Loading article…
腸内細菌叢、腸内マイクロバイオーム、または腸内フローラは、動物の消化管に生息する細菌、古細菌、真菌、ウイルスなどの微生物です。[ 1 ] [ 2 ]消化管メタゲノムは、腸内細菌叢のすべてのゲノムの集合体です。[ 3 ] [ 4 ]腸は、ヒトのマイクロバイオームの主な場所です。[ 5 ]腸内細菌叢は、定着、病原体への抵抗、腸上皮の維持、食事や医薬品化合物の代謝、免疫機能の制御、さらには腸脳軸を介した行動への影響など、幅広い影響を及ぼします。[ 4 ]腸内細菌叢の不均衡（ディスバイオシス）は、炎症性腸疾患、特定のがん、さらには神経疾患など、数多くの疾患と関連付けられており、マイクロバイオームを標的とした治療法の開発に向けた取り組みが強化されている。[ 6 ]
腸内細菌叢の微生物構成は、消化管の各部位によって異なります。結腸には、これまでに研究されたヒト関連微生物群集の中で最も高い微生物密度があり、300～1000種の異なる種が存在します。[ 7 ]細菌は、現在までに最もよく研究されている最大の構成要素であり、腸内細菌の99%は、約30～40種の細菌に由来します。[ 8 ]糞便の乾燥質量の約55%は細菌です。[ 9 ]腸内の細菌の99%以上は嫌気性ですが、盲腸では好気性細菌が高密度に達します。[ 5 ]ヒトの腸内細菌叢には、ヒトゲノムの約100倍の遺伝子があると推定されています。
ヒトでは、腸内細菌叢は体の他の部位と比較して、細菌の数と種類が最も多い。[ 10 ]腸内細菌叢を構成する細菌の数はおよそ10¹³〜10¹⁴（10～100兆）である。[ 11 ]ヒト では、腸内細菌叢は出生時に確立され、2歳までに徐々に成人の状態に似た状態へと移行する。[ 12 ]これは、腸上皮と腸粘膜バリアの発達と成熟と一致する。このバリアは、腸内細菌叢との共生関係を維持し、病原体から保護するために不可欠である。[ 13 ] [ 14 ]
腸内細菌叢とヒトとの関係は、単なる共生（無害な共存）ではなく、むしろ相利共生の関係である。[ 5 ] : 700ヒトの腸内微生物の中には、食物繊維を酢酸や酪酸などの短鎖脂肪酸（SCFA）に発酵させ 、宿主に吸収させることで宿主に利益をもたらすものがある。[ 10 ] [ 15 ]腸内細菌は、特定のビタミンB群やビタミンKの合成、胆汁酸、ステロール、異物代謝にも関与している。[ 5 ] [ 15 ] SCFAやそれらが産生する他の化合物の全身的な重要性はホルモンに似ており、腸内細菌叢自体が内分泌器官のように機能しているように見える。[ 15 ]腸内細菌叢の調節異常は、多くの炎症性疾患や自己免疫疾患と関連付けられている。[ 10 ] [ 16 ]
ヒトの腸内細菌叢の構成は、時間の経過とともに、食事の変化に伴い、また全体的な健康状態の変化に伴い変化します。[ 10 ] [ 16 ] 2016年の系統的レビューでは、市販されている特定のプロバイオティクス細菌株を用いて実施された前臨床試験および小規模なヒト試験を調査し、特定の中枢神経系疾患に最も有用である可能性のあるものを特定しました。[ 17 ]また、野菜と食物繊維が豊富な地中海食は、脳に有益な細菌の活動と増殖を刺激することも強調しておくべきです。[ 18 ]
腸内細菌叢の微生物構成は消化管全体で異なります。胃と小腸には、一般的に比較的少数の細菌種しか存在しません。[ 7 ] [ 19 ]真菌、原生生物、古細菌、ウイルスも腸内フローラに存在しますが、それらの活動についてはあまり知られていません。[ 20 ]
腸内の多くの種は培養できないため、宿主の外では研究されていません。[ 19 ] [ 8 ] [ 21 ]ほとんどの個人に共通する少数のコア微生物種はありますが、微生物の集団は大きく異なる場合があります。[ 22 ]個人内では、微生物集団は時間の経過とともにかなり一定に保たれますが、ライフスタイル、食事、年齢の変化によりいくつかの変化が生じます。[ 7 ] [ 23 ]ヒトマイクロバイオームプロジェクトは、ヒトの腸やその他の身体部位の微生物叢をより詳細に記述することを目指しています。
ヒトの腸内に優勢な細菌門は、バシロタ（ファーミキューテス）、バクテロイデス門、アクチノミセス門、シュードモナス門の4つである。[ 24 ]ほとんどの細菌は、バクテロイデス属、クロストリジウム属、フェカリバクテリウム属、[ 7 ] [ 8 ]ユーバクテリウム属、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に属する。[ 7 ] [ 8 ]エシェリヒア属やラクトバチルス属などの他の属は、より少ない割合で存在する。[ 7 ]バクテロイデス属の種だけで腸内の全細菌の約30%を占めており、この属が宿主の機能において特に重要であることを示唆している。[ 19 ]
腸内で検出された真菌属には、カンジダ、サッカロミセス、アスペルギルス、ペニシリウム、ロドトルラ、トラメテス、プレオスポラ、スクレロチニア、ブレラ、ガラクトミセスなどがある。[ 25 ] [ 26 ]ロドトルラは炎症性腸疾患の患者で最もよく見られ、カンジダは B型肝炎肝硬変や慢性 B型肝炎の患者で最もよく見られる。 [ 25 ]
古細菌は腸内細菌叢のもう一つの大きなグループを構成しており、細菌の発酵産物の代謝において重要な役割を果たしている。
工業化は微生物叢の変化と関連しており、多様性の減少は特定の種を絶滅に追いやる可能性がある。2018年、研究者らはヒト微生物叢のバイオバンクリポジトリを提案した。[ 27 ]
エンテロタイプとは、年齢、性別、体重、または国籍に関係なく、ヒトの腸内マイクロバイオームにおける細菌生態系に基づいて分類された生物の分類です。 [ 28 ]長期的な食事がエンテロタイプに影響を与えるという兆候があります。[ 29 ] 3 つのヒトエンテロタイプが提案されていますが、[ 28 ] [ 30 ]その価値には疑問が呈されています。[ 31 ]
胃の酸性度が高いため、ほとんどの微生物はそこで生存できません。胃の微生物叢の主な細菌は、 Firmicutes、Bacteroidetes、Actinobacteria、Fusobacteriota、およびProteobacteriaの5つの主要な門に属します。優勢な属は、 Prevotella、Streptococcus、Veillonella、Rothia、およびHaemophilusです。[ 32 ]既存の胃の微生物叢とH. pyloriの導入との相互作用は、病気の進行に影響を与える可能性があります。[ 32 ] H. pyloriが存在すると、それが微生物叢の優勢種になります。[ 33 ]
