世界的なマイクロバイオーム研究は、共通の健康リスクの新しい見方を提供します

私たちの体は約 30 兆個の人間の細胞で構成されていますが、約 39 兆個の微生物細胞もホストしています。 細菌、ウイルス、原生動物、菌類が私たちの腸内、口内、皮膚などに群がるこれらのコミュニティは、まとめてヒト マイクロバイオームと呼ばれ、フリーローダーや潜んでいる病原体だけで構成されているわけではありません。 むしろ、科学者がますます認識しているように、これらの微生物は私たちの健康に不可欠な生態系を形成しています. これらのデリケートなシステムの混乱が、私たちが必要とする栄養素を奪い、食物の消化を妨げ、おそらく私たちの体と心の苦痛を引き起こす可能性があることを理解することを目的とした研究が増えています.

しかし、私たちはまだマイクロバイオームについてほとんどわかっていないため、より根本的な質問に答え始めたところです。これらの微生物はどこから来るのでしょうか? 風邪のウイルスや胃の虫のように、他の人から感染することはありますか?

現在、人間のマイクロバイオーム伝達に関する最大かつ最も包括的な分析により、いくつかの重要な手がかりが得られています。 イタリアのトレント大学のゲノミストが率いる研究は、マイクロバイオーム生物が人々の間、特に一緒に多くの時間を過ごす人々の間で広範囲に飛び交うというヒントを発見しました. 結果、XNUMX月に出版された 自然、人々がマイクロバイオームをどのように組み立て、生涯を通じてそれらを再構築するかについての理解における重要なギャップを埋めます。

他の科学者はこの研究を称賛しています。 ホセ・クレメンテ・リトランマウント サイナイのアイカーン医科大学の遺伝学およびゲノム科学の准教授である .

この研究はまた、微生物が糖尿病や癌などの病気のリスクを上げたり下げたりできるかどうかについての興味深い憶測を助長し、通常は伝染性とは考えられていない病気に伝染性の側面をもたらします. ために ブレットフィンレイブリティッシュ コロンビア大学の微生物学教授で、次のように書いています。 解説 for 科学 2020 年には、その可能性について、調査結果は「非感染性疾患はおそらくそう呼ばれるべきではないという棺桶に最後の釘を打ちました」.

計り知れない多様性

マイクロバイオームは指紋のようなものです。非常に多様であるため、90 人が同じものを持つことはできません。 それらはまた信じられないほどダイナミックです — 赤ちゃんのマイクロバイオームは、成長するまでに劇的に異なって見えるように、人の一生を通して成長、縮小、進化します. 少数の微生物種が西洋化社会の 20% 以上の人々に見られますが、ほとんどの種は 90% から XNUMX% の人々に見られます。 （平 大腸菌おそらくほとんどの人が名前を挙げられる唯一の腸内細菌であるが、90% の頻度には達していない.) 研究によると、西洋化されていない社会では、微生物の多様性がさらに大きく、マイクロバイオームはより多様であることが示唆されている.

集団内で、無作為に選ばれた 30 人の個人は、通常、マイクロバイオーム種の半分未満しか共有していません。平均して、腸の微生物構成の重複は 35% から XNUMX% の間です。 微生物学者は、すべての健康な人が持つ「中心的な」微生物種のセットがあるかどうかについて議論していますが、もし存在するとすれば、それはおそらく全体の XNUMX 桁のパーセンテージです.

