数年前、Jennifer Pluznick が生理学と感覚系のトレーニングの終わりに近づいていたとき、彼女は腎臓に奇妙に場違いに見える何かを発見して驚いた。それは嗅覚受容体であり、鼻の中でより身近に見えるタンパク質でした.腎臓が老廃物を尿にろ過し、血液中の適切な塩分を維持することを考えると、嗅覚受容体がそこでどのように役立つかを理解するのは困難でした.しかし、嗅覚受容体が何をしているのかを深く掘り下げていくと、Pluznick は驚くべき結論に達しました。腎臓は、腸内に住む共生細菌である腸内微生物叢からメッセージを受け取っているのです。
ここ数年、現在ジョンズ・ホプキンス大学の生理学准教授であるプルズニックと志を同じくする研究者の小さなバンドは、腸の住人が腎臓に何を伝えているかについての写真をまとめました.彼らは、これらのコミュニケが血圧に影響を与え、微生物が破壊されると宿主が苦しむことを発見しました.研究者たちは、マイクロバイオームが腎臓や血管と協力して血流を操作する方法について、直接的な分子レベルの説明を明らかにしました.
Olfr78 と呼ばれる嗅覚受容体は、最初は孤児でした。以前は鼻の感覚組織で注目されていましたが、どの特定の匂いや化学伝達物質に反応したかは誰も知りませんでした。 Pluznick は、さまざまな化学的可能性をテストすることから始め、最終的に候補を酢酸塩とプロピオン酸塩に絞り込みました。これらの短鎖脂肪酸分子は、栄養学者が食物繊維と呼んでいる炭水化物の長鎖の発酵分解に由来します.ヒト、マウス、ラット、その他の動物は繊維を消化できませんが、腸内に生息するバクテリアは消化できます.
その結果、血流に浮遊するアセテートとプロピオン酸の 99% 以上が、バクテリアが摂食する際に放出されます。 「ホストの貢献は本当に最小限です」とプルズニックは言いました。したがって、細菌は Olfr78 を活性化する唯一の有意義な供給源であり、さらなる実験により、Olfr78 は血圧の調節に関与していることが示されました。
私たちの体は、血圧との微妙なバランスを維持する必要があります。これは、ワイヤーを介して急増する電気と同様に、多すぎると爆発を意味し、少なすぎると停電を意味します.血圧が低すぎると、生物は意識を失います。高すぎると、心臓や血管に致命的な負担がかかる可能性があります。生き物はバランスを変える栄養分と化学信号で絶え間なく血液を氾濫させているため、制御は動的でなければなりません。体がこの制御を行う方法の 1 つは、圧力を維持する必要があるときに血管を狭くするレニンと呼ばれるホルモンを使用することです。 Pluznick と彼女の同僚が発見した Olfr78 は、レニンの産生を促進するのに役立ちます。
嗅覚受容体はどのようにしてこの仕事を継承したのでしょうか?嗅覚受容体の遺伝子は、体のほぼすべての細胞に存在します。進化の過程で、これらの化学センサーが嗅覚ニューロンではなくホルモンを製造する機械に接続され、その接続が有用であることが証明された場合、進化は鼻から離れた体の部分でさえもその配置を維持していたでしょう。腎臓のように。
しかし、Olfr78 は話の終わりではありませんでした。チームがこれらの実験を行っている間に、Gpr41 と呼ばれる別の受容体も腸内微生物叢からシグナルを受け取っていることに気付きました。昨年の論文で、プルズニックの最初の大学院生で、現在ハーバード大学の博士研究員であるニランジャナ ナタラジャンは、血管の内壁にある Gpr41 の役割を明らかにしました。 Olfr78 と同様に、Gpr41 は酢酸塩とプロピオン酸塩に反応することが知られていますが、血圧を上昇させるのではなく低下させます。さらに、Gpr41 は低レベルのアセテートとプロピオン酸で反応し始めますが、Olfr78 は高レベルでのみ反応します.
ピースがどのように組み合わされるかは次のとおりです。あなた、またはマウス、または器官と微生物がこのように話す他の宿主生物が食事をし、食物繊維が腸に当たると、バクテリアは脂肪酸シグナルを食べて放出します.これにより Gpr41 が活性化され、消費されたすべての栄養素が循環にあふれるため、血圧が徐々に下がります。
感謝祭の夕食にパイを 1 切れ、マッシュポテトをもう 1 杯食べ続けると、Gpr41 をそのままにしておくと、圧力が危険なレベルにまで低下する可能性があります。 「それが Olfr78 の出番だと考えています」と Pluznick 氏は言います。この受容体は、脂肪酸の次のサージが来るとトリガーされ、血管を収縮させるレニンを要求することで、血圧が底を打たないようにします。
共生細菌がどのように血圧を操作するかについての新しい理解は、マイクロバイオームを私たちの生命統計と健康に結びつけることにおけるより広範な進歩を象徴しています.マイクロバイオームの健康への影響についてのあいまいな声明は近年一般的になっていますが、この分野は単に関連付けを行うことを超えていると、シカゴ大学のマイクロバイオーム研究者であるジャック・ギルバートは述べています.
「誰もが約束を守ります」と彼は言いました。しかし実際には、Pluznick、彼女の共同研究者、および他の研究者が発表した研究のように、メカニズムの詳細に満ちた研究はますます多くなっています.
昨年の 6 月、国立衛生研究所はマイクロバイオームによる血圧の制御に関するワーキング グループを招集しました。研究者はメリーランド州で会合を開き、宿主の遺伝的背景がどのような役割を果たしているのかなど、まだ答えが必要な重要な問題を突き止めました。
トレド大学の高血圧および個別化医療センターのディレクターであり、生理学ゲノミクスの教授であるビナ・ジョーは、次のように述べています。 PubMed を見ると、研究論文よりもマイクロバイオームに関する文献のレビューの方が多い、と彼女は続けました。レビュー記事は新しい研究者の興味を引きますが、まだ詳細を明らかにする必要があります。
これらの詳細を理解することは、特定の一連の微生物を誰かに移植することで、レシピエントの生物学を再形成して健康上の問題を解決できるかどうかを知る鍵となります。ある有名な初期の研究では、痩せたマウスに肥満の人間のマイクロバイオームを与えるとマウスも肥満になり、痩せた人間のマイクロバイオームはマウスを痩せた状態に保つことが示されました。 「今年初めに発表された論文が 1 つあります。これは、おそらく血圧でも起こり得ることを示しています」と Pluznick 氏は述べたが、この研究は小規模であり、フォローアップが必要であると警告した.しかし、理論的には、新しいバクテリアを交換することで、遺伝的に高血圧になりやすい人の血圧をわずかに下げることができたとしても、生涯にわたって違いをもたらす可能性があります.
「それは、あなたの遺伝子や私の遺伝子よりも操作しやすいものかもしれません。それらを変更するのははるかに困難です」と彼女は言いました.
この記事は ScientificAmerican.com に転載されたものです。