小腸には胃との近接性や影響により微量の微生物が存在する。グラム陽性球菌と桿菌が小腸に見られる主な微生物である。[ 5 ]しかし、小腸の遠位部ではアルカリ性環境により腸内細菌科のグラム陰性菌が優勢となる。 [ 5 ]小腸の細菌叢は、腸のさまざまな機能に関与している。細菌叢は、腸の発達と機能を可能にする調節シグナルを提供する。小腸での細菌の過剰増殖は腸不全につながる可能性がある。[ 35 ]さらに、大腸には人体最大の細菌生態系が存在する。[ 5 ]大腸と糞便の細菌叢の約99%は、バクテロイデス属やビフィドバクテリウム属などの偏性嫌気性菌で構成されている。[ 36 ]大腸の微生物群集を乱す要因には、抗生物質、ストレス、寄生虫などがある。[ 5 ]
細菌は結腸内の細菌叢の大部分を占めており[ 37 ] 、糞便中の窒素の60%を占めている[ 7 ] 。この事実から、糞便は腸内細菌叢の理想的な供給源となり、糞便検体から核酸を抽出し、細菌プライマーを用いて細菌16S rRNA遺伝子配列を生成することで、あらゆる検査や実験が可能となる。この検査方法は、生検などの侵襲的な手法よりも好ましい場合が多い。
腸内細菌叢は、バクテロイデス門、バチルス門（フィルミクテス門）、アクチノミセス門、シュードモナス門、ベルコミクロビオタ門の5 つの門が支配的であり、バクテロイデス門とバチルス門が構成の 90% を占めています。[ 38 ]腸内には 300 [ 7 ]から 1000種もの異なる細菌が生息しており[ 19 ]、ほとんどの推定では約 500 種となっています。 [ 39 ] [ 40 ]しかし、細菌の 99% は 30 種または 40 種程度に由来し、健康な成人ではFaecalibacterium prausnitzii (フィルミクテス門) が最も一般的な種であると考えられます。[ 8 ] [ 41 ]
研究によると、腸内細菌叢と人間の関係は単なる共生（無害な共存）ではなく、むしろ相互共生関係であると考えられています。[ 19 ]人間は腸内細菌叢がなくても生存できますが、[ 39 ]微生物は、未使用のエネルギー基質の発酵、プロピオン酸や酢酸などの代謝最終産物による免疫系のトレーニング、有害種の増殖の防止、腸の発達の調節、宿主のためのビタミン（ビオチンやビタミンKなど）の産生、宿主に脂肪を蓄積させるホルモンの産生など、多くの有用な機能を果たしています。[ 5 ]腸内細菌叢とそのマイクロバイオームまたは遺伝子コレクションの大幅な変化と不均衡は肥満と関連しています。[ 42 ]しかし、特定の条件下では、一部の種は感染を引き起こしたり、宿主の癌リスクを高めたりすることで病気を引き起こす可能性があると考えられています。 [ 7 ] [ 37 ]
真菌も腸内細菌叢の一部を構成しているが、その活動についてはあまり知られていない。[ 43 ]
自然環境における真菌の蔓延のため、腸内真菌叢の恒久的な構成員となる属や種を特定することは困難である。[ 44 ] [ 45 ]ペニシリウム属がチーズなどの食品から得られる腸内フローラの恒久的構成員か一時的な構成員かについての研究が進められているが、この属のいくつかの種は、体温 とほぼ同じ37℃付近の温度で生存することが知られている。[ 45 ]ビール酵母であるサッカロミセス・セレビシエは、摂取後に腸に到達することが知られており、過剰に存在する場合には自己醸造症候群の原因となる可能性がある。[ 45 ] [ 46 ] [ 47 ]一方、カンジダ・アルビカンスは恒久的な構成員である可能性が高く、垂直感染によって出生時に獲得されると考えられている。[ 48 ]
ヒトウイルス群には、ヒトの体内に存在するすべてのウイルスが含まれており、生体細胞に感染するウイルスから、マイクロバイオーム内の細菌に感染するバクテリオファージまで多岐にわたる。これらのうち、バクテリオファージが圧倒的に多い。 [ 49 ]
生涯を通じて、マイクロバイオームの構成進化には共通のパターンが存在する。[ 50 ]一般的に、糞便サンプルの微生物叢の構成の多様性は、子供よりも大人の方が有意に高いが、個人差は大人よりも子供の方が大きい。[ 51 ]微生物叢が大人のような構成に成熟する過程の大部分は、生後最初の3年間で起こる。[ 51 ]
腸内細菌叢の構成が変化すると、腸内で産生される細菌タンパク質の構成も変化します。成人の腸内細菌叢では、発酵、メタン生成、アルギニン、グルタミン酸、アスパラギン酸、リジンの代謝に関与する酵素が高頻度で存在することがわかっています。対照的に、乳児の腸内細菌叢では、システイン代謝と発酵経路に関与する酵素が優勢です。 [ 51 ]
腸内細菌叢の構成は、集団の地理的起源によって異なる。プレボテラ属のトレードオフ、ウレアーゼ遺伝子の存在、グルタミン酸シンターゼ/分解、またはアミノ酸分解やビタミン生合成に関与するその他の酵素をコードする遺伝子の存在における変動は、米国、マラウイ、またはアメリカ先住民起源の集団間で有意な差を示している。[ 51 ]
米国人の腸内細菌叢には、グルタミン分解に関わる酵素やビタミンおよびリポ酸生合成に関わる酵素が多く存在します。一方、マラウイ人やアメリカ先住民の腸内細菌叢には、グルタミン酸シンターゼに関わる酵素が多く存在し、α-アミラーゼも過剰に存在します。米国人の食生活はアメリカ先住民やマラウイ人よりも脂肪分が多く、アメリカ先住民やマラウイ人はトウモロコシを多く摂取しているため、食生活が腸内細菌叢の構成を決定する主な要因であると考えられます。[ 51 ]
