글로벌 마이크로바이옴 연구는 공유 건강 위험에 대한 새로운 시각을 제공합니다.

우리 몸은 약 30조 개의 인간 세포로 구성되어 있지만 약 39조 개의 미생물 세포도 보유하고 있습니다. 우리의 내장, 입, 피부 및 다른 곳에 있는 박테리아, 바이러스, 원생동물 및 균류의 군락을 총칭하여 인간 마이크로바이옴이라고 하는 이 무리는 프리로더와 잠복하는 병원균으로만 구성되지 않습니다. 대신, 과학자들이 점점 더 높이 평가함에 따라 이러한 미생물은 우리 건강에 필수적인 생태계를 형성합니다. 점점 더 많은 연구가 이러한 섬세한 시스템의 붕괴가 어떻게 우리에게 필요한 영양소를 빼앗고, 음식의 소화를 방해하고, 아마도 우리 몸과 마음의 고통을 유발할 수 있는지 이해하는 것을 목표로 합니다.

그러나 우리는 여전히 미생물 군집에 대해 거의 알지 못하기 때문에 훨씬 더 근본적인 질문에 대한 답을 찾기 시작했습니다. 이 미생물은 어디에서 왔습니까? 감기 바이러스나 장내 벌레처럼 다른 사람에게서 퍼질 수 있습니까?

이제 인간 미생물 전파에 대한 가장 크고 가장 포괄적인 분석이 몇 가지 중요한 단서를 제공했습니다. 이탈리아 트렌토 대학(University of Trento)의 유전체학자들이 이끄는 연구는 미생물 유기체가 사람들 사이, 특히 많은 시간을 함께 보내는 사람들 사이에서 광범위하게 뛰어다니는 힌트를 발견했습니다. 결과, XNUMX월에 출판됨 자연, 사람들이 어떻게 미생물을 조립하고 평생 동안 재구성하는지에 대한 이해의 중요한 격차를 메웁니다.

다른 과학자들은 이 연구에 박수를 보냈다. 호세 클레멘테 리트란Mount Sinai의 Icahn School of Medicine의 유전학 및 유전체학 부교수인 는 이 작업이 "뛰어난" 것이라고 칭찬하며 가족 구성원 또는 함께 사는 사람들 사이에 얼마나 많은 공유를 기대할 수 있는지에 대한 최초의 명확한 척도를 제공했다고 말했습니다.

이 연구는 또한 미생물이 당뇨병이나 암과 같은 질병에 대한 위험을 높이거나 낮출 수 있는지에 대한 흥미로운 추측을 불러일으켜 일반적으로 전염성이 없는 것으로 간주되는 질병에 전염 가능한 차원을 가져옵니다. 을 위한 브렛 핀링, 브리티시 컬럼비아 대학의 미생물학 교수 해설 for 과학 2020년에는 그 가능성에 대해 "비전염성 질병을 그렇게 부르면 안 된다는 마지막 못을 관에 박았습니다."

헤아릴 수 없는 다양성

마이크로바이옴은 지문과 같습니다. 너무 다양해서 두 사람이 동일한 지문을 가질 수 없습니다. 그들은 또한 믿을 수 없을 정도로 역동적입니다. 사람의 일생 동안 너무 많이 성장, 축소 및 진화하여 아기의 마이크로바이옴은 자라면서 완전히 다르게 보일 것입니다. 소수의 미생물 종은 서구화된 사회에서 90% 이상의 사람들에게서 발견되지만 대부분의 종은 20~90%의 사람들에게서 발견됩니다. (심지어 대장균아마도 대부분의 사람들이 이름을 붙일 수 있는 유일한 장내 세균은 빈도가 90%에 미치지 못합니다.) 연구에 따르면 비서구화 사회에는 훨씬 더 다양한 미생물과 더 다양한 미생물 군집이 있습니다.

