マイクロバイオーム(細菌叢)が人間の健康に与える影響

マイクロバイオーム(細菌叢)が人間の健康に与える影響を解説 健康

「マイクロバイオーム(細菌叢)」とは、地球上のあらゆる場所に生息する細菌、ウイルス、真菌、その他の微生物の広大な世界を表す略語です。

バクテリアは、私たちの皮膚、口の中、気道や消化管、さらには家庭、職場、病院、空気、水、土壌など、私たちが触れるあらゆる場所で、私たち自身の細胞と隣り合わせに小さな生態系を形成しています。

これらの微生物は、私たちの代謝、アレルギーや炎症性疾患への感受性、さらには治療への反応を形成する、独立した器官であると考える研究者もいるほど影響力を持っています。

しかし、シカゴ大学(UChicago)をはじめとする世界中の研究機関の科学者たちは、バクテリアが私たちの健康に果たす役割を完全に理解し始めたばかりです。

マイクロバイオーム(細菌叢)とは?

1675年、オランダの商人、科学者であるアントニー・ヴァン・レーウェンフックは、顕微鏡で湖の水を観察し、そこに生命があふれていることを発見しました。

緑の藻類に加えて、彼が「アニマルキュル」と名づけた何千もの小さな生き物がいたのです。

何世紀も経った今、レーウェンフックのアニマルキュルは地球上のあらゆる場所に生息していることがわかっています。

「マイクロバイオーム」という言葉は、土壌のマイクロバイオームや水域のマイクロバイオームのように、特定の空間や生態系に生息するバクテリア、ウイルス、菌類などの微生物の集合体を表す造語です。

例えば、土壌のマイクロバイオーム、水域のマイクロバイオームなどです。

家庭、オフィス、病院などの屋内空間にも、その中にあるすべての表面や物体と同様に、それぞれのマイクロバイオームが存在します。

また、ほとんどの多細胞生物は、自分自身のマイクロバイオームを持っています。

マイクロバイオームとは、宿主が提示する条件に適応し、それを利用する共依存的な微生物の集合体です。

マイクロバイオームは、宿主の生態や健康に大きな影響を与えます。

シカゴ大学をはじめとする世界中の研究機関では、マイクロバイオームを理解して分類し、これらの知見を健康維持や病気の予防・治療のための介入やバイオセラピューティックに応用することを目指しています。

腸内マイクロバイオーム(細菌叢)の重要性

人間の体には、皮膚や口の中、気道などにいくつかの異なるマイクロバイオームが存在しますが、健康に最も影響を与えるのは消化器系に存在する、一般に腸内マイクロバイオームと呼ばれるものです。

大腸にいる何百万もの微生物は、常に体の細胞と化学信号を交換し、栄養素の消化を助けています。

これらの細菌は、身体と相互作用や共生関係を形成し、消化器系をはじめとする身体の器官やシステムの正常な機能に貢献しています。

そのため、研究者の中には、腸内マイクロバイオーム(腸内細菌叢)を独自の独立した器官と見なす人もいます。

このマイクロバイオームは、体が必要とするサービスを提供する特定の種類のバクテリアの慎重なバランスに依存しています。

しかし、ある種類の細菌が不足していたり、別の種類の細菌が他の細菌よりも多く繁殖していたりすると、システムがおかしくなってしまいます。

これを「腸内細菌異常」といい、さまざまな健康上の問題を引き起こす可能性があります。

人間の健康に影響を与える腸内マイクロバイオーム(腸内細菌叢)

シカゴ大学卒業生のJeffrey Gordon氏(MD’73)は、1980年代に、セントルイスのワシントン大学医学部の消化器学研究者として、微生物と宿主の微妙な関係を理解するために、腸内細菌叢の研究を始めました。

Gordon氏と彼のチームは、腸の発達を研究し、細胞が互いに交換する化学的シグナルを探っていました。

ある画期的な実験で、Gordon氏のグループは、遺伝的に肥満したマウスと痩せたマウスの腸内細菌を、微生物がいないように特別に育てられた無菌マウスのグループに移植しました。

