By：ザック・アンデルード博士
この記事では、腸内細菌叢の基本的な生態について説明する。 脳と腸内細菌叢の化学的保護など、腸内細菌叢がもたらす3つの重要な恩恵に注目
私たちの大腸にはそれぞれ数兆個もの微生物が生息しており、それらが集合して腸内マイクロバイオームと呼ばれる健康の中心を支える器官を形成している。私たちの腸には、細菌を中心に、真菌類、古細菌、原生生物など、地球上のあらゆるバイオームやマイクロバイオームの中で最も多くの微生物が生息している。私たちの消化管内には、重さ約2kg（4.4ポンド）、私たちの脳の約2倍の重さの5,000種以上の微生物が生息している（Bäckhed et al 2005; Sekirov et al 2009; Sender et al 2016）。マイクロバイオームの細胞数は私たち自身の細胞と同じである。
さらに、その活性を担っている遺伝子を調べると、私たちの腸内細菌叢は、私たち自身のゲノムの100倍以上の遺伝子を発現している可能性があり、ヒトゲノム全体の23,000の遺伝子と比較して、330万のユニークなコード化遺伝子を有している（Amon and Sanderson 2017）。
しかし、腸内細菌叢の遺伝的多様性による多様で不可欠な機能に注目する前に、消化管の生態について説明する必要がある。 基本的なレベルでは、私たちの消化は、生物（すなわち私たちの消化管、腸内細菌叢）と非生物の構成要素（すなわち私たちが食べる食物）が相互作用する生態系の中で起こっている。 それぞれの構成要素を分解してみよう。
消化管
栄養の利用可能性は吸収部位の近位で最も高いが、胃や小腸には比較的少数の微生物しか存在しない。 胃内容物のpHが低いこと、胆汁酸塩の微生物毒性、消化物の流れが比較的速いことなどから、これらの領域では微生物の数が制限されている。 消化の90％以上は、酸素濃度が比較的高いこれらの場所で行われる（Rinninella et al 2019）。
対照的に、胃腸管の遠位端にある大腸は、小腸の6倍も長い間食物を保持し消化し続け、低酸素環境下で私たちのために様々な役割を果たしている。 腸内では、腸上皮細胞が消化管の層または管腔表面または裏張りを形成しています。 この層は、有用物質の体内への吸収と、有害物質や微生物の侵入の抑制という2つの主な機能を果たす。 これらの仕事を適切に行うために、腸上皮細胞は身体と腸の間に腸粘膜のバリアを作り、管腔内容物の無秩序な身体への移行を適切に防ぎ、細菌を大腸内に収容する。
腸内細菌叢
腸内細菌叢の99％以上は大腸に存在し、細菌は上皮に近接しているために免疫や代謝の健康に長期的な影響を与える粘膜関連細菌（Juge 2022）か、あるいは毎日大腸を通過する一過性の自由生活細菌である。 粘膜層のニッチを占める細菌は、私たちの大腸の真の住人であり、一方、自由生活する細菌は、私たちの腸内を「ヒッチハイク」しているだけである。 低酸素環境である大腸では、バチロータ（以前はファーミキューテス）、バクテロイデータ、放線菌、プセウドモナドータ（以前はプロテオバクテリア）という細菌門と、以下の属が嫌気性細菌を支配している。 バクテロイデス属、クロストリジウム属、フェーカリバクテリウム属、ユウバクテリウム属、ルミノコッカス属、ペプトコッカス属、ペプトストレプトコッカス属、ビフィドバクテリウム 属（Rinninella et al 2019）。 Escherichia属やLactobacillus属のような他の属の存在は少ない。
あなたの食べ物
最終的に、私たちの糞便の乾燥質量の60％は腸内細菌である。 私たちの腸内にいる膨大な数の細菌が必要とする炭素とエネルギーは、複雑な食物ポリフェノール、消化可能な食物繊維、消化を免れたその他の炭水化物、タンパク質、脂肪、宿主の分泌物の成分（ムチン）、剥がれ落ちた上皮細胞など、いくつかの供給源によってまかなわれている。 大腸内の驚異的なバクテリアの多様性は、私たち自身の生理機能だけでなく、あるバクテリアの副産物が他のバクテリアの基質となるような複雑な食物網の発達を通じて、多数の生態学的ニッチが形成されていることを示している（Walter 2008）。 私たちの食生活は、マイクロバイオームの多様化を助ける食品の種類を決定する。
腸内細菌叢は、健康に欠かせない多くの恩恵をもたらしてくれるが、この記事では、免疫力を高める、ビタミンを生成する／毒素と闘う、精神的な健康に影響を与える神経伝達物質を生成する、の3つにスポットを当てる。
免疫力アップ
健康な腸内細菌叢は、免疫系、つまり感染から私たちの体を守る臓器、細胞、タンパク質の複雑なネットワークを大きく後押しする。 私たちの大腸に生息する細菌は、腸内化学を変化させ、腸内の空間を完全に占有し、潜在的な病原体を排除する抗菌性タンパク質を分泌する。 腸内細菌は発酵によって食物を代謝し、酢酸、酪酸、プロピオン酸などの短鎖脂肪酸（SCFA）を生成する。 これらのSCFAは、胃のpHを下げ、クロストリジウム・ディフィシルのような有害な病原体の増殖を抑制することにより、宿主の抗菌免疫反応を高める（Ouyang et al 2022）。クロストリジウム・ディフィシル（Clostridium difficile）は日和見感染性の下痢性病原体で、抗生物質治療によって誘発されることが多く、世界中で重大な罹患率と死亡率を引き起こしている（Gregory et al 2021）。
