進化生物学・進化医学

進化医学のコア・プリンシプル
Core principles of evolutionary medicine

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www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5822696/

Evol Med Public Health. 2018; 2018(1): 13-23.

2017年12月26日オンライン公開

デルファイ調査

2018年巻24ページ「進化医学における”コアコンセプト”のロードマップ」参照。

 

概要

背景と目的

進化医学は、進化生物学の原理を利用して病気をよりよく理解、予防、治療し、病気の研究を利用して進化生物学の基礎知識を発展させる、急速に成長している分野である。進化医学の包括的な原則はこれまでにも出版されているが、本研究は、進化医学の多様な専門家から体系的に中核となる原則を引き出した初めてのものである。これらの原則は、The Association of American Medical CollegesとHoward Hughes Medical Instituteが最近行った、進化的思考を医学部予備教育のコアコンピテンシーとするための提言を推進する上で有用であると考えられる。

方法論

デルファイ法を用いて、進化医学の中核となる原則のリストを抽出し、その妥当性を確認した。この研究では、56人の専門家パネリストに4つの調査を順番に実施した。最初の自由形式の調査では、コアとなりうる原則のリストを作成し、続く3つの調査では、リストを絞り込み、各原則の正確さと重要性を評価した。

調査結果

14の基本原則について、80%以上のパネリストが進化医学の重要な基本原則であると同意または強く同意していることがわかった。これらの原則は、進化医学の重要な概念について論じている他の論文で取り上げられている概念と重複していた。

結論と意味

この一連の基本原則は、進化医学の研究者や指導者にとって有用である。進化医学の指導者は、学習目標を設定するために、この基本原則のリストを使用することをお勧めする。進化医学は若い分野であるため,この基本原則のリストは,この分野がさらに発展するにつれて変化する可能性がある。

キーワード:コア・プリンシプル、進化医学、教育、デルファイ調査、コア・コンセプト

はじめに

進化は生物学の中核概念として認識されており[1,2]、生物学のすべてを理解するために不可欠であると言われている[3]が、歴史的にみて、医師養成において重視されてこなかった[4-6]。最近、米国医科大学協会とハワード・ヒューズ医学研究所からの勧告で、進化的思考が医学部予備教育の中核的能力として挙げられ[7]、医学部入学試験(MCAT)は最近進化を含むように変更された。しかし、このような変化や、健康や医学への進化的応用の進展が続いているにもかかわらず[8]、進化生物学はほとんどの医学教育カリキュラムに含まれていないのが現状である[4]。

進化医学は、進化生物学の原理を健康や病気に応用する分野であり、進化と医学の融合という課題への対応として、始まったばかりではあるが、成長しつつある。ダーウィン医学や進化医学と呼ばれることもあるが、1990年代初頭から飛躍的に発展し[8]、老化 [9,10]、生殖に関する健康 [11,12]、免疫機能 [13,14]、感染症 [15,16]、癌 [17,18]、行動障害と精神衛生 [19,20]、マイクロバイオーム[21]、獣医学 [22]、炎症 [23]、食事 [24]など人間の健康に欠かせないテーマの理解増進に貢献してきている。進化的視点は、医学の進歩のための強力で幅広いレンズであることが証明されているだけでなく、そうでなければ結びつかない医学知識を整理するための包括的な足場として使用することができる[25]。

進化医学のコースは、学生にとって進化論との関連性を高め、疾病の生物学的理解を深め、進化が人間の健康や疾病にどのような影響を与えるかについて独自の視点を提供することができる。進化医学のコースを開発する必要性はあるが、現在の障害となっているのは、この分野を統合する基本原理に関するコンセンサスがないことだ。核となる原理とは、その分野の中心となる考え方で、説明する力が広いものである。理想的なのは、核となる原理が一式揃っていて、原理間の重複を最小限に抑えながら、その分野の研究の幅をカバーしていることだ。すべての原理を深く習得することで、その分野における最低限の習熟度を満たすことができるはずである。

ある分野の中心的な原則を特定することは、何を教えるべきかについてインストラクターを導くのに役立つ[1]。また、共通の足場を提供することで、バラバラの事実を並べただけのコースになってしまい、学生がその分野全体を十分に理解できず、重要な概念を生物学の他の分野に転用するのに必要なスキルも身に付かないという事態を避けることができる[26]。実際、より幅広い内容をより浅いレベルで教えるよりも、より少ない大きな概念をより深く教える方が、学生の定着率と理解度が高まるという研究結果もある[27,28]。このように、進化と医学に関連する興味深い事実や考え方が豊富にあるため、学生の興味を引くことは容易であるが、圧倒され、進化医学カリキュラムの最も重要なテイクホームメッセージから注意をそらすこともある。膨大な量の情報を重要なアイデアの小さなネットワークに整理することで、核となる原則に焦点を当てたカリキュラムは、情報の断片の間の重要性と相互関係を理解するのに役立つ。さらに、事実とは対照的に、より抽象的な考えを表すことが多い基本原理に学習目標を絞ることで、暗記などの低レベルの認知目標から離れた指導が可能になる[25]。米国科学振興協会(AAAS)の「ビジョンと変革」レポートでは、孤立した事実を教えるのではなく、科学分野の大きなアイデアを通して考えることを教える教育法を推奨している[1]。これらの勧告を満たすには、ある分野の核となる原理について何らかのコンセンサスを得る必要がある。

