ヒトと細菌の体内細胞数の改訂推定値

2024年3月27日 13:49

エッセイ
ヒトと細菌の体内細胞数の改訂推定値

https://journals.plos.org/plosbiology/article?id=10.1371/journal.pbio.1002533

ロン・センダー、シャイ・フックス、ロン・ミロ

要旨
体内の細胞数に関する文献に報告されている値は桁が異なり、測定や計算によって裏付けられていることはほとんどない。ここでは、体内のヒトと細菌の細胞数に関する最新の情報を統合する。体重70kgの "基準人 "に含まれるバクテリアの総数は3.8-1013個と推定される。ヒト細胞については、造血系が総数に対して支配的な役割を果たしていることを明らかにし（約90％）、過去の推定値を3.0-1013個に修正した。また、我々の分析では、広く引用されている10：1の比率を更新し、体内の細菌数は実際にはヒト細胞数と同程度であり、その総質量は約0.2kgであることを示した。

引用 Sender R, Fuchs S, Milo R (2016) Revised Estimates for the Number of Human and Bacteria Cells in the Body. PLoS Biol 14(8): e1002533. doi:10.1371/journal.pbio.1002533

公開されました： 2016年8月19日

資金提供本研究は、欧州研究評議会（Project NOVCARBFIX 646827, https://erc.europa.eu/funding-and-grants）、Dana and Yossie Hollander、Helmsley Charitable Foundation、The Larson Charitable Foundation、The Estate of David Arthur Barton、The Anthony Stalbow Charitable Trust、Stella Gelerman（カナダ）の助成を受けた。RMはCharles and Louise Gartner professional chairであり、EMBO young investigator programのメンバーでもある。資金提供者は、研究デザイン、データ収集と解析、出版決定、原稿作成には一切関与していない。

競合利益：著者らは、競合する利益は存在しないと宣言している。

略語 CV、変動係数；FISH、蛍光in situハイブリダイゼーション；SD、標準偏差；SA、表面積；SEM、平均値の標準誤差

はじめに
人体にはどれだけの細胞があるのだろうか？一次的な参照や不確かさの推定を示さない桁数の記述にとどまらず、詳細な推定はほとんど行われていない（唯一の例外[1]については後述する）。同様に、私たちの体内に存在する1014-1015個の細菌に関するユビキタスな記述は、古い封筒裏計算[2-4]にまで遡る。

本研究の目的は、人体内のヒトと細菌の細胞数に関するかつての推定値を批判的に再検討することである。計算ロジックと出典を完全に文書化し、不確かさの範囲を導き出した最新の詳細な推定値を示す。体内の細胞数を更新することによって、我々はまた、確立された常識の地位を得るほど徹底的に繰り返されてきた10：1の値を再検討する[4]。この比率は、最近Microbe誌への書簡で批判された[5]が、具体的な値を示し、不確かさの範囲を推定する代替の詳細な推定が必要である。ここでは、細胞数についてこれまで採用されてきた方法論について説明し、過去の推定値を修正する。そうすることで、フェルミ問題としても知られる、これまでの封筒裏計算の仮定を繰り返し、反省する。このような推定は、生物学における定量的理解を向上させる有効なチェックであり、方法であると我々は考えている。

ヒトの細胞数の算出に使われた文献の大部分は、男性のみ、あるいはほとんどが男性のコホートに基づいている。後述するように、女性の場合、特徴的な体格、血液量、生殖器の微生物叢の変化により、比較的緩やかな量的差異が生じる。我々の分析では、文献[6]で示されている標準的な基準男性の定義を使用した：「基準男性は、20～30歳、体重70kg、身長170cmと定義される。我々の分析では、このような標準的な男性の体内の微生物細胞数、ヒト細胞数、およびそれらの比率の推定値を再検討する。

私たちはまず、以前の情報源からバクテリアの数を調べ、さまざまな臓器の数を比較し、最終的に大腸の内容に注目することから分析を始める。次に、「代表的な」細胞サイズを用いた計算と細胞タイプ別の集計とを比較しながら、体内のヒト細胞の総数を推定する。そして組織タイプ別の細胞数分布と質量分布を対比する。最後に、細菌細胞とヒト細胞の比率を再検討し、性別、年齢、肥満の影響を評価する。

