ニュース｜同居する人の遺伝子が腸内に「移る」ことはあるのか？微生物を介した遺伝的影響の社会的伝播を研究が解明
一緒に暮らす人の遺伝子が、気づかないうちに腸内細菌に影響を与えている可能性があります。Nature Communicationsに掲載された研究によると、同居は個人の腸内マイクロバイオームを形作るだけでなく、微生物を介して遺伝的影響が集団内に「広がる」こともあります。
この研究は、バルセロナのゲノム制御センター（CRG）とカリフォルニア大学サンディエゴ校の共同研究で、実験用マウス 4,000 匹以上を調べました。マウスの腸内マイクロバイオームの構成は、自身の遺伝子だけでなく、同じケージで暮らすマウスの遺伝子からも大きな影響を受けていました。
研究者らは、遺伝子そのものが個体間を移動するのではなく、遺伝子によって形作られた共生微生物が、密接な社会的接触を通じて広がると説明しました。特定の遺伝子は特定の腸内細菌の増殖を選択的に促し、それらの細菌が同居する動物間を移動することで、遺伝的影響が別の個体にも「波及」する可能性があります。
「これは魔法ではなく、社会的接触を通じて遺伝的影響が伝わる結果です。遺伝子は腸内マイクロバイオームを形作り、個体自身の遺伝子だけが作用しているのではないことが分かりました」と、責任著者でCRG研究員のアメリ・ボー博士は述べました。
腸内マイクロバイオームは数兆個の微生物から成り、消化、免疫、全身の健康に重要な役割を果たします。食事や薬剤が主な影響因子と考えられている一方、遺伝的要因を正確に定義することは長年困難でした。ヒトを対象とした研究では、これまで腸内マイクロバイオームとの確実な関連が確認されているのは、ラクターゼ遺伝子とABO式血液型遺伝子だけです。
研究者らは、自然な環境では生得的要因と養育・環境要因が密接に絡み合っていると指摘しました。遺伝子は食事や生活習慣に影響し、家族や社会的接触のある人々は食べ物、生活環境、微生物を共有するため、遺伝的影響を切り分けることが難しくなります。そこで研究チームは、遺伝的に多様な実験用マウスを厳密に管理された環境で飼育し、同じ食事を与えました。
この 4,000 匹のマウスは、飼育方法の異なる米国の四つの施設にある、独立した四つの集団に由来します。全ゲノムデータと腸内マイクロバイオームデータを組み合わせることで、異なる環境条件でも安定している三つの遺伝子・微生物関連領域を特定しました。
最も強い関連が見られたのは、腸管粘液に糖分子を付加するSt6galnac1遺伝子でした。研究者らは、腸内細菌のParaprevotellaがこの糖を栄養源にしていると考えています。この関連は四つすべての集団で確認されました。二つ目の遺伝領域には複数のムチン遺伝子が含まれ、Firmicutes細菌の量と関連していました。三つ目は抗菌分子をコードするPip遺伝子に関係し、マウスで一般的でヒトにも存在するMuribaculaceae科の細菌と関連していました。
大規模なサンプルにより、実験用マウスの腸内マイクロバイオームが自身の遺伝子によってどの程度決まり、同居個体の遺伝的影響によってどの程度生じるのかを、研究者らは初めて定量化できました。この現象は「間接的遺伝効果」と呼ばれ、母親の遺伝子が養育環境を通じて子の成長や免疫に影響する古典的な例に似ています。
研究チームは、直接的な遺伝的影響と、社会的接触を介した間接的な影響を区別する計算モデルを構築しました。Muribaculaceae科の一部の細菌には、両方の影響が及んでいました。こうした社会的影響をモデルに組み込むと、新たに特定された三つの遺伝子・微生物関連における遺伝的影響の全体的な強さは 4 倍から 8 倍に増加しました。研究者らは、これは実際の全体像のごく一部にすぎない可能性があると考えています。
「私たちは氷山の一角しか見ていないのかもしれません」とボー博士は述べました。「現在検出できるのは、最も強いシグナルを示す細菌です。マイクロバイオーム解析が進歩すれば、社会的な遺伝的影響を受ける微生物がさらに数多く見つかる可能性があります」
