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수렵 채집 생활 방식은 번성하는 장내 미생물 군집을 촉진합니다

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Tanzanian Hadza 그룹의 샘플에는 이전에 과학에 알려지지 않은 종이 포함되었습니다.

인간의 내장은 수조 개의 미생물로 가득 차 있지만, 이 광대한 공동체에 대한 대부분의 연구는 도시 지역에 사는 사람들에 초점을 맞추었습니다. 이제 연구팀은 탄자니아 북부의 수렵 채집 사회 구성원인 Hadza 사람들의 장내 미생물군을 시퀀싱하고 이를 네팔 및 캘리포니아 사람들의 미생물군과 비교했습니다 1 . 이 연구는 Hadza가 다른 그룹의 사람들보다 장내 미생물이 더 많은 경향이 있을 뿐만 아니라 서구식 생활 방식이 장내 개체군의 다양성을 감소시키는 것으로 보인다는 사실을 발견했습니다.

Hadza에는 1인당 평균 730종의 장내 미생물이 있었습니다. 평균적인 캘리포니아 장내 마이크로바이옴은 277종에 불과했고 네팔 마이크로바이옴은 그 사이에 속했습니다. 농업 기반 생활 방식을 가진 사람들은 평균 436종의 미생물을 가지고 있는 반면, 채집 생활을 하는 사람들은 평균 317종을 가지고 있었습니다.

팀은 또한 코르크 따개 모양의 박테리아 Treponema succinifaciens 와 같이 캘리포니아 샘플에는 존재하지 않는 종을 Hadza 마이크로바이옴에서 발견했습니다 . 네팔 마이크로바이옴 중 일부에만 이 미생물이 포함되어 있어 사회가 산업화됨에 따라 박테리아가 죽어가고 있음을 시사합니다.

균형 조정
이전 연구에서는 인간의 장내 미생물이 지역과 라이프스타일에 따라 다르지만 산업화되지 않은 인구의 데이터가 부족하다는 사실을 발견했다고 캘리포니아 스탠포드 대학의 미생물학자인 저스틴 소넨버그(Justin Sonnenburg)는 말했습니다. “시퀀싱 노력의 일부는 그 격차를 메우고 과소 대표되는 세계 지역에 더 많은 데이터를 제공하는 것이었습니다.”라고 그는 말합니다.
비산업적 라이프스타일을 사는 사람들의 마이크로바이옴이 산업화된 사회의 사람들보다 더 다양하다는 것은 잘 알려져 있지만, 연구 결과는 그 차이가 이전에 생각했던 것보다 더 뚜렷하다는 것을 보여줍니다. 스탠포드에서.

“데이터는 인간 마이크로바이옴에 대한 우리의 그림을 크게 확장합니다. “시퀀스에 숨겨진 숨겨진 이야기가 있다고 확신합니다.”

연구원들은 2013년에서 2014년 사이에 유아와 어머니를 포함한 167명의 Hadza 사람들로부터 수집한 대변 샘플에서 미생물군을 시퀀싱했습니다. 2021년 연구 2 에서 식단이 마이크로바이옴에 미치는 영향을 조사했습니다.

다양성 감소
이 샘플에서 Sonnenburg와 그의 팀은 박테리아, 박테리아를 감염시키는 바이러스, 고세균 및 진핵생물이라고 불리는 그룹의 단세포 유기체를 포함하여 인간 장에서 발견되는 미생물로부터 90,000개 이상의 게놈을 시퀀싱했습니다. 이러한 미생물 게놈의 약 44%는 통합 인간 위장관 게놈 데이터베이스와 같은 대규모 카탈로그에 아직 기록되지 않았습니다. Hadza 샘플에서 복구된 게놈 시퀀스 중 1,000개 이상이 과학에 새로운 박테리아 또는 고세균 종에서 유래했습니다.

게다가, 산업화된 집단에서 흔히 발견되는 장내 미생물 종은 종종 산화적 손상에 반응하는 것과 관련된 유전자를 포함하고 있습니다. 연구진은 내장의 만성 염증이 그러한 손상을 유발하여 해당 유전자에 대한 선택적 압력을 생성할 수 있다고 의심한다고 Stanford의 미생물학자인 매튜 올름(Matthew Olm)은 말했습니다. “만성 염증 상태에 있다면 장내 미생물군이 적응해야 한다는 것이 이치에 맞을 것입니다.”라고 그는 말합니다. 이 유전자는 Hadza microbiome에서 검출되지 않았습니다.