結果
ヒトの細菌細胞数に関する文献における主張の起源
微生物はヒトの体全体に存在し、主に消化管、皮膚、唾液、口腔粘膜、結膜などの体外および体内表面に存在する。ヒトのマイクロバイオームでは、細菌が真核生物や古細菌を2～3桁圧倒的に上回っている[7,8]。そのため、ヒトの体内に存在する微生物細胞を細菌と呼ぶこともある。微生物が体内に存在する場所は多様であるため、その総数を推定するのは困難である。しかし、その量的分布が後述するように大腸の優位性を示せば、問題はずっと単純になる。細菌の大部分は大腸に存在し、これまでの推定では約1014個[2]、次いで皮膚に存在し、約1012個[9]と推定されている。

最近我々が示したように[4]、ヒトの消化管内の細菌数に関する論文で、記載された値に言及しているものはすべて、封筒裏の1つの推定値[3]にたどり着くことができる。その桁違いの推定値は、腸内容物1グラムあたり1011個の細菌を想定し、それに消化管容量1リットル（または約1kg）を乗じて算出された。人体内の細菌数全体の修正推定値を得るために、まず人体内の細菌の量的分布について考察する。腸内細菌の優位性を示した後、人体内の細菌総数の推定値を再検討する。

さまざまな臓器における細菌の分布
表1は、人体のさまざまな臓器に存在する細菌数の典型的な推定値を示している。推定値は、測定された細菌濃度に各臓器の容積を乗じたものである[9,10]。値は、桁の上限を与えるために切り上げてある。

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表1. 細菌濃度と体積から導き出した、さまざまな臓器における細菌数の境界値。
doi:10.1371/journal.pbio.1002533.t001

詳細 "
唾液や歯垢中の細菌濃度は高いが、体積が小さいため、口腔内の細菌数は大腸の細菌数の1％以下である。胃と小腸の上部2/3（十二指腸と空腸）の細菌濃度は103～104個/mLに過ぎないが、これは胃のpHが比較的低く、内容物が胃と小腸を速く通過するためである[10]。表1から、結腸の細菌量は他のすべての臓器を少なくとも2桁上回っていることがわかる。重要なことは、消化管の中で、大腸が細菌総数に対する唯一の実質的な貢献者であり、胃と小腸の貢献はごくわずかであるということである。

大腸の細菌数に関する当初の推定値の再検討
よく引用される体内の細菌数〜1014個という値の主な出典は1970年代にさかのぼり[3]、一文からなる「導出」で構成されているだけである。この導出は、消化管の容積を1リットルと仮定し、この容積に細菌の数密度を掛け合わせたもので、湿潤内容物1グラムあたりの細菌数は約1011個であることが知られている。このような推定は、しばしば非常に示唆に富むものであるが、より多くの経験的データが蓄積されるにつれて、再検討することが有用である。腸内細菌数1014個というこの先駆的な推定値は、消化管容積1リットルの細菌密度が一定であると仮定したものである（容積から質量に換算すると、密度は1g/mLとなる）。しかし、表1から理解できるように、結腸に近接する消化管部分には、結腸の内容量と比較してごくわずかな数の細菌しか含まれていない。したがって、1011個/gという高い細菌密度に関連する体積は結腸のものだけであると結論づけられる。Box 1で述べたように、大腸の容積に関するデータソースを統合して0.4 Lとした。

Box 1. ヒト大腸の容積
これは我々の計算において重要なパラメータである。以下の研究に基づいて 0.4 L とした（S1 Data の ColonContent タブも参照）。基準となる成人男性の結腸内容物の体積は、流量測定、バリウム食 X 線測定、死後検査を含む様々な間接的手法に基づいて、以前は 340 mL（355 g、密度 1.04 g/mL [6]）と推定されていた [13]。最近の研究 [15] では、MRI検査によって収集された障害のない結腸の容積について、より詳細なデータが示されている。著者らは、男性の身長で標準化した結腸内容積を 97 ± 24 mL/m3 と報告している (結腸内容積を身長の 3 乗で割ったとき、最も適合することがわかった)。基準となる男性の身長を1.70 mとすると[6]、大腸容積は480 ± 120 mLとなる（特に断りのない限り、±は標準偏差[SD]を意味する）。この体積には未報告のガス体積が含まれており、直腸は含まれていない。最近では、結腸のMRI画像を解析した研究が最も詳細で完全なデータを提供している。そのコホートにおける結腸内容積は合計760mLであった [16,17] 。しかし、このコホートは基準男性より有意に身長が高かった。身長で正規化すると、標準的な男性の総容積は600mLとなる。ガスが占める体積を差し引くため、この報告では便の割合を結腸容積の≈70%と推定し、標準化された湿潤結腸容積は430mLとなった。従って、この最も信頼性の高い分析結果は、以前の研究と合わせて、約0.4 Lという平均値を支持している。