この研究は、同様のメカニズムがヒトにも存在する場合、大規模な集団研究では遺伝子が健康に及ぼす影響を体系的に過小評価する可能性も示しています。遺伝子は個人の疾患リスクを決めるだけでなく、微生物の伝播を通じて、社会的ネットワークに属する他者の健康にも影響する可能性があります。
メカニズムの観点から、研究者らは、マウスのSt6galnac1はヒトのST6GAL1遺伝子と機能的に非常によく似ており、過去の研究でもST6GAL1とParaprevotellaの関連が示されていると指摘しました。これは、腸管粘液表面の糖鎖付加によって、どの微生物が腸内に定着・増殖できるかが決まる生物学的メカニズムを、異なる種が共有している可能性を示します。
研究チームは、医学的な仮説の可能性も示しました。他の研究では、ST6GAL1とワクチン接種後のブレイクスルーSARS-CoV-2感染との関連が報告されています。また、Paraprevotellaは、ウイルスが宿主細胞へ侵入するために必要な消化酵素の分解を促進することが示されています。遺伝子変異は、この細菌の量を調節することで、間接的に感染リスクに影響する可能性があります。
Paraprevotellaは、IgA抗体の構造にも影響を及ぼす可能性があります。IgAは腸管を保護しますが、異常なIgAが血流に入り腎臓に蓄積すると、IgA腎症を引き起こすことがあります。研究者らは、この経路が一部の人で自己免疫疾患が発症する理由を説明できる可能性があると推測しました。
研究チームは次に、実験用マウスでSt6galnac1がどのようにParaprevotellaを調節するのかを調べ、腸管および全身の生理機能への下流の影響を追跡する計画です。
「今ではこの細菌にほとんど夢中です」とボー博士は述べました。「私たちの研究結果は独立した四つの施設で再現され、追跡研究を行う非常に貴重な機会が得られました」
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ニュース｜同居する人の遺伝子が腸内に「移り住む」ことはある？微生物を介した遺伝的影響の社会的伝播を研究が解明
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一緒に暮らす人の遺伝子が、気づかないうちに腸内細菌に影響を与えている可能性があります。Nature Communicationsに掲載された研究によると、同居は個人の腸内マイクロバイオームを形作るだけでなく、微生物を介して遺伝的影響が集団内に「広がる」こともあります。
この研究は、バルセロナのゲノム制御センター（CRG）とカリフォルニア大学サンディエゴ校の共同研究で、実験用マウス 4,000 匹以上を調べました。マウスの腸内マイクロバイオームの構成は、自身の遺伝子だけでなく、同じケージで暮らすマウスの遺伝子からも大きな影響を受けていました。
研究者らは、遺伝子そのものが個体間を移動するのではなく、遺伝子によって形作られた共生微生物が、密接な社会的接触を通じて広がると説明しました。特定の遺伝子は特定の腸内細菌の増殖を選択的に促し、それらの細菌が同居する動物間を移動することで、遺伝的影響が別の個体にも「波及」する可能性があります。
「これは魔法ではなく、社会的接触を通じて遺伝的影響が伝わる結果です。遺伝子は腸内マイクロバイオームを形作り、個体自身の遺伝子だけが作用しているのではないことが分かりました」と、責任著者でCRG研究員のアメリ・ボー博士は述べました。
腸内マイクロバイオームは数兆個の微生物から成り、消化、免疫、全身の健康に重要な役割を果たします。食事や薬剤が主な影響因子と考えられている一方、遺伝的要因を正確に定義することは長年困難でした。ヒトを対象とした研究では、これまで腸内マイクロバイオームとの確実な関連が確認されているのは、ラクターゼ遺伝子とABO式血液型遺伝子だけです。
研究者らは、自然な環境では生得的要因と養育・環境要因が密接に絡み合っていると指摘しました。遺伝子は食事や生活習慣に影響し、家族や社会的接触のある人々は食べ物、生活環境、微生物を共有するため、遺伝的影響を切り分けることが難しくなります。そこで研究チームは、遺伝的に多様な実験用マウスを厳密に管理された環境で飼育し、同じ食事を与えました。