인구 내에서 무작위로 선택된 두 개체는 일반적으로 공통된 미생물 종의 절반 미만을 가지고 있습니다. 평균적으로 장의 미생물 구성에서 겹치는 부분은 30%에서 35% 사이입니다. 미생물학자들은 모든 건강한 사람들이 가지고 있는 미생물 종의 "핵심" 집합이 있는지에 대해 논쟁하지만, 만약 존재한다면 전체의 한 자릿수 비율일 것입니다.

그러나 미생물이 사람들 사이를 얼마나 자주 통과하는지를 결정하는 것은 종을 찾는 것보다 훨씬 더 어려운 문제입니다. 단일 종은 다양한 변종 또는 유전적 변이체로 구성될 수 있습니다. 따라서 연구자들은 마이크로바이옴 샘플의 유전자를 살펴봄으로써 개별 변종을 식별할 수 있어야 합니다. 그리고 인간 마이크로바이옴에는 2만에서 20만 개의 고유한 미생물 유전자가 존재할 수 있으며 미생물은 지속적으로 유전자를 뒤섞고 돌연변이를 일으키며 진화합니다.

이것이 바로 마이크로바이옴의 수많은 세포가 어떻게 퍼지는지를 배우는 것이 "한 병원체의 확산을 추적하는 방법을 배우는 것보다 훨씬 더 어려운" 이유입니다. 미레이아 발레스 콜로머, Trento 대학의 박사후 연구원이자 새로운 연구의 첫 번째 저자. 최근까지 개체군을 통해 변종을 추적하는 것은 불가능했습니다.

2010에서 니콜라 세가타 Human Microbiome Project를 위해 Harvard University에서 박사후 연구원으로 처음으로 방대한 유전 데이터 세트를 분석하기 시작했지만 사용 가능한 도구에는 사람의 microbiome에 어떤 종이 ​​있는지 정확히 찾아내는 데 필요한 해상도가 부족했습니다. 그들은 미생물이 속한 일반적인 분류군을 식별할 수 있었지만 그것은 누군가의 위치를 ​​미국 중서부로 좁히는 것과 같았습니다.

향후 몇 년 동안 다양한 실험실에서 사회적 상호 작용과 근접 생활이 영장류의 마이크로바이옴 그리고 쥐. 인간에 대한 연구 상대적으로 고립된 인구 파푸아 뉴기니와 다른 곳에서도 미생물 공유의 특징을 발견했습니다. 일부는 가능한 흔적을 발견했습니다. 애완동물로부터의 전염. 그러나 이러한 연구의 한계로 인해 얼마나 많은 전송이 발생하고 있으며 모든 곳에서 동일한 정도로 발생하는지 여부가 명확하지 않았습니다.

이것은 Segata가 2013년에 Trento 대학에 연구실을 설립한 후 바뀌었습니다. 그와 그의 팀은 동일한 종의 변종을 구별할 수 있는 metagenomics 도구를 만들고 개선하기 시작했으며, 이를 통해 마이크로바이옴 전송을 더 자세히 연구할 수 있었습니다.

Segata는 2018년에 엄마와 아기의 미생물을 분석하여 이 질문을 조사하기 시작했습니다. Segata는 그의 그룹의 연구 결과와 다른 여러 연구에서 어머니가 "태어날 때 마이크로바이옴을 각인"하는 것과 같이 어머니로부터 아기에게 엄청난 양의 전염이 있다는 이전의 의심을 확인했습니다. 최근 연구에 따르면 어머니는 계속해서 마이크로바이옴을 형성하다 몇 년 동안 그들의 유아의.

그러나 마이크로바이옴의 다양성은 어린 시절과 성인기 사이에 크게 변하기 때문에 어머니로부터의 이러한 초기 유전은 "성인에게서 볼 수 있는 미생물을 설명하지 못한다"고 Segata는 말했습니다. 후속 실험에서 연구원들은 사람들이 먹은 음식에서 새로운 미생물이 나왔을 가능성을 거의 배제했습니다. 그 미생물은 장에 잘 정착할 수 없었기 때문입니다.

