微生物によるソーシャルネットワークの構築

 

この研究のフックは、多くの人にとって馴染み深いものでしょう。小さな子供が母親や父親と一緒に地下鉄に乗ります。小さな子供の手は窓ガラス、ハンドル、座席の表面、床など、この公共空間が提供するすべての表面に触れ、そして無意識に子供の口の中へさまよいます。この子供の父親は微生物学者のクリス・メイソンであり、この地下道での移動がきっかけとなり、大都市のマイクロバイオームに関する研究を行うようになったのです。そしてなんと、大都市にはそれぞれ独自の微生物の指紋があることを証明することができたのです（1）。

 

私たちのマイクロバイオームのコロニー形成の基盤

実験ではまずニューヨークで、次に世界60都市で、改札口など頻繁に触れる部分のサンプルを採取しその組成を調べました。この研究を正しく分類できるようにするためには、まずそこでどのような微生物が予想され、それが都市の住民について何を語っているのかが問題となります。

 

ドアの取っ手のような表面には、いわば全人類の微生物の断面図があると思われます。皮膚の微生物、手の平に咳をした肺の微生物、手のひらにも見られる腸内細菌など、特に公共の場にあるハンドルは、すべての微生物学者にとってまさに宝の山です。それに呼応するように調査結果も素晴らしいものになっています。(2)

 

ボルチモアからボゴタまで、5大陸の主要60都市で、3年間にわたり大規模なデータ収集が行われました。その結果をインタラクティブな地図で印象的に記録しています（3）。その中には、11,000個のウイルスと1,302個のバクテリア、そしてこれまで科学的に知られておらず、どの生物にも帰属しない838,532個のDNA配列が含まれていました(4)。まるでエイリアン映画のような話ですが、微生物学がいかに未熟であるかということを教えてくれています。

 

大都市のマイクロバイオームへの影響

 細菌やウイルスが家庭や職場の人々の間で交換されることは理解できることであり、常識です。微生物は空気中のエアロゾルや表面を経由して、宿主から次の宿主へと移動します。これは特に病気の蔓延に関係します。例えばニューヨークの地下街では、炭疽菌の病原体であるバチルス・アンソラシス（Bacillus anthracis）を検出することができたのです。研究期間中に保健所に届けられた症例はなかったため、研究者は、平均的な都内のマイクロバイオームには常に少量の病原体が含まれていると仮定しました（だからこそ冒頭に述べた親の勘は非常に正しく、子供が地下の取っ手を吸うことは本当に気持ち悪いのです）。

 

私たちのマイクロバイオームの永続的で本質的な構成は、他のさまざまな要因に左右されます。生まれつきの体質も、肌の上でどの細菌が優勢かを左右します(5)。腸内細菌がどのようにコロニー形成されるかは、特に食生活と抗生物質の摂取量に左右されます(6)。そして、私たちのハウスダスト、ひいては肺の中にどのような微生物がいるのかは、都市に住む人と田舎に住む人とでは大きく異なります(7)。近隣の工場とその排出ガスが目立ち、森林や公園があることでフィルター機能を引き継ぐことができます。降水量の多さ、気温の激しい変化、あるいはニューヨークのように海に近いといった一般的な気候条件は、マイクロバイオームに影響を与えます。これらの要因はある種の微生物の増殖に有利に働き、ある種の微生物の増殖を抑制しているのです。

 

驚異的なヒット率

 調査の結果、ほぼすべてのサンプル（97％）に存在する31種を同定することができました。彼らはこれを都市の「コアマイクロバイオーム」と呼んでいます。また70%のサンプルからは、さらに1,145種が検出されました。それでいて、残ったものはサンプル間のわずかな違いを許容し、88％の的中率で正しい都市に割り当てることができるのです。例えば、研究の出発点となったニューヨークでは、低温に強いCarnobacterium inhibensの出現が典型的な例として目立っていました。

 

研究の意義

一方では、この研究結果は完全に驚くべきものではありませんが、他方ではさらなる応用の可能性を示す重要な基礎となるものです。大都市が均質な自己完結した単位ではないことを考慮するとヒット率は著しく高いですが、例えば観光や異常気象が結果に影響する可能性があります。著者自身、応用分野として法医学やバイオテロ防止を提案しています。発案者のクリス・メイソンは、大都市における病原性微生物の常時監視が、コロナのパンデミックの発生を防いだり、少なくとも弱めたりした可能性があると強調しています。

 

 

出典へのリンク

(1) O’Grady C, Cities have their own distinct microbial fingerprints, Science (2021), https://www.science.org/news/2021/05/cities-have-their-own-distinct-microbial-fingerprints

(2) Afshinnekoo E, Meydan C, et al Geospatial Resolution of Human and Bacterial Diversity with City-Scale Metagenomics, Cell Syst (2015), https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/26594662/

(3) http://metasub.org/map/

(4) Danko D, Bezdan D, et al A global metagenomic map of urban microbiomes and antimicrobial resistance, Cell (2021), https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(21)00585-7

(5) Knight R, Delivery Method Influences Microbial Communities in Newborn, HHMI (2010), https://www.hhmi.org/news/delivery-method-influences-microbial-communities-newborns

(6) Mantegazza C, Molinari P et al. Probiotics and antibiotic-associated diarrhea in children: A review and new evidence on Lactobacillus rhamnosus GG during and after antibiotic treatment (2018), https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1043661817309234

(7) Hanski I, von Hertzen L, Fyhrquist N, Koskinen K, Torppa K, Laatikainen T, et al. Environmental biodiversity, human microbiota, and allergy are interrelated.環境生物多様性、ヒト微生物相、アレルギーは相互に関連している。Proc Natl Acad Sci USA (2012), https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/22566627/