さらなる研究により、ヨーロッパの子供とアフリカの農村の子供の間で腸内細菌叢の構成に大きな違いがあることが示されています。フィレンツェの子供の糞便細菌は、ブルキナファソの小さな農村のブールポンの子供の糞便細菌と比較されました。この村に住む典型的な子供の食事は、脂肪と動物性タンパク質がほとんどなく、多糖類と植物性タンパク質が豊富です。ヨーロッパの子供の糞便細菌はフィルミクテスが優勢で、生物多様性が著しく減少していましたが、ブールポンの子供の糞便細菌はバクテロイデスが優勢でした。アフリカの集団における腸内マイクロバイオームの生物多様性の増加と異なる構成は、通常消化できない植物多糖類の消化を助け、非感染性大腸疾患の発生率の低下につながる可能性があります。[ 52 ]狩猟採集民の集団の研究は、生計戦略が腸内マイクロバイオームの構成に与える影響をさらに実証しています。タンザニアの狩猟採集民であるハッザ族の研究では、イタリアの対照群と比較して微生物の多様性が著しく高く、繊維質の植物性食品の発酵に関連するトレポネーマ、プレボテラ、未分類のバクテロイデスなどの分類群が豊富であることがわかった。 [ 53 ]同様に、西洋人との接触が記録されていないベネズエラのヤノマミ族の腸内微生物叢の分析では、ヒト集団で記録された中で最も高い細菌多様性が明らかになった。これは、工業化と西洋の食生活が、祖先の微生物多様性の漸進的な喪失と関連していることを示唆している。[ 54 ]
より小規模なレベルでは、家族内で多くの共通の環境曝露を共有することが、個人のマイクロバイオーム構成の強力な決定要因であることが示されています。この効果は遺伝的影響を持たず、文化的に異なる集団で一貫して観察されています。[ 51 ]
栄養失調児は健康な子供に比べて腸内細菌叢が未熟で多様性も低く、栄養不足に伴う腸内細菌叢の変化が栄養失調の病態生理学的原因となる可能性がある。[ 55 ] [ 56 ]栄養失調児は通常、潜在的に病原性のある腸内細菌叢が多く、口や喉に酵母が多く存在する。 [ 57 ]食事を変えることで腸内細菌叢の構成と多様性が変化する可能性がある。[ 58 ]
アメリカン・ガット・プロジェクトとヒト・マイクロバイオーム・プロジェクトの研究者らは、12の微生物科の存在量が個人の人種や民族によって異なることを発見した。これらの関連性の強さはサンプルサイズが小さいことによって制限されている。アメリカン・ガット・プロジェクトは1,375人の個人からデータを収集したが、その90%は白人であった。[ 59 ]アムステルダムで行われた都市環境における健康的な生活（HELIUS）研究では、オランダ系の祖先を持つ人々の腸内微生物叢の多様性が最も高く、南アジア系とスリナム系の祖先を持つ人々の多様性が最も低いことがわかった。この研究結果は、同じ人種または民族の個人は、異なる人種的背景を持つ個人よりも類似した微生物叢を持っていることを示唆している。[ 59 ]
2020年現在、少なくとも2つの研究が、個人の社会経済的地位（SES）と腸内細菌叢との関連性を示している。シカゴで行われた研究では、SESの高い地域に住む人々は腸内細菌叢の多様性が高いことがわかった。SESの高い地域の人々は、バクテロイデス属細菌もより豊富に持っていた。同様に、英国で行われた双子の研究でも、SESが高いほど腸内細菌叢の多様性が高いことがわかった。 [ 59 ]
2023年の時点で、ある研究では、抗生物質、特に広範囲の細菌感染症の治療に使用される抗生物質は、腸内細菌叢に悪影響を及ぼすことが示唆されています。[ 60 ]また、この研究では、抗体の使用により腸内細菌叢の多様性が減少し、多くの菌株が失われ、細菌が再出現するとしても、それは徐々にかつ長期にわたるものであることを懸念する腸内健康の専門家が多数いるとも述べています。[ 60 ]
1995年に腸内細菌叢の研究が始まったとき、[ 61 ]腸内細菌叢には3つの重要な役割があると考えられていました。病原体に対する直接的な防御、腸上皮の発達と維持における役割による宿主防御の強化、および食物中の消化できない化合物の代謝です。その後の研究で、発達中の免疫系の訓練における腸内細菌叢の役割が発見され、さらに腸脳軸における腸内細菌叢の役割に焦点が当てられました。[ 62 ] 腸内細菌叢は腸の健康に影響を与えるだけでなく、いわゆる「腸肺軸」を介した肺の免疫環境との相互作用を含む全身の免疫調節にも役割を果たしています。[ 63 ]
腸内細菌叢は、その空間を完全にコロニー化して利用可能なすべての栄養素を利用し、栄養素をめぐって競合する望ましくない微生物を殺したり阻害したりするサイトカインと呼ばれる化合物を分泌することによって、病原体に対する防御に直接的な役割を果たします。 [ 64 ]腸内細菌の異なる株は、異なるサイトカインの産生を引き起こします。サイトカインは、感染症に対する炎症反応を開始するために免疫系によって産生される化学物質です。腸内細菌叢の乱れは、通常は休眠状態にあるクロストリジオイデス・ディフィシルなどの競合する微生物が定着することを可能にします。[ 64 ]
乳児の腸内細菌叢は、生後 1 ～ 2 年以内に成人の腸内細菌叢と類似するようになる。[ 13 ]腸内細菌叢が確立されるにつれて、腸の内壁、すなわち腸上皮と、それが分泌する腸粘膜バリアは、微生物との共生関係を築く。[ 13 ]具体的には、粘膜を生成する杯細胞が増殖し、粘膜層が厚くなり、好ましい微生物が定着して栄養を摂取できる外側の粘膜層と、これらの微生物が侵入できない内側の層が形成される。[ 13 ] [ 14 ]さらに、腸上皮の一部を形成し、病原体を検出して反応する腸管関連リンパ組織(GALT) の発達は、腸内細菌叢が確立される時期に起こる。[ 13 ]発達する GALT は腸内細菌叢の種に対しては耐性があるが、他の微生物に対しては耐性がない。[ 13 ] GALT は通常、乳児が摂取する食物や、食物から生成される腸内細菌叢の代謝産物(代謝によって形成される分子) に対しても耐性を持つようになる。[ 13 ]
ヒトの免疫系は、自身を守るために炎症を引き起こすサイトカインと、恒常性を維持し、損傷や障害後の治癒を可能にするために免疫応答を抑制するサイトカインを生成します。[ 13 ]腸内細菌叢に存在するさまざまな細菌種は、免疫系に選択的にサイトカインを生成させることができることが示されています。たとえば、Bacteroides fragilisや一部のClostridia種は抗炎症反応を促進するようですが、一部の分節糸状細菌は炎症性サイトカインの産生を促進します。[ 13 ] [ 65 ]腸内細菌叢は、免疫系による抗体の産生も調節することができます。 [ 13 ] [ 66 ]この調節の機能の 1 つは、B 細胞をIgAにクラススイッチさせることです。ほとんどの場合、B 細胞はクラススイッチを誘導するためにT ヘルパー細胞からの活性化を必要とします。しかし、別の経路では、腸内細菌叢が腸上皮細胞によるNF-κBシグナル伝達を引き起こし、その結果、さらにシグナル伝達分子が分泌される。 [ 67 ]これらのシグナル伝達分子はB細胞と相互作用し、IgAへのクラススイッチを誘導する。[ 67 ] IgAは、腸などの粘膜環境で使用される重要なタイプの抗体である。IgAは腸内細菌叢の多様化を助け、炎症反応を引き起こす細菌の除去に役立つことが示されている。[ 68 ]最終的に、IgAは宿主と腸内細菌の間で健康な環境を維持する。[ 68 ]これらのサイトカインと抗体は、腸外の肺や他の組織にも影響を与える可能性がある。[ 13 ]
