何百もの新しい霊長類のゲノムは、人間の健康と私たちの過去を知る窓を提供します

人間は長い間、自分自身が他の霊長類に反映されていると考えてきました。類人猿の社会的行動と認知能力が私たち自身に光を当ててきました。 今、2つの国際チームが鏡を深く見つめています。 彼らは、手のひらサイズのマウスキツネザルから体重200キロのゴリラに至るまで、200頭以上の非ヒト霊長類のゲノムを解読することで、人間の健康と病気、そして私たちの種の起源についての手がかりを発見した。

Science and Science Advancesで今日報告されたゲノムとその分析は、約800頭の野生霊長類と飼育されている霊長類から血液サンプルを収集するために、物流上の課題や官僚的な難題に立ち向かい、約20カ国の100人以上の研究者が参加した大規模な取り組みを表している。 得られたデータは、霊長類の遺伝的多様性を知ることで、絶滅の危機に瀕している種を救う可能性がどのように高まるかを示しています。

しかし、私たち自身の種も恩恵を受ける可能性があります。 あるチームは、ゲノムを使用して、ヒトの遺伝的変異が病気を引き起こす可能性が高いかどうかを評価できる機械学習ツールをトレーニングしました。 そして、どちらも霊長類の進化の複雑さを調査し、私たち自身に光を当てました。 「この大量のサンプルは、最終的には人類の起源に直接関連する新しく予想外の研究を引き起こすことになるでしょう」と、どちらのグループにも関与していないメキシコ生態学研究所の哺乳類学者、ルイス・ダーシー・ベルデ・アレゴイシア氏は言う。

2 つのゲノム研究のうち、より大きな取り組みは、霊長類学者や進化生物学者ではなく、DNA 配列決定会社イルミナの臨床遺伝学者によって主導されました。 多くの医学界と同様に、カイル・ファー氏にとって、ゲノミクス革命は希望であると同時に挫折感の源でもある。 人間の遺伝子配列決定により、病気や治療法を説明できる可能性のある個々の遺伝子の無数の変異体が判明しました。 しかし、ヒトの遺伝学だけでは、変異が医学的に関連があるかどうかを判断できないことがよくあります。

ファー氏は、他の霊長類種の類似変異体を検索することで、より明確な発見ができると考えた。 「私たちは、私たち自身の種からのデータが不十分であることを認識しました。」 数年前に入手可能な霊長類のゲノムを使ってこのアイデアをテストした後、2019年にスペインのバルセロナにある進化生物学研究所の進化遺伝学者トーマス・マルケス・ボネット氏とベイラー医科大学の霊長類遺伝学者ジェフリー・ロジャース氏に提案を持ちかけた。 イルミナは、世界の 500 頭以上の霊長類の複数のメンバーから血液サンプルを入手できれば、DNA 配列決定に資金を提供できるでしょう。

プロジェクト外の一部の科学者は、その野心は驚異的だったと言う。 「野生の霊長類の遺伝子サンプルを入手するには、膨大な時間と労力、そして政府の許可が必要です」とイリノイ大学アーバナ・シャンペーン校の名誉生物学人類学者ポール・ガーバー氏は言う。 そして、ヒト以外の霊長類の 60% 以上が絶滅危惧種に分類されている種にとっては、さらに困難です。

マルケス・ボネ氏はひるむことなく、世界中の研究者に登録しました。 「これは、私の研究関心の範囲を広げる素晴らしい機会でした」と、サルフォード大学に英国の研究室を設立する前はブラジルで育ち、ブラジルで働いていた生態学者のジャン・ブーブリ氏は回想します。 彼は 77 種の南米種のサンプルを寄贈しましたが、そのほとんどは、地元の科学者、博物館、動物園と協力して、30 年間にわたるアマゾンでの探検と生活の中で入手したものです。

別の寄稿者ゴビンダスワミー・ウマパシー氏によると、動物園や飼育繁殖センターで麻酔をかけたり拘束した野生の霊長類から血液サンプルを採取するのは困難なことが多かったという。 細胞分子生物学センターの保全生物学者であるウマパシーは、インドの州から州へと旅をし、テナガザル、ロリス、マカク、キツネザルの入手を森林管理者や地元当局に働きかけた。

マルケス・ボネのポスドク、現在イルミナにいるルーカス・クデルナ氏が率いるこのコンソーシアムは、DNAを最初に小さなビットに分割する「ショートリード」技術を使用して、211種703人の個体の配列を決定した。 新しいデータは、追加の霊長類 29 種からのすでに配列決定された 106 のゲノムと、他の 27 種の霊長類の新しいゲノムのセットを結合しました。 これらのゲノムは、中国科学院昆明動物研究所の遺伝学者、Dong-Dong Wu氏が共同主導する第2コンソーシアムから得られたもので、より長いDNAを読み取る技術が使われていた。

ウー博士らは、データと他の霊長類のゲノムを用いて、このグループの哺乳類の家系図を磨き上げ、熱帯雨林などの異なる環境に生息する霊長類を区別する予期せぬゲノム再配列（染色体の重複領域や逆位領域など）を特定した。そして半砂漠。 今後の研究により、シャッフルがこれらの種がさまざまな条件に適応するのに役立ったかどうかが明らかになるかもしれない。