따라서 "전송되어야 합니다."라고 Segata는 말했습니다. "우리가 장에 가지고 있는 것은 다른 개인의 장에서 나온 것임에 틀림없다."

가족 및 친구와 공유

마이크로바이옴의 새로운 글로벌 분석을 위해 Segata, Valles-Colomer 및 동료들은 이전에 알려지지 않은 종과 동일한 종의 다른 변종을 인식할 수 있을 만큼 도구를 연마했습니다. 이 도구를 사용하여 그들은 9,700대륙 20개국에서 수집한 800,000개 이상의 대변 및 타액 샘플을 검사했습니다. 이 샘플은 매우 다양한 라이프스타일을 가진 커뮤니티를 대표하고 인간 수명의 전체 범위와 다양한 생활 방식을 포함합니다. 그들은 가족, 룸메이트, 이웃 및 마을 사이에서 XNUMX개 이상의 미생물 변종을 추적하고 공유 종의 몇 퍼센트가 동일한 변종인지 계산했습니다.

그들이 예상한 대로, 생후 50년 동안 산모와 영아 사이에서 변종을 가장 많이 공유한다는 사실을 발견했습니다. 영아의 내장에서 발견된 공유 종의 약 27%는 어미에게서 퍼진 변종이었습니다. 어머니의 영향력은 시간이 지남에 따라 3세의 14%에서 30세의 XNUMX%로 감소했지만 사라지지는 않았습니다. 중국의 일부 노인들은 생존한 XNUMX세 어머니와 여전히 긴장을 공유하는 것으로 나타났습니다.

럭셔리 비나 타네자이 연구에 참여하지 않은 Mayo Clinic의 면역학자인 , 연구 결과에서 가장 놀라운 정보 중 하나는 질식으로 태어난 영아가 제왕절개로 태어난 영아보다 어머니와 더 많은 긴장을 공유했지만 이 차이는 XNUMX배 감소했다는 것입니다. 세. 그녀는 "사람들은 제왕절개를 통해 태어난 아기가 특정 질병에 걸릴 위험이 더 높을 수 있다는 사실을 큰일로 여긴다"고 말했다. 그러나 연구 결과는 "큰 일이 아니어야 한다"고 제안합니다.

(이 견해는 새로운 연구 이번 달에 출판 세포 숙주 및 미생물. 제왕절개로 태어난 아기가 자연분만 아기보다 엄마의 미생물군을 적게 받았지만 모유에서 더 많은 미생물을 받았기 때문에 놓치는 것은 아니었다.)

나이가 들어감에 따라 상당한 양의 마이크로바이옴이 계속해서 함께 살거나 가까이 사는 사람들로부터 나옵니다. 당연하게도 Segata와 동료들의 연구는 배우자 및 기타 신체적으로 친밀한 파트너가 많은 미생물을 공유한다는 사실을 발견했습니다. 그들이 공유한 장내 종의 13%는 같은 계통이었고, 공유한 구강 종의 38%도 그랬습니다.

그러나 플라토닉하게 함께 사는 사람들은 크게 뒤지지 않았으며, 공유된 내장 유형의 경우 12%, 공유된 구강 유형의 경우 32%였습니다. Segata, Valles-Colomer 및 그들의 팀이 발견한 것처럼 전송의 가장 중요한 단일 결정 요인은 함께 보낸 시간이었기 때문입니다. 한 지붕 아래 사는 사람들이 가장 많은 고민을 공유했지만, 같은 마을에 사는 사람들도 멀리 떨어진 사람들보다 공통점이 더 많은 경향이 있었습니다. 균주 공유 빈도는 여러 사회에서 일관되었지만 팀은 비서구화 국가의 사람들이 더 다양한 미생물군을 가지고 있는 경향이 있다는 이전 연구 결과를 확인했습니다.

연구원들은 또한 공통적으로 유지되는 계통이 시간이 지남에 따라 손실될 수 있음을 발견했습니다. 함께 자라는 쌍둥이는 약 30%의 부담 공유 수준이 있었지만 10년 동안 떨어져 살면 약 30%로 떨어졌습니다.