すべてのマウスが同じ食事をしていたにもかかわらず、肥満マウスから微生物をもらったマウスのほうが体重が増えました。

同時に、Gordon氏らは、肥満のヒトが低カロリーの食事を摂って体重を減らすと、腸内マイクロバイオームがどのように変化するかも明らかにしました。

Gordon氏はこの研究で「マイクロバイオームの父」と呼ばれるようになり、腸内細菌叢と人間の健康との関連性への関心が再び高まりました。

マイクロバイオームは、消化器系疾患にも関与しています。

2012年、シカゴ大学の消化器病学研究者Eugene B. Chang氏は、欧米諸国で一般的な高脂肪・高カロリーの食事が、過去100年の間に増加した炎症性腸疾患(IBD)の原因になっている可能性を示す研究を発表しました。

Chang氏の研究チームは、欧米の食生活で一般的に摂取されている高飽和脂肪が、腸内細菌の組成や機能特性を変化させることを発見しました。

このような変化は、通常は有益な微生物の組み合わせを乱し、炎症を引き起こしたり、腸を傷つけたりする微生物を出現させる原因となります。

その後、彼のグループは、このようなカロリーの高い欧米型の食事が、高脂肪食品の消化・吸収を促進する特定の微生物の拡大を誘発することも明らかにしました。

これらの微生物が安定して存在すると、栄養過多や肥満の原因になると考えられています。

また、抗生物質は腸内細菌を減少させます。

Chang氏の研究室では、遺伝的にIBD1腸に炎症を起こす病気の総称を発症しやすいマウスに妊娠後期に抗生物質を投与すると、腸内細菌叢の変化が子孫に伝わり、その結果、免疫系の発達が阻害され、大腸炎の発症率が高くなることを明らかにしています。

その後のマウス実験では、バクテロイデスという単一の微生物種を適切な発生段階で回復させることで、抗生物質で損なわれたマイクロバイオームが修復され、適切な免疫の発達が回復し、後に大腸炎を発症するリスクが大幅に低下することも示されました。

腸内マイクロバイオームはアレルギーに影響を与える

腸内マイクロバイオームは、食物アレルギーの発症にも重要な役割を果たしています。

食物アレルギーは、ピーナッツ、牛乳、貝類などの特定の食品に対して、体が過剰に反応し、損傷を与える免疫反応を引き起こすことで起こります。

食物繊維の少ない食事、抗生物質の過剰使用、帝王切開での出産、粉ミルクの授乳など、現代の生活習慣が体内の自然な細菌組成を乱す可能性を示唆する研究もあります。

2014年、シカゴ大学の免疫学者Cathryn Nagler氏が率いるチームは、クロストリジウムと呼ばれる一般的なクラスの細菌の存在が、腸のバリアを強化してアレルゲンへの暴露を最小限に抑えることで、食物アレルギーの発症を防ぐことができることを示しました。

その後、2019年にNagler氏らは、乳児に多く存在するクロストリジウムの特定の種が、牛乳に対するアレルギーの発症を防ぐことができることを示しました。

最近では、スタンフォード大学のNagler氏と共同研究者が、双子の片方が食物アレルギーを持ち、もう片方がそうでない双子ペアを研究しました。

その結果、食物アレルギーのない双子の腸内には、保護作用のあるクロストリジウム菌が多く存在し、それが生涯にわたって維持される傾向があることがわかりました。

マイクロバイオームは、他にどのような健康状態に関係するのか

マイクロバイオームが、腎臓結石、アルツハイマー病、クローン病、大腸がん、糖尿病、セリアック病、アレルギー、心臓病、喘息、にきび、肝臓病、アルツハイマー病、多発性硬化症、うつ病、不安神経症、関節リウマチ、乾癬、脳卒中、さらには体内の概日リズムや睡眠サイクルの乱れなど、その他の健康状態にどのように影響するかについても研究が進んでいます。