호주 멜버른에 있는 Hudson Institute of Medical Research의 미생물학자인 Samuel Forster는 비서구 인구를 연구하면 인간 장내 미생물 군집에 대한 보다 완전한 그림을 구축하고 라이프스타일과 지역에 따라 어떻게 다른지 파악하는 데 도움이 될 것이라고 말했습니다. 이것은 연구원들이 산업화된 인구에서 어떤 종이 ​​사라지고 있는지, 그리고 이것이 인간의 건강에 어떤 영향을 미치는지 추적하는 데 도움이 될 수 있다고 Forster는 말합니다. “우리는 우리가 가지고 있는 미생물의 완전한 보완을 이해할 기회가 있습니다.”라고 그는 말합니다. “멸종되기 전에 지금 이해함으로써 멸종 사건을 효과적으로 피하고 있습니다.”

Hunter-gatherer lifestyle fosters thriving gut microbiome
Samples from the Tanzanian Hadza group included species previously unknown to science.

References
Carter, M. M. et al. Cell https://doi.org/10.1016/j.cell.2023.05.046 (2023).
Wastyk, H. C. et al. Cell 184, 4137–4153 (2021).

https://www.nature.com/articles/d41586-023-02065-y

과학, 생명공학, 생물, 식품과학, 자연관찰

문어가 팔로 맛보는 방법

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초특화된 단백질은 문어와 오징어가 빨판으로 표면을 맛볼 수 있도록 하며, 이러한 단백질은 각 동물의 생활 방식에 맞게 조정됩니다.

NEWS, 12 April 2023

How octopuses taste with their arms

Ultra-specialized proteins enable octopuses and squids to taste surfaces with their suckers — and these proteins are tailored to each animal’s way of life.

https://www.nature.com/articles/d41586-023-01010-3

캘리포니아 두 자리 문어(Octopus bimaculoides)는 가장 좋아하는 음식 중 하나인 피들러 크랩(Leptuca pugilator)을 잡습니다. 크레딧: Peter Kilian

문어와 오징어는 둘 다 팔다리에 있는 빨판을 사용하여 먹이와 씨름하고 동시에 채석장을 맛봅니다. 이제 한 쌍의 연구는이 동물들이 어떻게 ‘만져서 맛보는지’와 진화가 어떻게 그들의 라이프 스타일에 완벽한 감각 능력을 갖추 었는지를 설명합니다1,2. 이 논문은 4월 12일 네이처(Nature)에 게재됐다.

이 연구는 동물의 빨판에 박힌 수용체의 구조를 자세히 설명합니다. 이 수용체는 생물이 물에 떠 있는 화학 물질과 독립적으로 표면의 화학 물질을 맛볼 수 있도록 하는 정보를 전달합니다.

 

두뇌로 무장

문어와 오징어를 포함하는 그룹인 두족류는 뇌와 감각 시스템이 다른 동물에서 발견되는 것과 다르므로 오랫동안 신경과학자들을 매료시켜 왔습니다. 예를 들어, 문어는 중앙 뇌보다 팔에 더 많은 뉴런을 가지고 있는데, 이는 각 팔이 마치 자신의 뇌를 가지고 있는 것처럼 독립적으로 기능할 수 있도록 하는 구조입니다3. 그리고 연구자들은 각 팔에 있는 수백 개의 빨판이 환경을 느끼고 맛볼 수 있다는 것을 오랫동안 알고 있었습니다4.

매사추세츠주 케임브리지에 있는 하버드 대학교의 분자 생물학자인 니콜라스 벨로노(Nicholas Bellono)와 그의 그룹은 캘리포니아 두 반점 문어(Octopus bimaculoides)를 연구하던 중 동물의 촉수 세포 표면에서 독특한 구조를 발견했습니다. Bellono는 이 구조가 문어 환경에서 화학 물질에 대한 수용체 역할을 한다고 의심했습니다. 그는 캘리포니아 샌디에이고 대학의 신경 생물학자 라이언 힉스 (Ryan Hibbs)에게 연락했는데, 그는 Bellono 팀이 발견한 문어 구조와 구조학적으로 유사한 수용체를 연구합니다 : 두 유형 모두 속이 빈 튜브를 형성하기 위해 클러스터링 된 5개의 배럴 모양의 단백질로 구성됩니다.