2022年のレビューでは、腸内微生物がワクチンの免疫原性をどのように調節するかを評価するためのさまざまなメカニズムが予備研究中であり、抗原提示やサイトカインプロファイルへの影響も含まれると指摘されている。[ 69 ]
腸内細菌叢がなければ、ヒトの体は摂取した未消化の炭水化物の一部を利用できなくなる。なぜなら、腸内細菌叢の種類によっては、ヒトの細胞にはない特定の多糖類を分解する酵素を持っているからである。[ 15 ]腸内細菌叢が欠乏した無菌環境で飼育されたげっ歯類は、通常のげっ歯類と同じ体重を維持するために、 30%多くカロリーを摂取する必要がある。 [ 15 ]細菌の助けなしにはヒトが消化できない炭水化物には、特定のデンプン、食物繊維、オリゴ糖、乳糖不耐症の場合の乳糖のように体が消化吸収できなかった糖類、糖アルコール、腸で生成される粘液、タンパク質などがある。 [ 10 ] [ 15 ]
細菌は、糖分解発酵と呼ばれる発酵によって、発酵させた炭水化物を短鎖脂肪酸に変換します。[ 40 ]生成物には、酢酸、プロピオン酸、酪酸などがあります。[ 8 ] [ 40 ]これらの物質は宿主細胞によって利用され、主要なエネルギー源および栄養素を提供します。[ 40 ]ガス（シグナル伝達に関与し[ 74 ] 、鼓腸を引き起こす可能性があります）や乳酸などの有機酸も発酵によって生成されます。[ 8 ]酢酸は筋肉で使用され、プロピオン酸は肝臓でのATP生成を促進し、酪酸は腸細胞にエネルギーを提供します。[ 40 ]
腸内細菌叢はビオチンや葉酸などのビタミンも合成し、マグネシウム、カルシウム、鉄などの食事性ミネラルの吸収を促進する。 [ 7 ] [ 23 ] Methanobrevibacter smithii は細菌種ではなく、古細菌ドメイン のメンバーであるという点で独特であり、ヒトの消化管微生物叢で最も豊富なメタン生成古細菌種である。[ 75 ]
腸内細菌叢は、体内で生成されない、または少量しか生成されないビタミンKとB12の供給源としても機能します。 [ 76 ] [ 77 ]
セルロースを分解する細菌（ルミノコッカスなど）は、類人猿、古代人類社会、狩猟採集社会、さらには現代の農村人口にも広く分布している。しかし、工業化された社会では稀である。ヒトに共生する菌株は、トウモロコシ、米、小麦などの特定の植物繊維を分解できる遺伝子を獲得している。霊長類に見られる細菌株は、多くの非ヒト霊長類の食餌の一部である昆虫に豊富に含まれるポリマーであるキチンも分解できる。ヒトの腸内におけるこれらの細菌の減少は、西洋的なライフスタイルへの移行によって影響を受けた可能性が高い。[ 78 ]
ヒトのメタゲノム（すなわち、個人の遺伝子構成と、その個人の体上または体内に存在するすべての微生物）は、個人間で大きく異なります。[ 79 ] [ 80 ]人体の微生物細胞の総数（100兆個以上）は、ヒト細胞（数十兆個） をはるかに上回るため、 [注1 ] [ 79 ] [ 81 ]薬物と個人のマイクロバイオームの間には、薬物がヒトのマイクロバイオームの構成を変化させたり、微生物酵素による薬物代謝が薬物の薬物動態プロファイルを変化させたり、微生物による薬物代謝が薬物の臨床的有効性と毒性プロファイルに影響を与えたりするなど、相互作用が生じる可能性が非常に高いです。[ 79 ] [ 80 ] [ 82 ]
腸内細菌叢は炭水化物以外にも、薬物、植物化学物質、食品毒性物質などの他の異物も代謝することができます。30種類以上の薬物が腸内細菌叢によって代謝されることが示されています。[ 83 ]薬物の微生物代謝は、薬物を不活性化することもあります。[ 84 ]
腸内細菌叢は、特に経口投与される薬物を修飾する巨大な生化学的能力を持つ多様な遺伝子を含む豊かなコミュニティです。[ 85 ]腸内細菌叢は、直接的および間接的なメカニズムを介して薬物代謝に影響を与えることができます。[ 86 ]直接的なメカニズムは、投与された薬物の化学構造を修飾できる微生物酵素によって媒介されます。[ 87 ]逆に、間接的な経路は、シトクロムP450などの宿主代謝酵素の発現に影響を与える微生物代謝物によって媒介されます。[ 88 ] [ 86 ]腸内細菌叢が薬物の薬物動態と生物学的利用能に及ぼす影響は、数十年前から研究されています。[ 89 ] [ 90 ] [ 91 ]これらの影響は多様です。ロバスタチンなどの不活性薬を活性化したり、ジゴキシンなどの活性薬を不活性化したり、イリノテカンなどの薬物毒性を誘発したりする可能性がある。[ 92 ] [ 93 ] [ 94 ]それ以来、腸内細菌叢が多くの薬の薬物動態に及ぼす影響が盛んに研究されてきた。[ 95 ] [ 85 ]
ヒトの腸内細菌叢は、投与された薬剤がヒトに及ぼす影響を調節する上で重要な役割を果たします。腸内細菌叢は、脱炭酸酵素や脱水酸化酵素によるL-ドーパの微生物による生体内変換など、薬剤を代謝する能力を持つ一連の酵素を直接合成・放出することができます。[ 87 ]一方、腸内細菌叢は、宿主の薬物代謝を調節することによって薬剤の代謝を変化させることもあります。このメカニズムは、微生物代謝物によって媒介されるか、宿主代謝物を修飾することによって媒介され、その結果、宿主の代謝酵素の発現が変化します。[ 88 ]
多数の研究により、腸内細菌叢による50種類以上の薬剤の代謝が実証されている。[ 95 ] [ 86 ]例えば、ラクトンプロドラッグであるロバスタチン（コレステロール低下剤）は、ヒト腸内細菌叢によって部分的に活性化され、活性な酸水酸化代謝物を形成する。[ 92 ]逆に、ジゴキシン（うっ血性心不全の治療薬）は、腸内細菌叢の一員（すなわち、Eggerthella lanta）によって不活性化される。[ 96 ] Eggerthella lantaは、ジゴキシンによって上方制御され、ジゴキシンの不活性化に関連するシトクロムをコードするオペロンを持っている。[ 96 ]腸内細菌叢は、イリノテカンなどの化学療法剤の有効性と毒性を調節することもできる。[ 97 ]この効果は、胃腸毒性を引き起こすイリノテカンの活性型を回収するマイクロバイオーム由来のβ-グルクロニダーゼ酵素に由来する。[ 98 ]