シカゴ大学のErika Claud教授は、脳の発達における幼少期のマイクロバイオームの重要性を示しています。

環境はマイクロバイオームに影響を与える

住んでいる場所の環境が、体内のマイクロバイオームの違いにつながり、それが健康に影響するという研究結果があります。

例えば、2016年、Carole Ober氏とAnne Sperling氏は、インディアナ州のアーミッシュとサウスダコタ州のハッタライツという2つの農村の違いが、あるグループの子どもたちを喘息の発症から守るが、他のグループは守らないという免疫細胞の変化と関連していることを示しました。

アーミッシュとハッタライツは、遺伝子の祖先が似ており、昔ながらの生活様式や習慣を共有しています。

しかし、彼らの農業のやり方は異なります。

アーミッシュは一戸建ての酪農家で、牛や馬と触れ合いながら生活しています。

一方、ハッタライツの人々は、大規模な共同農場で生活しており、近代的な工業化された機械を使用しているため、農場の動物との日常的な接触は制限されています。

この研究では、動物やその微生物と家庭のホコリを介して密接に接触することで、アーミッシュの子供たちは感染症と戦う血液細胞が増え、アレルギー反応を促進する血液細胞が減ったことが示唆されました。

アーミッシュの子どもたちの喘息の発症率は、米国の子どもたちの平均発症率の半分、ハッタライトの子どもたちの4分の1です。

マイクロバイオームを使って病気を治療できるのか?

このような研究結果を見ると、マイクロバイオームの乱れが病気につながるのであれば、「健康な」マイクロバイオームを取り戻すことで、同じ病気を治療できるのではないかと思われるかもしれません。

しかし、マイクロバイオームと健康との間の初期の関連性の多くは、相関関係にすぎません。

つまり、研究者たちは、健康な人と病気の人のマイクロバイオームの違いをカタログ化しましたが、その詳細はまだわかっていません。

つまり、健康な人と病気の人のマイクロバイオームの違いを記録しただけで、詳細はわかっていません。

マイクロバイオームを操作して健康を促進するための一般的なアプローチは、プロバイオティクス、つまり適切なバランスを回復させるための細菌のカクテルです。

しかし、ドラッグストアで売られているプロバイオティクスのサプリメントやヨーグルトなどの食品の多くは、腸内にきちんと定着することなく、ただ通過していくだけです。

将来的には、より効果的な治療法が登場するかもしれません。

研究者たちは、Nagler氏とシカゴ大学の生体分子エンジニアJeffrey Hubbell氏がアカデミック・スタートアップ企業であるClostraBio社で開発している治療薬のように、腸内細菌叢と相互作用する、ターゲットを絞った正確な治療法を研究しています。

マイクロバイオームは、医療行為に対する身体の反応にも影響を与えます。

シカゴ大学のがん研究者であるTom Gajewski氏は、腸内に特定の細菌が多く存在すると、免疫療法を受けているメラノーマ患者の奏効率が向上することを明らかにしました。

免疫療法は、がんと闘うための免疫システムの反応を高めるように設計されていますが、これらの細菌の存在は、腫瘍に浸潤してがん細胞を攻撃する免疫T細胞の効力を高めるようです。

このことは、これらの増強菌を含むプロバイオティクスが、いつか免疫療法の増強に使われる可能性を示唆しています。

同様に、Eric Pamer教授は、腸内細菌叢の多様性が高いがん患者は、移植の成功率が高いことを示しました。

科学者たちは、マイクロバイオームの力と、それが私たちの体に及ぼす大きな影響について、まだ表面をなぞっているだけです。

現在進行中の研究の多くは、遺伝子配列解析技術の進歩によって促進されています。

この技術は、特定の環境に存在するさまざまな微生物をカタログ化するだけでなく、それらの遺伝子発現や生成されるタンパク質やその他の分子を分析して、その活動を理解することができます。

かつてはアマチュアの科学者やレンズメーカーが発見した好奇心の対象であった微生物は、もはや一般的な細菌や病原体として避けるべきものではなく、人間を人間たらしめている重要な要素なのです。

Published by University of Chicago