エアロビオーム-健康軸：バイオエアロゾルに関する考え方のパラダイムシフト

マイクロバイオロジーの動向
2023年5月19日オンライン公開
In Press, Corrected Proofこれは何だ？
科学と社会
エアロビオーム-健康軸：バイオエアロゾルに関する考え方のパラダイムシフト

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0966842X23001300?dgcid=author

著者リンクオーバーレイパネルJake M. Robinson 1 @, Martin F. Breed 1
もっと見る
概要
シェア
引用
https://doi.org/10.1016/j.tim.2023.04.007Get 権利と内容
要旨
これまで、バイオエアロゾル研究の主な目的は、病原体やアレルゲンに対する人間の「不健康な」曝露を理解し、防止することであった。しかし、最近、バイオエアロゾルに関する考え方にパラダイムシフトが起きている。多様なエアロビオーム（空気中の微生物群）への曝露は、健康であるために必要であると考えられるようになったのです。
キーワード
エアロビオーム
マイクロビオーム
都市の健康
都市マイクロバイオーム
バイオエアロゾル
エアロビオロジー
バイオエアロゾルと私たち
私たちは毎日、最大6万個の真菌の胞子、600万個の細菌、そしてウイルスも同じように、微細な生命を吸入・摂取しています[1]。また、私たちは毎日、体から何百万もの生物学的粒子を排出しています。実際、人が部屋にいるだけで3700万個の細菌が放出と置換によって空気中に追加されます[2]。また、私たちは、花粉のような他の生物学的粒子にも絶えずさらされています。古代エジプト人は、開花植物の生存を保証する、風に吹かれたこれらのパッケージを「生命を与える粉」と表現しました。私たちは、毎日2500～20000個の花粉を吸い込んでいます[3]。このように、私たちの身体と周囲の環境は、絶え間ない生物学的交流の中にあるのです。これらの空気中の微生物やその他の生物由来の化合物や粒子を総称して、バイオエアロゾルと呼びます（用語集を参照）。
歴史的に、バイオエアロゾルの研究には6つの次元が含まれています（図1; [4]）。これらの次元は、以下の3つの大きなカテゴリーに分けることができます：
(i)
地球システム - 生物地理学、水循環、大気化学を考慮する；
(ii)
農業 - バイオエアロゾルと食糧生産に焦点を当てる；
(iii)
人間の健康 - 主にアレルゲン粒子とヒトの病原体に関するものです。

ダウンロード 高解像度画像のダウンロード (567KB)
ダウンロード フルサイズ画像のダウンロード
図1. バイオエアロゾル研究の6つの次元。
人間の健康というカテゴリーでは、考え方に一歩進んだ変化が起きています。これには、免疫力を高める微生物からフィトンチッドと呼ばれる植物由来の有機化学物質まで、環境中の健康増進に役立つ粒子や化合物が考慮されています。私たちが健康になるためには、このエアロビオームにさらされることが必要なのです。
最近まで、第3の次元（人間の健康）の焦点は、空気中の病原体（病気を引き起こす微生物）、細菌性内毒素、マイコトキシン、高分子アレルゲン（花粉など）への「不健康な」人間の暴露を理解し制御することにありました。
1800年代に細菌説が唱えられて以来、微生物は社会の厄介者とされ、人類は微生物にさらされないように徹底的に努力してきました。微生物には、人間や動物、植物に深刻な病気を引き起こすものがあるからです。しかし、近年、微生物生態学やマイクロバイオーム科学に対する理解が飛躍的に深まり、科学者たちは、微生物の生物多様性への曝露の減少が、非伝染性疾患（喘息や炎症性腸疾患など）や精神疾患の増加に関連していると考えるようになりました[5]。実際、環境微生物の多様な集合体への曝露は、人間の健康にとって重要な役割を果たします。
多様な微生物への曝露の利点に関する研究の多くは、食事（母乳育児を含む）と膣内細菌叢に焦点を当てています。これは、早期曝露（離乳期）が「健康な」腸内細菌叢を確立するための重要な窓と考えられているからです。さらに最近では、生物多様性仮説を検証し、環境微生物に曝露することでヒトのマイクロバイオームがどのように変化し、免疫制御の強化や健康への他の経路につながる可能性があるのかが研究されています [5]。エアロビオーム（ある空域の微生物群）の理解におけるこのパラダイムシフトは、バイオエアロゾル研究に、有益な微生物やフィトンチッドと呼ばれる植物由来の化合物との接触による健康増進という重要な新次元を追加します（図1）。このような微生物と宿主の関係は、微生物叢（エアロビオームも含む）と宿主の間のフィードバックループが「歩く生態系」の健康を維持すると考えられる、健康の全体的な見方を支えています。