연구자들이 문어 게놈을 조사했을 때, 그들은 이 배럴 모양의 단백질에 대한 26개의 유전자를 발견했으며, 이를 섞어 다양한 취향을 감지하는 수백만 개의 별개의 다섯 부분 조합을 만들 수 있었습니다1. 연구진은 문어 수용체가 물에 녹지 않는 ‘기름기가 많은’ 분자에 결합하는 경향이 있음을 발견했으며, 이는 문어 껍질, 해저 또는 문어 자신의 알과 같은 표면의 화학 물질을 감지하는 데 최적화되어 있음을 시사합니다.

저자들은 빨판에 다양한 분자가 있으면 문어가 처리를 위해 이 정보를 뇌에 보낼 필요 없이 맛이 무엇인지 빠르게 결정할 수 있다고 생각합니다.

 

쓴 알약

Nature의 두 번째 연구에서 Bellono, Hibbs 및 동료들은 이러한 화학 수용체가 두족류에서 어떻게 발생하는지 연구했습니다2. 수용체는 다른 많은 유기체가 신경계를 통해 신호를 보내는 데 사용하는 수용체에서 진화한 것으로 보입니다.

연구진은 문어 수용체를 줄무늬 만두 오징어 (Sepioloidea lineolata)의 촉수 빨판에서 발견 된 수용체와 비교한 결과 오징어 수용체가 쓴맛을 내는 분자에 반응한다는 것을 발견했습니다. 이것은 오징어가 이 특정 취향에 따라 먹이를 받아들이거나 거부할 수 있음을 시사합니다.

오징어와 문어의 게놈을 분석한 결과, 오징어와 문어의 조상이 약 300억 년 전에 갈라진 후 수용체가 독립적으로 진화하여 시간이 지남에 따라 새로운 특성을 획득하는 것으로 나타났습니다. 오징어는 물에 떠서 먹이를 보고 촉수를 쏘아 포획하는데, 이는 빨판이 물고기를 만질 때까지 물고기를 맛보지 못한다는 것을 의미합니다. 그러나 해저에 앉아서 먹이를 찾는 경향이 있는 문어의 경우 다양한 민감한 촉수 빨판을 갖는 것이 중요합니다.

“그렇게 빨리 많은 통찰력을 얻는 것은 정말 흥미진진한 일입니다.”라고 일리노이주 시카고 대학의 진화 생물학자 클리프 래그스데일 (Cliff Ragsdale)은 말합니다. 그는 그 발견이 빨판이 문어의 뇌에 감각 정보를 보내는 방법과 뇌가 그것을 해석하는 방법을 포함하여 많은 질문을 제기한다고 말합니다.

doi: https://doi.org/10.1038/d41586-023-01010-3

References

Allard, C. A. H. et al. Nature https://doi.org/10.1038/s41586-023-05822-1 (2023).

Kang, G. et al. Nature https://doi.org/10.1038/s41586-023-05808-z (2023).

Gutnick, T., Zullo, L., Hochner, B. & Kuba, M. J. Curr. Biol. 30, 4322–4327 (2020).

Graziadei, P. P. C. & Gagne, H. T. J. Morphol. 150, 639–679 (1976).

건강, 과학, 당뇨병, 대사질환, 보건의료정책, 생명공학, 생물, 식품과학, 운동, 융합과학, 화학

5 마리의 동물을 대상으로 한 노화 연구 쇠퇴를 되돌리는 방법을 제안

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중요한 세포 경로에서 과속 방지턱을 부드럽게 하는 것은 노화와 관련이 있는 것 같습니다.