この 4,000 匹のマウスは、飼育方法の異なる米国の四つの施設にある、独立した四つの集団に由来します。全ゲノムデータと腸内マイクロバイオームデータを組み合わせることで、異なる環境条件でも安定している三つの遺伝子・微生物関連領域を特定しました。
最も強い関連が見られたのは、腸管粘液に糖分子を付加するSt6galnac1遺伝子でした。研究者らは、腸内細菌のParaprevotellaがこの糖を栄養源にしていると考えています。この関連は四つすべての集団で確認されました。二つ目の遺伝領域には複数のムチン遺伝子が含まれ、Firmicutes細菌の量と関連していました。三つ目は抗菌分子をコードするPip遺伝子に関係し、マウスで一般的でヒトにも存在するMuribaculaceae科の細菌と関連していました。
大規模なサンプルにより、実験用マウスの腸内マイクロバイオームが自身の遺伝子によってどの程度決まり、同居個体の遺伝的影響によってどの程度生じるのかを、研究者らは初めて定量化できました。この現象は「間接的遺伝効果」と呼ばれ、母親の遺伝子が養育環境を通じて子の成長や免疫に影響する古典的な例に似ています。
研究チームは、直接的な遺伝的影響と、社会的接触を介した間接的な影響を区別する計算モデルを構築しました。Muribaculaceae科の一部の細菌には、両方の影響が及んでいました。こうした社会的影響をモデルに組み込むと、新たに特定された三つの遺伝子・微生物関連における遺伝的影響の全体的な強さは 4 倍から 8 倍に増加しました。研究者らは、これは実際の全体像のごく一部にすぎない可能性があると考えています。
「私たちは氷山の一角しか見ていないのかもしれません」とボー博士は述べました。「現在検出できるのは、最も強いシグナルを示す細菌です。マイクロバイオーム解析が進歩すれば、社会的な遺伝的影響を受ける微生物がさらに数多く見つかる可能性があります」
この研究は、同様のメカニズムがヒトにも存在する場合、大規模な集団研究では遺伝子が健康に及ぼす影響を体系的に過小評価する可能性も示しています。遺伝子は個人の疾患リスクを決めるだけでなく、微生物の伝播を通じて、社会的ネットワークに属する他者の健康にも影響する可能性があります。
メカニズムの観点から、研究者らは、マウスのSt6galnac1はヒトのST6GAL1遺伝子と機能的に非常によく似ており、過去の研究でもST6GAL1とParaprevotellaの関連が示されていると指摘しました。これは、腸管粘液表面の糖鎖付加によって、どの微生物が腸内に定着・増殖できるかが決まる生物学的メカニズムを、異なる種が共有している可能性を示します。
研究チームは、医学的な仮説の可能性も示しました。他の研究では、ST6GAL1とワクチン接種後のブレイクスルーSARS-CoV-2感染との関連が報告されています。また、Paraprevotellaは、ウイルスが宿主細胞へ侵入するために必要な消化酵素の分解を促進することが示されています。遺伝子変異は、この細菌の量を調節することで、間接的に感染リスクに影響する可能性があります。
Paraprevotellaは、IgA抗体の構造にも影響を及ぼす可能性があります。IgAは腸管を保護しますが、異常なIgAが血流に入り腎臓に蓄積すると、IgA腎症を引き起こすことがあります。研究者らは、この経路が一部の人で自己免疫疾患が発症する理由を説明できる可能性があると推測しました。
研究チームは次に、実験用マウスでSt6galnac1がどのようにParaprevotellaを調節するのかを調べ、腸管および全身の生理機能への下流の影響を追跡する計画です。
「今ではこの細菌にほとんど夢中です」とボー博士は述べました。「私たちの研究結果は独立した四つの施設で再現され、追跡研究を行う非常に貴重な機会が得られました」
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