私たちは微生物に囲まれ、その数でも圧倒されています。最新の推計によると、ヒトの細胞1個に対して微生物は10個います。私たち一人ひとりがこうした微小な生物を約100兆個、その遺伝子を500万個ほど抱えており、微生物の重さは一人あたり合計約5ポンドに上ります。
微生物が周囲のあらゆるものに影響を及ぼしていることは明らかですが、 私たちの微生物に関する知識は、まだ緒に就いたばかりです。大腸菌はその好例です。実験室で容易に培養できますが、微生物の99％はそうではありません。大腸菌が特定されたのは約100年前ですが、その遺伝子の3分の1が何をするのか、私たちは今なお知りません。
科学者によれば、微生物をより深く、全体的に理解できれば、疾病の流行をより効率よく追跡したり、病院で抗生物質耐性ブドウ球菌の拡散を食い止めたりするなど、医療における重要な進歩につながる可能性があります。私たちの最も小さな隣人への理解を助ける、開発が進む技術が2つあります。遺伝子配列解析とビッグデータです。前者は、私たちを取り巻くマイクロバイオームの地図を作る鍵となります。後者は、その地図作成自体によって生み出されるあらゆる情報を処理、分析、分類するために必要です。
複雑で詳細な地図の完成にはおそらく数十年かかるでしょうが、遺伝子配列解析は大きく進歩してきました。1995年には、最初の細菌ゲノムの配列解析に13カ月かかりました。現在では、わずか数日で済みます。同様に、遺伝子配列解析の費用も 過去13年間で劇的に低下しました。イオン・トレント法や単一分子リアルタイム解析といった新興技術は、より長いDNA配列をより迅速に、より詳細に解析することで、さらなる進展をもたらす可能性があります。
しかし、より速く、より安価な配列解析はデータ量を増やすため、ビッグデータはマイクロバイオーム研究に不可欠な要素となっています。たとえば、ニューヨーク市の地下鉄のマイクロバイオームを対象とした最近の18カ月間の調査では、105億個の化学断片が生成され、キムチから髄膜炎に至るまで、1万5,000種類を超える生命体が検出されました。ビッグデータのソリューションがなければ、これほど大量の情報を処理することは不可能だったでしょう。
環境をマイクロバイオームの視点から捉えることは、公衆衛生に新たなアプローチをもたらす可能性もあります。たとえばシカゴでは、専門家が新設病院の最初の1年間を通じて、そこで形成されつつあるマイクロバイオームを追跡するため、日々データを収集しています。最終的な目標は、どの微生物が減少し、どれが再び現れ、どれが活動を続けるのかを詳しく知り、そのうえで環境を適切に操作することです。
究極の目標は、もちろん、マイクロバイオームを完全に動的かつリアルタイムでマッピングすることです。この分野の先駆者となる可能性があるハーバード大学は、1,500haのハーバード森林で、土壌、水、さらには風の変化を日々追跡する数千のセンサーからの情報をビッグデータで処理しています。目標は、森林生態系の相互につながった要素を最終的に相関づけ（予測する）ための、データに基づくアルゴリズムを作ることです。将来的には、そうした情報が森林の成長管理や侵入種の抑制に役立つ可能性があります。
マイクロバイオームの地図を作るのは難しいかもしれません。しかし、この微小な単細胞生物への理解が、未来を大きく形作ることになるようです。
この記事は、 GE Look Aheadとの共同制作により掲載されています。掲載は、世界経済フォーラムが見解を支持していることを意味するものではありません。
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著者：Holly HickmanはGE Look Aheadに記事を執筆しています。
画像：INSERMの研究施設Biotisの研究室で、レーザーによるヒト細胞のバイオ3Dプリンティング後に顕微鏡を使用する研究者。REUTERS/Regis Duvignau
