腸内にはどんな菌が住んでいるのか？腸内マイコバイオーム

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腸内にはどんな菌が住んでいるのか？腸内マイコバイオーム

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2023年10月6日
微生物学者のスティーブ・ジェームズ博士が、腸内に生息する真菌と、その健康への影響を明らかにする研究について語る。
私たちの消化管は微生物で溢れている。腸内マイクロバイオームとして知られる腸内に生息する微生物のコミュニティは、私たちの健康と精神的な幸福にとって極めて重要である。
腸内マイクロバイオームは、古細菌、細菌、ウイルス、真菌で構成されている。腸内細菌叢に生息する細菌やウイルスについては多くのことが分かっているが、そこに生息する真菌についてはあまり知られていない。
マイクロバイオームの真菌の構成要素は、マイコバイオームとして知られている。
MOTIONサンプルからのカンジダ・アルビカンス
腸内真菌の発見
腸内細菌叢を細胞数で見ると、真菌類はそこに生息する微生物全体のわずかな割合を占めるに過ぎない。腸内細菌叢の99％以上が細菌やウイルスであるのに対し、真菌はおそらく1％にも満たない。
腸内細菌叢に含まれる真菌は他の微生物に比べればはるかに少ないが、細菌やウイルスに比べればはるかに大きい。
その大きさを考えると、真菌類は腸内マイクロバイオーム全体のバイオマスの中でかなりの割合を占めていると思われる。つまり、数が少ないにもかかわらず、真菌は人間の健康に大きな影響を与える可能性があるのだ。
私が特に興味を持っているマイクロバイオーム研究のひとつに、真菌のゲノム配列決定がある。一般的に科学研究では、腸内細菌叢の細菌やウイルスのシーケンスは数多く行われているが、菌叢のシーケンスはあまり行われていない。
その理由のひとつは、腸内には真菌のDNAが少ないため、真菌のDNAを見つけて配列決定するのが難しいからです。
多くの場合、腸内マイクロバイオームの研究にはメタゲノミクスを用い、多様な微生物からDNA配列が複雑に混ざり合ったDNAを採取する。このメタゲノムDNAの99％以上は細菌であるため、真菌の成分を探すことは、干し草の山から針を探すことに匹敵する。
クアドラム研究所では、真菌DNAの塩基配列を決定することで、腸内に生息する真菌の詳細な情報を得ることができる。私たちはスキルセットも、シーケンス施設も、バイオインフォマティシャンも持っている。
腸内真菌はどこから来るのか？
現在、私たちはヒトの腸内に常在する真菌を特定しようとしている。真菌は文字通りどこにでも存在するため、これは非常に困難なことである。
つまり、腸内で真菌のDNA配列が見つかっても、その多くは消化管に常在するのではなく、単に通過するだけの真菌に由来する可能性があるということだ。
ノーフォークのように、農業から真菌の胞子を得ることができる地域では特にそうかもしれない。空気中に浮遊している芽胞を摂取することで、腸内で検出されることがあるのだ。実際、私はヒトの腸内サンプルから植物性真菌の塩基配列を発見したことがある。しかし、その生態を詳しく調べてみると、その多くはヒトの通常の体温である37℃では生育できないことがわかった。つまり、そのような真菌がヒトの腸内に定着する可能性は極めて低いのだ。一過性のもので、文字通り通り過ぎるだけなのだ。
食事も腸内マイコバイオームに大きな影響を与える。
ビール、パン、ワインはすべて、酵母サッカロマイセス・セレビシエを摂取するのに最適な食品である。チーズ、特にスティルトンのようなブルーチーズは、ペニシリウム・ロックフォルティの良い供給源である。これらの真菌の中には37℃で増殖するものもあるので、理論的には腸内に生息しているのかもしれない。しかし、それらが一過性のものなのか、それとも長期的な腸内居住者なのかを確定するのは、現在進行中の研究課題である。
私たちの腸内に長期的に生息していると確信できる真菌もいる。ヒトの腸内マイコバイオームの一般的なメンバーにカンジダ・アルビカンスがいる。この真菌は、欧米の健康な人の約40～60％に見られる。
一般的にカンジダ・アルビカンスは、垂直感染と呼ばれるプロセスによって、出産時に母親から赤ちゃんに受け継がれる。カンジダ・アルビカンスを環境から見つけることは非常に難しく、私たちの食事から発見されることはほとんどないため、現在では本物の腸内真菌として受け入れられている。
マイコバイオームと健康