しかし、微生物が人々の間をどのくらいの頻度で通過するかを決定することは、種を探すよりもはるかに手ごわい問題です. 単一の種は、多くの異なる株、または遺伝的変異体で構成されている場合があります。 したがって、研究者は、マイクロバイオーム サンプルの遺伝子を調べて、個々の菌株を特定できる必要があります。 また、人間のマイクロバイオームには、2 万から 20 万の固有の微生物遺伝子が存在する可能性があり、微生物は常に遺伝子を再編成し、突然変異し、進化しています。

これが、マイクロバイオーム内の多数の細胞がどのように広がるかを学ぶことが、「XNUMXつの病原体の広がりを追跡する方法を学ぶよりもはるかに難しい」理由です. ミレイア・ヴァレス＝コロマー、トレント大学の博士研究員であり、新しい研究の最初の著者です。 最近まで、個体群から菌株を追跡することは不可能でした。

2010では、 瀬形ニコラ ハーバード大学のポスドクとして、ヒューマン マイクロバイオーム プロジェクトの膨大な遺伝子データ セットの分析を最初に開始したとき、利用可能なツールには、どの種が人々のマイクロバイオームに含まれているかを特定するために必要な解像度がありませんでした。 微生物が属している一般的な分類群を特定することはできましたが、それは誰かの場所を米国中西部に絞り込むようなものでした。

次の数年間で、さまざまな研究所が、社会的相互作用と近接生活に影響を与えたという証拠を発見しました。 霊長類のマイクロバイオーム そしてマウス。 で行われた人間の研究 比較的孤立した集団 パプアニューギニアや他の場所でも、微生物の共有の痕跡が見つかりました。 可能性の痕跡を発見した人さえいます ペットからの感染. しかし、これらの研究には限界があるため、どの程度の感染が起こっているのか、どこでも同じ程度に感染が起こっているのかどうかは明らかではありませんでした.

せがたが 2013 年にトレント大学に研究室を設立した後、状況は変わりました。彼と彼のチームは、同じ種の菌株を区別できるメタゲノム ツールの作成と改良を開始し、マイクロバイオームの伝達をより詳細に研究できるようになりました。

せがたは、2018 年に母親とその乳児の微生物を分析することで、この疑問を探り始めました。 彼のグループの調査結果と他のいくつかの研究は、母親が「出生時にマイクロバイオームを刻印している」ように、母親から赤ちゃんへの大量の伝染があるという以前の疑惑を確認した. 最近の研究によると、母親は引き続き マイクロバイオームを形成する 数年にわたる彼らの幼児の。

しかし、マイクロバイオームの多様性は小児期と成人期で大きく変化するため、母親からのこの初期の遺伝は「成人に見られる微生物を説明していません」と Segata 氏は述べています。 フォローアップ実験では、研究者は新しい微生物が人々が食べた食物に由来する可能性をほぼ除外しました。

だから「それは伝達でなければならない」とセガタは言った。 「私たちが腸内に持っているものは、他の個人の腸から来ているに違いありません。」

家族や友達と共有する

マイクロバイオームの新しいグローバル分析のために、Segata、Valles-Colomer とその同僚は、これまで知られていなかった種や同じ種の異なる系統を認識できるようにツールを磨きました。 これらのツールを使用して、彼らは 9,700 大陸 20 か国の 800,000 を超える便と唾液のサンプルを調べました。これらのサンプルは、非常に多様なライフスタイルを持つコミュニティを代表し、人間の寿命の全範囲とさまざまな生活形態をカバーしています。 彼らは、家族、ルームメイト、隣人、村の間で XNUMX を超える微生物株を追跡し、同じ菌株が共有されている種の割合を計算しました。

彼らの予想通り、生後 50 年間に母親と乳児の間で菌株の共有が最も多いことがわかりました。乳児の腸内で見つかった共有種の約 27% は、母親から広がった菌株でした。 母親の影響は時間とともに減少し、3 歳の 14% から 30 歳までには XNUMX% に減少しましたが、消えることはありませんでした。 中国の一部の高齢者は、生き残ったXNUMX歳の母親とまだ緊張を共有していることが示されました.