進化医学のコミュニティのメンバーは、学生が習得するのに不可欠な進化的原理を体系的に定義することをまだ試みていない。しかし、推奨事項を示す論文は増えてきている。Nesseら[29]は、AAMC-HHMIの報告書[7]で医学教育に進化生物学を取り入れるよう広く呼びかけたことに基づき、医学部入学前および医学教育のための学習目標フレームワークを構築した。彼らの提言は、進化医学の多様な専門家による長年の議論から生まれたものである。Nesseら[29]の勧告に基づき、Gravesら[25]は、進化的概念の深いレベルでの理解を確実にするためにBloomのタクソノミーを用いることの重要性を含め、進化的概念が医学教育にとっていかに重要であるかをさらに概説した[30]。NesseとSchiffman [5]、後にHidakaら[4]は、医学部の学部長を対象に、カリキュラムに進化の原則を含めるかについて調査した。医学部カリキュラムにおける進化原理の重要性とカバー率は12年間で増加したと報告されているが、2015年の調査では、学部長の半数が、カリキュラムに進化論を含めると論争を引き起こすと予想していた。このような医学教育指導者のためらいは、卒前カリキュラムで進化医学を導入した方が良いことを示唆している。進化教育への人間の健康の統合を高めるのに役立つことを動機として、Antolinら[31]は、教室に統合できる進化的概念を例示する生物医学的な例を提供した。他の論文では、進化と医学のコースについて、他の人が自分のコースを設計するのに役立つガイドとして、説明的な説明を提供している[32,33]。このような先行研究は、進化医学の分野のための基本原則のコンセンサス見解を作成する我々の試みを開始するのに役立つ基盤を提供する。

方法

IRB

我々の機関審査委員会(#00005090)は、この研究を承認した。

デルファイ法

本研究では、デルファイ法を用いて、コア・プリンシプルのリストを作成し、その妥当性を確認した。デルファイ法は、専門家の意見を利用して、答えがやや主観的で、従来の分析的な解決策に欠ける問題に取り組むものである。デルファイ法では、カリキュラム設計をめぐる教育上の問題[37-39]、特に学問の基本原則の特定など、多くの種類の問題に対処してきた。この方法を用いて基本理念を特定した他の分野の例としては、臨床薬理学・治療学 [40]、家庭医学 [41]、生物医学的検査学 [42]などがある。

デルファイ法は、最初の質問から始まり、専門家パネルからのフィードバックを用いて解決を図る。この方法は、パネリストが互いに直接コミュニケーションするのではなく、研究チームに回答を送るという特殊なコミュニケーション構造を採用している。この構造により、合意形成のための様々な意見が活用される一方、地位の高い個人からの影響など、社会的圧力により発生しうる反対や同意の歪んだ影響を排除することができる[43,44]。

デルファイ法は、多くの場合、関心のあるトピックについてパネリストに自由形式の回答を求める調査から始まる。この最初の調査に対する回答を受け取り、分析した後、研究チームは、最初の調査からの回答を評価するようパネリストに求める2回目の調査とともに、要約を各パネリストに返送する。このプロセスは、パネル間のコンセンサスが得られるか、あるいはコンセンサスが得られず、意見の相違の理由が明らかになるまで、追加の調査において繰り返し実行される。今回の調査では、この一般的な形式に従って、進化医学の基本原則を引き出すために4つの調査を行った。

パネルの選択

パネルの選定は、デルファイ調査の重要な要素である。パネリストは、適格な専門家による多様な意見を代表するものでなければならない。進化医学は学際的な分野であり、生物学者、人類学者、ヒトや動物の医療専門家などからの貢献がある。デルファイ調査の結果の妥当性は、多様な専門家がパネリストとして参加することに依存するため、進化医学の学際性を念頭に置いてパネル構成が行われた。パネリストの選定は、当該分野の著名な専門家6名に電子メールで招待し、デルファイ・パネルに参加する個人をそれぞれ推薦してもらうことから開始した。その際、専門家に対して、広い視野を持つ人、より専門的な視点を持つ人など、この分野をよく理解している他の人物を推薦するように依頼した。この電子メールに対して、5人の専門家から35人の推薦があり、24人の専門家が推薦された。さらに、専門性や経歴の多様性を考慮したより大きなパネルが望まれたため、研究チームは、出版や国際進化医学・公衆衛生学会(ISEMPH)への参加を通じてEVMedコミュニティーに積極的に参加している32名を特定した。最初の6人の専門家は、他の専門家から最初に推薦されるか、32人の追加パネリストのリストに含まれることによって、このパネルに参加した。このプロセスは、分野、地理的な場所、性別によって多様な視点を提供するパネリストを特定することを目的としたものである。調査実施チームと同じ機関のメンバーは、調査著者の一人が彼らの上司であることからバイアスを最小化するため、また、地元の視点が過剰に反映されることを避けるため、さらに、大学での地元の会話や人間関係が、デルファイ構造の匿名性の利点を損なう可能性があるため、パネルに含まれなかった。合計で56人のパネリストが特定され、デルファイ調査に参加するよう招待された。

