「良い」ウイルスが健康にどのように影響するか
人間の健康における「良い」ウイルスの役割はまだ比較的神秘的ですが、私たちはウイルスの訪問者の重要性を徐々に解明しています。この特集では、マイクロバイオームの無視されたセクションであるウイルスームを紹介します。
バクテリオファージに感染しているバクテリオファージのイラスト。
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健康と病気における細菌とマイクロバイオームの役割は、医学研究の最前線にあります。
私たちは最近の発見によって提起された多くの質問に答えるには遠い道のりですが、「友好的な」微生物の私たちの個人的な艦隊、つまり微生物叢がなければ私たちは繁栄しないことが今やしっかりと確立されています。
しかし、医学はその悩みの種ではありません。その目は常に地平線に固定されており、遠くに隠されているものの形を表現するために緊張しています。
バクテリアと健康の間のほとんど耐え難いほど複雑な相互作用を解き放つのに苦労しているとき、次の挑戦はすでに翼の中で待っています：ウイルスの役割。
ウイルスとは何ですか？
「マイクロバイオーム」という言葉を聞くと、すぐにバクテリアを思い浮かべますが、技術的には、マイクロバイオームは特定の環境にあるすべての微生物の合計です。一部の科学者は、これらの微生物の遺伝物質の合計を指すためにこの用語を使用します。
したがって、バクテリアの他に、マイクロバイオームにはウイルス（ウイルス）や真菌（マイコビオーム）などの訪問者も含まれます。今日まで、科学者はウイルスやマイコビオームに比較的ほとんど注意を払っていませんでした。
ウイルスは、人体のさまざまな生態学的ニッチ、特に鼻や口の内側や腸の内壁などの粘膜表面に生息しています。
この機能では、腸内細菌が最も多くのウイルス占有者をホストし、最も調査されているため、腸内細菌に焦点を当てます。
もちろん、ウイルスは天然痘、肝炎、HIV、狂犬病などの病気を引き起こすことで最も有名です。ウイルス性疾患に関連する緊急性のため、この側面は研究者の時間の大部分を占めています。しかし、多くのウイルスは人間の細胞に少しも関心がありません。
バクテリオファージの紹介
科学者たちは、ウイルスを「マイクロバイオームの中で最も大きく、最も多様で、最も動的な部分」であると考えており、腸内のウイルスの大部分はバクテリオファージです。バクテリアがいるところならどこでも、バクテリオファージが豊富にあります。
他の研究者が説明するように、「ファージは地球上で最も豊富な生命体であり、事実上遍在しています。 […]一部の淡水源には、[ミリリットル]あたり最大100億が含まれる場合があります。」
バクテリオファージはバクテリアに感染し、それらの細胞機構を指揮し、それを使用してそれらの遺伝物質を複製します。
腸内細菌が健康や病気に影響を与えることは今や十分に明らかであるため、腸内細菌に感染するウイルスも重大な影響を与える可能性があるのは当然のことです。
ファージセラピー
1920年代から1950年代にかけて、科学者たちはバクテリオファージが細菌感染症の治療に使用できるかどうかを調査しました。結局のところ、これらのウイルスは人間の病原体を破壊することに長けています。
科学者たちは、ファージ療法が効果的であり、そして重要なことに、副作用がないことを発見しました。
抗生物質が発見されたとき、ファージ療法は背景に薄れました。抗生物質は比較的簡単に製造でき、広範囲の細菌種を殺しました。
しかし、今日のハイテク機能と抗生物質耐性の恐ろしい背景により、ファージ療法への関心が復活する可能性があります。
ファージ療法を魅力的にする1つの要因はその特異性です。多くの場合、抗生物質は広範囲の細菌種を一掃します。 「良い」バクテリアが腸内に生息していることがわかったので、これが理想的ではないことは明らかです。
一方、バクテリオファージは、同じ細菌種内の狭い範囲の菌株のみを標的とします。
さらに、それらは、それらの標的細菌が局所領域にある場合にのみ複製します。まとめると、これは、目的の細菌のみを攻撃し、感染を一掃するまで複製を続けることを意味します。
人生の友達
バクテリオファージは早い段階で人間の旅に加わります。ある研究では、新生児の最初の糞である胎便を調べましたが、ウイルスの証拠は見つかりませんでした。
しかし、生後わずか1週間で、赤ちゃんの糞の1グラムには約1億個のウイルス粒子が含まれ、そのほとんどがバクテリオファージでした。私たちのウイルスは本当に生涯の仲間です。
それぞれの人間はバクテリオファージの異なる選択を持っており、それはまとめてファージオームと呼ばれます。ほぼ同じ食事をしている人はより多くの類似点を共有しますが、全体として、各個人のファージームは大きく異なります。
共生から腸内毒素症へ
前述のように、バクテリオファージはバクテリアを破壊します。ただし、状況によっては、バクテリオファージが細菌の集団に利益をもたらす可能性があります。