腸内のこの微生物群集は、食物繊維などの食事性食品の代謝変換によって生成されることもある独特の二次代謝産物や、インドールや胆汁酸などの内因性生物化合物を生成する膨大な生化学的能力を持っています。[ 99 ] [ 100 ] [ 101 ]微生物代謝産物、特に短鎖脂肪酸（SCFA）と二次胆汁酸（BA）は、ヒトの健康状態と疾患状態において重要な役割を果たしています。[ 102 ] [ 103 ] [ 104 ]
腸内細菌叢によって産生される最も重要な細菌代謝産物の 1 つは、二次胆汁酸 (BA) です。[ 101 ]これらの代謝産物は、コール酸 (CA) やケノデオキシコール酸 (CDCA) などの一次胆汁酸が細菌によって生体変換されて、それぞれ二次胆汁酸 (BA) であるリトコール酸 (LCA) とデオキシコール酸 (DCA) に産生されます。[ 105 ]肝細胞によって合成され、胆嚢に貯蔵される一次胆汁酸は疎水性です。これらの代謝産物は、その後、腸内細菌叢によって疎水性が増した二次代謝産物に代謝されます。[ 105 ]胆汁酸塩加水分解酵素 (BSH) は、バクテロイデス、フィルミクテス、アクチノバクテリアなどの腸内細菌叢の門全体で保存されており、二次胆汁酸代謝の最初のステップを担っています。[ 105 ] DCAやLCAなどの二次胆汁酸（BA）は、クロストリジオイデス・ディフィシルの発芽と増殖の両方を阻害することが実証されている。[ 104 ]
腸内細菌叢は腸の恒常性を維持するために重要です。腸がんの発症は、自然な腸内細菌叢の不均衡（ディスバイオシス）と関連しています。[ 106 ] 二次胆汁酸であるデオキシコール酸は、腸がんの発症率増加につながる微生物群集の変化と関連しています。[ 106 ] ディスバイオシスによって大腸が二次胆汁酸に曝露される機会が増えると、 DNA損傷を引き起こす可能性があり、そのような損傷は大腸の細胞に発がん性突然変異を引き起こす可能性があります。[ 107 ]ディスバイオシスの影響を受ける大腸の細菌密度（約10 12 /ml）は、小腸の細菌密度（約10 2 /ml）に比べて高いため、小腸に比べて大腸のがん発生率が10倍以上高いことが原因である可能性があります。[ 107 ]
腸内細菌叢は消化と免疫調節に寄与しており、腸脳軸において、短鎖脂肪酸や神経伝達物質などの微生物代謝物が脳機能や行動に影響を与える役割を果たしています。腸脳軸とは、消化管と中枢神経系の間で起こる生化学的シグナル伝達のことです。[ 62 ]この用語は、腸内細菌叢の相互作用における役割を含むように拡張されており、「マイクロバイオーム-脳軸」という用語は、腸内細菌叢を明示的に含むパラダイムを説明するために使用されることがあります。[ 62 ] [ 108 ] [ 109 ]広義には、腸脳軸には、中枢神経系、視床下部-下垂体-副腎軸（HPA軸）を含む神経内分泌系および神経免疫系、腸管神経系、迷走神経、腸内細菌叢を含む自律神経系の交感神経系および副交感神経系が含まれます。[ 62 ] [ 109 ]
2016年に実施された、市販されている特定のプロバイオティクス細菌株を用いた前臨床研究および小規模ヒト試験の系統的レビューでは、ビフィドバクテリウム属およびラクトバチルス属（B. longum、B. breve、B. infantis、L. helveticus、L. rhamnosus、L. plantarum、およびL. casei）が特定の中枢神経系疾患に関心を集めていることがわかった。[ 17 ]
広範囲抗菌薬の服用などによって腸内細菌の数を変化させると、宿主の健康状態や食物の消化能力に影響を与える可能性があります。[ 110 ]抗生物質は、腸を直接刺激したり、腸内細菌叢のレベルを変化させたり、病原菌の増殖を促したりすることで、抗生物質関連下痢を引き起こす可能性があります。 [ 8 ]抗生物質のもう1つの有害な影響は、使用後に発見される抗生物質耐性菌の増加であり、これらの菌が宿主に侵入すると、抗生物質では治療が困難な病気を引き起こします。[ 110 ]
腸内細菌叢の数や種類が変化すると、体が炭水化物を発酵させ、胆汁酸を代謝する能力が低下し、下痢を引き起こす可能性があります。分解されない炭水化物は水分を過剰に吸収して軟便を引き起こしたり、腸内細菌叢によって生成される短鎖脂肪酸の不足が下痢を引き起こす可能性があります。[ 8 ]
常在細菌種のレベルが低下すると、C. difficileやSalmonella Kedougou などの有害な種の増殖を抑制する能力も損なわれ、これらの種が制御不能になる可能性があるが、過剰増殖は偶発的なものであり、下痢の真の原因ではない可能性がある。[ 7 ] [ 8 ] [ 110 ] C. difficile 感染症に対する新たな治療プロトコルには、ドナーの糞便の糞便微生物叢移植が含まれる（糞便移植を参照）。[ 111 ]治療の初期報告では、90% の成功率と副作用の少なさが報告されている。有効性は、バクテロイデスおよびフィルミクテスの細菌の細菌バランスを回復することによるものと推測されている。[ 112 ]
重篤な疾患では、抗生物質の使用だけでなく、腸の虚血、摂食障害、免疫不全などの要因によって腸内細菌叢の構成も変化します。この悪影響により、病原菌のみを殺し、健康な細菌の再定着を可能にする治療法である選択的消化管除菌への関心が高まっています。 [ 113 ]
抗生物質は消化管内の微生物叢の構成を変化させ、これによりコミュニティ内の代謝相互作用が変化し、炭水化物の使用によるカロリー摂取量が変化し、宿主の代謝、ホルモン、免疫恒常性に全体的に影響を及ぼします。[ 114 ]
ラクトバチルス属を含むプロバイオティクスを摂取すると、抗生物質関連下痢の予防に役立つ可能性があり、サッカロミセス属（例：サッカロミセス・ブラウディ）を含むプロバイオティクスを摂取すると、全身性抗生物質治療後のクロストリジオイデス・ディフィシル感染症の予防に役立つ可能性があるという妥当な証拠がある。[ 115 ]
