バクテリアの社会生活

2023年10月20日 19:30

一般/微生物相
2023年アストゥリアス王女賞、バクテリアの社会生活

https://microbioblog.es/la-vida-social-de-las-bacterias-premio-princesa-de-asturias-2023

イグナシオ・ロペス＝ゴーニ著
07/06/202307/06/2023
多くの人は、バクテリアは単細胞の微生物で、浮遊して孤立した生活を送る、悲しく退屈な存在だと想像している。しかし、真実から遠く離れたものはない。ほとんどのバクテリアは集団で生活し、互いにコミュニケーションをとり、非常に乱婚的である（互いに遺伝子を交換しやすい）。彼らはタペストリー、バイオフィルム、バイオフィルムと呼ばれるものを形成して表面に生息している。バイオフィルムはバクテリアやその他の微生物の集合体であり、通常、多糖類とタンパク質からなる粘着性の粘液に包まれて、共通のマトリックスの中で共生している。土の中、川の流れ、植物の根の周り、あるいは腸の上皮や口の中の歯茎など、自然界ではこのように何百万もの個体が集まってマイクロコロニーを形成している。共同体での生活には利点がある。それは自己防衛システムである。バイオフィルム内の細菌は、外部からの攻撃に対してより抵抗力があり、生き残りやすく、拡散しやすい。例えば、抗生物質や免疫システムに対してより強い抵抗力を持つ。

細菌同士のコミュニケーション

一緒にいることに加えて、細菌は互いにコミュニケーションをとる。細菌は噂好きで、互いにささやき合い、独自の言語を持っている。バクテリアは集団の中にいることを知り、一人の時にはしないようなことをする（10代の息子や娘のようなものだ）。これはクォーラムセンシングと呼ばれる現象で、彼らは新しい機能を一斉に実行するのに十分なクォーラムがあるときを知る。クオラムセンシングは個体群密度を評価するメカニズムである。多くの細菌は、効果的に機能するために一定数の個体が必要な活動を始める前に、十分な数の個体がいることを確認するためにクォーラムセンシングを利用する。例えば、ある細菌が毒素を放出する場合、その毒素を放出するのがその細菌だけであれば何の効果もない。しかし、多くの細菌が一緒に存在すれば、その毒素が協調的に放出され、壊滅的な効果をもたらすことができる。このシステムが機能するためには、バクテリアがシグナル分子または誘導分子を外界に放出し、それが周囲に拡散する。周囲に多くの細菌がいれば、培地中のインデューサー濃度は非常に高くなり、細胞内に侵入することができる。細胞内のインデューサーは、ある遺伝子や機能の発現をオン・オフするシグナルとして働く。細胞の数が少なければ、インデューサーはほとんど存在せず、効果はない。十分な数のバクテリアがいる場合、つまり定足数がある場合にのみ、システムは活性化される。このようにシンプルだがエレガントな方法で、細菌は互いにコミュニケーションをとり、バイオフィルムを形成する多糖類から毒素、光を発する生物発光酵素まで、あらゆるものを生産・放出することができる。

クオラムセンシングによるビブリオ菌の生物発光の制御。

私たちの微生物叢

しかし、それだけではない。細菌は私たちの細胞ともコミュニケーションをとり、相互作用している。私たちの体内や皮膚には、何十億もの微生物（バクテリアだけでなく、ウイルス、真菌、酵母など）が生息している。これを微生物叢という。私たちは、これらの微生物（主にバクテリア）と私たちの細胞との間の何百万もの相互作用でいっぱいの生態系である。今日、私たちは超生物であり、人間の細胞1つにつき少なくとも1つの細菌が体内に存在することがわかっている。そして、バクテリアの種類は1万種類以上ある。さらに、人はそれぞれ独自の "微生物シグネチャー"、つまりマイクロバイオータを持っている。大きく多様な微生物叢は健康と同義である。例えば、腸内細菌叢は私たちの免疫システムを活性化し、訓練し、他の病原性微生物によるコロニー形成を防ぎ、腸管バリアを維持し、サポートし、炎症プロセスを制御し、胆汁酸塩やその他の化合物を分解し、短鎖脂肪酸、ビタミン、神経伝達物質、ホルモンなどを産生する。私たちの細胞と微生物叢の間のこのコミュニケーションやバランスが何らかの理由で乱れると、ディスバイオーシスと呼ばれ、私たちの健康に非常に悪い結果をもたらす。肥満、糖尿病、自己免疫疾患、腸の炎症からうつ病、自閉症、アルツハイマー病まで、微生物叢の変化や変化に関連する病気は300以上報告されている。微生物叢の変化が病気の原因なのか結果なのかはわからないことが多いが、この2つの間に関連性があることを示す証拠は増えつつある。

2023年アストゥリアス王女技術・科学研究賞

今年のアストゥリアス王女賞は、微生物学者のジェフリー・I・ゴードンとピーター・グリーンバーグ、生化学者のボニー・L・バスラーに贈られた。ゴードンは、ヒトの微生物叢とその健康への影響に関する研究のパイオニアであり、微生物叢を構成する数千の種の発見とそのゲノム配列の決定を可能にしたヒト・マイクロバイオーム・プロジェクトを推進した。バスラーとグリーンバーグは、クオラムセンシングシステムを用いた細菌間のコミュニケーション研究のパイオニアである。

この微生物世界の "社会生活 "を理解すること、つまり細菌同士がどのようにコミュニケーションをとっているのか、そして細菌と我々の生物との関係を理解することは、未来の個別化医療におけるパラダイムシフトを意味するかもしれない。20年前、私たちのゲノムの塩基配列が解読され、どの遺伝子マーカーによってがんに対する個別化治療がデザインされるのか、まるでサイエンス・フィクションのように思われたのと同じように、おそらく将来、私たちの微生物叢を知ることで、私たちの健康を改善するための特定の微生物カクテルをデザインするようになるのだろう。

2023年アストゥリアス王女技術・科学研究賞についての詳細はこちら。

もちろん、私の推薦も：

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クオラムセンシング
1 コメント

マルセロ・A・サガルドイ
と、サガルドイは言う：
18/06/2023 at 02:19
年々重要性が増しているトピックについて教えていただき、ありがとうございました。

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