私たちがどこから来たのか知りたいのは人間の本性です。個人的に、私たちは家族の血統を調査して、歴史に失われた祖先を発見します。科学者は集合的に、古代の化石から現在のゲノムに至るまで、膨大な数のソースからのデータを調べて、人類自体がどこで誕生したのか、どのようにして人類がどのようにして今日の種として存在するようになったのかを判断しています。
過去 10 年間、この分野の研究は、遺伝子配列決定コストの急落によって革命を起こしてきました。ヒトゲノム プロジェクトは 1990 年に開始され、約 27 億ドル (配列決定されたゲノムあたり約 1 億ドル) の費用がかかりました。今日、ゲノムは約 1,000 ドルから 2,000 ドルで配列決定することができ、100 ドルのゲノムという長年の目標に近づいています。
これまでに行われたゲノム研究の多くは、健康と病気の遺伝的危険因子に焦点を当ててきましたが、遺伝子再構築を使用して種の歴史を調べることもできます。しかし、私たち自身の遺伝子が、種としての旅行や移動、または健康へのリスクのすべてを教えてくれるとは限りません。
そのため、近年、研究者は私たちの「第 2 のゲノム」である微生物叢に注目しています。私たちの微生物叢は、私たちの体の上と体内に生息するすべての微視的な生物であり、私たちの消化に役割を果たし、病原体に正しく反応するよう免疫系を訓練し、重要なビタミンを製造し、そうでなければ病原体によって利用される可能性のあるスペースを占有します.腸内微生物は、初期の人類の祖先が場所から場所へと移動し、新しい食べ物を食べ、新しい動物や環境に遭遇したときに、宿主である私たちと一緒に進化してきた「世界の中の世界」です。私たちの現在のマイクロバイオーム (微生物叢の集団遺伝物質) は、その深い歴史の一部を反映しています。
細胞内の極端な共生生物
私たちはいくつかの方法で、体内の有機体から人類の歴史に関する情報を集めることができます。 1つは、本質的に微生物である私たち自身の細胞の部分、つまりミトコンドリアを使用することです.これらのオルガネラは「極端な共生生物」と見なすことができます。かつては自由に生きていた微生物の残骸ですが、現在はすべての真核 (複合) 細胞の不可欠な部分であり、エネルギーを生成し、代謝を調節しています。
ミトコンドリアは、細胞の核の DNA とは別に、独自の DNA を保持しています。多くの種類の研究では、このミトコンドリア DNA (mtDNA) が研究対象として核 DNA よりも好まれています。私たちの核 DNA とは異なり、それは両親の遺伝物質の混合物ではありません。 mtDNA はもっぱら卵子から受け継がれ、母系の世代を経て受け継がれるため、母親 (およびその母親、母親など) のクローンに似ています。また、真核細胞は、その単一の核に核 DNA のコピーを 1 つしか持っていませんが、多くのミトコンドリアを持っているため、各 mtDNA 遺伝子の複数のコピーがあります。 mtDNA ゲノムは核 DNA よりもはるかに小さいため (ヒトでは 20,000 ほどの遺伝子が含まれているのに対し、約 37 の遺伝子しか含まれていません)、分析も簡単です。
1980 年代の mtDNA の分析により、人類の起源はアフリカであり、約 10 万年から 20 万年前の共通の母系祖先にさかのぼるという結論に至りました。今日では広く受け入れられていますが、一部の生物学者や人類学者は、現生人類は旧世界全体に散らばる多様であるが異種交配した古代人類の集団から集団として進化したと考えていたため、当時は物議を醸していました (「多地域仮説」)。
私たちの体内の微生物は、人類の祖先の旅を解明するのにも役立ちます.その一例がヘリコバクター ピロリです。 、 潰瘍や胃がんの原因となる胃の細菌ですが、多くの人は無症状で感染することもあります。 H.ピロリ おそらく唾液（経口経路）または糞便との接触（糞口経路）によって人から人へ、そしておそらく汚染された食物または水によって伝染します.その他のヘリコバクター 種は哺乳類の腸にコロニーを形成します。これは、これらのタイプのバクテリア、人間、および私たちの親戚の間の長い共進化を示唆しています。過去には、H.ピロリ 非常に高い割合の人間が定着した可能性がありますが、公衆衛生の改善により、過去 1 世紀にわたって多くの国でその有病率が低下しています。