最終的なパネルは、女性19名、男性37名で構成された。調査時点では、40名のパネリストが北米で、12名がヨーロッパで、4名がその他の大陸で勤務していた。パネリストの年齢に関するデータは収集していないが,パネリストの学術的な年齢を理解するために,彼らの最初の出版からの年数を見ることができる.パネリストの初出版からの平均年数は26.3年、標準偏差は10.5であり、出版期間から見て、より年長のパネリストであることが分かる。パネリストの専門性の幅は,全員とは言わないまでも,多くのパネリストが多様な専門分野を持ち,分類が困難である.生物学者(n=26)、人類学者(n=11)、医学博士(n=12)、その他の分野の研究者や専門家(n=7)に分類した。これらの分類の概要とパネリストの共著者ネットワークは、専門性と出版歴の異質性を示している(補足資料)。

調査プロセスの概要

56 名のパネリスト全員に対し、4回のオンライン調査を順次実施した。4つの調査すべてに、同意に関する記述、調査の目的、「コア・プリンシプル」の3つの定義(ボックス1)が含まれ、同様の目的を持った以前の研究[45]の方法に従った。最初の調査では、パネリストに「進化医学の分野で重要だと思う大きなアイデアを挙げてほしい」、そして「そのアイデアが何であるか、なぜそれが重要だと思うかを詳しく説明してほしい」と依頼した。

ボックス1.各調査でパネリストに提供された「コア・プリンシプル」の3つの定義

Niemi and Phelan (2008)より。

‘…中心的な概念や原理、または”ビッグアイデア”を中心に組織されたもの。これらの概念の性質は領域によって異なるが、一般的には、知識の広い領域を整理し、領域内の推論を行い、また幅広い問題を解決するための戦略を決定するために使用することができる抽象的な原理である』。

Wiggins and McTighe (2005)より。

定義上、ビッグアイデアは重要であり、永続的なものである。ビッグ・アイデアは、特定の単元の範囲を越えて伝達可能である。..ビッグ・アイデアは理解の構成要素である。ビッグアイデアは、断片化された知識の点と点を結ぶことを可能にする、意味のあるパターンと考えることができる

Shouseら(2007)より。

それぞれの[ビッグアイデア]は十分にテストされ、検証され、その学問分野の絶対的な中心である。それぞれが、多くの異なる知見を統合し、非常に広い説明範囲を持つ。それぞれが、その学問分野における多くの重要な概念、原理、さらには他の理論の一貫性の源となっている」

研究チームの2人のメンバー(DZGとMEB)は、最初の調査に対するすべての回答を独自に読み、出現した核となる原則のリストを作成した。この2つのリストは非常によく似ており、意見の相違はほとんど見られなかったが、主に異なる原則の範囲について、いくつかの原則はより大きな原則の中に包含されることがあった。明確な原則の特定と階層、およびその表現に関する意見の相違は、研究チーム全体(DZG、RMN、MEB、SEB)による話し合いとパネリストの回答のさらなる評価によって解決された。基本原則の重複を避けるため、原則は、広範に及ぶ傾向のある「基本」原則と、より具体的な傾向のある「サブ」原則に分けることが決定された。パネリストは、2回目の調査で、これらの基本原則と下位原則を評価した。

パネリストには、2回目の調査への参加を促す電子メールが送られ、1回目の調査で得られたすべての「コア」「サブ」原則のリストが提供され、コアとサブの原則の重複の可能性が強調されている。パネリストは、進化医学における原則の重要性に基づいて評価を行い、各原則についてコメントすることが求められた。コメントには、その原則を評価した理由、特定の文言に関する考え、原則を中核または副原則に分類したことに関する考えなどが含まれる。このアンケートの回答は、研究チームの2人のメンバー(DZGとMEB)が独自に分析し、さらに研究チーム全体(DZG、MEB、RMN、SEB)で議論し、最新の基本原則のリストを作成するための基礎資料とした。その後の2回の調査では、第 2 ラウンドの小原則は含まれず、パネリストには、最新の基本原則候補リストに対する評価とコメントのみが求められた。各段階において、複数のパネリストから同様のコメントが寄せられた場合、または、あるコメントによって原則の表現が不正確または不明瞭であることが判明した場合、研究チームは原則を修正した。表1は、各調査の目的、回答率、各段階で評価された原則の数など、各調査の概要を示している。なお、調査方法の詳細と調査結果については、補足資料に記載している。