ヴィーナ・タネジャメイヨー クリニックの免疫学者であり、この研究には関与していませんが、調査結果のさらに驚くべき情報は、帝王切開で生まれた乳児よりも経膣で生まれた乳児の方が母親とより多くの株を共有していたにもかかわらず、この差は XNUMX年。 帝王切開で生まれた赤ちゃんは特定の病気のリスクが高い可能性があることを「人々は大騒ぎしています」と彼女は言いました. しかし、調査結果は、おそらく「大したことではない」ことを示唆しています。

（その見解は、 新しい研究 今月公開 セルホストと微生物. 帝王切開で生まれた赤ちゃんは、経膣で生まれた赤ちゃんよりも母親のマイクロバイオームをあまり受けていないことがわかりましたが、母乳からより多くの微生物を受け取ったため、逃したことはありませんでした.)

私たちが年をとるにつれて、マイクロバイオームのかなりの部分が、私たちが一緒に住んでいる、または近くに住んでいる人々からもたらされ続けています. 当然のことながら、Segata とその同僚による研究では、配偶者やその他の身体的に親密なパートナーが多くの微生物を共有していることがわかりました。彼らが共有する腸の種の 13% は同じ菌株であり、共通の口腔種の 38% もそうでした。

しかし、プラトニックに一緒に住んでいた人々は、共通の腸の種で12％、共通の口の種で32％と、それほど遅れていませんでした. その理由は、Segata、Valles-Colomer と彼らのチームが発見したように、伝染の最も重要な決定要因は一緒に過ごした時間だからです。 ひとつ屋根の下に住む人々は最も多くの株を共有していましたが、同じ村に住んでいる人々でさえ、距離が離れている人々よりも多くの株を共有する傾向がありました. 菌株共有の頻度はさまざまな社会で一貫していましたが、研究チームは、西洋化されていない国の人々はより多様なマイクロバイオームを持つ傾向があるという以前の発見を確認しました.

研究者はまた、共通に保持されている菌株が時間の経過とともに失われる可能性があることも発見しました。 一緒に育った双子の系統共有レベルは約 30% でしたが、10 年離れて暮らすと約 30% に低下しました。

せがたは、共通の種の他の系統のほとんどは、他の人からも来ている可能性が高いと考えています. （しかし、ペットはおそらく大きな貢献者ではない. セガタは、動物はほとんどの場合、通常私たちの中でコロニーを形成したり持続したりしない微生物種を保有していると述べた.

この調査結果は、私たちが最も多くの時間を共に過ごす人々とマイクロバイオームの一部を共有していることを示すこれまでで最も強力な証拠です. 著者らが、単一の集団だけでなく、世界中でこの感染パターンを確認できたという事実は、「衝撃的」でした. イラナ・ブリト、コーネル大学の生物医学工学の准教授。 これらのデータセットは非常にノイズが多く、これらの異なる生物間で多くの突然変異が起こっていると彼女は付け加えた. しかし、チームは「ノイズを越えたシグナル」を発見することに成功しました。

マイクロバイオーム生物が人々の間でどのように広がるかは明らかではありません. キスやセックスがその一部を説明していますが、微生物は咳やくしゃみによって吐き出された飛沫を介して伝染したり、汚染された表面から拾われたりする可能性もあります. また、どの微生物が他の微生物よりも広がりやすいかについても、まだ学ぶべきことがたくさんあります。 その質問に答えることは、マイクロバイオーム生物が広がる可能性があるという考えの意味を理解するために重要です.

健康や病気の蔓延

共有の程度によって、固有の微生物の分布パターンが明らかになったので、病気で何が起こるかを調べることができます。 「その意味で、この作業は本当に基本的なものだと思います」とクレメンテは言いました。

通常は伝染性とは見なされないいくつかの病気には、伝染性の側面が見落とされている可能性があります。 研究 見つけた 人から人へと伝染しない病気にかかっている人の多くは、「台無しにされた」ように見えるマイクロバイオームを持っている、とフィンレーは述べた.

一部 E. 大腸菌の たとえば、菌株は、がんのリスクを高める可能性のある毒素を放出する可能性があります。 マイクロバイオームに含まれる特定の結腸直腸がん患者 フソバクテリウム 種は 予後が悪い そして治療によるより悪い結果。 体内のグルコースとインスリンのレベルに影響を与える腸内微生物は、肥満やメタボリック シンドロームなどの状態と結びついています。 2型糖尿病でさえ. 不均衡な腸内微生物叢は神経変性に関連しており、次のような脳の状態で役割を果たす可能性があると理論化されています. アルツハイマー病.