大腸を通過する便の量を調べることで、この推定体積の妥当性をチェックすることができる。成人のヒトは、1日に平均100～200gの湿った便を出すと報告されている[18]。大腸通過時間は1日の便排出量と負の相関があり、その正常値は約25～40時間である [18,19] 。1日の排便量と結腸通過時間を掛け合わせると、150-250mLとなり、これは上記の値よりやや低いが、不確実性と排便前に吸収される結腸内の水分を考慮していない非常に粗い推定値であることを考慮すると、矛盾はない。要約すると、最近のMRI画像の解析による結腸内容物の体積は、これまでの推定値や糞便通過動態と一致している。基準となる成人男性の値は平均0.4L（平均の標準誤差[SEM]17％、変動係数[CV]25％）であった。典型的な食事の後、容積は約10％変化し [15]、排便のたびに容積は4分の1から3分の1減少する [18]。

体内細菌の総数
大腸内の細菌数については、当初の計算を繰り返すことができるようになった [3]。ボックス2で示した0.9-1011個/gの湿便と0.4 Lの大腸を考えると、大腸内の細菌数は3.8-1013個であり、標準誤差の不確かさは25％、体重70 kgの男性集団でのばらつきは52％である。他の臓器からの細菌総数への寄与は最大でも1012個であることを考慮し、3.8-1013個を "基準男性 "の全身にわたる細菌数の推定値として使用する。

ボックス2. 大腸内の細菌濃度
大腸内の細菌細胞密度を測定するために最も広く用いられている方法は、便検体中の細菌量を調べることである。これは、便検体が大腸の内容物を十分に表していることを前提としている。この仮定については後述する。このような実験が最初に行われたのは、1960年代と1970年代にさかのぼる [20,21]。これらの初期の研究では、希釈した便検体から直接顕微鏡で塊の数を数えていた。その後の実験[22,23]では、DAPI核酸染色と細菌の16S RNAに対する蛍光in situハイブリダイゼーション[FISH]が用いられた。値は通常、乾燥便1グラムあたりの細菌数として報告される。われわれの計算では、大腸の乾燥便ではなく湿潤便の細菌量に関心がある。細菌数/g乾燥便から細菌数/g湿潤便に移動するには、各論文で報告されている乾燥物の割合を使用する。表2は、文献中の14の研究から抽出した値を共通の基準に変換して比較したものである。

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表2. 過去の論文で報告された便中細菌密度の値。
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詳細 "
不確かさの推定値は、大腸容積や細菌密度などの既知のばらつきを考慮しているが、定量化されていない系統的な偏りは考慮できないことに注意されたい。そのような顕著なバイアスの一つは、空間的不均一性を伴う実際の大腸内細菌密度と、細菌数推定の代用となる糞便中濃度の測定値との差異に関する知識のギャップである。

体内の細菌の総量は？大腸内容物の総質量が約0.4kg、細菌の質量分率が約2分の1 [21,24]であることから、大腸内容物全体の質量に対する細菌の寄与は約0.2kg（湿重量）となる。大腸内の細菌が体内の他のすべての微生物叢集団よりも優勢であることを考えると、体内には全体として約0.2kgの細菌が存在すると結論づけられる。バクテリアの含水量を考えると、体内のバクテリアの総乾燥重量は約50〜100gとなる。この値は、腸内細菌の平均質量約5pg（湿重量、乾燥重量1～2pgに相当、S1付録参照）と更新された細菌の総数を掛け合わせた、細菌の総質量に関する並列代替推定値と一致する。この経験的に観察された平均的な腸内細菌は、教科書でよく紹介されている、都合よく選ばれた「標準的な」体積1μm3、湿重量1pgの細菌よりも数倍大きいことに注目したい。我々が発見した細菌の総量は、体重全体の約0.3％に相当し、体重の1％～3％が細菌で構成されている、あるいは普通の人間は1～3kgの細菌を宿主としている、というこれまでの記述を大幅に更新するものである[25]。