表1.4つのデルファイ調査の目的、回答者の種類、56名のパネリストに対する回答数等の概要

4つのデルファイ調査の概要(調査目的、回答者の種類、56名のパネリストに対する回答数など

調査目的 レスポンス 回答数
第1ラウンド コア・プリンシプルの初期リストを作成する オープンエンドの対応 30
第2ラウンド コア・プリンシプルの重要性、サブ・プリンシプルの重要性を評価する リッカート尺度や自由記述による回答 37
第3戦 コア・プリンシプルの正確さと重要性を評価する。サブプリンシプルについては、本調査では評価していない リッカート尺度や自由記述による回答 30
第4戦 コア・プリンシプルの正確さと重要性を評価する。サブプリンシプルについては、本調査では評価していない リッカート尺度や自由記述による回答 28

結果

14の基本原則について、最終評価委員の80%以上が、その重要性に「やや同意する」または「強く同意する」という、以前コンセンサスの印として推奨された同意のレベルで支持した(表2)。パネリストは、長い文章(例:「近接(機械論的)説明と究極(進化論的)説明の両方が必要・・・」)を評価し、研究チームは各原則の短い名称(例:「解析の種類」)を作成した。研究チームは、研究終了後、これらの原則を類似性に基づいてグループ化し、原則の整理に役立てた。これらのグループには、以下のようなものがある。(i) Question framingには、生物学で扱われる様々なタイプの質問に関する原則が1つ含まれる。(ii) Evolution IとEvolution IIは、一般的な進化の原則で、Evolution IIの原則はEvolution Iの原則よりも複雑である。(iii) Evolutionary-Tradeoffsにはトレードオフと生命誌理論の両方が含まれるが、健康に適用するには、これらの概念は密接に関連している。(iv) Reasons for vulnerabilityには病気の進化的直接説明にあたる二つの原則、(v) Cultureには文化実践の影響に関するひとつの原則がある。図1は、各原理について、「これは進化医学にとって重要な中核的原理である」という質問に対するリッカート尺度による回答を示したものである。

表2 進化医学の中核となる原則
トピック コア・プリンシプル
説明の種類(質問フレーミング) 病気に対する脆弱性を高める形質を含む形質を完全に生物学的に理解するためには、近接的な説明(メカニズム的説明)と究極的な説明(進化的説明)の両方が必要である
進化過程(進化論I) 自然選択、遺伝的ドリフト、突然変異、移動、非ランダム交配など、すべての進化過程が形質や疾患を理解する上で重要である
繁殖成功(進化 I) 自然淘汰は生殖の成功を最大化するが、時には健康や寿命を犠牲にすることもある
性淘汰(進化論I) 性淘汰は、男女間で異なる健康リスクをもたらす形質を形成する
制約条件(進化I) いくつかの制約が、自然淘汰が仮に健康に最適な形質を形成する能力を阻害している
トレードオフ(進化的トレードオフ) ある形質が進化的に変化して体力が向上すると、他の形質が変化して体力が低下することにつながることがある
LHT(進化的トレードオフ) 初生殖年齢、生殖寿命、老化速度などの生活史形質は、進化によって形成され、健康や病気にも関係している
淘汰のレベル(進化論II) 病気に対する脆弱性は、選択が異なるレベル(遺伝要素、細胞、生物、親族、その他のレベルなど)で相反する効果を持つ場合に生じる
系統樹(進化論II) 種、個体群、形質、病原体の系統関係を追跡することで、健康や病気に関する知見を得ることができる
共進化(進化論II) 種間の共進化は、健康や病気に影響を与える可能性がある(例:進化の軍拡競争やマイクロバイオームで見られるような相互依存関係)
可塑性(進化 II) 環境要因は、健康に影響を与えるような形で発達の軌道を変化させることができ、これらの軌道の可塑性は、進化した適応メカニズムの産物である可能性がある
ディフェンス(脆弱性の理由) 病気の兆候や症状(発熱など)の多くは有用な防御機能であり、制御不能に陥ると病的な状態になることがある
ミスマッチ(脆弱性の理由) 祖先が進化した環境と異なる環境で生活する生物は、病気のリスクが変化する可能性がある
文化的慣習(文化) 文化的慣習は、健康や病気に影響を与えるような形で、ヒトや他の種(病原体を含む)の進化に影響を与えることがある(例:抗生物質の使用、出産慣習、食事など)

各原則の完全な文言は、デルファイ調査の第4ラウンドの後、パネリストの80%以上によって承認された。研究チームは、各原則にトピック名を付け、原則を整理するために、研究終了後にこれらの原則を互いの関連性に基づいてグループ化した。グループの説明は以下の通りである。Question framing」には、生物学で扱われるさまざまな種類の疑問に関する原則が含まれている。進化 Iと進化 IIには、一般的な進化の原則が含まれ、進化 IIの原則は進化 Iの原則よりも複雑である。進化的トレードオフには、トレードオフと生命史理論の両方が含まれ、これらは健康に適用する上で密接に関連する概念である。脆弱性の理由には、病気に対する直接的な進化的説明を表す2つの原則が含まれる。文化には、文化的慣習の影響について議論する1つの原則が含まれる。

