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

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

https://www.quantamagazine.org/mobile-genes-from-the-mother-shape-the-babys-microbiome-20230117/

マイクロバイオーム
赤ちゃんのマイクロバイオームを形成する母親由来のモバイル遺伝子
著者
YASEMIN SAPLAKOGLU
2023年1月17日

母親の細菌に含まれる小さな遺伝子配列が、乳児の細菌に移動することで、後に健康なマイクロバイオームが形成される可能性があるようだ。

後ほど読む
乳児を抱く母親と、その中の細菌の間を走るDNAの鎖のイラスト。
生後何カ月も続く細菌と遺伝子の移動を通じて、母親は乳児の健康な成長を育むことができるかもしれない。

クリスティナ・アーミテージ／Quanta Magazine
はじめに
母親は赤ちゃんに、愛情、抱擁、キス......そして頑丈なバクテリアの軍団を、すべて与えている。

これらの単純な細胞は、出産時やその後の数カ月間の親密な接触によって、子どものマイクロバイオームの最初の種を形成する。マイクロバイオームは、身体の健全な機能に関係する共生微生物の進化的コミュニティである。マサチューセッツ工科大学ブロード研究所とハーバード大学の研究者らはこのほど、生後1年間の母親と乳児のマイクロバイオームの共進化について、初の大規模調査を実施した。12月に『Cell』誌に掲載された彼らの新しい研究によると、母親の寄与は完全な細胞だけにとどまらないことが判明した。移動性遺伝因子と呼ばれるDNAの小さな断片が、生後数ヵ月でさえも母親の細菌から赤ちゃんの細菌へと移動するのだ。

このような移動は、これまで乳児のマイクロバイオームの培養では見られなかったことであり、成長と発達を促進する上で重要な役割を果たす可能性があります。ウェルカム・サンガー研究所の主任バイオインフォマティシャンであるビクトリア・カー（本研究には参加していない）は、子どものマイクロバイオームがどのように進化していくのかを理解すれば、ある子どもが他の子どもよりも特定の病気にかかりやすい理由を説明できるかもしれないと述べている。

アブストラクションズ
科学と数学の有望なアイデアをナビゲートします。私たちと一緒に旅をし、会話に参加しましょう。
すべてのアブストラクションズブログを見る
"それは大きな疑問です。イタリアのトレント大学の教授で、この研究には参加していないニコラ・セガタは、「私たちはどのようにして微生物を得ているのでしょうか？

私たちの体には、人間の細胞とほぼ同数の細菌細胞があり、そのほとんどが腸の中に住んでいる。私たちはそれぞれ、生涯を通じて獲得した膨大な数の細菌種と菌株のライブラリーを保有している。しかし、赤ちゃんはほとんど無菌状態からスタートする。赤ちゃんが子宮から出るときに、母親から初めて微生物が大量に注入されると考えられている。この微生物が、体内の微生物群集を繁栄させる足場となり、私たちの生命を維持するのです。(帝王切開で生まれた赤ちゃんは、経膣分娩で生まれた赤ちゃんのように、最初に微生物を注入されることはありませんが、その後、徐々に微生物を集めていきます）。

マイクロバイオームの作用の1つは、生後2〜3年の間に宿主の免疫系と代謝を整えることだと、セガタは説明する。この最初のトレーニングの日々が、「今はまだ理解するのが難しい長期的な結果をもたらす可能性があります」と彼は言う。

ヨーテボリ大学の内科医で研究者のKarolina Jabbar氏は、この新しい論文の共同執筆者であり、「マイクロバイオームがつくる代謝物（代謝産物）は、特に出生前後の1000日間の敏感な時期に、赤ちゃんの認知や免疫系の発達に影響を与えると考えられているからです」と述べた。

Broad InstituteのKlarman Cell ObservatoryのディレクターであるRamnik Xavierが率いるこの新しい研究では、研究者は70組の母親とその赤ちゃんの便を、妊娠初期から赤ちゃんの最初の1年間継続して採取しました。そして、サンプルに含まれる微生物と化合物の混合物を調査し、遺伝子解析を行って、どの種のどの系統の微生物が存在するのかを明らかにした。このデータから、母親と赤ちゃんの微生物相が、その間にどのように進化したかを知ることができた。

マイクロバイオームに人工着色された細菌。
乳児の体内で増殖する細菌は、赤ちゃんの認知や免疫の発達を条件付けるのに役立つ。

Steve Gschmeissner/Science Source（スティーブ・グシュマイスナー/サイエンス・ソース
彼らの予想通り、乳児のマイクロバイオームは母親とは異なり、食事がマイクロバイオームに与える影響も明らかだった。乳児は、母親にはない何百もの代謝産物をもっていたのだ。

研究チームにとって大きな驚きだったのは、母親が持っている有用な細菌株を赤ちゃんが持っていない場合でも、赤ちゃんのマイクロバイオームにはその細菌株に属する遺伝子の断片が残っていたことです。

"どのようにして、その種が、その一部でもないのに、乳児の微生物構成に影響を及ぼすことができたのでしょうか？" と、ジャバーは言っています。とJabbarは言いました。遺伝子水平移動とは、ある種の遺伝子が子孫に受け継がれる代わりに、別の種に飛び移るという風変わりなプロセスである。水平方向の遺伝子移動は、バクテリアのコミュニティ内ではよく見られる現象であり、たとえば、さまざまな病原体における抗生物質耐性遺伝子の拡散に大きく寄与している。