腸内では、バクテリオファージは主にプロファージとして存在します。この段階で、それらの遺伝暗号は細菌のゲノムに組み込まれ、活性化されるとバクテリオファージを生成する準備が整います。
彼らの人生のこの時点で、バクテリオファージはバクテリアに有害ではありません—それらは共生して存在します。
バクテリアは互いに遺伝物質を交換できるので、プロファージの遺伝暗号は個々のバクテリア間で転送することもできます。
それらは、「異なる細菌種間で抗生物質耐性、病原性、または代謝経路に関連する遺伝子」を交換することができます。これはいくつかの細菌種に利益をもたらす可能性があり、潜在的にそれらがニッチを広げることを可能にします。しかし、成長は腸内の他の細菌のコロニーを犠牲にする可能性があります。
「プロファージは宿主細菌と共生しており、これらの細菌は私たちの体と共生しています。したがって、ファージは、宿主の細菌細胞がすぐに経験する以上に、[a]ヒトのような多細胞生物に間接的に利益をもたらすことができます。」
プロファージがアクティブになるようにトリガーされると（たとえば、ストレス時や宿主細菌が危険にさらされている場合）、プロファージは腸の微生物群集に広範な変化を引き起こす可能性があります。
無害なプロファージからいわゆる溶菌性ファージへの移行は、バクテリアのコミュニティを一掃し、「悪い」バクテリアに呼吸スペースを提供し、それらが隙間を埋めることを可能にする可能性があります。
これはコミュニティシャッフルと呼ばれ、腸内毒素症（微生物の不均衡）につながる可能性があります。
腸内毒素症から診断まで
腸内毒素症は、炎症性腸疾患、慢性疲労症候群、肥満など、さまざまな症状に関連しています。 クロストリジウム・ディフィシル (C. diff）感染症、および大腸炎。しかし、研究者たちはこれらの状態におけるバクテリオファージの役割についてまだ確信がありません。
これらの場合、腸内毒素症は他のメカニズムを介して発生する可能性があります。あるいは、原因ではなく、状態の症状である可能性があります。
研究者たちは、2型糖尿病、統合失調症、うつ病、不安神経症、パーキンソン病など、驚くほどさまざまな病気で腸内細菌の変化を観察しています。
バクテリオファージは腸内のバクテリアよりも数が多く、複製するためにバクテリオファージに依存しているため、変動の影響を受けるか、変動に関与している必要があります。
バクテリオファージは腸の変化を促進していない可能性があります—追加する必要がある変化は、病気を促進していない可能性があります。代わりに、バクテリオファージの個体数は、腸内細菌の変化によって受動的に変化する可能性があります。
バクテリオファージ群集の衰退と流れが健康と病気において重要であるかどうかは、調査するのが難しいでしょう。しかし、それが病気の病理学において極めて重要でなくても、これらの変動を見つけることは他の利益をもたらすかもしれません。
一例として、診断マーカーとしてウイルスを使用する可能性があります。たとえば、科学者たちは、炎症性腸疾患を持つ人々の腸内細菌叢の疾患特異的な変化を特定しました。これは、診断が難しいことで有名です。
ウイルスのトラブル
バクテリアの研究は決して簡単ではありません。結局のところ、それらは信じられないほど小さいです。バクテリアは一般的に直径0.4-10マイクロメートルです。いくつかのコンテキストを提供するために：10マイクロメートルはちょうど100分の1ミリメートルまたは4万分の1インチです。
ただし、ウイルスはさらに小さく、直径はわずか0.02〜0.4マイクロメートルです。
このような小さな規模での作業に固有の困難は別として、ウイルスは他の課題を提起します。
科学者が特定の集団にどの細菌種が存在するかを理解したい場合、彼らは遺伝情報を抽出します。
これから、特定のコードを分離し、既存のデータベースと照合します。最も一般的には、16SrRNA遺伝子を使用します。この特定の遺伝子は、ほとんどすべての細菌種に見られ、進化の過程で、比較的変化していません。
ただし、16SRNAの一部の領域は超可変と見なされます。これらの地域の違いにより、研究者は種を特定することができます。
一方、ウイルスは種間で同等の遺伝子を共有していません。これは、比較的最近まで、ウイルスの研究をほとんど不可能にしましたが、次世代シーケンシングの進歩はゆっくりと障壁を打ち破っています。
この段階では、人間の健康におけるウイルスの役割は、病気におけるウイルスの役割ほど明確ではありません。
そうは言っても、ウイルスが健康な体を維持する上で重要な役割を果たしている可能性も高いようです。研究技術の進歩によってのみ、それらの完全な影響が理解されます。
抗生物質耐性の差し迫った懸念を考えると、バクテリオファージへの新たな関心は、おそらく医学のこの神秘的な要素に専念するより多くの時間を見るでしょう。
それでも、マイクロバイオームの構成要素間の相互作用を理解することは、苦労して得た情報です。ある論文が説明しているように：
「腸内細菌叢の組成は、人生のいくつかの段階の間、あるいは同じ日の時間の間でさえ同じではありません。」
これは長い戦いになるはずです。