エアロビオームと健康軸
エアロビオームとは、空気中に存在する微生物とその細胞片、代謝の副産物の集合体である。エアロビオームの構成と機能は、環境条件によって大きく異なる（図2）。例えば、気象条件、特に気圧と温度は、エアロビオームの組成を日々変動させることが知られている[6]。また、生物多様性の高い場所（森林など）の風下にある場合、その地域のエアロビオームの種の豊かさが増すことがあります [7]。さらに、エアロビオームの集合体は、3次元的な視点から見る必要がある。最近の研究では、地表付近（生物圏）のエアロビオームの垂直成層化が起こり、地上からの高さが高くなるにつれて細菌の多様性が減少することが示されました [8]。土壌は地球上で最も生物多様性の高い生息地の一つであるため、これはおそらく驚くべきことではありません。しかし、小柄な人（子供など）や地面の近くで長時間過ごす人は、背の高い人に比べて大量の微生物を吸い込むことになるため、健康上の重要な意味を持ちます。

ダウンロード 高解像度画像のダウンロード（530KB）
ダウンロード フルサイズ画像のダウンロード
図2. 都市のエアロビオーム。
ポリゴンは、土壌、非ヒト動物、植物、同種起源物質（すなわち、他の地域からその地域の環境に運ばれたもの）、水、および人為起源物質（例えば、人間およびその活動や構造によって放出された微生物）を含む、都市部におけるエアロビオームを供給する異なる源を示しています。右のパネルは、エアロビオームの組み立てに影響を与える主な要因を示しています。
土地利用（土地の使われ方）と土地被覆（ある表面を覆う土地の種類）も、エアロビオームの構成に劇的な影響を与えます。例えば、細菌の多様性は、一般的に、モノカルチャーの生息地や灰色のインフラよりも、より複雑な植生のある都市部で大きくなります [8] 。汚染もまた、エアロビオームの構成に影響を及ぼし、健康に重要な影響を与えます。例えば、空気の質が悪化すると、空気中の病原体の割合が増加する可能性があります[9]。さらに、大気汚染が花粉粒のマイクロバイオームと相互作用し、そのアレルゲン性を高めることが示唆されており [10]、炎症性疾患への影響が懸念されています。人工光や人為的な騒音も、まだ十分に解明されていない方法で環境マイクロバイオームを変化させる可能性があります[11]。また、エアロビオームの構築には重要な時間的側面があり [12]、細菌群集構造の変動は時間や季節によって発生します（例：日周サイクルや季節変動など）。
空気中の微生物やアレルゲンがヒトに悪影響を及ぼすことはよく知られていますが[13]、エアロビオームへの曝露がもたらす潜在的な健康効果についてはどうでしょうか。新たな証拠は、エアロビオームの特性（例えば、その微生物の多様性、豊富さ、および/または機能）と、免疫系保護効果に一致する免疫学的指標との間のリンクを実証しています[14]。都市部のハウスダストにさらされるとアレルギー性のTh1型免疫反応が起こり、生物多様性のある農村部のダストにさらされるとTh2型の抗炎症性免疫反応が起こります。この証拠（動物モデル研究）は、生物多様性のあるエアロビオームへの曝露が、健康な人間の免疫機能（すなわち、炎症反応やアレルギー反応が少ないという特徴）をサポートするという考え方を補強しています。また、植物から放出される化合物であるフィトンチッドにさらされると、血圧が低下し、NK細胞の活性が高まるという証拠もある[15]。生物多様性のあるエアロビオームが人間に及ぼす潜在的な有益性については、間違いなくさらなる研究が必要である。しかし、限られたエビデンスは、生物多様性仮説と、生物多様性との相互作用による免疫調節効果を示す他の環境マイクロバイオーム研究の結果を裏付けている。例えば、Roslundら（2021）は、デイケアセンターにおける生物多様性の介入が、子どもの常在微生物における長期的なシフトを引き起こし、免疫機能を強化することを示しました[5]。
健康増進のためのエアロビオームの活用
