脊髄損傷、炎症、免疫機能の関連性を研究する科学者たちは、腸内微生物群集のゲノムレベルの分析に注目しており、初期の研究結果は治癒を助ける潜在的な新しいアプローチのヒントを提供している。
マウスでは、脊髄損傷（SCI）後に枯渇した細菌株を再給餌すると、炎症が軽減され、体重減少が安定しました。 2番目の研究では、ヒトの筋肉消耗に関連するSCI後の体の窒素喪失と最も強い関係があるマウスの腸内で19種の微生物が同定された。
これらの予備的発見に加えて、微生物群集の広範なゲノムベースのマッピングにより、オハイオ州立大学の研究チームは、中枢神経系が障害された場合の損傷合併症における腸の役割、および考えられる保護活動についての理解を広げることができるようになりました。
「私たちは脊髄損傷を脊髄で始まり脊髄で終わる問題と考える傾向がありますが、私たちの研究は、もっと広範囲に考える必要があることを示唆しています」と、副著者のフィリップ・ポポビッチ氏（オハイオ州立医科大学神経科学教授兼教授）は述べた。 「脊髄は、脳と腸を含む体の他の部分との間の主要な伝達経路であり、そこで何兆もの微生物が体の最大の免疫細胞の集合体と相互作用します。脊髄の機能が障害されると、その関係は炎症、感染症、栄養、さらには正常な脳と脊髄の健康に必要な分子の生成に影響を及ぼす形で変化する可能性があります。」
この研究は、NPJ Biofilms and Microbiomes and Communications Biology に掲載された最近の記事で報告されました。
ポポビッチ氏の研究室は、脊髄損傷による自律神経系（呼吸や消化などを制御するニューロンのサブシステム）への損傷と、その結果として生じる感染症、治癒の遅れ、胃腸機能不全などの免疫系の問題に焦点を当てている。
10年前、両論文の共著者でポポビッチ研究室の研究員であるクリスティーナ・キゲルルが主導した研究では、脊髄損傷により腸内微生物叢が破壊され、プロバイオティクスを与えると保護効果があることがマウスで示された。
この新しい研究では、神経科学チームはオハイオ州の微生物学者と協力して、SCI前後のさまざまな時点でマウスの腸内に存在する微生物種の「腸内カタログ」を作成しました。これにより、そこにどのようなコミュニティがあるかだけでなく、それらがどのように相互作用するかについての広範な情報が提供されます。
「難しいのは、腸内マイクロバイオームのような非常に複雑な生態系を調べて、どの微生物、または微生物間の相互作用が宿主、つまり脊髄損傷者の健康にとって重要であるかを解明することだ」とキゲルル教授は語った。
キゲルル氏は、微生物学の研究者であるアーメド・ザイード氏とオハイオ州立大学生物物理学博士号を取得したばかりのモハメド・モーセン氏と共同で研究を主導した。両氏は共同上級著者であり、オハイオ州立大学微生物学教授でマイクロバイオーム科学センター所長のマシュー・サリバン氏が率いる研究室のメンバーである。同チームの研究は主に、ウイルスが海洋、土壌、人間の複雑なシステムのマイクロバイオームにどのような影響を与えるかに焦点を当てており、時間分解機械学習と人工知能分析を利用して調査を強化している。
腸内細菌の単一遺伝子マーカーは、細菌の機能を予測するためによく使用されます。しかしこの研究は、サリバングループのマイクロバイオームツールキットの技術を応用し、メタゲノム（微生物群集からの遺伝物質のコレクション）をつなぎ合わせて、神経系の研究で使用される最も一般的なマウス系統の1つにおける腸内マイクロバイオームの80％のドラフトゲノムを組み立てた。マウスから採取した 333 個の糞便サンプルを分析した結果、腸カタログを構成する 6,635 個の微生物ドラフトゲノムが得られました。このデータセットには、腸の生態系に存在するウイルスも含まれており、その役割と細菌の動態に対する潜在的な影響は進行中の研究の一部です。
