この研究は腸内マイクロバイオームの遺伝子編集による治療への新たなアプローチを示している。スタンフォード大学の研究チームは、既に腸内に豊富に存在するバクテリアを遺伝子改変し、腎結石の原因となるシュウ酸塩を分解する能力を付与した。小規模な臨床試験では、この改変バクテリアがシュウ酸塩レベルを25%削減することに成功した。この手法は将来的にアルツハイマー病、糖尿病、慢性疲労症候群など様々な疾患の治療に応用できる可能性を秘めており、マイクロバイオーム工学における画期的な進歩として注目されている。
腸内マイクロバイオームと疾患の関連性
腸内マイクロバイオームは、がんから精神的健康まで、あらゆることに関与していることが明らかになっています。そして、私たちがこれをより深く理解し始めるにつれて、科学を利用してマイクロバイオータを賢く改善し、微調整することで、これらの疾患を予防したり、さらには治療したりできるのかという、とても魅力的な疑問が生まれています。
今週、人々に遺伝子組み換え微生物を投与して腎結石の形成を防ぐことを試みた小規模な試験からのニュースがあります。そうです。まあ、実際にはそうでもありません。腎結石は10人に1人が罹患するそうなので、かなり一般的です。しかし、これがマイクロバイオームの遺伝子編集に向けた第一歩なのか、そしてあらゆる種類の病気を治療できるのかということが大きな疑問です。
そして、Grace Wadeさんがもっと詳しく教えてくれます。こんにちは。
既存の腸内細菌を改変する新しいアプローチ
この研究で本当に興味深いのは、通常研究者たちが人々の腸内マイクロバイオータを変えようとする際、自然に存在する腸内細菌や遺伝子組み換え細菌を与えることに焦点を当ててきたということです。しかし、これは通常うまくいきません。なぜなら、これらの新しく導入された細菌は腸内生態系に移行し、そこで成功裏に定着するのに苦労するからです。
そこで、スタンフォード大学のWeston Whitakerさんと彼の同僚たちは、ほとんどの人の腸内に既に豊富に存在するBacteroides vulgatusと呼ばれる細菌を遺伝子改変しました。そして彼は私に、この細菌が既に腸内でのコロニー形成が得意だということを知っているから選んだのだと話してくれました。
そうですね。それでは、この細菌にどのような遺伝的変化を加えたのでしょうか？
腎結石予防のための遺伝子改変
彼らは腎結石の形成を減らすことを望んでいました。そこで、細菌がシュウ酸塩を分解できるようにする3つの遺伝的変化を行いました。これらは腎結石の原因となる食事性化合物です。また、これらの細菌の生存チャンスを、腸内に既に住んでいる細菌よりも高めました。
ラットにこれらの細菌を与え、高シュウ酸塩食を摂取させたところ、これらの細菌がラットの尿中のシュウ酸塩レベルを対照群と比べて約半分まで減少させることがわかりました。
人を対象とした臨床試験
なるほど。そして、それを人にも投与したのですか？
はい、そうです。彼らは腸性高シュウ酸尿症という、体がシュウ酸塩を過剰に吸収してしまう病気を患っている9人に投与しました。そして最終的に起こることは、この病気の人たちが腎結石を繰り返しできてしまうということです。そして、それはひどく聞こえます。
28日間の試験期間中に、研究者たちはこの細菌がシュウ酸塩レベルを約25%減少させることを発見しました。そして、それは小さく聞こえるかもしれませんが、他の試験では20%の減少だけでもこの病気の症状を軽減するのに十分であることが示されています。
将来的な応用の可能性
先ほど述べたように、腎結石は実際にかなり一般的です。そして、一度できると、また別の結石ができる可能性がかなりあります。つまり、これは繰り返し起こる現象なのです。ですから、これがそのために素晴らしいものであることがわかります。しかし、私たちが本当にここで興味を持っているのは、これがもっと広範囲にこの技術を展開し、他の多くの病気を治療するために細菌を工学的に改変する第一歩なのかということだと思います。
絶対にそうです。私が話した専門家の一人は、このアプローチを本当の画期的成果だと表現しました。なぜなら、工学的に改変された腸内微生物を実際に腸内でコロニー化させることができ、また治療効果を持たせることができるということが実際に可能であることを示しているからです。
そして、これらは私たちがこれまで実現するのに苦労してきたことです。ですから、このアプローチを洗練させることができれば、マイクロバイオームに関連づけられている非常に多くの疾患があります。アルツハイマー病、糖尿病、慢性疲労症候群、そしてこれらを標的とする全く新しいアプローチを開く可能性があります。
合成共生生物材料の開発
はい、それらを標的とすることもそうですが、気分、欲求、そして多くの異なる認知的なことも含まれます。これは本当に、本当に刺激的です。私はインペリアル・カレッジのこの研究室に行きました。彼らは、将来いつの日かあなたが体内にインプラントとして使用するであろう合成共生生物材料を作製しています。現時点では、傷の上の外部パッチのようなものとして考えていますが、それは体が必要とするかもしれないホルモンや酵素を生成し、傷の治癒を促進するかもしれません。
彼らはsin scobbyと呼ばれるものを作りました。scobbyです。コンブチャや酢を作ったことがあるなら、scobbyは酢の種菌やコンブチャの種菌です。つまり、それはあなたの培養の出発点のようなものです。そしてscobbyは細菌と酵母の共生培養を意味します。合成のものを作るということは、材料を生産するその2つの生物を得て、それから望むものを作るためにそれらを遺伝子編集するということです。
ですから、酵母に望む酵素や栄養素を何でも生産させることができます。この材料を作って、それから傷の上に置いて治癒を助けるか、将来的にはそれを摂取して、あなたが望むまたは必要とするホルモンや酵素を生産させることができます。
すごく、かなり驚異的です。本当にクールです。
巧妙な競争優位性の仕組み
この研究で彼らが行った巧妙なことの一つは、Graceさん、これらの細菌を海藻の炭水化物を消化できるように工学的に改変したことです。そしてアイデアは、その後海藻を食べると、工学的に改変された細菌に競争上の優位性を与え、腸内での定着を助けるということでした。そして治療が終了したら、海藻を食べるのをやめるだけで、細菌は徐々に消えていきます。これはかなり巧妙なメカニズムです。
はい、これは彼らが抱えていた、工学的に改変された微生物を腸内でコロニー化させる方法を見つけるという問題に対する本当に革新的でエレガントな解決策です。
試験結果と課題
それで、どのような結果になったのでしょうか？うまく機能したのでしょうか？
まあ、参加者の一部は軽度の胃腸の問題を抱えていました。腸内マイクロバイオームをいじっているのですから、これは予想されることかもしれません。しかし、おそらくもっと大きな問題は、腸内マイクロバイオームの遺伝子配列解析により、細菌がこの炭水化物を摂取できるようにした特別な遺伝子が拡散していたことが示されたことです。
実際に、それらは腸内の他の細菌と遺伝物質を交換していました。細菌がすることだから、彼らはそのことを半分予想していたに違いありません。細菌は常に水平的に遺伝子を交換し合っているのでしょう？
でも、体内で遺伝子工学的に改変された細菌を微調整しようとしているなら、体内でそれが起こることは実際には望ましくないことです。
今後の課題と展望
はい、何らかの形でそれを止めるキルスイッチが必要ですね？
はい。はい、それは確実に彼らが将来の研究で解決したいことです。良いニュースは、彼らがこれらの細菌に与えた遺伝子は、参加者に何らかの害をもたらしたり、全く心配になるものではないと信じられていることです。
非常に興味深いです。将来これがどうなるかを見るのを楽しみにしています。
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