーターは通常の営業時間内（ニューヨーク時間）に配置され、英語で書かれたコメントのみ受け付けます。
コメントを表示する
次の記事
ビッグバン残像の影から、見えない宇宙構造が見えてきた
クアンタについて
アーカイブ
お問い合わせ
ご利用条件
個人情報保護方針
サイモンズ財団
All Rights Reserved © 2023
この記事が気に入ったらサポートをしてみませんか？