標準的な」成人男性のヒト細胞数
多くの文献が、人体の細胞数について1012～1014個の間と一般的な記述をしている[26,27]。このような数値の背後にある桁違いの議論を、囲み3 に示す。

ボックス3. 体内のヒト細胞数に関する桁違いのナイーブな推定値
代表的な」哺乳類細胞からなる、体重102kgの人間を想定する。細胞の体積を1,000-10,000μm3、細胞密度を水と同程度とすると、各哺乳類細胞の重さは10-12-10-11kgとなる。したがって、図1に示すように、体内のヒト細胞の総数は1013-1014個となる。このような推定では、細胞の質量は1桁以内と推定されるため、2倍以下の差に寄与する要因は無視される。従って、基準となる男性の質量を70kgではなく100kgとし、同様に総質量に対する細胞外質量の寄与を無視する。このような簡略化は、推定値を簡潔で透明なものにするのに有効である。

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図1. 特徴的な体積と質量に基づく、成人人体の細胞数の推定値。
doi:10.1371/journal.pbio.1002533.g001

詳細 "
代表的な "平均的 "細胞を考慮する必要のない別の方法は、細胞を種類別に系統的に数えるものである。このようなアプローチは、最近の詳細な分析 [1]で採用された。異なるカテゴリー（細胞タイプ別または臓器系別）ごとに、体内のヒト細胞数が推定された。各カテゴリーについて、細胞数は文献から得るか、組織学的断面における直接カウントに基づく計算によって求めた。合計56の細胞カテゴリー [1]を合計すると、体内のヒト細胞数は3.7-1013個（SD 0.8-1013、すなわちCV 22%）と推定された。

体内ヒト細胞の更新目録
引用された測定値を再検討するために、私たちは、詳細な国勢調査的アプローチと、正気度チェックとして使用される発見的計算の利点を組み合わせようとするアプローチを採用した。私たちは、ヒトの細胞数の97％を占めることが最近明らかになった6種類の細胞、すなわち赤血球（70％）、グリア細胞（8％）、内皮細胞（7％）、真皮線維芽細胞（5％）、血小板（4％）、骨髄細胞（2％）に注目した。残りの3％は他の50種類の細胞である。4つのケース（赤血球、グリア細胞、内皮細胞、真皮線維芽細胞）については、ボックス4に詳述するように計算を修正した。

ボックス4. 赤血球、グリア細胞、内皮細胞、真皮線維芽細胞の数の修正推定値
ヒトの細胞数全体で最も多いのは赤血球である。赤血球数の計算は、平均血液量4.9L（SEM 1.6%、CV 9%）に平均赤血球数5.0-1012個/L（SEM 1.2%、CV 7%）を乗じて行った（表3およびS1データ参照）。後者は、日常的に行っている全血球計算で確認でき、正常値は男性で4.6-6.1-1012個/L、女性で4.2-5.4-1012個/Lである。その結果、赤血球の総数は2.5-1013個（SEM2％、CV12％）となった。これは2.6-1013細胞という以前の報告と同様である[1]。

グリア細胞の数は以前3-1012個と報告された [1]。この推定は、脳内のグリア細胞とニューロンの比率を10：1としたものである。このグリア：ニューロンの比率は、文献上広く受け入れられている慣例であった。しかし、最近の分析[28]では、この値が再検討され、脳領域間のばらつきを分析した結果、この比率は1：1に近いと結論づけられた。この研究では、脳内には8.5-1010個のグリア細胞（CV 11%）が存在し、同程度の数のニューロンが存在すると結論づけているので、ここではこれらの更新された値を使用する。

体内の内皮細胞数は、内皮細胞1個の平均表面積[1]と、毛細血管の全長8-109cmに基づく血管の総表面積から、以前は2.5-1012個（CV 40%）と推定されていた。我々は毛細血管床の全長に関する一次資料を見つけられなかったので、この推定を再検討することにした。各タイプの血管に占める血液量の割合に関するデータを使用した [29]。異なる血管の平均直径[30]を用いて、各タイプの血管（動脈、静脈、毛細血管など）の全長とそれに対応する表面積を導き出すことができた（S1データ）。内皮細胞1個の平均表面積[31]で割ると、6-1011個となる。