Segata는 공유 종의 다른 변종 대부분이 주로 친구나 직장 동료와 같은 친밀한 접촉을 통해 다른 사람에게서 나올 가능성이 있다고 생각하지만, 어쩌면 우리가 훨씬 더 짧고 우연히 만나는 사람들에게서 나올 수도 있습니다. (그러나 애완 동물은 아마도 큰 기여자가 아닐 것입니다. Segata는 동물이 일반적으로 우리에게 식민지화하거나 지속하지 않는 미생물 종을 주로 품고 있다고 말했습니다.)

이 발견은 우리가 가장 많은 시간을 보내는 사람들과 우리 미생물의 일부를 공유한다는 가장 강력한 증거입니다. 저자들이 단일 인구뿐만 아니라 전 세계적으로 이러한 전파 패턴을 볼 수 있었다는 사실은 "놀랐다"고 말했습니다. 일라나 브리토, Cornell University의 생물 의학 공학 부교수. 이러한 데이터 세트는 매우 시끄럽고 서로 다른 유기체에서 많은 돌연변이가 발생한다고 그녀는 덧붙였습니다. 그러나 팀은 "노이즈를 가로지르는 신호"를 성공적으로 발견했습니다.

마이크로바이옴 유기체가 사람들 사이에 어떻게 퍼지는지는 명확하지 않습니다. 키스와 섹스가 그 중 일부를 설명하지만, 미생물은 기침과 재채기로 뿜어져 나오는 비말을 통해서도 전염될 수 있거나 오염된 표면에서 채취될 수 있습니다. 또한 어떤 미생물이 다른 미생물보다 더 쉽게 퍼지는지에 대해 아직 배워야 할 것이 많습니다. 이 질문에 답하는 것은 마이크로바이옴 유기체가 퍼질 수 있다는 생각의 의미를 이해하는 데 중요합니다.

건강 또는 질병 확산

공유의 정도를 통해 고유한 미생물의 분포 패턴이 밝혀졌으므로 질병에서 어떤 일이 일어나는지 살펴볼 수 있습니다. 클레멘테는 “그런 의미에서 이 작업은 정말 근본적이라고 생각한다.

일반적으로 전염성으로 간주되지 않는 일부 질병은 전염성 측면을 간과할 수 있습니다. 연구 발견 사람 대 사람으로 퍼지지 않는 질병을 가진 많은 사람들이 "망쳐진" 것처럼 보이는 마이크로바이옴을 가지고 있다고 Finlay는 말했습니다.

일부 E. 대장균 예를 들어 변종은 암의 위험을 증가시킬 수 있는 독소를 방출할 수 있습니다. 마이크로바이옴이 더 많은 것을 포함하는 특정 대장암 환자 푸소박테리움 종은 경향이있다 더 나쁜 예후 그리고 치료로 더 나쁜 결과. 신체의 포도당 및 인슐린 수치에 영향을 미치는 장내 미생물은 비만 및 대사 증후군 및 심지어 제2형 당뇨병. 불균형한 장내 마이크로바이옴은 신경 퇴행과 관련이 있으며 다음과 같은 뇌 상태에 역할을 할 수 있다는 이론이 있습니다. 알츠하이머 병.

Segata는 "이러한 질병이 적어도 부분적으로는 미생물에 의존하고 미생물이 적어도 부분적으로 전염될 수 있다면 이러한 질병은 적어도 부분적으로 전염될 수 있습니다."라고 말했습니다.

그러나 "특정 미생물 군집이 [질병] 위험에 기여하는 양을 이해하는 것은 어려운 질문입니다."라고 Clemente는 말했습니다. 그러한 연관성을 발견한 대부분의 연구조차도 미생물이 질병을 일으키는지 또는 단순히 질병에 걸릴 위험이 있는 사람을 식민지화하는 것이 더 쉬운지 구분할 수 없습니다.