図1第3回または第4回の調査でコンセンサスが得られた基本原則の重要度ランキング

最終的な基本原則の形式は、幅広い抽象的な考えを、必然的に短く凝縮したものとなっている


最適な表現についての意見が分かれたため、いくつかの原則の重要性に関するパネリスト間の合意は減少した。14の基本原則についてコンセンサスが得られたものの、表現に起因する混乱や意見の相違が続いたため、それぞれについて詳しく説明する必要があることが示唆された。以下では、各原則を拡大してその意味を詳しく説明し、パネリストの共通のコメントと問題点を説明する


分析の種類(100%同意)

病気に対する脆弱性を高める形質を含む形質を完全に生物学的に理解するためには、近接的説明(機構的説明)究極的説明(進化的説明)両方が必要である。進化医学を理解するためには、この分野で問われる質問の種類、特に近接的説明と進化的説明の違いを理解することが必要である。ティンバーゲンは形質に関する説明の4つのカテゴリーを含むフレームワークを定式化した[47-49]。回答者は、この原則が4つのカテゴリーすべてを含むべきか、ティンバーゲンの名前を原則に使用すべきか、「分析」または「質問」という言葉を使用すべきかについて異なる意見を持っていた。どのような表現であろうと、この原則は、生命科学全体で使用されうるいくつかの補完的な種類の説明を認識するための不可欠な基盤を提供するものである。

進化過程(100%同意)

自然選択、遺伝的ドリフト、突然変異、移動、非ランダム交配を含むすべての進化過程は、形質や病気を理解する上で重要である。多くのパネリストが、自然淘汰だけを考える誤りを避けるために、4つのプロセスすべての寄与を認識することが重要であるとのコメントを出した。進化を深く理解することは進化医学の基本であり、この原則は一般的なものとして書かれているが、すべての進化の過程を理解することが進化医学の中心であることをよく表している。

生殖的成功(96.6%の同意)

自然選択は生殖的成功を最大化するが、時には健康や寿命を犠牲にする。最初の調査では、自然淘汰のプロセスに関する一般的なコメントと、自然淘汰は生殖能力を選択し、健康や寿命を犠牲にすることがあることを特に強調するコメントの両方があった。我々は当初、これらの原則は重複していると考えてたが(誤解のない自然淘汰の理解には、生殖の成功が健康と寿命を犠牲にする可能性があることを知ることが必要)、パネリストのコメントと評価から、生殖の成功に焦点を当てることは重要かつ明確な基本原則であることが示された。

性淘汰(80%同意)

性淘汰は、男女間で異なる健康リスクをもたらす形質を形成する。生殖成功の原則と同様に、性淘汰は自然淘汰の一般的な理解の中に組み込まれていると考えることができる。しかし、ほとんどのパネリストは、性淘汰を重要な別の基本原理として含めることを推奨した。性淘汰が男性と女性の生理や行動の違いをどのように形成しているかを理解することは、健康リスクの違いを理解する上で重要である。

自然淘汰の制約(90%の同意)

いくつかの制約が、健康にとって仮に最適と思われる形質を形成する自然淘汰の能力を阻害している経路依存性、突然変異の不可避性、拮抗的多面性に見られるようなトレードオフなどである。これは大きな範囲を持つ原則であり、進化医学の大きな考え方がその中に内包されている。この原則の表現が曖昧であったため、その重要性を懸念する声もあったが、ほとんどのパネリストがこの分野にとって重要な考えであると捉えていた。

トレードオフ(96.5%の一致)

ある形質における進化的変化でフィットネスが向上することは、他の形質における変化でフィットネスが低下することと関連しうる。疾患脆弱性の説明における進化的トレードオフの役割は、進化医学の中心的かつ重要な核となる原則である。この原則は生命誌理論と密接に結びついており、進化医学やそれ以外の分野でも主要で影響力のある考え方となっている[10]。実際、LHTはトレードオフを通じて理解できる入れ子状の原理であると感じたパネリストもいれば、この関係を逆に捉えたパネリストもいた(トレードオフはLHTのサブセットとして)。この原則は現在の形では高い同意を得たが、トレードオフには2つの形質が含まれなければならないということを暗に示しているため、やや誤解を招く可能性がある。代替表現としては、「フィットネスを向上させる形質の進化的変化は、しばしばフィットネスを低下させることもある」とすることも可能である。例えば、胃酸のレベルが低いと潰瘍が減るが、その代償として感染症のリスクが高まる

生活史理論 (100%同意)

初生殖年齢、生殖寿命、老化速度などの生活史形質は進化によって形成され、健康や病気に影響を与える。生活史形質の進化は、健康の多くの側面と複雑に関連している。ヒトの生活史形質の進化的起源である、他動性、短い出産間隔、成熟期間の延長などを理解することは、ライフステージと健康状態を理解する上で非常に重要である。当初、トレードオフと密接な関係があるため、LHTはトレードオフと重なる可能性があるものとして挙げられていた。しかし、その後の調査において、LHTは独立したコア・プリンシプルとして列挙されるほど重要かつユニークであるというパネリストのコンセンサスが示された。

複数のレベルの選択(86%の同意)