マイクロバイオームは、雄と雌の動物の 3 つのグループ、つまり低胸部または高胸髄のいずれかに損傷を受けたマウスと損傷を受けていない脊髄を持つマウスの 3 つのグループで 6 か月間比較されました。胸部の上部損傷は腸を制御する交感神経ニューロンに対する脳関連の制御を完全に無効にし、下部損傷はその制御を部分的にではあるが低下させます。
この分析により、特定の細菌集団を特定するだけでなく、微生物が集団としてどのように行動するかを調べることが可能になりました。あるものは飢えた細菌と栄養素を共有する「利他主義者」であり、他のものは他の細菌が栄養素へのアクセスを拒否する「利己的な」細菌です。
「宿主にとってすべてをもたらすのは、単一のバグだけではありません。微生物と微生物同士、微生物と宿主の間の複雑な相互作用です。それがこの 2 つの論文のメッセージです」とザイド氏は述べた。
微生物のクロストークを理解することは、介入を考え出す上で極めて重要である。目標が正常な腸活動の回復である場合、他の微生物との関係を知らずに細菌を単に元に戻すだけでは、すべての問題は解決しないとモーセン氏は言う。
たとえば、コミュニケーション生物学の研究では、腸内細菌組成の大きな変化は、SCIのレベル、性別、損傷後の時間の経過によって異なることが示されました。しかし、ある種のラクトバチルス・ジョンソニーは一貫して枯渇しており、その補充が結果に影響を与えるかどうかを確認するために、負傷したマウスにこの種を再給餌する実験が行われた。 L. johnsoniiのみを再給餌することで損傷したマウスの一部の症状は改善したが、これらの細菌が腸に再導入された後に適切な給餌を維持するには併用療法が必要になる可能性があると研究者らは述べた。
NPJ バイオフィルムとマイクロバイオームの研究で発見された窒素の不均衡は、損傷した雄マウスでのみ明らかでした。腸の変化には、特定の化合物を利用可能な形態の窒素に変換する細菌の枯渇が関与しており、筋肉機能に関連する化学シグナル伝達が混乱します。窒素レベルの変化のほとんどに関連する個体群の数を 19 種に絞り込むことで、「どのように進めるべきかがより明確になる」とキゲルル氏は述べた。
この研究では脊髄が重点を置かれていますが、脊髄は腸と中枢神経系の間の相互連絡に影響を与える他の病気の代用でもあります。これまでの研究では、いくつかの神経疾患における脊髄損傷の証拠が示されています。
「これらの研究は外傷性損傷をモデル化するために選択的脊髄損傷を使用しましたが、その意味は外傷を超えて広がります。脳卒中、アルツハイマー病、ALSを含む多くの神経疾患は、脳、脊髄、内臓の連絡を可能にする神経経路を破壊する可能性があります」とベルフォード脊髄損傷センターのエグゼクティブディレクターで脳・脊髄修復センター所長でもあるポポビッチ氏は述べた。 「したがって、これらの変化が腸にどのような影響を与えるかを理解することで、より広範囲の神経学的症状に関連するメカニズムが明らかになる可能性があります。また、脳や脊髄とは異なり、腸は比較的簡単にアクセスして修正することができるため、健康と回復を改善できる実用的で忍容性の高い治療法を実現する刺激的な機会が生まれます。」
この研究は、国立神経障害・脳卒中研究所、ベルフォード脊髄損傷センター、レイ・W・ポップルトン研究指定寄付金、クレイグ・H・ニールセン財団上級研究賞、米国国立科学財団、オハイオ州マイクロバイオーム科学センターの支援を受けた。
その他の共著者は、Jingjie Du、Garrett Smith、Jan Schwab で、いずれもオハイオ州出身です。
/一般公開。元の組織/著者からのこの資料は、その時点の性質のものである可能性があり、明確さ、スタイル、長さのために編集されています。 Mirage.News は組織的な立場や立場をとらず、ここで表明されたすべての見解、立場、結論は著者のみのものです。全文はこちらでご覧ください。
Leave a Reply