NEWS, 12 April 2023

Ageing studies in five animals suggest how to reverse decline

Smoothing the speed bumps in an important cellular pathway seems to be implicated in ageing.

https://www.nature.com/articles/d41586-023-01040-x

RNA polymerase (blue) unwinds DNA (violet), using it as a template to produce a strand of messenger RNA (red). In aged cells, this process accelerates.Credit: selvanegra/Getty

4월 12일 네이처 (Nature)에 발표된 연구에 따르면 노화는 인간, 초파리, 쥐, 생쥐, 벌레 등 5가지 매우 다른 생명체에서 같은 방식으로 세포 과정에 영향을 미치는 것으로 보입니다. 이 연구 결과는 노화를 유발하는 원인을 설명하고 이를 되돌리는 방법에 대한 제안을 제공하는 데 도움이 될 수 있습니다.

호주 UNSW 시드니의 생화학자인 Lindsay Wu는 “이것은 우리가 어떻게 그리고 왜 노화하는지 이해하는 근본적이고 새로운 영역을 열어줍니다.”라고 말합니다.

동물이 나이를 먹으면 세포 내부의 다양한 분자 과정의 신뢰성이 떨어집니다. 유전자 돌연변이가 더 자주 발생하고 염색체 끝이 끊어져 짧아집니다. 많은 연구에서 노화가 유전자 발현에 미치는 영향을 조사했지만, 전사(유전 정보가 청사진 DNA 가닥에서 RNA 분자로 복사되는 과정)에 미치는 영향을 조사한 연구는 거의 없었습니다.

 

부주의한 복사

이를 알아보기 위해 Beyer와 그의 동료들은 서로 다른 성인 나이에서 선충류, 초파리, 생쥐, 쥐, 인간 등 5가지 유기체의 게놈 차원의 전사 변화를 분석했습니다. 연구자들은 노화가 전사를 유도하는 효소인 RNA 중합 효소 II(Pol II)가 RNA 사본을 만들 때 DNA 가닥을 따라 움직이는 속도를 어떻게 변화시켰는지 측정했습니다. 그들은 평균적으로 Pol II가 나이가 들면서 더 빨라지지만 다섯 그룹 모두에서 덜 정확하고 오류가 발생하기 쉽다는 것을 발견했습니다. “우리는 판독과 참조 게놈 사이에 더 많은 불일치를 보았습니다.”라고 Beyer는 말합니다.

이전 연구에서는 식단을 제한하고 인슐린 신호를 억제하면 많은 동물에서 노화를 지연시키고 수명을 연장할 수 있다는 사실이 밝혀졌기 때문에 연구자들은 이러한 조치가 Pol II의 속도에 어떤 영향을 미치는지 조사했습니다. 인슐린 신호 유전자에 돌연변이를 일으키는 벌레, 생쥐, 초파리에서 Pol II는 더 느린 속도로 움직였습니다. 효소는 또한 저열량 식이요법을 한 쥐에서 더 느리게 이동했습니다.

그러나 궁극적인 질문은 Pol II 속도의 변화가 수명에 영향을 미치는지 여부였습니다. Beyer와 그의 팀은 Pol II를 늦추는 돌연변이를 지닌 초파리와 벌레의 생존을 추적했습니다. 이 동물들은 돌연변이가 없는 동물들보다 10%에서 20% 더 오래 살았습니다. 연구자들이 벌레의 돌연변이를 되돌리기 위해 유전자 편집을 사용했을 때 동물의 수명이 단축되었습니다. Beyer는 “그것은 정말 인과 관계를 확립했습니다.”라고 말합니다.

 

속도를 높이다

연구원들은 Pol II의 가속이 DNA가 세포 내부에 채워지는 방식의 구조적 변화로 설명될 수 있는지 궁금해했습니다. 그들이 차지하는 공간을 최소화하기 위해 유전 정보의 방대한 실은 뉴클레오솜이라는 묶음으로 히스톤이라는 단백질 주위에 단단히 감겨 있습니다. 연구원들은 인간 폐 세포와 제대 정맥 세포를 분석하여 노화된 세포에는 더 적은 뉴클레오솜이 포함되어 있어 Pol II가 더 빨리 이동할 수 있는 경로를 원활하게 한다는 것을 발견했습니다. 팀이 세포에서 히스톤의 발현을 증가시켰을 때 Pol II는 더 느린 속도로 움직였습니다. 초파리에서 히스톤 수치가 높아지면 수명이 늘어나는 것 같았습니다.

