認知症とパーキンソン病： 腸内細菌がタンパク質の凝集を引き起こすのか
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- 以前の研究では、腸内細菌は、パーキンソン病、アルツハイマー病、筋萎縮性側索硬化症（ALS）などの変性脳障害との関連性があることが明らかになっています。
- 小さな線虫を使用した新しい研究は、「病原性」細菌がこれらの状態の特徴であるタンパク質を誤った方法で折りたたまる可能性を促進することができるという最初の証拠となります。
- 酪酸と呼ばれる脂肪酸を生成する他のバクテリアは、線虫のタンパク質の誤った折り畳みを防ぎました。
- この研究は、抗生物質による治療の歴史がパーキンソン病の初期の発症と経過に役割を果たす可能性があるという証拠を追加しています。
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近年、いくつかの研究が、パーキンソン病、アルツハイマー病、筋萎縮性側索硬化症（ALS）など、脳内のタンパク質の有毒な塊の形成を伴う変性疾患と腸内細菌を関連付けています。
しかし、腸内に生息する微生物のコミュニティである人間の腸内細菌叢の複雑さと、食事などの環境要因は、細菌の役割を特定しようとする科学者にとって大きな課題となっています。
この複雑さの一部を解消するために、研究者たちは「エレガンス線虫」と呼ばれる小さな線虫に目を向けました。
フロリダ大学ゲインズビル校の食品農業科学研究所（UF / IFAS）に拠点を置く科学者は、線虫を「テストチューブ」として使用して、タンパク質の誤った折り畳みに対して、個々の細菌種の影響を研究しています。
各線虫の長さはわずか1ミリメートルで、正確には959個の細胞がありますが、大きな動物と同じように、腸、筋肉、神経があります。
「それらは生きている試験管のようなものです。」
と、フロリダ大学/ IFAS校の微生物学および細胞科学部門の助教授であり、上級著者のダニエル・M・チェス博士は述べています。
「サイズが小さいため、はるかに制御された方法で実験を行うことができ、高等生物、そして最終的には人を使った将来的な実験に適用できる重要な回答を得ることができます。」
と彼は付け加えます。
線虫はバクテリアを食べますが、実験室の無菌環境では、線虫はそれ自身の微生物叢を持っていません。
「しかし、これらの線虫は、私たちが餌を与えるバクテリアによってコロニーを形成する可能性があるため、宿主に対する微生物の影響を研究するための理想的なモデルシステムになります。」とチェス博士は述べました。
研究者が「エレガンス線虫」の腸に、人間の腸に感染する可能性のある病原菌を定着させたとき、微生物は線虫の腸だけでなく、筋肉、神経細胞、性腺のタンパク質の折り畳みが破壊されました。
善玉菌
対照的に、酪酸と呼ばれる分子を合成する「善玉菌」は、タンパク質の凝集とそれに関連する毒性作用を防ぎました。
酪酸は、友好的な腸内細菌が繊維を発酵させるときに生成するいくつかの短鎖脂肪酸の1つです。
分子は結腸の内側を覆う細胞に栄養を与え、いくつかの既知の健康上の利点があります。
以前の研究では、例えば、酪酸が神経変性疾患の動物モデルに対して、有益であることがわかっています。
新しい研究の著者は、彼らの発見は、神経変性疾患を予防および治療するために酪酸産生微生物を使用する可能性を示していると述べています。
PLOS Pathogensに掲載されているこの研究の筆頭著者は、フロリダ大学農学生命科学部の博士課程の候補者であるアリッサ・ウォーカー氏です。
脳疾患で誤って折りたたまれてしまうタンパク質の例には、アルツハイマー病を特徴付けるプラークや、もつれ、パーキンソン病の『α-シヌクレイン』と呼ばれるタンパク質の原線維などがあります。
誤って折りたたまれたタンパク質に関連する脳障害、または、「タンパク質コンフォメーション障害」は、高齢者の死亡および障害の主な原因です。
しかし、効果的な治療法や治療薬はありません。
年齢、食事、ストレス、抗生物質の使用など、これらの障害のリスクを高めるいくつかの要因も、腸内細菌叢の変化に関連しています。
さらに、不均衡な腸内細菌叢または腸管感染症は、神経変性疾患を悪化させる可能性があります。
バクテリアと誤って折りたたまれたタンパク質
どの細菌がタンパク質の誤った折り畳みの原因である可能性があるかを特定するために、研究者らは、エレガンス線虫に異なる候補種を1つずつ与えました。
誤って折りたたまれたタンパク質の塊を顕微鏡下で緑色に光らせる技術を使用して、彼らはこれらの線虫の組織を、通常のバクテリアの餌が与えられた対照群の線虫の組織と比較しました。
「特定の細菌種がコロニーを形成した線虫は、組織に有毒な凝集体で照らされていましたが、対照細菌がコロニーを形成した線虫はそうではありませんでした。」
とチェス博士は言います。
「これは、バクテリアがいる腸組織だけでなく、線虫の体全体、筋肉、神経、さらには生殖器官でも発生しました。」
と彼は付け加えました。
「悪玉菌」がコロニーを形成した線虫もある程度の可動性を失いました。
これは神経変性疾患を持つ場合によく見られる症状です。
「健康な線虫は、転がったりスラッシングしたりして動き回ります。健康な線虫を拾うと、飛び跳ねてピンセットから転がり落ちます。
しかし、悪玉菌を持っている線虫は、有毒なタンパク質凝集体が出現するため、それを行うことができませんでした。」
と、ウォーカー氏は言います。
対照的に、酪酸を合成する細菌は、タンパク質の凝集とそれに関連する毒性作用を抑制しました。
最近の研究では、パーキンソン病またはアルツハイマー病の人々の腸には、これらの「善玉菌」が不足していることがわかっています。
「現在、酪酸とパーキンソン病に関する臨床試験はありませんが、その有益な効果に関する最近の証拠が増えていることを考えると、すぐにいくつかの臨床試験が見られる可能性があります。」とチェス博士は述べました。
この研究の主な制限の1つは、微視的な線虫であるためパーキンソン病やその他の脳障害を直接、再現化していないことでした。
動物の構造が単純であるため、科学者はタンパク質の凝集に対する個々の細菌種の影響をばらばらにすることが容易ですが、これはまた、人間の複雑さを持ってしては動物は貧弱なモデルとなってしまいます。
抗生物質の影響
線虫にタンパク質の凝集を引き起こす最悪の犯人は、『肺炎桿菌』と『緑膿菌』と呼ばれる2つの細菌種でした。
興味深いことに、この研究により、これらの種はパーキンソン病などのタンパク質コンフォメーション病のリスクの増加に関連付けられています。
彼らの論文の中で、研究者たちは、近年、これらの種における抗生物質耐性の蔓延が増加していることに注目しています。
そのため、彼らは、抗生物質による治療は、善玉菌の量を減らしながら、これらの抗生物質耐性悪玉菌の増殖を促進するという、あやまった効果をもたらす可能性があると推測しています。
この仮説を支持する最近のヒトでの研究では、抗生物質療法の歴史がパーキンソン病のリスク増加と関連していることがわかっています。
【以下のリンクより引用】
Dementia, Parkinson’s: Do gut bacteria trigger protein clumping?
Medical News Today