マウスの腸にも三年

(記事の内容に誤り・ご意見などございましたら@mito_0120までご連絡下さい)

この記事は今年読んだ一番好きな論文2018 Advent Calendar 2018 - Adventar

の12月13日分(キャンセル枠に飛び込み)です。おまつりけばぶ(@kebabfiesta)さんによる開催要項はこちら。おまつりけばぶさん、今年もご企画ありがとうございます!

ちなみに去年の私の駄文はこちら↓

mito0120.hatenablog.com

 

で、今年ご紹介する論文はこちら↓

science.sciencemag.org

タイトルがシンプルですね。共著者も4名と、ウェットな実験を含んでいる割に少なめです。ちなみにセカンドオーサーは日本出身の鈴木太一先生です。以前から一方的に存じ上げているのですが、彼はすごいですよ(語彙)。

内容もシンプルで、実験結果を簡単にまとめると、

「違う場所から連れてきたマウスを同じ施設内で継代飼育したら腸内細菌叢の類似性が高まった」

なんと1行でまとまります。

それでは例のごとく論文の詳しい内容は各自でご確認下さい。Scienceを購読していない大学・研究機関はあまり聞いたことがないため大体の方は困らないという判断ですが読めない方はごめんなさい。

 

大体の方は上の一行まとめを読んで、

「は?それだけ?」

と思うのではないでしょうか。思わない方は下に書いてあることを読んでも得るものは(おそらく)ありません。おつかれさまでした。

 

みなさんご存知の通り人間やマウスの腸内には細菌が住んでおり、細菌叢を形成しています。細菌叢による免疫・神経系への影響は脊椎の有無に関わらずここ10年?位のホットトピックですね。

ところで、ヒト新生児の腸内細菌叢は成人のそれと比較して"未熟"です。この未熟さが乳児ボツリヌス症を引き起こすと考えられていますが、そのあたりについてはアレvol.3についても少し書いています(売れても私には1円も入らないよ!念の為)。

are-club.com

 

子宮の中は基本的に無菌状態です。ゆえに新生児の腸内も出産直後は無菌状態です。そこへ徐々に様々な細菌が定着していくことで徐々に成熟した細菌叢が形成されていきます。新生児は環境中から細菌を取り込むと考えられていますが、腸内には偏性嫌気性細菌(大気と同レベルの酸素存在下で死ぬ細菌)も存在しています。そのため全ての細菌が同様の経路で取り込まれるとは考えにくいのですが、どの細菌(特に非病原性細菌)がどの様な経路で伝播するかについては不明な点が多いままです。

この論文はホットトピックである腸内細菌の機能ではなく、伝播様式へ注目した点で独自性が高い論文です(好きポイント#1)。病原菌の伝播様式ははるか昔から研究されてきましたが、非病原性細菌の伝播経路はそこまで注目されてきませんでした。注目してもやりようがなかったと言った方が正しいでしょうか。VNC(Viable but non-culturable:生きてはいるが培養できない細菌)などは塩基配列解析技術や培養技術が揃った今でこそ研究対象になり得ますので。

 

さて、腸内細菌の伝播様式を知るためには腸内細菌叢が異なる動物を飼育するのが良いですよね。できれば人間と同じ哺乳類でハンドリングしやすく世代時間の短い生き物…そうですね、マウスです。マウスの世代時間は約3ヶ月ですし、飼育も容易です。それ故に米国だけで年間1億匹は殺されているらしいのですが…(ちなみに人間の推定死亡者数は世界全体で年間5690万人です)。

マウスの腸内細菌叢は飼育施設毎に異なります。マウスの腸内細菌叢は飼育施設毎に異なります。大事なことなので2回言いました。真っ当な飼育施設であれば微生物モニタリングが行われていますので感染症による腸内細菌叢の破綻は通常生じていません。それでも腸内細菌の構成は若干異なるのです。つまり、マウスを外部から導入して腸内細菌機能の研究をしたければ導入元での生産状況が変わらない必要があります(元同僚はこれで失敗していました)。同時に、導入後の飼育施設でも無菌環境を除けば微生物叢が変化しないように制御する必要があります。

 飼育施設毎に腸内細菌が異なるとはいえども、所詮は人工飼育下のマウスです。やはり実験をするのであればもっと多様性が欲しい。そこで著者らはカナダのアルバータ州と米国のアリゾナ州(つまり、アラスカを除いた米国の北端と南端)で野生のマウスを捕まえてきました(好きポイント#2)。最高ですね。21世紀にもなって疫学調査以外の目的で野生のマウスをSherman trapで生け捕りにして近交系を作り始める人達、どうかしています(褒め言葉)。

マウスを実験で使った経験がある方はご存知の通り、研究機関の実験動物共同飼育施設へ野生のマウスを持ち込んで飼育するなんてことは(通常)許されません。もしも病原体が持ち込まれて他のマウスに感染したら進行中の実験が壊滅します。著者らは2ヶ月の検疫期間を設けた(マテメソのSamples参照)と述べていますが、それで持込めちゃうんだ?!という感想です。日本の実験動物関係者を見ていると概ね門前払いされそうですが…(これは偏見)。

 

さてさて、そんなこんなで野生のマウスを導入して飼育し始めた著者ら、腸内細菌叢をモニタリングしつつ近交系の作出を始めます。もちろん両地域で1系統ずつではなく複数系統樹立していきます。短いもので5世代、長いもので11世代飼育しました(Fig. 1A参照)。上で述べたようにマウスの世代時間は約3ヶ月ですので、11世代で約3年ですね。3年。3年ですよ?3年間ただひたすらにマウスを飼い続けるんです(好きポイント#3)。腸内細菌叢のモニタリングをしながら。マウスの飼育費用とシーケンシング代(212サンプルで計15.4Mリード)だけでなかなかなお値段と労力です。そんなんできひんやん、普通。あなたが大学院に入りたての学生で「じゃあ3年間捕まえてきたマウス育ててみよっか」と言われてできますか?(この記事をここまで読んでいる人の中だと、やる人は意外と多そう…)アリゾナ州からBerkeleyへマウスを移送したのが2013年4月と書かれていますので、そこから数えても論文出版まで5年半ですね。下手を打ったら研究費が途切れて終了では…。

 

長きに渡る実験の結果として、偏性嫌気性菌は垂直伝播する傾向が、偏性好気性菌は水平伝播する傾向がそれぞれ認められました(詳細は論文を読んでください)。このままでは論文タイトルが「Transmission modes of the murine gut microbiota」になってしまいますが、Fig. 4で公衆衛生学的な解析を盛り込み"mammalian"へ拡張しています。話をマウスだけに留めない点が非常に上手く、Fig. 4があってこそのScience誌掲載なのではと考えます。

 

ケージや餌を滅菌しても飼育者や飼育設備を介して細菌が水平伝播するという事実は、特に腸内細菌を扱う方にとっては頭の片隅に置かなければならないでしょう。もしかしてあなたの実験の再現性が取れない理由は腸内細菌のせいかもしれません…。

 

最後に、今年は特別賞を2賞提供していますので、参加者の方はご期待下さい!