ある国際コンソーシアムによって、複数の都市の大気と表面の両方を対象とした、史上最大規模の都市型マイクロバイオームのメタゲノム研究が発表された。この国際プロジェクトでは、世界60都市の公共交通機関や病院から収集したサンプルの配列を決定し、解析を行った。
このプロジェクトでは、数千種類のウイルスやバクテリア、2種類の古細菌など、リファレンスデータベースでは見つかっていない、同定されたすべての微生物種の包括的な解析とアノテーションが行われている。この研究は、2021年5月26日にCell誌のオンライン版に掲載された。このオープンアクセス論文は、「都市のマイクロバイオームと抗菌剤耐性のグローバルメタゲノムマップ （A Global Metagenomic Map of Urban Microbiomes and Antimicrobial Resistance）」と題されている。ワイルコーネル大学医学部の准教授で、WorldQuant Initiative for Quantitative Predictionのディレクターを務めるChristopher Mason博士は、「どの都市にも、その都市を特徴づける微生物の"分子エコー"がある。もしあなたが靴をくれたら、あなたが世界のどの都市から来たのかを、約90％の精度で伝えることができる。」と述べた。
今回の研究成果は、6大陸の都市で3年間に渡って採取された4,728個のサンプルに基づいており、地域ごとの抗菌剤耐性マーカーを特徴付けるとともに、都市の微生物生態系を世界規模で体系的にまとめた初のカタログとなっている。今回の解析では、各都市で異なる微生物の特徴に加えて、サンプルを採取した都市部の97％のサンプルで検出された31種のコアセットが明らかになった。研究者らは、4,246種の既知の都市微生物を同定したが、その後のサンプリングでも、これまでに見たことのない種が発見される可能性が高いことを明らかにし、都市環境で待ち受ける微生物の多様性や生物学的機能に関する発見の可能性を強調した。
このプロジェクトは、2013年にMason博士がニューヨーク市の地下鉄で微生物サンプルの収集と分析を始めたことから始まった。最初の研究成果を発表した後、世界中の研究者から、自分の街で同様の研究をしたいという連絡を受けた。彼は、サンプルを収集するためのプロトコルを作成し、YouTubeに説明ビデオを掲載した。サンプルはDNAやRNAを含まない綿棒で採取され、ポジティブコントロールとネガティブコントロールとともにWCMの研究室に送られ、分析された。解析と配列のアッセンブルの多くは、ピッツバーグにあるXSEDE（Extreme Science and Engineering Discovery Environment）スーパーコンピュータで行われ、その結果、リファレンスデータベースに存在しない10,928個のウイルスと748個の細菌が発見された。
この世界的な関心に触発されたMason博士は、2015年にインターナショナル・メタサブ・コンソーシアム（Metagenomics and Metadesign of Subways and Urban Biomesの略）を設立し、その後、硬い表面に加えて空気、水、下水からもサンプルを収集するまでに拡大した。毎年6月21日に開催されるグローバル・シティ・サンプリング・デー（gCSD）などのプロジェクトを統括し、2016年夏季オリンピックの開催前、開催中、開催後にリオデジャネイロの都市表面と蚊の微生物を総合的に分析するなど、幅広い研究を行っている。また、2020年に開始したプロジェクトでは、飼い猫におけるSARS-CoV-2やその他のコロナウイルスの流行状況を調査することに注力しており、2021年の東京オリンピックに向けたプロジェクトも計画されている。
今回の研究は、既知および未知の感染症の発生を検出したり、さまざまな都市環境における抗生物質耐性微生物の流行状況を調査したりする上で重要な意味を持つ。また、微生物の進化に関する新たな発見にもつながる可能性がある。
また、スイスのMetaSUB研究者（Andre Kahles博士とGunnar Rätsch博士）は、すべての既知の遺伝子配列（MetaSUBデータを含む）をインデックス化した検索可能なグローバルDNA配列ポータル（MetaGraph）を公開した。これは、既知または新たに発見された遺伝子要素を地球上の位置にマッピングするもので、新たな微生物の相互作用や推定機能の発見に役立つ。
Mason博士は、「地球上には何百万もの種があるが、現時点では10万から20万の種についてのみ、完全で強固なゲノムリファレンスがある」と語り、新種の発見は、異なる種がどのように関係しているかを示す微生物の家系図の作成に役立つと説明している。
今回の発見は、多くの実用化の可能性も秘めている。これまでに収集した配列データに基づいて、すでに80万個以上の新しいCRISPRアレイを発見している。さらに、生合成遺伝子群（BGC）からアノテーションされた新しい抗生物質や低分子の存在も示されており、医薬品開発に期待が寄せられている。
Mason博士は、「次のステップとしては、これらの分子や予測されるBGCを合成して検証し、それらが医学的または治療的にどのように作用するかを確認することだ」「熱帯雨林は生物多様性と治療のための新しい分子の宝庫だと思われがちだが、地下鉄の手すりやベンチでも同じことが言える」と語った。
関連論文「公共交通機関の空気中のマイクロバイオームとレジストームの特徴は、地理的特異性を示している（Characterization of the Public Transit Air Microbiome and Resistome Reveals Geographical Specificity）」は、2021年5月26日にMicrobiome誌のオンライン版に掲載された。この論文もオープンアクセスだ。
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