腸内細菌叢のバイオジオグラフィー
掲載：2015年10月26日
腸内細菌叢のバイオジオグラフィー
https://www.nature.com/articles/nrmicro3552#citeas
グレゴリー・P・ドナルドソン、S・メラニー・リー＆サルキス・K・マズマニアン
Nature Reviews Microbiology 14巻 20-32ページ (2016)この記事を引用する
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腸内細菌叢は、腸の縦軸と横軸に沿って空間的に層状に分布している。化学的・栄養的勾配、抗菌ペプチド、腸の物理的特徴などが、場所による微生物群集組成の違いに寄与している。
腸の粘膜微生物叢と内腔微生物叢は、それぞれ異なる微生物群集を形成している。さらに、これらの微生物群にはパッチが存在し、空間的に高度に組織化されていることが示唆されています。
しかし、一部の細菌は、ムチン糖鎖のような宿主由来の栄養素を食べることで、食事の変化とは無関係に増殖することができる。従って、粘液層は食物の摂取に関係なく維持される細菌の貯蔵庫となりうる。虫垂や大腸の陰窩も、このような微生物貯蔵庫の一例であろう。
腸内共生生物のうち、上皮表面にアクセスできるのはごく一部である。粘液、抗菌ペプチド、および適応免疫活動により、組織へのアクセスは制限される。宿主と共生微生物の直接的な相互作用は、恒常性の維持に重要である可能性がある。
ある種の共生生物による免疫調節は、宿主が潜在的に有益な微生物との親密な関係を許容することを可能にする。これは、共生生物が自らを病原体と区別し、免疫系による排除を防ぐための方法なのかもしれない。
多くの疾患はディスバイオーシスと関連しているが、健康と疾患における微生物叢の機能を理解するためには、微生物叢の生物地理学を考慮することが必要である。最近のヒトを対象とした研究では、炎症性腸疾患や肝性脳症の症例において、粘膜コミュニティに特異的な差異が見出されている。
要旨
動物は、多様でありながら宿主特異的な腸内細菌群集を形成し維持している。腸の縦軸に沿った特徴的な微生物組成に加え、腸管内腔、大腸粘液層、大腸クリプトなどのマイクロハビタットにも個別の細菌群集が形成されている。本総説では、腸内の物理的ニッチにおける共生細菌の空間分布が、レジリエントな微生物生態系の形成と維持にどのような影響を及ぼすかを検討する。栄養選択、免疫活性化、その他のメカニズムが腸内細菌の生物地理学をどのように制御しているかについての新しい仮説を検討し、この空間的不均質性が健康と疾病にどのように関連しているかについて議論する。
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参考文献のダウンロード
謝辞
E. Hsiao、B. Needham、T. Sampsonの各氏の原稿に対する批判的なコメントに感謝する。G.P.D.は、米国国立科学財団のGraduate Research Fellowship（助成金：DGE-1144469）の支援を受けています。S.K.M.研究室の研究は、米国国立衛生研究所（GM099535、DK078938、MH100556）、Emerald Foundation、Simons Foundationからの資金援助を受けている。
著者情報
著者および所属
カリフォルニア工科大学パサディナ校生物学・生物工学部（米国カリフォルニア州91125番地
Gregory P. Donaldson, S. Melanie Lee & Sarkis K. Mazmanian
共著者
Sarkis K. Mazmanian に連絡すること。
倫理的宣言
競合する利益
著者らは、競合する経済的利害関係を宣言しない。
パワーポイントスライド
図1のパワーポイントスライド
パワーポイントスライド（Fig.2
Fig.3のパワーポイントスライド
Fig.4のパワーポイントスライド
Fig.5用パワーポイントスライド
パワーポイントスライド（Fig.6
用語解説
微生物群
動物などの特定の環境に生息する微生物（細菌、ウイルス、真菌、単細胞真核生物など）の集合体。
合成栄養学的相互作用
あるメンバーが別のメンバーに栄養を提供する代謝的関係。
分泌型免疫グロブリンA
(sIgA)。腸内で発見される抗体のうち、圧倒的に豊富なアイソタイプ。
プレバイオティクス
常在菌や相互扶助的な腸内細菌の増殖を促進する栄養分となる分子。多くの場合、プレバイオティクスは、代謝（つまり栄養）要求に基づいて、個別の細菌群に特異的に作用することができる。
共生生物
