ウンチから発見されたマイクロバイオームの洞察が肝移植患者の感染予測に役立つ

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ウンチから発見されたマイクロバイオームの洞察が肝移植患者の感染予測に役立つ

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13時間前
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医学研究
編集後記
ウンチから発見されたマイクロバイオームの知見が、肝移植患者の感染予測に役立つ
シカゴ大学医療センター

肝臓
Credit: Pixabay/CC0 Public Domain

新しい研究で、シカゴ大学の研究者らは、肝臓移植患者のウンチに含まれる分子を分析することで、術後の感染症を予測することができた。この分析は、腸内細菌（人体に生息する細菌）と健康全般との関連性を探る上で、重要な飛躍を意味する。

「抗生物質耐性は年々増加し、悪化しています。抗生物質が効かなければ、手術や未熟児の保護、癌の治療といったことができません」と、シカゴ大学医学部助教授で本研究の筆頭著者であるクリストファー・レーマン医学博士は語った。「ヒトのマイクロバイオーム、特に腸内細菌叢は、歴史の中で薬剤耐性菌を撃退するように適応してきたことがわかりました。我々は、薬剤耐性感染を撃退するためにどのように作用するかを理解する必要があります」。

肝移植患者は特に薬剤耐性感染症にかかりやすいので、レーマンと彼の同僚研究者たちは、マイクロバイオームが感染リスクに影響を及ぼしているかどうかを調べるために、100人以上の肝移植患者の糞便サンプルを分析した。

健康なマイクロバイオームと不健康なマイクロバイオーム
研究者らは、患者によってマイクロバイオームの構成が異なることを発見した。

「健康なマイクロバイオームは、1兆を超える細菌細胞で構成され、多様な熱帯雨林のように何千もの固有種が存在します」とレーマンは説明した。「その生態系が全滅している患者もいます。兆個以上の細胞は残っていますが、細菌種は1種類だけで、通常は薬剤耐性の悪いものです。熱帯雨林を皆伐して、有害な雑草1種だけを植えるようなものです」。

研究者たちは、健康なマイクロバイオームが、いくつかの重要な代謝産物を産生することを発見した。これらの代謝産物には、ヒトの宿主に有益な短鎖脂肪酸や、細菌がヒトの胆汁酸を自分たちのニーズに合うように改変する際に生成される二次胆汁酸が含まれる。

多様なマイクロバイオームでは、そのようなニーズには薬剤耐性菌の撃退も含まれることが判明した。胆汁酸の中には、バンコマイシン耐性腸球菌（VRE）のような細菌に強い毒性を示すものもある。VREは抗生物質耐性菌の一種で、手術やがん治療、集中治療を受けた患者に頻繁に感染症を引き起こす。

ウンチの予測力
次に研究者らは、マイクロバイオームの構成と術後感染症との間に相関関係があるかどうかを調べるためにデータを調べた。

「その結果、マイクロバイオーム内の薬剤耐性病原体の量が、通常臨床試験で求められるような精度で術後感染症を予測することが判明しました」とレーマンは語った。

そこで研究チームは、さらに一歩踏み込んだ研究を行った。特定の細菌種を特定するためにゲノムの塩基配列を決定するのではなく、患者のウンチに含まれる代謝産物だけを調べて、それらの分子に同じ予測価値があるかどうかを確認することにしたのである。代謝物だけで、患者を健康なマイクロバイオームと不健康なマイクロバイオームの2つに分類することができた。最終的には、代謝物から患者が感染症にかかるかどうかを予測できることを発見した。

「メタボロームから臨床転帰を予測することができるのです」とレーマンは言う。「メタボローム解析は非常に短時間で行えるが、シーケンスは比較的時間がかかる。

この分析アルゴリズムは現在のところ非常に複雑であり、臨床現場で診断や予測検査として使用するためには、広範な検証が必要である。しかし、これらの知見は、感染とウンチ中の代謝産物との関係をより確かなものにし、潜在的な因果関係を探ることができる将来の研究のための土台を築くものである。

次のステップ：感染予防のためにマイクロバイオームを修正する
「この研究の次のステップは、これらの知見を利用して人々のマイクロバイオームを修正できるかどうかを調査することです」とレーマンは言う。不健康な単一種の腸内細菌叢を持ち、感染症のリスクが高い患者は、外部から健康な腸内細菌を受け取ることができる可能性がある。 薬剤耐性感染症から身を守るのに役立つ二次胆汁酸のような分子を含む、健康な代謝産物の生産を回復させることができる。

2023年、FDAは2つのマイクロバイオーム修復製品を承認した。「マイクロバイオーム修復は遠い未来の話ではなく、すでに現在進行形なのです」とレーマンは言う。

UChicagoの生物科学部門には、すでに数千の細菌を含むバイオバンクがあり、そのすべてがゲノムとどのような代謝物を産生するかに基づいて分析され、分類されている。UChicagoでは、健康なドナーから採取した主要な腸内細菌を生産、ろ過、凍結乾燥し、医薬グレードのカプセルに詰め、錠剤のように服用できるようにするため、適正製造基準（GMP）に準拠した施設を建設中である。

「私たちはすでに、悪い転帰をたどった患者にはいないが、良い転帰をたどった患者には存在する細菌のカクテルをいくつか作りました。「これらの細菌は、感染症に罹患した患者に欠けていた代謝産物を作るために一緒に働くことができ、そして、腸内に生息し、理論的には将来の悪い転帰から身を守ることができるのです」。

広域抗生物質治療を受けた患者では、このようなカプセルを使って、全滅した健康な腸内細菌を再増殖させることができる。薬剤耐性菌感染のリスクが高い患者では、マイクロバイオームの代謝産物を補充することで、ある程度の防御ができるかもしれない。

「我々は複数の薬剤耐性菌との戦いに敗れ続けているので、より多くの武器がどうしても必要なのです」とレーマンは言う。「マイクロバイオームを理解すること、マイクロバイオームの健康状態を検査すること、マイクロバイオームを回復させること、これらすべてが我々の武器に加えることのできる重要な新しいツールなのです。

この研究『糞便代謝物プロファイリングによる術後感染リスクのある肝移植レシピエントの同定』は、2023年12月に『Cell Host & Microbe』誌に掲載された。共著者には、Nicholas P. Dylla、Matthew Odenwald、Ravi Nayak、Maryam Khalid、Jaye Boissiere、Jackelyn Cantoral、Emerald Adler、Matthew R. Stutz、Mark Dela Cruz、Angelica Moran、Huaiying Lin、Anitha Sundararajan、Ashley M. Sidebottom、Jessica Cleary、Eric G. Pamer、Andrew Aronsohn、John Fung、Talia B. Baker、Aalok Kachaが含まれる。

詳細はこちら： Christopher J. Lehmann et al, Fecal metabolite profiling identifies liver transplant recipients at risk for postoperative infection, Cell Host & Microbe (2023). DOI: 10.1016/j.chom.2023.11.016

ジャーナル情報 細胞宿主と微生物

提供：シカゴ大学医療センター

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