真皮線維芽細胞の数は、人体の総表面積（SA）（1.85 m2 [32]）に真皮線維芽細胞の面密度 [33]を掛け合わせたもので、以前は1.85-1012個と推定されていた [1]。我々は、真皮の厚さ(d)を計算に組み込みたいと考えた。真皮の厚さは全身の17箇所で直接測定され [34]、その平均値は0.11±0.04cmであった。真皮は、乳頭状真皮（真皮の厚さの約10％）と網状真皮（残りの90％）の2つの主な層で構成されている［35］。線維芽細胞密度は真皮乳頭部の方が高く、その面密度σpap.は106細胞/cm2（乳頭部の厚さを100μmとすると、108細胞/cm3となる）と報告されている［33］。真皮中央部の線維芽細胞密度は約3-106細胞/cm3と報告されており [36]、σret.=3-105細胞/cm2の面密度がある。これらを組み合わせると Nder.fib. = SA-(σpap. + σret.) = 1.85-104 cm2 (106 + 3-105) cells/cm2 = 2.6-1010細胞。この100倍の減少の後では、真皮線維芽細胞はヒトの細胞数の≒0.05％しか占めていないと推定される。

グリア細胞、内皮細胞、真皮線維芽細胞の数を修正した計算では、以前の推定では7.5-1012細胞であったのに対し、0.9-1012細胞しか得られなかった。この結果、体重70kgの "基準人 "のヒト細胞は3.0-1013個となり、不確かさは2％、CVは14％と計算される。この不確かさとCVの推定値は、赤血球を扱った研究で報告されている高い信頼性に支配されているため、楽観的に低すぎるかもしれないが、系統誤差、いくつかの細胞タイプの省略、および定量化が困難な同様の要因を過小評価している可能性があることに注意されたい。図2に、ヒト細胞の総数に対する様々な細胞タイプの寄与について、改訂された結果を要約する。細胞数に0.4％以上寄与するカテゴリーが示されている。それ以外のカテゴリーを合計すると約2％になる。体内に含まれる血液以外のヒト細胞はわずか3～1012個で、更新されたヒト細胞総数のわずか10％に過ぎないことがわかる。図2の視覚化によって、細胞のほぼ90％が有核細胞（26-1012個）と推定され、そのほとんどが赤血球と血小板であることが強調され、残りの≒10％は≒3-1012個の有核細胞で構成されている。細胞数（全体の90％）において造血系が際立って多いことは、質量による体組成を考えると直感に反する。これについては次の分析で取り上げる。

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図2. ヒトの細胞数の細胞タイプ別分布。
ポリゴンの面積が細胞数に比例するボロノイ樹形図として表現。http://bionic-vis.biologie.uni-greifswald.de/ のオンラインツールを用いて可視化した。

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詳細 "
細胞数の正気度チェックとしての質量中心アプローチ
このような推定を行う際には、様々な角度から分析にアプローチすることが賢明である。その精神に則り、ここでは、カウントされた細胞の累積質量は、基準となる成人の予想される範囲内に収まっているのだろうか？この問いに適切に取り組むためには、まず、予想される結果が何であるか、すなわち、全身の細胞量について述べる必要がある。基準となる男性の体重が70kgの場合、25％が細胞外液 [37]、さらに7％が細胞外固形物[37]である。

細胞総数ではなく）細胞総量の構成に関する包括的で体系的な情報源は、人体の主要組織の質量の値を示す「基準人に関するタスクグループの報告書」[6]である。この組織ごとの質量分析には、細胞内と細胞外の両方の成分が含まれる。各組織の細胞内部分と細胞外部分を区別するために、付録S1に詳述されているように、全身のカリウム測定値[38]を活用することができます。図3は、人体を構成する主な組織を細胞数と質量で比較したものである。

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図3. 人体の様々な細胞タイプにおける細胞数と質量の分布（体重70kgの成人男性の場合）。
上の棒グラフは細胞数を示し、下の棒グラフは細胞体全体の質量（さらに約24kg加わる細胞外質量を含まない）を構成する主な細胞タイプごとの寄与を示す。比較のため、細菌の寄与を右側に示したが、これはわずか0.2kgで、体重の約0.3%に相当する。