영국 글래스고 대학교에서 포유류의 노화를 연구하는 콜린 셀먼(Colin Selman)은 이 연구는 먼 관련 종에 걸쳐 노화 메커니즘이 어떻게 일관성이 있는지를 보여주는 “정말 흥미로운 작업”이라고 말했습니다. 또한, Pol II가 노화 과정을 늦추는 약물의 표적이 될 방법을 탐색할 수 있는 문을 열어줍니다. Pol II의 전사 과정에 대한 변화는 다양한 유형의 암을 포함한 많은 질병에 연루되어 있으며 Pol II와 이를 촉진하는 분자를 표적으로 하는 다양한 약물이 개발되었습니다. “노화에 미치는 영향을 조사하기 위해 이러한 약물 중 일부를 효과적으로 용도 변경할 기회가 있을 수 있습니다.”라고 Selman은 말합니다.

doi: https://doi.org/10.1038/d41586-023-01040-x

References

Debès, C. et al. Nature https://doi.org/10.1038/s41586-023-05922-y (2023).

Ageing-associated changes in transcriptional elongation influence longevity

https://www.nature.com/articles/s41586-023-05922-y

건강, 과학, 생명공학, 생물, 식품과학, 암, 약학, 융합과학, 의학, 폐질환, 환경공학

대기 오염이 DNA에 해를 끼치지 않고 폐암을 유발하는 방법

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생쥐를 대상으로 한 연구에 따르면 종양 성장은 유전적 돌연변이가 아닌 작은 입자로 인한 염증에 의해 유발됩니다.

NEWS, 05 April 2023

How air pollution causes lung cancer — without harming DNA

Studies in mice suggest that tumour growth is triggered by inflammation caused by tiny particles, rather than genetic mutations.

https://www.nature.com/articles/d41586-023-00989-z

 Air pollution from vehicles and other sources is associated with millions of deaths every year.Credit: The Image Bank/Getty

대기 오염은 DNA를 돌연변이 시키는 것이 아니라 실험용 마우스의 인간 건강 데이터 및 실험에 관한 광범위한 연구에 따르면 기존 암 유발 돌연변이가 있는 세포의 증식을 촉진하는 염증 환경을 조성함으로써 폐암을 유발할 수 있습니다.

결과는 4월 5일 네이처에 발표되었습니다. 환경 노출로 인한 다른 암에 적용할 수 있는 메커니즘을 제공하고 언젠가는 예방하는 방법으로 이어질 수 있습니다. “발암 물질에 노출되면 실제로 DNA에 아무런 영향을 미치지 않고도 암을 촉진 할 수 있다는 생각”이라고 영국 케임브리지 대학의 의학 유전학자인 Serena Nik-Zainal은 말합니다. “모든 발암 물질이 돌연변이 유발 물질은 아닙니다.”

 

암을 유발하는 오염

대기 오염으로 인해 매년 전 세계적으로 수백만 명이 사망하며, 여기에는 선암이라는 폐암으로 인한 250,000명 이상이 포함됩니다. 그러나 대기 오염이 어떻게 암을 유발하는지 조사하는 것은 부분적으로 담배 연기나 자외선과 같이 더 잘 연구된 발암 물질의 영향보다 덜 두드러지기 때문이라고 Nik-Zainal은 말합니다.

이 메커니즘을 밝히기 위해 런던의 프랜시스 크릭 연구소 (Francis Crick Institute)의 암 연구원 찰스 스완턴 (Charles Swanton)과 그의 동료들은 영국, 캐나다, 한국 및 대만의 환경 및 역학 데이터를 채굴했습니다. 데이터에 대한 담배 연기의 기여도를 줄이기 위해 팀은 EGFR이라는 유전자에 돌연변이를 일으키는 폐암에 초점을 맞추었습니다. 이러한 돌연변이는 흡연자보다 담배를 피우지 않은 사람들의 폐암에서 더 흔합니다.