菌類は細菌と同様、私たちの健康に良い影響も悪い影響も与えます。
ほとんどの人にとって、カンジダ・アルビカンスは腸内細菌叢の良性メンバーである。しかし、何らかの理由で免疫力が低下していたり、抗生物質による治療を長期間受けていたりすると、カンジダ・アルビカンスは「友好的な」微生物から、病気を引き起こす微生物に早変わりしてしまう。
カンジダ・アルビカンスは、古典的な酵母の形から糸状（菌糸状）に形を変える能力を持っている。この菌が病原性を持ち、病気を引き起こすのは、この侵襲的な糸状菌の成長段階に入ってからであることが、これまでの研究で明らかになっている。しかし私たちは、常在する腸内細菌の一部が代謝産物を産生し、それが糸状菌の成長を阻止し、真菌を抑えるのに役立っていると考えている。私たちはこれをさらに詳しく調べ、根本的なメカニズムを解明したいと考えています。
私はリンゼイ・ホール教授との共同プロジェクトで、早産児の腸内マイコバイオームを研究した。その結果、カンジダ・アルビカンスは、近縁のカンジダ・パラプシローシスとともに、これらの幼い乳児の腸内細菌叢の一般的なメンバーであることがわかった。カテーテルなどの医療器具にバイオフィルムを形成する生得的な能力を持つカンジダ・パラプシローシスは、特に血液中に侵入した場合、早産新生児にとって深刻な脅威となる。
さらに最近の研究で、カンジダ・パラプシローシスの血流感染は、宿主の腸から発生することが多いことが明らかになった。
サイモン・カーディング教授のグループでは、ヒト由来の臨床分離カンジダ・アルビカンスがマウスの腸管から脱出し、血流を介して脳に移行し、大脳の炎症を引き起こすことをマウスで示しました。
カンジダ・アルビカンスのような真菌が病気を引き起こすと、治療が困難になる。細菌由来の感染症に比べ、治療の選択肢は少ない。真菌感染症の治療には抗生物質は使えず、抗真菌薬を使う必要があるが、その種類は少ない。
これは、真菌が我々人間と同じように真核生物であり、細胞に核があるためでもある。多くの抗生物質が細菌を対象としているのは、細菌が原核生物であり、細胞に核がないからである。そのため、ヒトの宿主に副作用をもたらすことなく、真菌に特化した治療法を見つけるのは難しい。
マイクロバイオーム研究で真菌の旗を掲げる
健康な腸内マイコバイオームとは何か、そしてそれがヒト宿主である私たちとどのように相互作用しているのかについては、学ぶべきことがたくさんあります。
私の研究キャリアは、国立酵母培養コレクションで食品の腐敗に関与する酵母について研究することから始まりました。年ほど前にサイモン・カーディング教授のグループに加わり、腸内に生息する真菌の研究を始めました。MOTION研究、BAMBI研究、PEARL研究のようなヒトを対象とした研究を通じて、私たちは腸内にどのような真菌が生息し、それらが私たちの健康にどのような影響を及ぼすのかについて、より多くのことを学んできました。
私がこの分野で働き始めた5年前と比べると、現在では腸内マイコバイオームに関する研究がはるかに進んでいます。
ここクアドラム研究所では、ヒルデブランド・グループがメタゲノミクスを用いて、真菌成分を含む腸内マイクロバイオームを研究している。一方、Bushra Schuitemakerは、マイコバイオームを含むニワトリの腸内細菌叢を研究している。カーディング・グループでは、UKHSAの同僚と共同で、ヒト以外の霊長類の腸内マイコバイオームが、ヒトのものと比べてその構成がかなり著しく異なることも発見しました。
私は現在、Arjan Narbad教授のグループと、発酵食品に含まれる酵母と、それらが私たちの健康にどのような影響を与えるかについて研究しています。また、植物由来の食事と、それが腸内真菌叢の構成にどのような影響を与えるかについても、将来的に興味がある分野です。
ノリッチ・リサーチ・パークが微生物学の拠点であることは、私たちにとって大きなメリットです。このリサーチパークには300人以上の微生物学者がおり、古細菌、細菌、真菌、ウイルスの研究を行っています。
クアドラム研究所は、腸内マイコバイオームについて発見するのに最適な場所なのです。
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サイモン・カーディング
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関連研究分野
食品、マイクロバイオームと健康
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