しかし、研究者らは、母親のマイクロバイオームから赤ちゃんのマイクロバイオームまで、何百もの遺伝子が細菌群集の間を行き来していることを知るには至らなかった。ヘルシンキ大学の研究員であり、この論文の共同執筆者であるトミー・ヴァタネン氏は、「最初は自分でも信じられないようなことです」と述べています。

研究者らは、母親の腸内で繁殖していた細菌が、乳児の腸内という不慣れな環境では生存できない場合に、水平方向の遺伝子移動が最も顕著に現れると推測している。母親の細菌は母乳を通して、あるいは放出された芽胞として乳児の体内に入り、乳児がそれを飲み込むこともある。ある種の細菌は、必然的に子供の体に定着することができず、消滅してしまう。しかし、ある種の遺伝子配列が、より成功しやすいバクテリアにホップするのに十分な期間、そのバクテリアは存続するかもしれない。その遺伝子配列が赤ちゃんの腸内細菌のゲノムに定着すれば、それがコードする機能を引き継ぐことができるのです。

「ドナー細胞の一時的な存在でさえ、その持続的な存在にこれほどの影響を与えることができるという事実は、本当に魅力的です」とカーは語った。

1枚目は青いドレスシャツを着た中肉中背の男性、2枚目はメガネをかけて青いドレスシャツを着た金髪の色白女性、3枚目はメガネをかけて金髪の色白男性で、これも青いドレスシャツを着ています。
上から、MITとハーバード大学のブロード研究所のラムニク・ザビエル、ヨーテボリ大学のカロリナ・ヤバー、ヘルシンキ大学のトミー・ヴァタネン。

提供：Ramnik Xavier（上）、Elin Lindstrom（中央）、提供：Tommi Vatanen
はじめに
場合によっては、これらのホップはプロファージ（細菌の中で複製する休眠ウイルス）によって可能になったかもしれない。赤ちゃんの腸内というストレスの多い環境では、プロファージが活性化して細菌間を移動し始め、埋め込まれた細菌の遺伝子を持ち運ぶ可能性があるのだ。

ヴァタネン教授とジャバー教授らは、乳児の便を分析した結果、このような事例を発見した。ある種の細菌のDNAに組み込まれたプロファージが、数ヵ月後に別の細菌に姿を現したのである。

「これは、この特定のファージが2つの異なる種の間を飛び越えたという、極めて説得力のある証拠です」とヴァタネンは言う。研究者らは、細胞間の直接接触や、環境中に放出されたDNAを細菌細胞が取り込むなど、他の方法で細菌種間の遺伝子が移動していることも発見した。

遺伝子が移動した大きなグループのひとつは、遺伝子の水平伝播を可能にする細胞機構をコードしていた。その他の移動性配列は、炭水化物やアミノ酸の代謝に役立ち、そのため細菌に大きな利益をもたらした可能性がある。例えば、母乳に含まれる炭水化物の消化に関連する遺伝子が、このようにして母親から乳児に共有される可能性があることが示唆された、とジャバー氏は言う。研究者らは、水平転送が赤ちゃんに直接利益をもたらすかどうかはわからないが、より有能な腸内細菌群を形成することで、赤ちゃんの免疫系の発達に役立つかもしれないと述べている。

関連記事
腸内細菌は脳の社会的スキルの発達を助ける
マイクロバイオームを持たない動物がいる。それが教えてくれること。
進化は微生物を人間の一部として扱うべき？
これらの遺伝子配列の一部は、誕生から数カ月後に新しい細菌に現れ、その間に移転が継続していたことを示唆している。しかし、研究チームは、母親のマイクロバイオームが妊娠中に進化していることを突き止めた。その中には、体がブドウ糖に耐える能力に影響を及ぼすと思われる変化もあった。これらの知見は、妊娠中に発症する糖尿病がマイクロバイオームと関連している可能性を示唆している。

研究チームは、乳児から便を採取する際に、乳児の免疫細胞のサンプルも採取した。研究チームは現在、これらのサンプルを使って、これらの可動要素を含む乳児の保有する細菌が、免疫細胞とどのように相互作用するかを調べることを計画している。これらの実験から得られる知見は、アレルギーや自己免疫疾患を発症する人の仕組みや原因をより深く理解することにつながる可能性がある。

このような可動素子の存在は、先駆的な遺伝学者であるバーバラ・マクリントックが1940年代に発見して以来知られており、その功績で彼女はノーベル賞を受賞しています。「しかし、最近になるまで、これほどまでに深く特徴付けられることはありませんでした」とカーは言う。"今、我々はより多くの洞察を得て、実際に、移動性遺伝要素が、我々が以前思っていたよりも大きな影響を及ぼしていることに気付いています "とカーは言う。

我々の場合、その影響は、人生の非常に早い時期に始まることが判明しています。

Yasemin Saplakoglu（ヤセミン・サプラコグル
ByYasemin Saplakoglu
スタッフライター

2023年1月17日

抽象化ブログ細菌学マイクロバイオロジーミクロバイオームすべてのトピック