生態学において、他の生物と密接な関係にある生物。相互依存、共生、寄生など、さまざまなタイプの関係を持つ生物を含む。
コメンサル
生態系において、一方が他方に影響を与えることなく、他方から利益を得る共生関係にある生物。歴史的には、常在する腸内細菌を指す言葉としても使われてきたが、その多くは互恵的であると考えられる。
ミューチュアリスト
生態学において、双方が利益を得るような共生関係にある生物。
ノトバイオティクス動物
かつて無菌であった動物で、現在では特定の微生物叢を持つ動物。これらの動物における微生物相の構成は、通常、実験的に決定される。
消化物
消化管内を通過する際に消化される食物繊維の大部分。
ゴブレット細胞
ゲル形成性ムチンを分泌する、消化管全体に存在する特殊な上皮細胞。ゲル形成性ムチンを分泌する。ゴブレット細胞は、全身の他の粘膜上皮表面にも存在することがある。
バイオフィルム
表面上に存在する、マトリックスに共集積した細菌の集合体。バイオフィルムは、単一種の細菌を含む場合もあれば、多種の細菌群集を含む場合もある。
生物
特定の生息地に自生する生物（自生生物とも呼ばれる）であり、単に生息地を通過する生物（他生生物）とは異なる。
ムチン2
(MUC2)。ヒトの腸管に最も多く存在するムチンタンパク質で、マウスのホモログもマウスの腸管ムチンとして最も多く存在する。
コロニー形成抵抗性
ある微生物群に外来種が侵入するのを防ぐこと。腸内では、資源競合、空間的排除、常在微生物による直接阻害、または宿主因子を介した選択の結果、コロニー形成抵抗性が生じることがある。
パネス細胞
小腸の小嚢腺の基部に存在する特殊な上皮細胞で、抗菌ペプチドを分泌する。
病原体
免疫不全や栄養不足の個体など、恒常性から逸脱した条件下で病態を促進する可能性を持つ共生体。
微好気性
微生物に属し、義務的に好気性であること。腸の上皮表面など、酸素濃度が低い環境でのみ増殖する微生物。
ディスバイオーシス
微生物の存在量、所属、局在のバランスが崩れるなど、正常な微生物群集から逸脱すること。
権利と許可
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この記事について
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この記事の引用
Donaldson, G., Lee, S. & Mazmanian, S. Gut biogeography of the bacterial microbiota（腸内細菌叢の生物地理学）. Nat Rev Microbiol 14, 20-32 (2016)。https://doi.org/10.1038/nrmicro3552。
引用のダウンロード
発行日
2015年10月26日発行
発行日
2016年1月
DOI
https://doi.org/10.1038/nrmicro3552
研究テーマ
バクテリアの宿主応答
メタゲノミクス
マイクロバイオーム
共生
本論文の引用元
ヒトの宿主との長い生存の談話における微生物叢
ジョセフ・A・アヤリガIddrisu Ibrahimロバート・ビラフェーンRobert Villafane
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孟宗竹のオンイヤーとオフイヤーにおける機能性微生物相が竹害虫Pantana phyllostachysaeの発生に影響すること
李健(リョウケン) 趙清(チョウセイ) 蘇淳(ソウジュン)
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橋本甲状腺炎患者における腸内細菌叢の多様性の解析
劉吉来Xuejun QinQing Lin
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ムチンO-グリカン-微生物叢軸は下痢ブタモデルにおける腸のホメオスタシスを制御する
Bing XiaRuqing ZhongHongfu Zhang
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過敏性腸症候群における免疫反応：小腸を考慮する時期に来ている
Grace L. BurnsNicholas J. TalleySimon Keely
BMCメディシン(2022)
ネイチャー・レビューズ・マイクロバイオロジー（Nat Rev Microbiol） ISSN 1740-1534（オンライン） ISSN 1740-1526（印刷物）
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