選択によって異なるレベル(例えば、遺伝要素、細胞、生物、親族、その他のレベル)で相反する効果が生じた場合、病気に対する脆弱性が生じる可能性がある。最初の調査の回答では、癌における体細胞選択、遺伝子の衝突、集団選択の言及を中核的な原理として挙げることが示唆された。これらの概念は、健康や病気に対する意味合いは異なるものの、個体以外のレベルでの選択的な力学について考えるという大きな焦点が共通している。すなわち、自然淘汰は異なるレベルの複製実体に作用し、これらのレベル間で淘汰力が異なると、対立が起こりうるのである。したがって、進化的なレンズを通してがんを理解するには、細胞レベルの選択的動態が個体レベルの選択的動態とどのように相互作用するかを考える必要がある。同様の推論は、細胞にとって犠牲となる遺伝要素の複製の進化的ダイナミクスを理解するためにも必要である。

系統樹(88.5%一致)

種、集団、形質、病原体の系統関係を追跡することで、健康や病気についての洞察が得られる。進化医学の初期には軽視されていたが、系統関係の追跡は進化医学にとってますます重要になりつつある進化の主要研究分野である。系統樹はしばしば種間の関係に焦点を当てるが、パネリストのコメントでは、集団、異なる分子または形質、病原体の系統樹は、すべて医学研究に有用であることが示された。この基本理念は、複製された実体間の関連性を理解することの重要性を包含している。

共進化(96.5%の一致)

種間の共進化は、健康や病気に影響を与えることがある(例:進化の軍拡競争、マイクロバイオームで見られるような相互依存関係)。多くのヒトの病気を理解するには、病原体とその病原体に対する防御の間の共進化を理解する必要がある。実際、ほとんどの抗生物質は、ウイルスや他の細菌との共進化の結果、細菌によって生産されている。特に、健康におけるマイクロバイオームの役割を研究する新たな分野においても、共進化は重要な検討事項となっている。

可塑性(一致率96.5%)

環境要因は、健康に影響を与える方法で発達の軌道を変えることができ、これらの軌道の可塑性は、進化した適応メカニズムの産物である可能性がある。可塑性とは、生物の一般的な能力であり、遺伝子が様々な環境と相互作用することにより、発達の過程やより短い時間枠で表現型が変化することだ。可塑性は進化医学にとって重要である。なぜなら、選択によって可塑性を制御するメカニズムが形成され、それが病気のリスクに影響を与えるからである特に医学的に重要なのは、発達の過程で検出される環境的な手がかりに反応して発達を変化させるメカニズムである。

防御(一致率93%)

病気の兆候や症状(例:発熱)の多くは有用な防御機能であり、制御不能になると病的な状態になることがある。進化した防御という概念は、他の原則に比べると焦点が絞られているが、進化が医学にどのように情報を提供できるかという点では、中心的な重要性を持っている。病気の兆候や症状を防御反応として理解することは、治療にとって重要な意味を持つ。防御の発現を制御するシステムを選択がどのように形成するか(煙探知機の原理)は、別の原理として考えられていたが、この大きなカテゴリーに組み入れられた。

ミスマッチ(一致度93%)

祖先が進化してきた環境とは異なる環境に住む生物は、病気のリスクが変化する可能性がある。最初の調査では、多くのパネリストが進化的ミスマッチの概念に言及した。デルファイ調査を通じて寄せられたコメントにより、この原則がミスマッチを引き起こすさまざまな可能性(新しい環境に移動する、過去の環境が急激に変化する、など)を確実にとらえるよう編集する必要があった。また、人間は単一の環境に適応しているという誤った仮定を回避し、安定した環境間の移動によってミスマッチが生じる可能性があることを認識することも重要である[35].

文化的慣習(100%同意)

文化的慣習は、健康と疾病に影響する方法で、ヒトと他の種(病原体を含む)の進化に影響を与えることができる(例:抗生物質の使用、出産習慣、食事など)。人間の特徴をどのような側面から理解するにしても、文化や文化的慣習の重要性を考慮する必要がある。人間の文化を一般的に考察することは、人間の進化を理解する上で重要であるが[50]、人間の健康の多くの側面においても重要である。この重要性には、抗生物質の使用、化学療法レジメン、帝王切開などの医療行為の進化的影響も含まれる。この原則は、遺伝学に起因しない多くの行動や形質の重要性を取り入れることができるが、おそらく文化的慣習が関係しているのだろう。

コンセンサスが得られていない原則

パネリストによって推薦された多くの原則は、進化医学における重要性に関して80%のコンセンサスを得られず、1つ(自然選択)はこの閾値を超えたが、同様の基本原則(生殖成功)はより高いコンセンサスを得ていた。これらの原則の評価が低かったため、最終的な基本原則のリストからは除外されたが、読者の興味と潜在的な活用のために、ここに紹介する(表3)。実際、これらの原則は最終リストには入らなかったものの、関連するトピックに焦点を当てたコースで学習目標を作成する際に、講師が関心を持つ可能性のあるものが多くある。注目すべきは、このリストにある原則の中には、他の広範な基本原則よりも進化医学に特有な関連があると考えられるものがあることだ。これらの特殊な原則の多くは、より一般化された基本原則から導き出すことができるため、基本原則とするには特殊すぎると考えられた可能性があることは注目すべき点である。例えば、進化した防御とトレードオフの理解を組み合わせることで、不安やその他の防御反応を理解する上で煙探知機の原理が有用であることを把握することができる。同様に、Developmental Origins Of Health And Diseaseは、表現型可塑性の具体的な応用例である。