「これらの病気がマイクロバイオームに少なくとも部分的に依存しており、マイクロバイオームが少なくとも部分的に伝染性である場合、これらの疾患は少なくとも部分的に伝染性になります」と Segata 氏は述べています。

しかし、「特定のマイクロバイオームが [病気] のリスクにどの程度寄与しているかを理解することは、難しい問題です」と Clemente 氏は述べています。 そのような関連性を発見したほとんどの研究でさえ、微生物が病気を引き起こしているのか、それとも単に病気のリスクがある人にコロニーを形成しやすいのかを明らかにすることはできません.

非伝染性の健康問題のリスクを高める「悪い」微生物が人々の間で伝染する可能性がある場合、理論的には、それらのリスクを低下させる「良い」微生物も伝染する可能性があります. いくつかの研究は、微生物が喘息やアレルギーなどの状態に対して、特に幼少期に保護することができることを示唆しています. 健全なマイクロバイオームの断片を意図的に共有する 糞便移植、細菌のような特定の病気や感染症の治療に驚くほど成功していることが証明されています クロストリジウムディフィシレ.

私たちは微生物集団から大きな恩恵を受けているため、微生物集団を維持するために進化してきました。 イェンス・ウォルター、ユニバーシティ カレッジ コークおよび APC Microbiome Ireland の生態学、食品およびマイクロバイオームの教授。 そのため、ウォルターは、私たちの共通の微生物が病気を引き起こしている可能性があるという仮説に納得せず、逆の考えに引き寄せられています。 「旧友」または衛生仮説. 進化を通じて、マイクロバイオームが免疫系の反応を訓練するのに役立った可能性があることを示唆しています。 したがって、抗生物質や防腐剤の使用が増加し、全体的な清潔度が向上した現代では、マイクロバイオームの構成が変化し、健康上の脆弱性がさらに高まっている可能性があります.

1 年前と比べて、「今日の世界では微生物がより容易に拡散していることは間違いありません」と Walter 氏は述べています。 炎症性腸疾患、多発性硬化症、関節リウマチ、XNUMX 型糖尿病 (これらはすべて伝染病ではなく免疫疾患と見なされています) は、抗生物質や防腐剤を多用する傾向がある西洋社会でより一般的です。

共有の有益な効果または有害な効果は、共有される種や菌株に依存する可能性がありますが、これはまだ少しブラックボックスです. 私たちの健康に影響を与えるのはマイクロバイオーム内の個々の生物ではなく、それらの共同体が一緒に伝染する可能性があることも考慮する必要がある、とブリト氏は述べた. 特定の生物は、あるコミュニティのコンテキストでは別のコンテキストよりも重要になる場合があります。

Segata、Valles-Colomer とそのチームは、研究で健康な個人のみを分析しましたが、進行中の研究では、メタゲノム ツールを疾患を持つ人々のデータ セットに適用して、それらの発見が健康とマイクロバイオームの関係を明らかにするかどうかを確認しています。

また、現在、XNUMX つのデイケア センター (乳児とその親、兄弟、ペット、教師) からデータをサンプリングしています。 研究者たちは、微生物がどのように伝染するか、特定の腸と口腔の微生物が人の間を移動するのにどれくらいの時間がかかるかを解明したいと考えています.

マイクロバイオーム生物の拡散を追跡することは、「それが私たちの健康にそれほど影響を与えるとは考えていなかった」ため、長い間無視されてきました. マイクロバイオームを調べる技術を手に入れた今、「事実上あらゆる病気に関連していることがわかります」。

編集者注：セガタと彼のグループによる研究は、 サイモンズ財団、これにも資金を提供します 編集的に独立した雑誌. シモンズ財団の資金提供の決定は、私たちの報道に影響を与えません。