妊娠が進むにつれて女性の腸内細菌叢は変化し、その変化は糖尿病などのメタボリックシンドロームで見られる変化と類似しています。腸内細菌叢の変化は悪影響を及ぼしません。新生児の腸内細菌叢は母親の妊娠初期のサンプルに似ています。特定の種の数が増加するにつれて、マイクロバイオームの多様性は妊娠初期から後期にかけて減少します。[ 116 ] [ 117 ]
プロバイオティクスには生きた微生物が含まれています。摂取すると、マイクロバイオームの構成を変化させることで健康上の利点をもたらすとされています。[ 118 ] [ 119 ] [ 120 ]現在の研究では、免疫系を刺激し、炎症誘発性サイトカインを抑制することで腸内微生物のバランスを回復させる方法としてプロバイオティクスを使用することが検討されています。[ 118 ]
腸内細菌叢に関して言えば、プレバイオティクスは一般的に消化されない繊維化合物であり、消化されずに消化管の上部を通過し、有益な腸内細菌の基質として作用することで、それらの増殖や活動を刺激します。[ 40 ] [ 121 ]
シンバイオティクスとは、プロバイオティクスとプレバイオティクスを相乗効果の形で組み合わせた食品成分または栄養補助食品を指します。[ 122 ]
「ファーマバイオティクス」という用語は、さまざまな意味で使われており、プロバイオティクス、プレバイオティクス、またはシンバイオティクスの医薬品製剤（医薬品として規制当局の承認を得られる標準化された製造）[ 123 ]、最高のパフォーマンス（保存期間、消化管内での生存など）のために遺伝子操作またはその他の方法で最適化されたプロバイオティクス[ 124 ]、および腸内細菌叢の代謝による天然物（ビタミンなど）[ 125 ]を意味します。
一部のプロバイオティクス菌株による治療が、過敏性腸症候群、炎症性腸疾患、腹部膨満感の治療に有効である可能性を示す証拠がいくつかあります。[ 126 ] [ 127 ] [ 128 ] [ 129 ]症状の軽減につながる可能性が最も高い微生物には、以下のようなものがあります。
非抗生物質薬がヒト腸内細菌に影響を与えるかどうかを調べる試験は、 1000種類以上の市販薬を40種類の腸内細菌株に対して試験管内分析することで実施され、24%の薬が少なくとも1種類の細菌株の増殖を阻害することが示された。[ 130 ]
消化管内の細菌は、さまざまな方法で病気に寄与したり、病気の影響を受けたりする可能性があります。ある種の細菌の存在や過剰は、炎症性腸疾患などの炎症性疾患に寄与する可能性があります。[ 7 ]さらに、腸内細菌叢の特定のメンバーの代謝産物は、宿主のシグナル伝達経路に影響を与え、肥満や大腸がんなどの疾患に寄与する可能性があります。[ 7 ]また、腸内細菌の中には、例えば腸から体の他の部分に移行すると、感染症や敗血症を引き起こすものもあります。[ 7 ]
ヘリコバクター・ピロリ菌感染は、細菌が胃上皮に侵入し、炎症性貪食反応を引き起こすことで胃潰瘍の形成を開始させる可能性があります。 [ 131 ]その結果、炎症は壁細胞を損傷し、壁細胞は胃に過剰な塩酸を放出し、保護粘液の産生が減少します。 [ 132 ]胃酸が細胞の防御機能を圧倒し、内因性プロスタグランジン合成を阻害し、粘液と重炭酸塩の分泌を減少させ、粘膜の血流を減少させ、損傷に対する抵抗力を低下させることで、胃粘膜の損傷が発生し、潰瘍につながります。 [ 132 ]胃粘膜の保護機能が低下すると、胃酸、ペプシン、胆汁酸塩によるさらなる損傷と潰瘍形成に対する脆弱性が高まります。 [ 131 ] [ 132 ]
通常は共生細菌である細菌も、腸管から排出されると宿主に害を及ぼす可能性がある。[ 13 ] [ 14 ]細菌が腸管粘膜を通して腸管から排出される転座は、さまざまな疾患で起こりうる。[ 14 ]腸管に穿孔が生じると、細菌が間質に侵入し、致命的な感染症を引き起こす可能性がある。[ 5 ] : 715
炎症性腸疾患の主な2つのタイプであるクローン病と潰瘍性大腸炎は、腸の慢性炎症性疾患です。これらの疾患の原因は不明であり、腸内細菌叢とその宿主との関係の問題がこれらの疾患に関与していると考えられています。 [ 16 ] [ 133 ] [ 134 ] [ 135 ]さらに、腸内細菌叢と腸脳軸との相互作用がIBDに関与していると考えられており、視床下部-下垂体-副腎軸を介して媒介される生理的ストレスが腸上皮の変化を引き起こし、腸内細菌叢が腸管神経系と迷走神経のシグナル伝達を誘発する因子や代謝物を放出します。[ 4 ]
炎症性腸疾患患者では、健康な人に比べて腸内細菌叢の多様性が著しく低下しているようです。また、潰瘍性大腸炎患者ではプロテオバクテリアとアクチノバクテリアが優勢であり、クローン病患者ではエンテロコッカス・フェシウムといくつかのプロテオバクテリアが過剰に存在するようです。[ 4 ]
乳酸菌とビフィズス菌を含むプロバイオティクスを摂取することで腸内フローラの不均衡を是正すると、IBDにおける内臓痛と腸の炎症を軽減できるという妥当な証拠がある。 [ 115 ]
過敏性腸症候群は、ストレスとHPA軸の慢性的な活性化の結果であり、その症状には腹痛、排便の変化、炎症性サイトカインの増加が含まれます。全体として、研究では、過敏性腸症候群の患者では腸管内および粘膜の微生物叢が変化しており、これらの変化は下痢や便秘などの刺激の種類に関連している可能性があることがわかりました。また、腸内細菌叢の多様性が低下し、糞便中の乳酸菌とビフィズス菌のレベルが低く、大腸菌などの通性嫌気性菌のレベルが高く、フィルミクテス：バクテロイデスの比率が増加しています。[ 109 ]
喘息に関しては、先進国におけるその有病率の上昇を説明するために2つの仮説が提唱されている。衛生仮説は、先進国の子供たちは十分な微生物に曝露されていないため、保護的な役割を果たす特定の細菌分類群の有病率が低い可能性があると仮定している。[ 136 ] 2番目の仮説は、全粒穀物と食物繊維が不足し、単純糖が過剰である西洋型の食生活に焦点を当てている。[ 16 ]どちらの仮説も、免疫調節における短鎖脂肪酸（SCFA）の役割に収束している。これらの細菌発酵代謝物は、喘息の誘発を防ぐ免疫シグナル伝達に関与しており、SCFAレベルの低下は疾患と関連している。[ 136 ] [ 137 ] Lachnospira、Veillonella、Rothia、Faecalibacteriumなどの保護属の欠如は、SCFAレベルの低下と関連付けられている。[ 136 ]さらに、SCFAは食物繊維の細菌発酵によって生成されるが、食物繊維は西洋型の食生活では不足している。[ 16 ] [ 137 ] SCFAは腸内細菌叢と免疫疾患との関連性を示しており、2016年時点では活発な研究分野であった。[ 16 ]食物アレルギーやその他のアレルギーの増加についても同様の仮説が提唱されている。[ 138 ]