연구팀은 EGFR 돌연변이가 있는 폐암이 평균 꽃가루 알갱이 너비의 10분의 1 미만인 지름 2.5 마이크로미터 이하의 흡입 가능한 입자 형태의 대기 오염에 노출되는 것과 관련이 있음을 발견했습니다. 이러한 오염은 내연 기관, 석탄 화력 발전소나 불타는 나무에 의해 배출됩니다.

 The growth of lung tumours (red) could be triggered by inflammation.Credit: ISM/Science Photo Library

더 많은 것을 배우기 위해, 팀은 인간 암과 관련된 EGFR 돌연변이를 가지고 실험용 마우스를 설계했습니다. 대기 오염에서 발견되는 것과 유사한 입자에 노출된 마우스는 노출되지 않은 대조군 마우스보다 폐종양이 발생할 가능성이 더 컸습니다.

그러나 폐암의 높은 비율에도 불구하고, 마우스는 폐 세포의 돌연변이 수의 증가를 하지 않았다. 대신, 입자 노출 후 몇 주 동안 지속하는 지속적인 염증 반응의 징후가 있었습니다. 폐로 몰려든 일부 면역 세포는 IL-1β라는 염증 촉진 단백질을 발현했습니다. IL-1β를 차단하는 항체로 마우스를 처리하면 폐암 발병률이 감소했습니다.

종합하면, 결과는 대기 오염이 노화중에 축적되는 DNA 오류의 결과로 폐에 이미 존재하는 돌연변이 세포의 증식을 촉진한다는 것을 시사합니다. “대기 오염이 암을 유발하는 주요 메커니즘은 새로운 돌연변이의 유도 때문이 아닙니다.”라고 샌프란시스코 캘리포니아 대학의 암 연구원인 Allan Balmain은 말합니다. “만성화되는 지속적인 염증은 이러한 돌연변이된 세포가 종양으로 자라게 하는 데 필수적입니다.”

이전 연구에 따르면 암과 관련된 돌연변이를 운반하는 세포가 때때로 건강한 조직에서 발견됩니다. Swanton과 그의 공동 연구자들은 비암성 폐 조직에서 EGFR 돌연변이의 빈도를 조사한 결과 600,000개의 세포 중 약 1개에 존재한다는 것을 발견했습니다. “그들은 거기에 있다”라고 프랜시스 크릭 연구소 (Francis Crick Institute)의 암유전체 학자인 에밀리아 림 (Emilia Lim)은 언론 브리핑에서 말했다. “드물지만 존재합니다.”

 

예방 조치

폐암 발견은 Balmain과 그의 공동 연구자들이 20개의 알려진 또는 의심되는 인간 발암 물질을 테스트했으며 대부분이 마우스의 DNA 돌연변이 수를 증가시키지 않는다는 것을 발견한 이전 결과와 일치합니다. Balmain은 암촉진 물질이 DNA 서열을 직접 변경하여 작용할 필요가 없다는 인식이 커지고 있으며 그의 실험실은 새로운 돌연변이를 찾는데 의존하지 않는 발암 물질에 대한 테스트를 개발하기 위해 노력하고 있다고 말합니다.

문제는 돌연변이 운반 세포가 대기 오염과 같은 환경 요인에 의해 활성화되는 것을 방지하는 방법입니다. 수백만 명의 사람들이 높은 수준의 대기 오염에 노출되어 있어서 IL-1β 차단 약물로 모든 것을 치료하는 것은 불가능하며 비용이 많이 들고 건강한 사람들에게 원치 않는 부작용을 일으킬 수 있다고 Balmain은 말합니다.

대신 Balmain은 염증과 싸우는 간단한 식이 중재가 일부 암의 위험을 줄일 수 있다고 제안합니다. “이러한 질문을 다시 검토하고 악성 질환 예방에 도움이 될 수 있는 최고의 식이 요인을 확인하려고 노력할 가치가 있습니다.”라고 그는 말합니다. “그들 중 많은 사람이 그렇게 할 수 있습니다 – 우리는 올바른 테스트를 하지 않았기 때문에 모릅니다.“

 

References

Hill, W. et al. Nature https://doi.org/10.1038/s41586-023-05874-3 (2023).

Riva, L. et al. Nature Genet. 52, 1189–1197 (2020).

Martincorena, I. et al. Science 348, 880-886 (2015).