霊長類ゲノムの宝庫により、ファー、ロジャース、マルケス・ボネらは、遺伝子によってコードされるタンパク質を変化させたり、遺伝子の活性を変化させたりする可能性のある、種内または種間の個々の DNA 塩基の変異である一塩基多型 (SNP) を探索することができました。 彼らは、タンパク質のアミノ酸配列を変更する430万個を発見した。 「最初のプレゼンテーションには息を呑んだ」と、コスタリカの霊長類のサンプルを提供したカルガリー大学の生物学人類学者アマンダ・メリンは振り返る。 「その規模は本当に驚異的でした。」

霊長類で一般的に観察される対応するヒトのSNPはおそらく病気を引き起こさないという仮定に基づいて、ファー博士は多くのヒトの変異体の無罪を証明した。 彼のチームはまた、「良性の」霊長類の SNP を使用して、Primate AI-3D と呼ばれるニューラル ネットワークをトレーニングしました。 彼のプログラムは、人工知能 (AI) に基づいたタンパク質構造予測ツールである AlphaFold を足場として、各タンパク質の 3D モデルを構築します。 良性の SNP に基づいて、タンパク質の構造が変化しても機能が損なわれない領域を特定します。 逆に、他の地域での変更は問題を引き起こす可能性が高くなります。

次に彼は AI を適用して、人間の SNP の潜在的な害を予測しました。 そして、彼と同僚がこれらの予測を、暫定的に病気に関連付けられていた人類基盤の変化のデータベースと照合したところ、SNPの6％はおそらく無実であると結論付けました。 「最初は少し懐疑的でした」とマサチューセッツ総合病院の遺伝学者ケイトリン・サモカ氏は言う。 しかし、「このリソースは、変異体が有害であることを『除外』するための優れた方法であり、タンパク質を変化させる変異体を解釈する能力を大きく変えるものです。」

研究チームは、霊長類で訓練された AI を逆の目的、つまり有害な遺伝子を特定するためにも使用しました。 彼らはそれを英国バイオバンクの454,712人の健康記録と遺伝子変異データに適用し、90の人間の健康上の懸念にSNPが役割を果たしている可能性があることを発見した。 「これにより、どの遺伝子が潜在的な薬物標的であるかを特定できるようになります」とファー氏は言う。

カリフォルニア大学サンフランシスコ校の遺伝学者ニール・リッシュ氏は、他の研究者がAIの予測を精査する必要があると語る。 しかし、これらの霊長類のゲノムは「貴重なサンプル」だと彼は考えている。

進化生物学者も同意する。 かつてはまれであると考えられていた交雑が進化において重要な役割を果たしていることが、ゲノムによってすでに明らかになっている。 あるサイエンス論文の中で、ウー博士らは、中国中南部の山々に固有の絶滅危惧種であるハイイロシシバナザルが、同属の他の2種の祖先と交配した後に出現したことを示している。 、リノピテクス。 さらに、3つのマカクザルのうちの1つは、約350万年前に他の2つのグループ間の交雑によって生じたと、彼らはScience Advancesに報告している。

ロジャース氏が率いるもう一つのコンソーシアムも、複数の種の225頭の野生ヒヒのDNAから、蔓延する交配の兆候を発見した。タンザニア野生動物研究所の保全生物学者ジュリアス・ケユ氏がその入手と分析に協力した。 マックス・プランク地球人類学研究所の進化考古学者エレノア・セリ氏は、「この研究は、最近の人類進化の類似点を示す可能性がある」と指摘する。 ネアンデルタール人、現生人類、デニソワ人、そしておそらくはその他の人々など、数万年前にさまざまな原人の間でかつて混血があったことを示す証拠が増えている。

これらの洞察を提供している霊長類自体も、生息地の破壊やその他の人間の活動による脅威にさらされています。 しかし、研究から得られた驚くべき発見は、彼らを救う取り組みに役立つ可能性があります。 通常、種の個体数が激減すると、生き残った種の間で近親交配が起こり、その遺伝的多様性も狭まります。 それでも、チームが配列決定した15種を除くすべての霊長類は依然として比較的高い遺伝的多様性を有しており、それはヒトよりも高い。 これは、マダガスカルから 12 平方キロメートル以内に生息することが知られているのは 40 頭だけであるキタスポーツキツネザル (Lepilemur septentrionalis) のような極度に絶滅の危機に瀕している動物であっても当てはまります。

これは、霊長類の個体数の激減（おそらく人間の生息地の破壊が原因の可能性もある）が最近になって起きたことで、近親交配によって種の多様性を低下させる時間がなかったことを示唆している。 エディンバラ大学とウプサラ大学の進化生物学者カテリーナ・グシャンスキー氏は、「人口減少があまりにも急速なので、遺伝学がそれに追いつくことができない」と話す。

ウマパシーらは、多様性が高いほど種の回復力が高まるはずなので、この発見は心強いと述べている。 ブーブリ氏と共同研究しているヴィソーザ連邦大学の動物生態学者ファビアーノ・メロ氏は、「この状況を元に戻す時間はまだあるということだ」と指摘する。