腸内細菌叢と1型糖尿病 との関連性は、酪酸や酢酸などの短鎖脂肪酸（SCFA）とも関連付けられています。細菌発酵によって酪酸と酢酸を生成する食事は、 T regの発現を増加させます。[ 139 ] T reg細胞はエフェクターT細胞を下方制御し 、その結果、腸内の炎症反応が減少します。 [ 140 ]酪酸は結腸細胞のエネルギー源です。したがって、酪酸を生成する食事は、タイトジャンクションの形成に十分なエネルギーを提供することで、腸の透過性を低下させます。[ 141 ]さらに、酪酸はインスリン抵抗性を低下させることも示されており、酪酸産生微生物が少ない腸内コミュニティは、2型糖尿病を発症する可能性を高める可能性があることを示唆しています。[ 142 ]酪酸を生成する食事は、結腸直腸癌の抑制効果も持つ可能性があります。[ 141 ]
腸内細菌叢は、消化されない多糖類の分解（難消化性デンプン、オリゴ糖、イヌリンの発酵）、腸管の完全性の強化または腸上皮の形成、エネルギーの収穫、病原体からの保護、宿主免疫の調節に役割を果たしているため、宿主の健康にとって非常に重要です。[ 143 ] [ 144 ]
いくつかの研究では、糖尿病患者の腸内細菌叢の構成が変化し、Lactobacillus gasseri、Streptococcus mutans 、Clostridiales のメンバーが増加し、 Roseburia intestinalisやFaecalibacterium prausnitziiなどの酪酸産生菌が減少することが示されています。[ 145 ] [ 146 ]この変化は、抗生物質の乱用、食事、年齢など多くの要因によるものです。
酪酸産生の減少は腸管透過性の欠陥と関連しており、グラム陰性細菌の細胞壁由来のリポ多糖類の循環レベルの上昇であるエンドトキシン血症につながる可能性がある。エンドトキシン血症はインスリン抵抗性の発症と関連していることがわかっている。[ 145 ]
さらに、酪酸の生成はセロトニンレベルに影響を与える。[ 145 ]セロトニンレベルの上昇は肥満に寄与しており、肥満は糖尿病の発症リスク因子であることが知られている。
ヒトの腸内微生物叢の構成は、食事性胆汁酸によって調節される。[ 147 ] [ 148 ] がん関連腸内微生物と脂肪と肉を多く含む食事との間には代謝的な関連性があるようだ。[ 149 ] げっ歯類では、高脂肪食に反応して腸内微生物叢によって産生される胆汁酸レベルの上昇は、大腸がんのリスク増加と関連している。[ 148 ]腸内微生物叢によって一次胆汁酸であるコール酸から産生される 二次胆汁酸であるデオキシコール酸は、高脂肪食に反応してヒトの大腸内容物中で上昇する。[ 147 ] [ 148 ] 大腸がんの発生率が高い集団では、胆汁酸、特に腸内微生物叢の作用によって産生されるデオキシコール酸の糞便中濃度が高い。[ 147 ] [ 148 ]
ヒトの腸内細菌叢の定着は出生前から始まっている可能性がある。[ 150 ]環境には腸内細菌叢の発達に影響を与える複数の要因があり、出生様式はその中でも最も影響力の大きいものの1つである。[ 151 ]
特に小児において、腸内細菌叢に大きな変化をもたらすことが観察されているもう1つの要因は、抗生物質の使用であり、BMIの上昇などの健康問題[ 152 ] [ 153 ]や、肥満などの代謝性疾患のリスク増加[ 154 ]と関連している。乳児では、アモキシシリンとマクロライドが、ビフィズス菌、腸内細菌、クロストリジウムの細菌クラスの変化を特徴とする腸内細菌叢の著しい変化を引き起こすことが観察されている[ 155 ] 。成人における1回の抗生物質投与は、細菌と真菌の両方の腸内細菌叢に変化をもたらし、真菌群集ではさらに持続的な変化が生じる[ 156 ] 。細菌と真菌は腸内で共存しており、栄養源をめぐる競争が存在する可能性が高い[ 157 ] [ 158 ]。Seelbinderら。腸内の常在細菌が、特にプロピオン酸、酢酸、および 5-ドデセン酸などの代謝産物によってカンジダ・アルビカンスの増殖と病原性を調節することがわかっています。 [ 156 ]カンジダは以前からIBDと関連付けられており[ 159 ]、さらに重度のIBD患者に投与される生物学的製剤であるインフリキシマブに反応しない患者で増加していることが観察されています。[ 160 ]プロピオン酸と酢酸はどちらも短鎖脂肪酸（SCFA）であり、腸内細菌叢の健康に有益であることが観察されています。[ 161 ] [ 162 ] [ 163 ]抗生物質が腸内の細菌の増殖に影響を与えると、特定の真菌が過剰に増殖する可能性があり、それが制御されないと病原性を持つ可能性があります。[ 156 ]
腸内細菌叢は、少なくとも部分的には微生物代謝産物によって、生涯を通じて血液脳関門（BBB）の機能を調節します。 [ 164 ] BBBは、循環と脳実質間の物質の移動を厳密に制御する選択透過性膜です。[ 165 ]発生過程において、無菌マウスは胚期から成体期までタイトジャンクションタンパク質の減少に伴いBBB透過性が増加しますが、成熟した微生物叢の定着により酪酸などのSCFAを介してバリア機能が回復します。[ 166 ]この発生上の影響は持続し、早産に関連する腸内細菌叢を持つマウスは生後早期にBBB透過性の亢進と認知障害を示しますが、満期出産に関連する微生物叢を持つマウスはBBBが無傷のままです。[ 167 ]加齢に伴い、Firmicutes / Bacteroidetes比の増加を伴う微生物叢組成の変化は、BBB 機能の低下、P 糖タンパク質活性の低下、および認知障害と相関する。[ 168 ]これらの影響は、バリアの完全性を高める SCFA やメチルアミンなどの微生物代謝物によって媒介される可能性があり、トリメチルアミンN -オキシドはBBB 機能を保護するが、その前駆体であるトリメチルアミンはそれを破壊します。[ 169 ] [ 170 ] [ 171 ] [ 172 ]