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この並置の顕著な結果は、総細胞量と細胞数の寄与者間の明らかな不一致である。細胞数は、体積が約100μm3と人体で最も小さい細胞種の一つである赤血球（84％）が支配的である。対照的に、細胞総量の75％は、脂肪細胞（adipocytes）と筋肉細胞（myocytes）という2種類の細胞で構成されており、どちらも大きな細胞（体積は通常 10,000μm3以上）で、細胞総数のごく一部（≒0.2％）しか占めていない。もう一方の極端な例では、バクテリアは質量的には微々たるものであるが、細胞数は上述のようにヒトの全細胞の合計に匹敵する。この質量バランスは、予想される体内質量をすべてうまく説明し、私たちの分析に裏付けを与えている。総細胞数を変化させるのに十分な数の非常に小さな細胞の集合を見落とすという選択肢については、付録S1でさらに議論する。

成人の体内における細菌とヒト細胞の比率
体内のヒト細胞数（3.0∙1013）と細菌細胞数（3.8∙1013）（B/H比の分子と分母）の修正推定値で、B/H = 1.3という最新の推定値を出すことができる。より正確な測定が可能になるまで、文献に記載されている10:1や100:1の値に代わるものとして、この約1:1のB/H値（関連する不確実性の範囲も含む）を用いるべきである。

人体内の細菌数（3.8～1013個）と有核ヒト細胞数（≒0.3～1013個）を比較する場合、その比率は約10：1となる。これは、核を持たない赤血球の支配的な集団が計算に含まれていないためである。この比率は、体内の細菌数と有核ヒト細胞数の両方が、（有核細胞に限定して分析しなかった）1970年代の当初の推定値よりも数倍低くなった結果であることに留意されたい。ヒト細胞の数、ひいてはB/H比の計算に、核を持たない細胞を含めるべきか、それとも捨てるべきかという問題は、定義の問題であるように思われる。私たちは赤血球を、その名前が示すように、正真正銘の細胞とみなしている。しかし、赤血球を "ヘモグロビンの詰まった袋 "と考える人もいるだろうから、赤血球を含めないという選択ももっともである。血小板を数に含めることは、以前の計数に含まれていたのと同じであり、議論の余地はあるが、量的にはわずかな影響しかない。実際、このことは、何を細胞として定義すべきかについての興味深い余談を開く。

ヒト細胞に対するバクテリアの比率の個体群間における変化
基準となる人間」のB/H比を検討した後、今度は集団の他のセグメントを取り上げることで、結果を一般化する。推定値を見ると、計算を支配する4つの主要なパラメータが確認できる：

結腸容積
結腸内の細菌密度
血液量
ヘマトクリット（単位体積当たりの赤血球数）。
これらは、大腸内細菌数と赤血球数がそれぞれ総細菌数とヒト細胞数に大きく寄与しているため、支配的なパラメータとなっている。性別、年齢、肥満がB/H比に及ぼす影響を評価するために、これらのグループ間でのこれらのパラメーターの変化を調べた。

表3は、基準成人女性（身長1.63m、体重60kg[39]）、幼児（生後4週）、乳児（生後1歳）、高齢者（66歳）、肥満者（体重140kg）という、ヒト集団のさまざまなセグメントを代表する個人について、前述の各パラメータの変化を集めたものである。

文献を検討すると、生後1ヵ月の乳児から高齢者まで、年齢を経ても大腸内細菌濃度に有意な影響はないことがわかる [40,41] 。新生児の消化管のコロニー形成は、105個/mL以下のごくわずかな大腸菌濃度から、成人と同等の濃度まで、わずか1ヶ月弱で起こる [42]。このダイナミックな時期については、まだ高解像度のグラフが作成されていないため、B/H比の推定値は提供していない。年齢と同様に、体重の極端な変動は細菌細胞数にほとんど影響を与えない。[43]. 乳児と肥満の報告値は、"基準人 "の変動範囲内である。加えて、大腸の細菌密度の性差に関する文献的な報告は見つからなかった。表3から理解できるように、B/H比は低値の1.3から高値の2.3まで、異なる集団間で最大2倍も異なる。

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表3. 異なる集団のB/H比。
参考文献はS1付録の表Bを参照。

doi:10.1371/journal.pbio.1002533.t003

詳細 "
人種や民族などの追加的な要因がB:H比に影響を及ぼす可能性があることに留意されたい。大腸の細菌集団は地理的な影響を強く受けることが示されているが [47]、現在のデータは大腸の濃度を頑健に推論するには不十分であり、データギャップとなっている。

考察
本研究では、細胞数の平均値に関する最新の推定値を提供するだけでなく、代表的な不確実性の範囲と集団セグメント間のばらつきを示すことを目的とした。これは、独立した研究と研究内で観察されたばらつきを比較することに基づいている。

