メイヨークリニックの研究者がマイクロバイオームから治療薬を発見することに近づく新ツールを開発
2022年11月18日
メイヨークリニックの研究者がマイクロバイオームから治療薬を発見することに近づく新ツールを開発
スーザン・マーフィー著
ヒトマイクロバイオーム微生物の概念的な図解。
ヒトマイクロバイオームは自然の薬局に生息しているのでしょうか？
微生物は、腸、肺、鼻、口、皮膚、膣など、全身の組織や生体液の中に存在しています。このヒトのマイクロバイオーム（数兆個の細菌、ウイルス、真菌のコミュニティ）が、健康や病気の原動力になっていることを示唆する科学的研究が、最近相次いでいる。
しかし、マイクロバイオームの研究者は、多様な生態系の中で微生物が何をしているのか、マイクロバイオームが作り出す生化学的産物（代謝物とも呼ばれる）のうち、臨床的に関連するものを正確に判断するためのツールをまだ十分に持っていない。
その答えを求めて、メイヨークリニックの科学者たちは、この未知の領域を解読する可能性のある計算ツールを作成しました。TaxiBGC（Taxonomy-guided Identification of Biosynthetic Gene Clusters）と呼ばれるこのツールは、二次代謝産物を生成する遺伝子を特定することができます。
二次代謝産物とは、自然に作られる生化学的産物で、重要な微生物間相互作用を媒介し、環境内での生存を確保するために生物に競争上の優位性を与える。
この新しい研究は、米国微生物学会の学術誌であるmSystemsに掲載されています。
人体化学実験室？
「と、個別化医療センターの計算生物学者であり、本研究の筆頭著者であるJaeyun Sung, Ph.D.は述べています。「これらの二次代謝産物は、代謝の調節、免疫系の刺激、臓器のシグナル伝達、さらには病気の発症や進行に関与する役割を担っている。
Jaeyun Sung, Ph.D.
私たちのツールは、微生物が作る二次代謝産物を使って、微生物が私たちとどのように "会話 "しているのかを明らかにすることに近づきました」と、Sung博士は言います。「微生物は、分泌する化学物質を通して、他の細胞や他の微生物とコミュニケーションをとります。それが彼らの言語なのです。微生物が分泌する化学物質を通じて、他の細胞や微生物とコミュニケーションをとる。私たちがこれまで考えていた以上に、微生物が私たちの生理機能をコントロールしているという証拠がどんどん出てきているのです」。
二次代謝産物は、抗生物質、抗がん剤、免疫抑制剤、その他の医薬品の天然供給源であるため、臨床的に重要であると宋博士は言います。
「微生物は最高の化学者であり、薬剤師です」とSung博士は言います。
この研究のために、Sung博士と彼のチームは、マイクロバイオームのゲノムデータをスクリーニングし、二次代謝産物をコードする遺伝子を見つけるためにTaxiBGCを作りました。
「具体的には、TaxiBGCはまずマイクロバイオーム内の微生物を特定し、その微生物に固有の生合成遺伝子クラスターを予測します。生合成遺伝子クラスターとは、微生物のゲノムの中で、二次代謝産物を合成するための遺伝子が物理的に集まっているグループのことです」とSung博士は説明する。
2 新治療の基礎となる重要な発見
Sung博士によると、研究チームは2つの重要な発見をした。まず、ヒトの体内には、さまざまな天然抗生物質をコードする、異なる生合成遺伝子群が存在することがわかりました。
「興味深いことに、口腔内の微生物は口腔内に特有の二次代謝産物を作り、腸内の微生物は腸内環境に特有の化学物質を作ります」と、ソン博士は説明します。"これは、微生物が人体のユニークなニッチに適応する方法を多少説明するものです"。
第二に、肝硬変、クローン病、関節リウマチ、大腸がんなど、異なる疾患を持つ患者の腸内細菌を調べたところ、ある二次代謝産物の遺伝子クラスターはその疾患に特異的であり、一方、他の遺伝子は複数の疾患間で共有されていることがわかりました。
宋博士は、「異なる疾患における腸内細菌環境の生合成遺伝子クラスターの特徴を明らかにすることで、治療法の手がかりを得ることができました」と述べています。"微生物が二次代謝産物を作る方法、時期、理由を理解することによるトランスレーショナルインパクトは、非常に大きなものになると思います。"
Sung博士のグループは、現在、腸内細菌叢が免疫系とどのようにコミュニケーションしているのかをより良く理解することに取り組んでいます。将来的には、ヒトのマイクロバイオームから有望な化学物質を分離し、関節リウマチや多発性硬化症などの自己免疫性炎症疾患に対する新しい治療法を見出したいと考えています。
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タグ #Dr . Jaeyun Sung、個別化医療センター、ゲノム医療、マイクロバイオーム、個別化医療、精密医療
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