エアロビオーム（図2）の組成を形成するさまざまな環境的・社会的要因と、エアロビオームにさらされることによる健康への影響を理解することは、造園家、都市計画家、修復生態学者が、この経路を通じて人間の健康を促進する介入方法を開発する道を開くことになる。エアロビオームの大部分は土壌由来であるため、土壌の健康状態は、エアロビオームの生物多様性と健康増進の状態を維持するために不可欠な要素であると考えられます[8]。景観管理者が土壌の生物多様性を回復して健全なエアロビオームを促進する可能性は、都市の生態系の健全性の重要な一面を反映しているが、まだ研究されていない。さらに、植生の複雑さがエアロビオームの健康増進の質を高める可能性があることを知れば、人間の健康を念頭に置いた植生と管理スキームに影響を与える景観介入を設計することができる。このエアロビオーム-景観-ヒトの健康という結びつきは、生態系の回復を公衆衛生上の介入として認識しようという最近の呼びかけにもつながっている。エコヘルス、ワンヘルス、プラネタリーヘルスの哲学的枠組みはすべて、人間の健康が健全な生態系に密接に依存していることを認識しています。私たちの日常生活において、健康と生物多様性の共益を促進する枠組みを統合するためには、生態系の回復に焦点を当てた地域的・世界的な政策展開が必要である。エアロビオームの健康増進能力（阻害能力も含む）は、景観設計者や生態学者に、人と生態系の健康を積極的に形成する計り知れない可能性を与えるため、より多くの研究と注意を払う必要があります。
エアロビオーム政策の必要性
エアロビオームの健康増進特性（および私たちがこれらに影響を与える方法）については、政策展開に情報を提供し、ガイドラインに情報を提供し、部門横断的な政策プロセスを促進するための証拠に基づくツールを提供するために、さらなる研究が必要です。しかし、現在のところ、エアロビオームを通じて人間の健康を促進するための健康的な環境の回復と創造に関して、私たちは今すぐ行動するのに十分なことを知っていることを示す証拠がある。関連する広範な国際政策の例としては、持続可能な開発目標（特に目標3「健康と福祉」、11「持続可能な都市とコミュニティ」、15「陸上の生活」）、国連気候変動枠組み条約（UNFCCC）および生物多様性条約の締約国会議、世界保健総会があります。さらに、このバイオエアロゾルに対する考え方のパラダイムシフトを支援するためのイニシアチブを開発する必要があります。最近の例としては、UKRI（UK Research and Innovation）のクリーンエアプログラムが資金提供したBioAirNetネットワーク（https://bioairnet.co.uk/）があります。
ヒトと生態系の健康を改善するためにエアロビオームの知識を統合することを目的とした将来のバイオエアロゾル構想は、生物学的に「健康な」空気に関する共通の概念が現在存在しないことを認識しなければならない。これは、政策立案や、エアロビオーム曝露を形成する力を持つ利害関係者との対話の障壁となる。このような取り組みには、以下のことが必要である：
(i)
国際的な学者と実務家を集め、健康を害する要素（病原性微生物とアレルゲン）と促進する要素（有益な微生物と生物起源化合物）の両方を含む、エアロビオーム（およびバイオエアロゾルの他の側面）のバランスのとれた見解を構築することを提唱する。これは、健康な生態系、健康な人々のパラダイムや、上記の政策的枠組みに合致するものである。
(ii)
バイオエアロゾルには未知の部分が多く、「健康な空気」には生物学的・社会的領域にまたがるいくつかの相互作用する要素があることを認識しつつ、エアロビオームの病原性の可能性に焦点を当てるのではなく、バランスのとれた見方が必要であることを認識しつつ、政策展開を促進するための作業を行う。
(iii)
実証的な研究を通じて、エアロビオームの健康増進の可能性と、景観への介入によってそれをどのように形成できるかをよりよく理解する。このような知識と関連する政策を発展させることは、生態系の健全性を高めるための膨大な機会を提供することになる。
謝辞
M.F.B.は、オーストラリア研究会議（助成金LP190100051、LP190100484、DP210101932）およびニュージーランドビジネスイノベーション雇用省（助成金UOWX2101）から資金援助を受けています。
利害関係の宣言
利害関係の宣言はありません。
推薦論文
参考文献
1.
A.J. Prussin, et al.
屋内外の空気中のウイルスと細菌の総濃度
Environ. Sci. Technol. Lett.、2（2015）、p.84
記事を見る
CrossRefScopusGoogle Scholarで見る
2.
X. Li, et al.
異なる土地利用タイプからの微生物排出量と多様性
Environ. Int., 143 (2020), 記事 105988
PDFを見る記事を見るScopusGoogle Scholarで見る
3.
