目に見えない粒子の群れが私たち全員を包み込んでいます。見に来てください

2年半の間、マイケル・スナイダーは毎日、大きなマッチ箱のような大きさと形の装置を腕に巻き付けて一日をスタートさせていた。灰色で、上部からノズルが伸びるこの装置を、海外旅行の時も、パロアルトの自宅でクリスマスの飾り付けをする時も、スタンフォード大学のオフィスまで自転車で通う時も、どこへでも持ち歩いていた。その目的は、日常生活で遭遇する様々な空気中の粒子を捕らえることだった。

「長年にわたり、私たちは人々のゲノム配列を解析し、血液や尿を検査し、腸内細菌を分析して、これらが人間の健康にどのような影響を与えるかを理解してきました」と、スタンフォード大学のシステム生物学者で遺伝学部長のスナイダー氏は語る。「しかし、これらはすべて体内の物質と関係しています。私たちが見落としている大きな点は、私たちが何にさらされているかということです。」

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スナイダー氏の装置はまさにその疑問に答えようとしている。この装置は、個人が周囲の世界（特に肺に侵入したり、皮膚に付着したり、粘膜上で増殖したりする物質）にどれだけ曝露されているかを記録するように設計されており、研究者たちはこれを最近「エクスポソーム」と呼んでいる。スナイダー氏はこの装置を「改良型空気モニター」と呼んでいる。私は「エクスポメーター」と呼んでいる。いずれにせよ、装着者が日常生活を送る中で、電池駆動のポンプが装着者の周囲をゆっくりと一定の速度でサンプリングする。フィルターには、細菌やウイルス、菌類や花粉、殺虫剤や発がん物質など、あらゆる種類の微小物質が捕捉される。液体であろうと固体であろうと、有機物であろうと無機物であろうと、風に乗ってエクスポメーターの吸気バルブを通り過ぎた粒子は、捕らえられる。

今週号のCell誌に掲載された研究で、スナイダー氏と他の14人の研究参加者は、60以上の異なる地点を通過する際に、曝露計を装着した。装着期間は、被験者によって1週間、被験者によって1ヶ月、被験者によって1年間、そしてスナイダー氏は890日間であった。スナイダー氏とチームは定期的に曝露計を回収し、トラップ内の生物学的物質の配列を解析し、質量分析計を用いて非生物的粒子を分析した。最終的に、数百億もの測定値を、約4万件のエントリからなる環境曝露に関する巨大なデータベースへと変換した。これは、この種のカタログとしては初めてのものだ。

研究者らは、個々のエクスポソームの構成も分析しました。その結果、サンフランシスコ・ベイエリアのような比較的狭い地域に居住・就労している被験者も含め、被験者間でエクスポソームの構成が大きく異なることが分かりました。1ヶ月の間に、パロアルト、サニーベール、レッドウッドシティ、サンフランシスコに住む被験者から採取したエクスポソーム計は、それぞれ非常に異なる曝露パターンを示しました。例えば、サンフランシスコ在住者のエクスポソームプロファイルでは、いわゆるヘドロバクテリア（下水に含まれるヘドロ、あるいはマーケットストリート南側の歩道に堆積する起源不明の排泄物）の割合が高いことが示されました。

被験者のエクスポソームは、特定の微粒子が人間の健康に及ぼす影響を示唆するものでもありました。スナイダー氏は長年、早春にアレルギー症状に悩まされており、これは松花粉が原因だと考えていました。しかし、彼のエクスポソームシグネチャーは、彼の症状がユーカリとより強く相関していることを示唆しています。同様に、被験者のエクスポソームの解析によって、特定の微粒子間の興味深い相関関係が明らかになりました。最も驚くべき点の一つは、ピリジン（かつては住宅用塗料によく含まれていた添加剤で、様々な厄介な副作用を引き起こす）と真菌の間に、明らかな逆相関が見られたことです。証拠A：スナイダー氏自身の自宅。「2010年にリフォームした際、施工業者はピリジンを含まない塗料を使用しました。『今では、私の家は真菌の爆発状態です』と彼は言います。『仕方ありません。しかし、黒カビに重度のアレルギーを持つ人にとっては、これは大きな問題になり得ます』」スナイダー氏によると、そのような人にとって、ピリジンを含む塗料はむしろプラスの影響を与える可能性があるとのことです。

しかし、問題はこれだ。粒子状物質への曝露と健康の関連性は、ほとんど検証されていない。スナイダー氏は、エクスポソーム研究によってこれらの関係性が大量に明らかになり、長期的には人類の健康にとって非常に重要になると確信している。しかし、今回の研究はどうだろうか？「これは主に記述的なものです」と彼は言う。「エクスポソームは広大で、動的です。それを理解することは、将来の私たちの健康に影響を与えるでしょう。そして、この研究はそれをマッピングするための第一歩なのです。」

シカゴ大学マイクロバイオームセンター所長であり、アルゴンヌ国立研究所微生物生態学部門の責任者でもある微生物学者ジャック・ギルバート氏は、やや厳しい見方をしている。「せいぜい、これは『動き回ると様々なものにさらされる』ということを示す観察研究に過ぎません。しかし、それ以上のことはしていません」と彼は言う。より大胆なアプローチとしては、例えば研究参加者から毎日血清サンプルを採取するなど、被験者の免疫反応とエクスポソームを関連付けて追跡するといった方法があるかもしれない。「誤解しないでください。私はこの研究を気に入っていますが、人々のエクスポソームに関する現在の理解にどのような影響を与えるのか疑問に思っています」

Cell誌に再投稿される前にScience誌でこの研究を査読したギルバート氏は、自身の見解では、この研究の最大の貢献は科学的なものではなく技術的なものだと述べている。すべてはエクスポソーム計に帰結する。これまでのエクスポソーム研究では、住宅や地下鉄の駅、混雑した交差点など、人々がよく訪れる場所に設置された空気モニターが設置されていた。スナイダー氏の装置は、モニターを移動可能かつ非常に個人的なものにすることで、サンプリングプロセスを逆転させている。つまり、これを個人に装着することで、その人の軌道に入る生物学的物質や化学物質のあらゆる粒子を、具体的に記録できるのだ。

「このセンサーを使って個々のエクスポソームを測定できると実証できたなんて、すごいですね」とギルバート氏は言う。「素晴らしいですね。私自身の研究にもまさに必要なことです。ですから、ぜひともこのセンサーを使って、今後さらに活用していきたいと思っています」

一方、スナイダー氏は今回の研究を、初めてヒトゲノムの配列を解読した時の成果と比較し、「何が分かったのか？ええ、そこに遺伝子があるということが分かったんです！当たり前のことのように思えますが、これは重要な節目でした。何が可能かを示したからです。青写真を示したのです。それがまさに私たちがここで成し遂げたことです。」

次のステップは、より厳密に管理された実験環境下で、より多くの人々からより多くのデータを収集することだと彼は言う。つまり、数千人単位の被験者を増やすということだ。

しかし、スケールアップには別の課題が伴う。それはコストだ。現行のエクスポソーム計は、改造前の状態で2,700ドルもする。しかも、どうやらかなり紛失しやすいらしい。ここ数年で、スナイダー氏だけでも4台も紛失している。つまり、エクスポソーム研究が個人医療に革命を起こすには、より安価なモニタリング機器を開発する必要があるかもしれない。あるいは、装着者が人前で見られても気にならないような機器を開発する必要があるかもしれない。正直に言うと、その大きな灰色の箱型デザインは、ファッションアイテムとしてエクスポソーム計を売り込むのにかなり苦労させている。

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