表3 最初の調査で提案された原則のうち、進化医学の中核となる原則と評価したパネリストが80%に満たなかった原則
80%のコンセンサスに達しなかった原則の提案 核となる理念としてのステートメントに同意する
自然淘汰 次世代への継承をめぐる変種間の競争は、我々の生物学のあらゆる側面を形成し、その結果、適応がもたらされるのである 86.5%
倫理 進化を人間の生物学や医学の研究や実践に応用することは、歴史的、そして現在の不正流用を考えると、重要な倫理的考察を必要とする 70.3%
バリエーション 変動は、生物学的および文化的システムの本質的な特性であり、あるカテゴリー内のすべての項目を同一と見なす傾向とは矛盾しうる(例:腫瘍内の細胞、集団内の遺伝子型) 67.8%
成人の健康と疾病の発達的起源(DOHaD) 個体発生の全体にわたって、環境が特にその構成に影響を与える敏感な窓が存在する 67.6%
ゲノミクス ゲノムはタンパク質をコードする領域とコードしない領域から構成されており、その両方を理解することが重要である 62.2%
煙感知器の原理 個人が誤報を発する方が、信号を見逃すよりコストがかからないので、結果的に敏感なシステムになるのである 59.5%
疫学的変遷 公衆衛生と衛生のパターン化された変化は、疾病の流行パターンを変化させる結果となる 56.8%
ゲノムの衝突 ゲノム要素間の進化的利害のズレは、対立を生む 54.1%
ホロゲノムの進化論 すべての複雑な生物にはマイクロバイオームが存在し、選択はホロビオットのレベルで行われる 51.4%
キンの選択 個体は、血縁者の繁殖成功を高めることによって、自分の適応度を高めることができる 51.4%
体細胞選択 単一細胞株は、他の細胞を犠牲にして増殖する(すなわち、癌とクローン選択) 48.7%
旧友の仮説 ヒトと共生する微生物の群集の変化は、ヒトの健康に影響を与える 45.9%
グループ/文化集団の選択 集団または文化集団レベルでの選択により、ユニークな行動特性が生まれる 27%

デルファイ調査の初期段階において、中核的原則のネットワークには階層性があり、パネリストが挙げた特定の考え方は、他の広範な考え方を理解することによって理解できることが明らかになった。これらのより広い概念は、一般的な進化生物学や医学に由来する傾向があった。デルファイ調査期間中のパネリストのコメントは、進化医学と一般的な進化生物学や医学の間の境界が曖昧であることを示している。この継続的な論争は、しばしばパネリスト間の合意の妨げとなり、「進化医学」が別の研究分野なのか、それとも進化生物学の原則を医学に応用することとして概念化した方が良いのか、という議論を明らかにするものであった。特定された基本原理がより広範なアイデアに向かうという結果は、進化医学が進化生物学の下位分野であり、他の学問分野からの重要なインプットがあるという信憑性を与えている。新興の成長分野であるため、この点は時とともに変化していく可能性がある。

考察

本研究は、「進化医学の基本原則」を明らかにすることを目的としており、カリキュラム開発の指針として有用であることを期待するものである。これらの基本原則は、孤立した事実ではなく、大きな考えを教えるという国の勧告に沿った方法で、進化医学のコースの学習目標を作成する際に特に有用であると考えられる[1]。この原則は、進化医学のコミュニティから得られたものであり、この分野の中心的な考え方であると同時に、幅広い応用が可能なものである。このことを念頭に置いて、ここで引き出された基本原則は、規定的なものとして解釈されるべきではなく、代わりに、ユーザーが自分の必要に応じて基本原則を追加または削除することを奨励する学習目標開発のためのレシピとして考えるべきである。一連の基本原則を提示する他の取り組み[45,51,52]と同様に、目標は指導者のためのリソースを提供することだが、指導者を拘束することを意図していない。さらに、我々が強調したように、原則のいくつかについてパネリストの間で意見が分かれたことは、この分野の中心的な考え方が時間とともに進化し続けることを浮き彫りにしている。

