腸が有益なマイクロバイオーム種の居心地の良い住処を作る仕組み

2023年3月29日
編集後記
腸が有益なマイクロバイオーム種の居心地の良い住処を作る仕組み
カーネギー科学研究所による
Lactobacillus plantarumという細菌が優先的にコロニー形成されるミバエの腸の断面図。Credit: William Ludington, Allan Spradling, and coauthors.
カーネギー科学研究所のWilliam LudingtonとAllan Spradlingが率いる新しい研究によると、ミバエの消化管は、有益なマイクロバイオーム種を受け入れ、腸内環境の長期的安定性を維持するために自己改造を行うことが判明しました。この研究成果は、『Nature Communications』に掲載されました。
腸内細菌叢は、人体内に生息する数百から数千の微生物種からなる生態系である。これらの集団は、私たちの健康、生殖能力、長寿に影響を及ぼします。しかし、これらの微生物種が私たちの体や互いにどのように相互作用するかについては、まだ学ぶべきことがたくさんあります。
カーネギーで数年にわたりマイクロバイオームの獲得と構成について研究してきたルディントンは、「私たちは毎日、多様な細菌種に遭遇し、摂取さえしています」と説明します。「にもかかわらず、腸内細菌叢は、哺乳類から昆虫に至るまで、多くの種で維持されている現象で、時間の経過とともに比較的安定した状態を保っています。
彼とスプラドリング、そして彼らの共同研究者たちは、私たちの腸が、どのようにしてこのように著しく一貫したマイクロバイオーム組成を維持できるのかを明らかにしたかったのです。ヒトのマイクロバイオームは非常に複雑であるため、彼らは、ほんの一握りの微生物種によってのみコロニーを形成されるミバエを研究しました。
カーネギーのRen Dodge、Haolong Zhu、Daniel Martinez、Chenhui Wang、Kevin Aumillerら研究チームは、高度な方法と強力な顕微鏡を用いて、ミバエの腸が特定の種によるコロニー形成を選択的に促進する物理条件を作り出すことを明らかにしました。
LpWFは空間的特異性を持ってハエの腸を安定的にコロニー化する。A コロニー形成アッセイの概略図。0日目に初回投与し、分析前の3日間、毎日無菌食品に連続移し替えを行う。B 腸内図。C 一過性の細胞を除去した後の腸全体におけるLpWF-mCherryのコロニー形成の顕微鏡観察では、前腸に特異的なコロニー形成領域があることがわかる。最大強度のz-プロジェクションを示す。D プロベントリウルスはLpWFのコロニー形成の主要な部位である。E Aiのコロニー形成は、プロブレム管内腔とクロップ管にも特異的である（図S2も参照）。F Bで解剖した領域のCFU密度。n = 3生物学的複製から得た23個の腸/領域。列は平均値を表す。エラーバーはS.D.である。 G マイクロサージェリーを実施し、作物を除去した。H 作物を除去したハエの前腸にLpWFがコロニー形成された（n = 15/15）。I プロベセントリック内腔のTEM断面。n = 3生物学的複製の代表画像。J (I)の詳細。スケールバーは図中のパネルで定義されている。ソースデータはSource Dataファイルとして提供される。クレジット：Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-36942-x
「スプラドリングは、分子生物学の世界的リーダーであり、ミバエの遺伝子を研究する画期的な技術を開発しました。
研究者らは、有益な細菌株がコロニーを形成すると、ミバエの腸内で物理的な変化が起こり、利用可能な結合部位の数が増えること、また、付着に役立つ物質が生成されて、第二の種が侵入する道が開かれることを発見しました。
「動物の発達の遺伝的基盤を理解するための最も強力なモデル生物にこのニッチを発見したことで、動物がマイクロバイオームを選択し制御するメカニズムを理解するための全く新しい分野の可能性が開かれました」とLudingtonは結論付けています。
研究チームは、2種類の微生物がコロニーを形成するための理想的なニッチに変化しているミバエの腸のある特定の部分に焦点を当て、研究を行った。今後、研究チームは、ハエの遺伝学を利用して、ニッチの構築と維持のメカニズムを解明するとともに、ミバエやヒトを含む他の動物に潜在するニッチを探したいと考えている。
他の共著者には、サイモン・フレーザー大学のEric JonesとDavid Sivak、カリフォルニア大学バークレー校のBenjamin Obadia、スタンフォード大学のAndrés Aranda-DíazとKerwyn Casey Huang、ジョンズ・ホプキンス大学のZhexian Liu、ローレンスバークレー国立研究所のマルコ・ボルトラニとEoin L. Brodie、カリフォルニア大学サンタバーバラ校のジャン・カールソンも含まれています。
詳細はこちら Ren Dodge et al, A symbiotic physical niche in Drosophila melanogaster regulates stable association of a multi-species gut microbiota, Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-36942-x
ジャーナル情報です： ネイチャーコミュニケーションズ
提供：カーネギー科学研究所
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