本記事は、 ハーバード大学の「The Harvard Gazette」との協力により掲載されたものです。 掲載は、世界経済フォーラムによる見解の支持を意味するものではありません。
米国の50の機関に所属する48人の科学者が、Unified Microbiome Initiative Consortium（UMIC）を結成しました。科学者たちは、国内の機関横断的かつ政府横断的な機関支援を伴う協調的な取り組みを構想しており、その目標は、医療、生態系管理、持続可能なエネルギー、商品生産における画期的な進歩を可能にする最先端のマイクロバイオーム研究を推進することです。この提案は10月28日に学術誌『Science』にオンラインで掲載されました。
ウイルス、細菌、真菌を含む微生物は、地球上で最も多様で豊富な生物です。微生物は何十億年にもわたり私たちの進化の起源を形作ってきており、現在も広範な影響を及ぼし続けています。UMICは、遺伝子工学によってマイクロバイオームを活用した応用が10年以内に実現すると見通しています。
「微生物はどこにでも存在します。したがって、私たちの体の内外に存在するものであれ、環境中に存在するものであれ、マイクロバイオームを理解することは生命を理解するうえで不可欠です」と、ハーバード大学のWyss Institute for Biologically Inspired Engineering（生物模倣工学ワイス研究所）のコア教員であるパメラ・シルバー氏は述べました。
シルバー氏はまた、ワイス研究所の 合成生物学プラットフォームの教員リーダーの一人であり、ハーバード大学医学大学院（HMS）のエリオット・T・アンド・オニー・H・アダムズ生化学・システム生物学教授（Elliot T. and Onie H. Adams Professor of Biochemistry and Systems Biology）を務めるとともに、HMSの システム生物学部 の創設メンバーでもあります。
「[マイクロバイオーム]がどのように機能するかを理解することは、抗生物質耐性や自己免疫疾患との闘い、荒廃した農地の再生、肥料と農薬の使用削減、太陽光を有用な化学物質へ変換することなど、多岐にわたる進歩の鍵を握る可能性があります」と、カリフォルニア・ナノシステム研究所所長で、Science掲載論文の責任著者であるジェフ・F・ミラー氏は述べました。
代謝過程を通じて微生物は無数の異なる分子を合成しており、遺伝子工学によって、微生物の「ワーカー」のコロニーを医薬品、材料、化学品の持続可能な合成に活用できる可能性があります。遺伝子組み換え微生物はまた、代謝過程を通じてバイオ燃料を生産するとともに、 太陽エネルギーの液体燃料への変換に利用されうるとのことです。これは、ワイス研究所およびHMSでシルバー氏がすでに進めている研究によるものです。
微生物はまた、大気中の二酸化炭素の除去など、生物地球化学的プロセスの均衡維持において重要な役割を果たしています。土壌、植物の根、微生物の間の相互作用は、植物の健康と作物収量において重要な役割を果たしています。
クレジット：ハーバード大学ワイス研究所（Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering at Harvard University）
さらに、消化管内のマイクロバイオームは、幅広い生理的、代謝的、免疫学的、認知的、行動的、精神医学的特性を調節しています。ヒトのマイクロバイオームを理解し操作することは、身体的および精神的な健康の管理において鍵となる可能性があります。シルバー氏とそのチームは、腸内微生物を活用して健康を向上させるためのいくつかの潜在的な道筋の開発をすでに始めています。ワイス研究所のコア教員ジェームズ・コリンズ氏との共同研究において、シルバー氏は、 遺伝子プログラムされた細菌の「レポーター」 を開発しました。このレポーターは、消化管内の状態を検出し記録できます。また、ワイス研究所の創設ディレクターであるドナルド・インガー氏、および上級スタッフ科学者ジェフリー・ウェイ氏と協力して、シルバー氏は、胃腸疾患の治療に使用できる可能性のある 合成微生物のコンソーシアム を開発しています。
新興の合成生物学分野における彼女の専門知識と経験により、シルバー氏はUMICの一員として、提案されている統一マイクロバイオーム・イニシアチブが、マイクロバイオーム研究を加速させるために重点分野をどのように統合できるかについて、その思想的リーダーシップを発揮することができました。
「私は、微生物の挙動を探るための手段として、微生物を設計することに関心があります」とシルバー氏は述べました。「この統一イニシアチブの目的は、マイクロバイオームについて私たちが抱える大きな問いが何かを見極め、それらの問いに答えるために必要な具体的な技術が何かを明らかにすることです。」
この連合を通じてグループが取り組もうとしている大きな問いには、微生物がどのように群集を形成するか、何が摂動に対する回復力や抵抗性をもたらすのかの理解、マイクロバイオーム内の遺伝子同士がどのように相互作用するか、マイクロバイオーム内のどの遺伝子がどの生物と関連しているか、そして、ヒト、動物、植物、環境のマイクロバイオームを有益な形でどのように活用できるかが含まれます。
これらの問いへの答えを見出すためには、まず、マイクロバイオームを調査するための画期的な技術の開発を支援する必要があります。具体的には、グループは次のことを推奨しています。マイクロバイオームを構成する膨大な数の未知の遺伝子とその機能を分析・予測するための改良された計算手法の開発、改良されたゲノム参照ライブラリとシーケンシング法を通じた、遺伝子単位の解析から全ゲノムに基づく解析への移行、個々のレベルまで微生物群集を視覚的に調べるための高出力イメージング手法の開発、新たな適応型モデリングシステムおよびデータ報告ツール、微生物群集を摂動させるための改良された遺伝子工学技術、そして実験室でマイクロバイオームの増殖を支えるために自然環境を模倣する新たな手法など、ほかにも。
「マイクロバイオームの存在と重要性の発見は、健康と環境に対する私たちの理解に新たな参照枠組みをもたらしました」と、HMSおよびボストン小児病院のジュダ・フォークマン血管生物学教授であるインガー氏は述べました。「マイクロバイオームを理解し活用することへの全国的な協調的投資は、バイオテクノロジーと医療における全く新しいフロンティアを開拓し、ほかのいかなる方法でも不可能な解決策につながる可能性があります。」
統一マイクロバイオーム・イニシアチブを提唱する論文は、10月30日号の 『Science』 に掲載されているほか、米国微生物学会が提供する オンラインポータル からも閲覧できます。
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著者：ケイト・J・マカルパインは、ワイス研究所（Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering）のサイエンスライターです。
画像：ブルガリア食品安全庁の微生物学研究室における細菌増殖の例、2011年6月。REUTERS。