SCFAの増加をサポートする食品は、食事性ポリフェノール、フラクトオリゴ糖、イヌリン、レジスタントスターチ、ガム、ペクチンなどの難消化性炭水化物や繊維である。 さらに、腸内細菌叢の常在菌や一過性の細菌の多くは、バクテリオシンと呼ばれる少量の抗菌性分子（マイクロシン、エンテロシン、スタフィロコッキンなど）を産生し、特定のコロニー形成病原体を排除する能力を持つ（Heilbronner et al 2021）。 SCFAはまた、腸上皮細胞の完全性を維持する働きもある。
微生物のバランスが崩れたり、粘膜バリアが破壊されたりすると、腸管上皮の透過性が高まり、ディスバイオーシスと呼ばれるプロセスが起こる。 残念なことに、腸内細菌異常症は、関節リウマチ、多発性硬化症、セリアック病など複数の自己免疫疾患を悪化させる（Chang and Choi 2023; Chen and Vitetta 2021）。 健康な腸内細菌叢は、体内のホメオスタシスを劇的に維持し、適切に機能する免疫系をサポートします。
ビタミンと毒素
私たちの健康に不可欠な特定のビタミンは、腸内細菌叢でのみ生成される。 ほとんどのビタミンは、外部から供給されなければならない。 ビタミンはさまざまな食品に含まれているが、食生活の乱れによって欠乏症が起こる可能性があるということだ。
意外なことに、腸内細菌叢はビタミンをデノボ（最初から）合成している可能性があり、特にビタミンKの30％以上と、リボフラビン、ナイアシン、コバラミンなどのビタミンB群を合成している（Nysten and Dijick 2023）。 ビタミンKは骨、認知機能、心臓の健康に必要であり、ビタミンB群はエネルギーレベル、脳機能、細胞代謝に影響を与え、全体的な健康を維持するのに必要である。
ビタミンは私たちの健康に不可欠だが、それ以外の化学物質は私たちにとって極めて有害である。 私たちは、人為的に発生した公害から食品添加物や農薬に至るまで、常に異種生物（すなわち、生物の環境には通常存在しない化学物質）にさらされている。 腸内細菌叢の代謝がなければ、多くの有害物質が毒性濃度に達してしまうだろう（Croom 2012）。 遺伝子の多様性により、健康な腸には、私たち自身の代謝能力をはるかに超える無数の異種物質を生体内変換する強力な代謝能力が備わっている（Dikeocha et al 2022; Abdelsalam et al 2020）。
腸と脳のつながり
あなたの脳と腸内細菌叢は、何百万もの神経細胞を通じて絶えず会話している。 腸と脳のつながりとは、消化管に生息する細菌と中枢神経系との間で起こる生化学的シグナル伝達のことである。 生化学的シグナルは、SCFA（Obata and Pachnis 2016）、5-ヒドロキシトリプタミン（5-HT、セロトニン）、γ-アミノ酪酸（GABA；Pokusaeva et al 2017）、コルチゾール（Valles-Colomer et al 2019）などのホルモンなどの神経伝達物質（Reynoso-Garcia et al 2022）によって開始される。 腸と脳はともに、感情、認知、脳疾患の病態生理に直接的または間接的に影響を及ぼす。
例えば、私たちの神経伝達物質セロトニンの95％は腸で生成され、感情（すなわち、気分、睡眠、消化、吐き気、治癒、骨の健康、血液凝固、性的欲求；Terry and Margolis 2017）を調節している。 うつ病性障害のような他の神経精神疾患も腸内細菌異常症と関係がある。 一般的に、バチロタ菌の減少はうつ病によるSCFAの減少を説明し、腸管バリアに影響を与える（Huang et al 2018）。 さらに、うつ病ではビフィズス菌レベルも低下しており、ビフィドバクテリウム・ロンガムや ビフィドバクテリウム・ブレーベのようなプロバイオティクス種の再導入により、抑うつ行動が減少し、5-ヒドロキシトリプトファンと酪酸の分泌が増加した（Tian et al 2019）。
結局のところ、私たちが直感を持ったり、胃の中に蝶のようなものを感じたり、自分の直感を信頼したりするのは、腸内細菌叢と脳の間のクロストークに耳を傾けているのだ。
私たちは腸内細菌とともに “スーパーオーガニズム “を形成している。 私たちは互いに依存している。 数兆の細胞、数千の異なる種、そして比較的無制限の遺伝子機能を持つ腸内細菌叢は、私たちの生活に欠かせない日常的な機能を果たしているが、私たちはそれを過小評価している。 私たちはマイクロバイオームに感謝し、それを育むことで、健康の中心地から十分な恩恵を受けることができるのだ。
著者について
ブリガム・ヤング大学微生物生態学・生物地球化学教授。 オレゴン州ポートランドで生まれ育ち、BYU、カリフォルニア大学デービス校、ミシガン州立大学で教育を受けた。
参考文献
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