비전염성 건강 문제의 위험을 높이는 "나쁜" 미생물이 사람들 사이에 전염될 수 있다면 이론상으로는 이러한 위험을 낮추는 "좋은" 미생물도 전염될 수 있습니다. 일부 연구는 미생물이 특히 어린 시절에 천식 및 알레르기와 같은 상태로부터 보호할 수 있다고 제안합니다. 다음을 통해 건강한 미생물군 일부를 의도적으로 공유합니다. 대변 ​​이식, 박테리아와 같은 특정 질병 및 감염을 치료하는 데 놀랍도록 성공적인 것으로 입증되었습니다. 클로스 트리 디움 남과 어울리지 않는.

우리는 미생물 개체군을 유지하기 위해 진화했습니다. 옌스 월터, University College Cork 및 APC Microbiome Ireland의 생태학, 식품 및 미생물 군집 교수. 그렇기 때문에 Walter는 우리가 공유하는 미생물이 질병을 일으킬 수 있다는 가설에 확신을 갖지 못하고 반대 개념에 더 끌립니다. "오래된 친구" 또는 위생 가설. 그것은 진화 전반에 걸쳐 우리의 마이크로바이옴이 면역 체계의 반응을 훈련하는 데 도움이 되었을 수 있다고 제안합니다. 현대의 항생제 및 방부제 사용 증가와 전반적인 청결도 향상은 마이크로바이옴의 구성을 변경하고 우리에게 더 많은 건강 취약성을 야기할 수 있습니다.

월터는 1년 전과 비교할 때 "오늘날 세계에서 미생물을 더 쉽게 퍼뜨리는 것은 확실히 아니다"라고 말했습니다. 염증성 장질환, 다발성 경화증, 류마티스관절염, 제XNUMX형 당뇨병 등 모두 전염성 질환이 아닌 면역질환으로 분류되며 항생제와 방부제를 광범위하게 사용하는 서구화된 사회에서 더 많이 발생한다.

공유의 유익하거나 해로운 영향은 어떤 종과 계통이 공유되는지에 따라 달라질 수 있으며 이는 여전히 약간의 블랙 박스입니다. 우리는 또한 우리의 건강에 영향을 미치는 것이 우리의 미생물 군집에 있는 개별 유기체가 아니라 함께 전염되는 그들의 공동체일 수도 있다는 점을 고려해야 한다고 Brito는 말했습니다. 어떤 유기체는 한 공동체 맥락에서 다른 것보다 더 중요할 수 있습니다.

Segata, Valles-Colomer 및 그들의 팀은 연구에서 건강한 개인만을 분석했지만 진행 중인 연구에서 질병이 있는 사람들의 데이터 세트에 metagenomic 도구를 적용하여 이러한 결과가 건강과 미생물 사이의 연결을 밝히는지 확인하고 있습니다.

그들은 또한 현재 영유아와 부모, 형제자매, 애완동물, 교사 등 세 곳의 탁아소에서 데이터를 샘플링하고 있습니다. 연구자들은 미생물이 어떻게 전염되는지, 그리고 특정 장내 미생물과 구강 미생물이 사람 사이를 이동하는 데 걸리는 시간을 파악하기를 바라고 있습니다.

Valles-Colomer는 "우리는 그것이 우리의 건강에 그렇게 많은 영향을 미칠 것이라고 생각하지 않았기 때문에" 미생물 유기체의 확산을 추적하는 것은 오랫동안 무시되어 왔다고 말했습니다. 이제 우리는 마이크로바이옴을 조사할 수 있는 기술을 보유하고 있으므로 "거의 모든 질병과 관련이 있음을 알 수 있습니다."

편집자 주: Segata와 그의 그룹의 연구는 시몬스 재단, 또한 이것에 자금을 지원합니다 편집 독립 잡지. Simons Foundation 자금 지원 결정은 당사 보장 범위에 영향을 미치지 않습니다.