M.N. Driessen, et al.
胸腔内気道における花粉の沈着について
Eur. Respir. J. (1991), pp.4359-4363
Google Scholar
4.
T. Šantl-Temkiv, et al.
バイオエアロゾルフィールド測定： 屋外での研究における挑戦と展望
エアロゾル科学技術、54（2020）、pp.520-546
CrossRefScopusGoogle Scholarで表示する。
5.
M.I. Roslund, et al.
生物多様性の長期的な介入により、都市部の保育園児の健康関連常在細菌叢が形成される
エンバイロン. Int., 157 (2021), 記事 106811
PDFを見る記事を見るScopusGoogle Scholarで見る
6.
G.A. de Groot, et al.
エアロビオームの解明：マルチマーカーメタバーコーディングにより、大気中の全微生物群集のターンオーバーの潜在的なドライバーが明らかになった。
Environ. Int., 154 (2021), 記事 106551
PDFを見る記事を見るScopusGoogle Scholarで見る
7.
D.S. Lymperopoulou, et al.
近隣の外気中の微生物組成に対する植生の貢献度
Appl. Environ. Microbiol.、82（2016）、3822-3833ページ
ScopusGoogle Scholarで見る
8.
J.M. Robinson, et al.
空気中の細菌への曝露は、垂直成層と植生の複雑さに依存する
Sci. Rep.、11 (2021), p. 9516
Scopusで見るGoogle Scholar
9.
X. Yan, et al.
異なる大気質レベルのもとでの空気中の細菌群集と抗生物質耐性遺伝子の特性
エンバイロン. Int., 161 (2022), Article 107127
PDFを見る記事を見るScopusGoogle Scholarで見る
10.
A. Obersteiner, et al.
花粉関連マイクロバイオームは、汚染パラメータおよび花粉のアレルゲン性と相関している
PLoS One, 11 (2016), 記事 e0149545
CrossRefViewをScopusGoogle Scholarで見る
11.
J.M. Robinson, et al.
人為的な音と人工光曝露がマイクロバイオームに及ぼす影響：生態学的および公衆衛生的な意味合い
Front. Ecol. Evol.、9（2021）、記事662588
Scopusで見るGoogle Scholar
12.
G.Á. Mhuireach, et al.
都市のエアロビオームに関する時空間制御
Front. Ecol. Evol., 7 (2019), p.43.
ScopusGoogle Scholarで見る
13.
C. Humbal, et al.
最近の観測の進歩、バイオエアロゾルの健康影響に関するレビュー
エンバイロン. Int., 118 (2018), pp. 189-193
PDFを見る記事を見るScopusGoogle Scholarで見る
14.
E.J. Flies, et al.
都市空中マイクロバイオームによる生態系サービスの低下：ヒトの免疫機能への影響に関するレビュー
Front. Ecol. Evol.、8（2020）、記事568902
ScopusGoogle Scholarで見る
15.
S. Thangaleela, et al.
エッセンシャルオイル、フィトンチッド、アロマコロジー、アロマテラピー - レビュー
Appl. Sci., 12 (2022), p. 4495
CrossRefView in ScopusGoogle Scholar
引用者: (0)
用語解説
エアロビオーム
ある空域に存在する微生物とその代謝副産物の集合体。
バイオエアロゾル
微生物や花粉などの生物由来の化合物を含む、空気中の生物粒子。
生物多様性仮説
Tari Haahtelaが提唱した仮説で、いくつかの非伝染性疾患は、微生物を含む免疫調節生物多様性への曝露の減少に関連しているとするものである。
生態系の回復
劣化、損傷、または破壊された生態系の回復を支援するプロセス。復元生態学はこれに対応する科学分野である。
マイクロビオーム
ある環境における微生物（およびその遺伝物質）の全集合と、その生態学的活動領域。
@
ツイッター jake_robinson
要約を見る
クラウン Copyright © 2023 Published by Elsevier Ltd. 無断転載を禁じます。
ScienceDirectについて
リモートアクセス
ショッピングカート
広告掲載
お問い合わせ・サポート
ご利用条件
個人情報保護方針
当社は、サービスの提供や強化、コンテンツや広告のカスタマイズのためにCookieを使用しています。継続することで、Cookieの使用に同意することになります。
Copyright © 2023 Elsevier B.V.またはそのライセンサーもしくは寄稿者。ScienceDirect® はElsevier B.V.の登録商標です。