我々が発見した最大の知識ギャップは、測定された糞便中の細菌密度が、大腸内の平均細菌密度を表すのにどれほど現実的であるかということである。回腸から盲腸を通過する約108個/gの低濃度から、便で測定される〜1011個/gまで、大腸に沿って細菌濃度には必然的な勾配がある。細菌濃度の変化は、大腸内で細菌を濃縮する吸水、1-2日の通過時間中の細菌の増殖、粘膜表面からの細菌の脱落など、いくつかの要因から生じる。観察された糞便細菌密度と大腸内容積を掛け合わせた推定値は、ある面では上限値であると考えられる。大腸全体の実際の細菌密度と、糞便中で測定された細菌密度との関係に関するより多くの情報は、本研究の推定値を改善する上で大きな前進となるであろう。不確実性のもう一つの要素は、大腸内容物の体積に関する情報が個人差や条件によって限られていることである。このような知識のギャップは、我々が報告した不確実性の範囲では説明しきれない系統的な誤差があるかもしれないことを示している。

様々な人口セグメントを分析する上で、我々の論文の範囲は明らかに限られている。肥満、新生児、高齢者、そして性別の影響については触れたが、抗生物質治療中や大腸内視鏡検査のための腸管準備中の人、感染症にかかっている人、消化管の慢性疾患など、関心のある他の多くのセグメントについては扱っていない。

我々は細胞数を分析したが、多くの研究者は、例えばマイクロバイオームの代謝能力の多様性を反映するものとして、遺伝子数に興味を持っている。私たちが保有する細菌の遺伝子が、私たち自身の2万個の遺伝子をどの程度の割合で上回っているのかを適切に推定するためには、何を異なる遺伝子と見なすべきか、という非常にデリケートな問題を適切に定義しなければならないが、これはこの研究の範囲外である。

ミトコンドリアという形で私たちが保有している内部共生細菌の数は、おそらく体内細菌を数倍も上回っていることに一応留意しておきたい。このことは、（赤血球ではないが）ほとんどの細胞種が細胞あたり数百（あるいはそれ以上）のミトコンドリアを含んでいることに注目すれば理解できる[48]。

私たちは、体内のヒト細胞の絶対数を気にすべきなのだろうか、それとも細菌とヒト細胞の比率を気にすべきなのだろうか。細菌とヒト細胞の比率を10：1や100：1から1：1に近づけても、微生物叢の生物学的重要性が失われるわけではない。しかし、私たちは、定量的な生物学的言説を厳密なものに保つために、広く公表される数値は入手可能な最善のデータに基づくべきだと確信している。絶対数の研究は、特定の生物学的疑問にも関連している。例えば、最近の研究では、異なる組織の細胞数を知ることが、組織間のがんリスクのばらつきを理解する上でいかに重要な指標となりうるかが示された [49] 。他の応用例としては、発生や突然変異の蓄積のダイナミックなプロセスがある。最後に、ここで行われた数値的な焦点の当て方は、結腸近位部における細菌集団の密度や、それらが現在の解析手法でどの程度表現されているかといった知識のギャップを明らかにし、注意を喚起するものである。こうして我々はこの研究を通して、デルフィの格言「汝自身を知れ」を定量的な観点から実現するための有望な一歩を踏み出したのである。

参考情報
S1 付録。補足情報本文。

計算方法の詳細とサニティチェック。

doi:10.1371/journal.pbio.1002533.s001

(DOCX)

S1データ。詳細計算。

本文中で言及した詳細な計算と、すべてのデータソースの参考文献を含むスプレッドシート。

doi:10.1371/journal.pbio.1002533.s002

(XLSX)

謝辞
本研究に協力してくれた以下の同僚に感謝する： Yaron Avitzur、Jorg Bernhardt、Eva Bianconi、Pascal Buenzli、Silvia Canaider、Dan Davidi、Eran Elinav、Avi Flamholz、Miki Goldenfeld、Tal Korem、Uri Moran、Nigel Orme、Rob Phillips、Silvio Pitlik、 Jonathan Rosenblatt, Eran Segal, Maya Shamir, Jeff Shander, Tomer Shlomi, Rotem Sorek, Pierluigi Strippoli, Gerald Tannock, Christoph Thaiss, Jonathan Wasserman, Dave Wernick, Aryeh Wides, Lionel Wolberger.

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