多様な腸内細菌群集が、栄養ブロックによって有害な病原体から身を守っていることを示す研究結果

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多様な腸内細菌群集が、栄養ブロックによって有害な病原体から身を守っていることを示す研究結果
https://phys.org/news/2023-12-diverse-gut-bacteria-communities-pathogens.html


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生物学 細胞・微生物学
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編集後記
多様な腸内細菌群集が栄養ブロックによって有害な病原体から身を守ることを示す研究結果
オックスフォード大学

多様な腸内細菌群集は栄養ブロッキングによって有害な病原体から身を守る
栄養ブロッキング：多様な腸内細菌が病原体の増殖に必要な栄養素を消費することで、病原体がマイクロバイオームに侵入するのを阻止する。クレジット：Erik Bakkeren、オックスフォード大学

ヒトの腸内には、腸内細菌叢として知られる数百種類の細菌が生息している。これらがもたらす主な健康効果は、有害な感染症を引き起こす可能性のある病原体（病気を引き起こす微生物）の侵入から腸を守ることである。しかし、これまで、この保護作用がどのようにしてもたらされるのか、また、特定の細菌種が他の細菌種よりも重要な役割を担っているのかどうかは不明であった。

これを調べるため、オックスフォード大学の研究者たちは、100種類の腸内細菌株を単独で、あるいは組み合わせて、2種類の有害な細菌性病原体の増殖を抑える能力をテストした： クレブシエラ・ニューモニエとサルモネラ・エンテリカである。この研究「マイクロバイオームの多様性は栄養ブロックによって病原体から身を守る」はScience誌に掲載された。

個々の腸内細菌は、いずれの病原体の拡散を制限する能力は非常に低かった。しかし、最大50種までの群集を一緒に培養すると、個々の種で培養した場合よりも病原体の増殖が1000倍も抑制された。

この "群集保護効果 "は、細菌をバイアル中で一緒に培養した場合でも、"無菌 "マウス（実験開始時に常在腸内細菌を持たない）で培養した場合でも見られた。

著者のケビン・フォスター教授（オックスフォード大学、生物学・生化学）は、「これらの結果は、コロニー形成抵抗性がマイクロバイオームコミュニティの集団的特性であることを明確に示しています。

しかし、研究者らは、細菌群集の構成員が、単に全体的な多様性だけでなく、防御レベルに決定的な影響を及ぼすことを発見した。ある種の細菌は、単独ではほとんど防御効果を示さないにもかかわらず、群集ベースの防御には不可欠であることが判明した。

研究者らは、細菌群集が病原体が必要とする栄養素を消費することで、病原体の増殖を阻止していることを実証した。異なる細菌種のゲノムを評価することで、最も防御的な細菌群集は、病原性細菌種と非常に類似したタンパク質組成を持つ細菌種で構成されていることがわかった。また、代謝プロファイリングを用いて、防御種が病原体と同様の炭素源に対する要求を持っていることも実証した。

多様な腸内細菌群集は、栄養ブロックによって有害な病原体から身を守る
哺乳類の腸内細菌。細菌は緑、赤、青の小さな細胞で、腸壁の上にある。宿主細胞の核は緑色の粘液に囲まれた青い丸。クレジット：Carolina Tropini、ブリティッシュ・コロンビア大学

著者のフランシス・スプラッゲ（オックスフォード大学、生物学・生化学）は、「重要なのは、マイクロバイオームの多様性が高まれば、これらの病原体から身を守れる可能性が高まるとはいえ、コミュニティと病原体との栄養利用プロファイルの重複が鍵となることです」と付け加えた。群集の保護に重要な役割を果たす特定の生物種は、病原体と代謝の重複度が高く、したがって栄養要求量も類似しています」。

研究者たちは、この栄養ブロッキングの原理を利用して、別の病原体（抗菌剤耐性大腸菌株）に対して弱い防御を行う細菌群集と強い防御を行う細菌群集を予測した。実験的に検証したところ、大腸菌株と最も高い栄養重複度を示した細菌群集は、弱い防御効果を示すと予測された細菌群集よりも、病原体の量を減少させる効果が100倍も高かった。

研究者らによると、これらの新たな知見は、腸内細菌叢を最適化することで、有害な腸内病原体と闘う新たな戦略に発展する可能性があるという。また、腸内細菌叢の多様性を低下させる抗生物質治療を受けると、肺炎桿菌などの病原菌に感染しやすくなる理由も説明できるかもしれない。

著者のErik Bakkeren博士（オックスフォード大学、生物学・生化学）は、「私たちの研究は、より多様なマイクロバイオームが健康に役立つという一般的な仮説を支持するものです。このことは、健康に有害な細菌種から守るためにマイクロバイオームの組成を最適化するという目標に期待を持たせるものです」。

詳細はこちら： Frances Spragge et al, Microbiome diversity protects against pathogen by nutrient blocking, Science (2023). DOI: 10.1126/science.adj3502. www.science.org/doi/10.1126/science.adj3502

Lauren C. Radlinski et al, No room at the table, Science (2023). DOI: 10.1126/science.adl5891. www.science.org/doi/10.1126/science.adl5891

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オックスフォード大学提供

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