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ホロゲノミクスは、ホロゲノムのオミクス研究です。ホロゲノムとは、共生するすべての微生物、他の生命体、ウイルスを含む、ホロバイオント（生物）のゲノム全体を指します。[1]ホロゲノムという用語は、自然選択がホロバイオントレベルで起こると仮定するホロゲノム進化論に由来していますが、 [2]ホロゲノミクスは、統合的な枠組みを使用して、宿主とその関連種との相互作用を調査します。例としては、宿主-微生物相互作用研究のために、腸内細菌[3]やウイルス[4]のゲノムをヒトまたは動物のゲノムにリンクさせるものがあります。[5]ホロゲノミクスのアプローチは、海綿動物の微生物群集の遺伝的多様性を説明するためにも使用されています。[6]
歴史
ホロゲノミクスの起源は、個々の多細胞生物、微生物、ウイルスが共生関係を確立し、共進化を遂げるというホロゲノム進化論を中心に展開している。[2] [7] リチャード・ジェファーソンは、宿主共生ゲノムを進化の単位として説明するために「ホロゲノム」という用語を導入した。[8]これ以前には、リン・マーギュリスが宿主とその関連種を生態学的単位として説明するために「ホロビオント」という用語を使用していた。[9]
真核生物と原核生物の共進化
多細胞と単細胞の相互作用の最も古い証拠は、よく研究されているホロゲノムシステムである海綿動物に見られる。海綿動物は、細菌、古細菌、藻類の広範囲に及ぶため、しばしばホロバイオントと呼ばれる。存在する微生物群集は、代謝機能と免疫応答を促進することが観察されている。 [10]子孫は、垂直伝播および/または水平伝播によってこれらの微生物コロニーを受け継ぐ。[10]共生コロニーは、垂直伝播では親の配偶子を介して伝達されるが、水平伝播では子孫が環境から同じコロニーを獲得する。垂直伝播は、C. ocellatusなどの陸生生物にも見られ、親の腸内のガンマプロテオバクテリアが卵の汚染によって垂直伝播される。[11]
批判
ホロゲノム理論の進化論は完全には受け入れられておらず、微生物宿主系統学の研究が進行中です。サンゴの白化は、特定の共生微生物群集を持つサンゴの選択ではなく、単に環境ストレスの結果である可能性があり、白化したサンゴにおける細菌の存在は、単に日和見的なコロニー形成として説明できるかもしれません。[12]遍在性試験では、単一のサンゴ種に関連しない多くの異なる細菌および藻類の共生生物も明らかになり、 [13]ホロゲノム学は、病原体、微生物、およびそれらの宿主間の機械的な相互作用を特定し、検証するだけであることを示唆しています。[14]
ホロゲノムアプローチによる発見の例
- ナノポアシーケンシング- ホロバイオントC. ashmeadiiの細胞小器官ゲノムのプロファイリングにより、 6つの推定共生菌の中でロドスピリラ科が優勢であることが明らかになりました。[15]
- 16S rRNA配列解析 - スポンジ特有の微生物群集はrRNAとrRNA遺伝子配列解析によってプロファイリングされ、それらの群集の細菌の多様性と活動についての洞察が得られた。[16]
- メタゲノムDNA - 海綿動物のマイクロバイオームの遺伝子プロファイルを周囲のプランクトン群集と比較した。[17]微生物共生生物のコア機能遺伝子は、プランクトンサンプルとは異なる一貫した系統発生と機能のパターンを示し、宿主と共生生物の共進化を実証した。[17]
アプリケーション
薬
非感染性疾患の継続的な発生は、近代化により共生微生物の多様性が減少した結果であるという仮説があります。 [14]ヒトマイクロバイオームは、脳障害、[18]がん、[19] [20]心臓病など、非感染性疾患の多くの病因とも相関関係にあります。 [21]ヒトマイクロバイオームとヒトの健康の相互作用は複雑であり、ホロゲノムアプローチを示唆しています。
疾患バイオマーカーは、患者とその微生物叢のライフスタイル、ゲノムの違い、mRNA /タンパク質/代謝産物のプロファイルを調査することで見つけることができます。 [14]マイクロバイオーム、特に疾患表現型に寄与する可能性のある微生物叢のサブコミュニティを調査するには、誰もがマイクロバイオームの系統型にわずかな違いがある個別のマイクロバイオームを持っているため、縦断的研究が推奨されます。[14]その後、プレバイオティクスで有益な内因性微生物を育成し、プロバイオティクスで人のホロゲノムを操作することで、個人のマイクロバイオームを管理する個別の計画を作成できます。[22]
免疫学
条件付き共生関係、つまり寄生虫が特定の環境/生態条件下で共生関係の影響を及ぼす関係は、共生生物間の相互作用で発見されている。[23]哺乳類宿主免疫系の成熟には、消化管細菌 叢が関与することが知られている。[24]微生物による外来病原体侵入の認識と、宿主免疫が最も理想的な共生生物を支持する仕組みを理解することは、進化する病気と闘うための新たな治療法の発見に役立つ可能性がある。
参照
参考文献
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