これまでにも進化医学の重要な概念を明らかにしようとする試みはあったが、50人以上の参加を得て、これを体系的に行ったのは、我々の試みが初めてである。核となる原則のリストは、あまり体系的でない方法に基づく以前の論文で強調されたものと概ね一致している[25,29,31,53]。これらの論文は、必ずしもここで採用したのと同じ定義で中心的原則を定義することを目的としたものではなく、また網羅的であることに重点を置いたものでもないが、それでも、ここでのリストと以前の研究で議論された原則との間の重複を検証することは有益である。そうすることで、結果の信頼性をある程度把握することができる。表4は、過去の論文で語られている進化概念の原則、学習目標、および推奨される生物医学的な例を示したものである。表では、これらの考え方が、ここで引き出された中核的な原則とどのように重なるかを示している。これらの多くは基本原則と直接的に一致しているが、他のものは、基本原則に関連したより具体的な、あるいは一般的な誤解である。我々の研究デザインの性質上、進化医学のコミュニティは、我々の基本原則がコンセンサスな見解であるとより確信することができると主張したい。したがって、我々は、進化医学のコースでこれらのトピックをより強調し、異なる教育機関の異なる教員が教える進化医学のコース間でより高い共通性を持つことができるようになることを期待している。

表4 進化医学に関する過去の論文に記載されている原理、学習目標、概念
ソース コンセプト 通信制御処理装置 エスエムシーピー CWSP
Nesseら[ 自然淘汰がどのように生物の形質を形成するかについて、理解を示す X
近接的説明と進化的説明の違いと、それぞれの下の2つのサブタイプについて説明しなさい X
異なる選択の強さのもとでの対立遺伝子頻度の変化率を表す数学的定式と、ヒト集団間の差異を説明する選択の役割に関する仮説への影響について説明しなさい X
進化論的な説明を検証するために、比較法やその他の戦略をどのように用いることができるかを説明できる X
自然淘汰によって形成された形質におけるトレードオフの役割を説明できるようになる X
行動生態学の基本原理を理解している
親族選択と包括的適合性によって説明される現象をより一般的に説明できる X
性淘汰を理解し、それがどのように性差を形成するかを理解する X
Gluckmanら[] 我々は今、人類が進化してきた環境とは異なる、新しい環境で生活している X
淘汰は健康や寿命ではなく、適性に作用する X
進化の歴史が病気の原因ではなく、むしろ特定の環境下での病気のリスクに影響を及ぼしているのである X
アントリンら[ 遺伝子の変異は、進化のプロセスの材料となる X
共通進化論は進化の結果である X
集団内の適応は、特定の環境下での自然淘汰のプロセスを通じて生じる X
形質の表現型は様々な環境条件下で変化することが多く、選択に対する潜在的な反応を予測するための枠組みを提供する X
寿命は、人生の初期と後期で体力に影響を与える形質間のトレードオフの文脈で進化する X
進化速度は世代時間に依存する X
ヒトは様々な常在菌や病原体と共進化してきた X
グレーブスら[ 適応/アダプティブ(adaptive) X
衛生仮説 X
生命誌理論 X
マイクロバイオーム X
ミスマッチ X
自然淘汰 X
人種(生物学的および社会的に定義されたもの) X
トレードオフの関係 X

CCP:中核的原則との一致、SMCP:中核的原則の具体的な発現、CWSP:副原則との一致


コア・プリンシプルは、部分的には説明の幅とその分野での重要性によって定義され、研究を組織化するための枠組みを提供する。ここで紹介する基本原則の枠組みは、テーマや方法論ではなく、より大きな考えに基づいて進行中の研究間のつながりを明確にするのに役立つ。大きなアイデアによって研究を組織化することは目新しいことではなく、これまでにも生活史理論やトレードオフといったアイデアに基づいて会議のセッションが構成されてきた。しかし、核となる原理のネットワークをより明確にすることで、トピックや方法を共有することなく、共通の原理を適用する研究間のつながりをさらに促進し、新しく刺激的な研究の道筋を促進することができるだろう。

まとめ

我々は、進化医学の新しいコースを設計したり、現在のコースを改訂したりする講師が、学生の学習目標を設計する際に、これらの大きな原則を考慮することを願っている。講師の方々は、自身の経験や専門知識、そしてカリキュラムや教育機関の独自の目標を取り入れた方法で、これらの原則を取り入れることが望まれる。学問の中核となる原理は、教室の内容を最も適切なものに整え、様々な深さで教えることができ、他の考えや内容の領域と高い関連性を持っている。これらの理由から、コア・プリンシプルは、進化医学カリキュラムにおける学習目標を考えるための重要な基盤となり得るのである。理想的には、これらの学習目標は、ブルーム分類法[25,30]で説明されているように、より高いレベルの学習目標に向かって発展させることができ、進化医学教育の到達点と質を向上させるための重要なステップとなる。

進化医学は、大学カリキュラムの多くの新しいコース、新しいセンターと研究所、盛んな国際社会(evolutionarymedicine.org)と共に急速に成長している若い分野である。この分野の健全な成長は、学生や専門家が理解すべき最も重要な原則を決定し、その原則にカリキュラムを集中させる効果的な教育法によって支えられることになる。核となる原理は、増え続ける事実や概念を整理するための足場となる。この構成は、教育現場において非常に有用であり、医学教育においては、無関係な何千もの事実の間のつながりを明確にすることで、学習のスピードアップにつながる可能性もある。ここで紹介する進化医学の基本原則は、教師、学生、現在および将来の研究者にとって出発点となるものである。

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