腸内細菌叢は消化過程において重要な役割を担っているため、肥満やメタボリックシンドロームに関与していると考えられています。西洋型の食生活は腸内細菌叢の変化を促し維持するようで、その結果、食物から得られるエネルギー量やそのエネルギーの利用方法が変化します。 [ 135 ] [ 173 ]西洋型の食生活ではしばしば不足している健康的な食事の要素の一つは、健康な腸内細菌叢の繁栄に必要となる食物繊維やその他の複合炭水化物です。西洋型の食生活に対する腸内細菌叢の変化は、腸内細菌叢によって生成されるエネルギー量を増加させるようで、これが肥満やメタボリックシンドロームの一因となっている可能性があります。[ 115 ]また、腸内細菌叢の嗜好に基づいて腸内細菌叢が摂食行動に影響を与え、最終的に宿主がより多くの食物を摂取し、肥満につながる可能性があるという証拠もあります。一般的に、腸内細菌叢の多様性が高いほど、微生物は他の微生物との競争にエネルギーと資源を費やし、宿主を操作することにはあまりエネルギーと資源を費やさないことが観察されている。腸内細菌叢の多様性が低い場合はその逆で、これらの微生物は協力して宿主の食物欲求を生み出す可能性がある。[ 58 ]
さらに、肝臓は、グリコーゲン合成と糖新生の代謝経路を介してグルコースの取り込みと貯蔵のバランスを維持することにより、血糖恒常性において主要な役割を果たしています。腸内脂質は、腸-脳-肝臓軸を介してグルコース恒常性を調節します。脂質を上部腸管に直接投与すると、上部腸管の長鎖脂肪酸アシル補酵素A（LCFA-CoA）レベルが上昇し、横隔膜下迷走神経切断または腸管迷走神経求心路遮断下でもグルコース産生が抑制されます。これにより、脳と腸管間の神経接続が遮断され、上部腸管脂質のグルコース産生抑制能力がブロックされます。腸-脳-肝臓軸と腸内細菌叢の構成は、肝臓のグルコース恒常性を調節することができ、肥満と糖尿病の治療のための潜在的な治療法を提供します。[ 174 ]
腸内細菌叢が肥満の発症を促進するフィードバックループとして機能するのと同様に、カロリー摂取を制限すること（つまりダイエット）が腸内細菌叢の構成に変化をもたらす可能性があるという証拠がある。[ 135 ]
ヒトの腸内細菌叢の構成は、他の大型類人猿の腸内細菌叢の構成と似ています。しかし、ヒトの腸内細菌叢は、チンパンジー属（チンパンジーとボノボ）から進化的に分岐して以来、多様性が減少し、構成が変化しています。[ 175 ]ヒトでは、動物性タンパク質と脂肪を多く含む食事に関連する細菌門であるバクテロイデスが増加し、複雑な植物多糖類を発酵するメタンブレビバクター属とフィブロバクター属が減少しています。[ 175 ]これらの変化は、チンパンジー属（チンパンジーとボノボ）から進化的に分岐して以来、ヒトが経験してきた食事、遺伝、文化の変化が複合的に作用した結果です。
ヒトや脊椎動物に加えて、一部の昆虫も複雑で多様な腸内細菌叢を持ち、重要な栄養的役割を果たしている。[ 2 ]シロアリに関連する微生物群集は、個体の重量の大部分を占め、リグノセルロースの消化と窒素固定において重要な役割を果たすことがある。[ 176 ]抗生物質[ 177 ]やホウ酸[ 178 ] （予防治療で一般的に使用される薬剤）などの薬剤を使用してシロアリの腸内細菌叢を破壊すると、消化機能に深刻な損傷を与え、日和見病原菌の増加につながることが知られている。[ 145 ]これらの群集は宿主特異的であり、近縁の昆虫種は腸内細菌叢の構成において類似性を共有している。[ 179 ] [ 180 ]ゴキブリでは、腸内細菌叢は接種量に関係なく決定論的に集合することが示されている。[ 181 ]この宿主特異的な集合の理由は依然として不明である。シロアリやゴキブリなどの昆虫に関連する細菌群集は、主に食餌などの複数の要因の組み合わせによって決定されるが、宿主の系統発生も系統の選択に役割を果たしている可能性があるという兆候がある。[ 179 ] [ 180 ]
51年以上前から、低用量の抗菌剤を投与すると家畜の成長が促進され、体重増加につながることが知られている。[ 114 ]
マウスで行われた研究では、異なる抗生物質を治療量以下の用量で投与された動物では、 FirmicutesとLachnospiraceaeの比率が有意に上昇しました。糞便のカロリー含有量と消化管内の短鎖脂肪酸（SCFA）の濃度を分析することにより、微生物叢の組成の変化が、通常は消化できない成分からカロリーを抽出する能力の増加とSCFAの産生の増加につながると結論付けられました。これらの知見は、抗生物質が消化管微生物叢の組成だけでなく、特にSCFAに関してその代謝能力も撹乱するという証拠を提供します。[ 114 ]
科学者グループは現在、研究対象とした人々の腸内に3つの異なる生態系が存在すると報告している。
{{cite journal}}: CS1 maint: 設定の上書き (リンク){{cite journal}}: CS1 maint: 設定の上書き (リンク)は、未同定の酵素を介してトリプトファンを
インドール-3-アルデヒド（I3A）に変換する[125]。Clostridium
sporogenesは、おそらくトリプトファン脱アミノ酵素を介してトリプトファンを
IPAに変換する[6]。
…IPAはヒドロキシルラジカルも強力に除去する
表2：微生物代謝産物：その合成、作用機序、および健康と疾患への影響 図1：インドールとその代謝産物の宿主生理機能と疾患に対する分子作用機序
産生は腸内細菌叢の存在に完全に依存することが示され、細菌 Clostridium sporogenes によるコロニー形成によって確立できること
がわかった
。
IPA代謝図
これまでヒトの血漿および脳脊髄液で同定されているが、その機能は不明である。
フリーラジカル捕捉剤を用いた速度論的競合実験において、IPAのヒドロキシルラジカル捕捉能力は、天然に存在する最も強力なフリーラジカル捕捉剤と考えられているインドールアミンであるメラトニンを上回った。他の抗酸化物質とは異なり、IPAは酸化促進活性を持つ反応性中間体には変換されなかった。
マイクロバイオームの構成は解剖学的部位によって異なる (図 1)。群集構成の主な決定要因は解剖学的部位である。個人間の変動は大きく
23,24
、単一の個人のほとんどの部位で見られる時間的変動よりも大きい
25
。