過去 15 年間の研究で、H の進化が調べられました。ピロリ 世界中の個人からバクテリアの菌株を収集して配列決定することによって。研究者は、H.ピロリ アフリカで収集された細菌群は、最も遺伝的多様性が高く (東アフリカからの人類集団と同様)、この細菌の遺伝子構成を調べることで、アフリカ大陸から世界中への基本的な人類の移動をたどることができます。ゲノム分析はまた、この細菌が約 60,000 年間、人間と共進化してきたことを示しました。これは、現生人類がアフリカから移動し始め、H を運び始めた頃からです。ピロリ と他のバクテリアが乗っています。したがって、H のゲノムを使用できます。ピロリ 一部の人類集団の進化の歴史を解明するため。
彼らの遺伝子で私たちの過去をたどる
人間の骨やゲノムを調べてその情報を取得できるのに、なぜこれを行うのでしょうか? 1つは、2つの異なる生物のゲノムデータが同じ話をする場合、特にそれらの生物が人間と細菌のように異なる場合、それは仮説の正しさの強力な確認です.さらに、1 つのゲノムからのデータが、他のデータセットでは解決できないギャップを埋めることができる場合があります。 ピロリ菌からのデータ たとえば、ゲノムはインドのラダックで 2 つの民族コミュニティを区別することができましたが、当時利用可能なヒト遺伝子マーカーでは区別できませんでした。
今日では、単一の種類の微生物を見るよりも、それらすべての集合的なコレクションを見る方が、人類が種としてどこにいたか、どこに行く可能性があるかについての知識をよりよく知ることができます.ホロビオント (単一のホロゲノムとして分析された宿主とそれに関連するすべての微生物) のアイデアは、私たちの体の中や上に住むことができる何千もの微生物種を理解し始めているため、形になりつつあります.
私たちの微生物叢は、人間の進化を反映しているだけではありません。人間の進化に影響を与えています。私たちは、関連する微生物を通じて、集団にとって有益な能力を獲得することができます.たとえば、2010 年の研究では、日本人の多くが海藻から炭水化物をより効率的に分解するのに役立つ酵素を生成することを可能にする遺伝子を腸内微生物に持っていることがわかりました。この遺伝子は、(日本とは異なり) 海藻が主食ではない北米の人々の内臓には存在しません.
この遺伝子は、人間の腸内細菌 Bacteroides plebeius によって獲得された可能性があります 、おそらく海洋細菌 Zobellia galactanivorans に由来します。 ゾベリア 日本ではかなり前に個人が摂取し、細菌全体として、または遊離 DNA を含む断片として腸に侵入した可能性があります。バクテリアは水平遺伝子伝達として知られるプロセスを通じて遺伝子を獲得できるため、バクテリオデス 腸内環境でこの遺伝子を拾った可能性があります。この遺伝子は、追加の栄養源を開くことによって細菌と宿主の両方に利益をもたらす可能性があり、自然淘汰によって集団内で維持されていた可能性があります.
微生物のミスマッチ
太古の昔からの微生物と祖先との相互作用を理解し始めると、これらの深い共生を使用して、歴史を解釈するだけでなく、将来の健康上の結果を形作ることができるかもしれません. H.ピロリ 胃がんの原因となる可能性がありますが、がんの発生を促進する傾向は、細菌株がその宿主にどれだけうまく「適合」するかの関数であるようです.胃がんと H.ピロリ コロンビアでは、研究者が H のアフリカ株を発見しました。ピロリ コロンビアの人口で癌を引き起こす可能性が高かったが、同じ菌株はアフリカ人では頻繁に発癌性がなかった.この観察結果は、宿主とその細菌間のミスマッチによるリスクを最小限に抑えることで、個別に胃がんを予防できる可能性を示しています。
私たちは、固有の微生物の存在と機能についてより深い認識に移行しつつあり、これらの長期的な共生が今日の私たちにどのように貢献してきたかを理解し始めています.最近の研究では、マイクロバイオーム全体として、密接に関連する生物は、より遠くに関連する生物よりもマイクロバイオームの構成が似ていることが確認されています.マイクロバイオーム全体は、いつか種間の進化的関係を理解するのに役立つかもしれません.
病気に関連する状態の理解を助けるマイクロバイオームの力はよく宣伝されていますが、私たちの微生物が歴史の中で失われた祖先について私たちに知らせることができるかもしれないという考えは、その最も興味深い応用かもしれません.
