新しいツールにより、メイヨークリニックの研究者はマイクロバイオームから治療薬を発見することに近づいた
2022年11月18日
新しいツールにより、メイヨークリニックの研究者はマイクロバイオームから治療薬を発見することに近づいた
ヒトマイクロバイオーム微生物の概念図。
ヒトのマイクロバイオームは天然の薬局に生息している？
微生物は、腸、肺、鼻、口、皮膚、膣など、体中の組織や体液の中に存在している。最近の一連の科学的研究により、このヒトのマイクロバイオーム（何兆もの細菌、ウイルス、真菌のコミュニティ）が、健康や病気の原動力であることが示唆されています。
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産生する生化学的産物（代謝産物ともいう）のうち臨床的に関連性のあるものは何かを正確に判断するツールをまだ十分に持ち合わせていないのです。
メイヨークリニックの科学者たちは、その答えを探すために、これらの不明な点を解読できる可能性のある計算ツールを作成した。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。
二次代謝産物は、重要な微生物間の相互作用を媒介する天然に作られた生化学的産物で、その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ものである。
この新しい研究は、米国微生物学会の学術誌「mSystems」に掲載されている。
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本研究の責任著者であるJaeyun Sung博士が語っています。
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いています」とSung博士は言います。「微生物は、分泌する化学物質を通じて、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。私たちの体内のすべての臓器、消化器官、免疫系とコミュニケーションをとっているのです。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源であるため、臨床的に重要であると、宋博士は言っています。
「微生物は最高の化学者であり薬剤師なのです」と宋博士は語っています。
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、それらの微生物に固有の生合成遺伝子群を予測する。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」と宋博士は説明する。
2 新しい治療法の基礎となる重要な発見
宋教授によると、研究チームは2つの重要な発見をしたという。まず、ヒトの体内には、さまざまな天然抗生物質がコード化された異なる生合成遺伝子群が存在していることを発見した。
「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るのです」と宋博士は説明しています。「これは、微生物が人体のユニークなニッチに適応していることを多少なりとも説明するものです」。
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、一方、他のものは複数の疾患に共通していることが判明しました。
「腸内細菌の生合成遺伝子クラスターを異なる疾患ごとに特徴づけることで、私たちの結果は治療法の糸口となります」とSung博士は述べています。「微生物が二次代謝産物をいつ、どのように、そしてなぜ作るのかを理解することがもたらす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でしょう。
Sung博士のグループは、現在、腸内細菌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合物を分離し、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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