ヒトマイクロバイオーム

統計分析は得られた結果を検証するために不可欠であり（ANOVAはグループ間の差の大きさを測定するために使用できる）、グラフツールと組み合わせることで、結果を容易に視覚化して理解することができる。^{[ 25 ]}

メタゲノムが組み立てられると、マイクロバイオームの機能的可能性を推測することが可能になります。この種の解析の計算上の課題は、単一ゲノムの場合よりも大きくなります。これは、メタゲノムアセンブラーの品質が一般的に低く、回収された遺伝子の多くが不完全または断片化されているためです。遺伝子同定ステップの後、データは、ターゲット遺伝子をオーソログデータベースに対して多重アライメントすることによって機能アノテーションを実行するために使用できます。^{[ 26 ]}

マーカー遺伝子解析は、プライマーを利用して特定の遺伝子領域を標的とし、微生物の系統発生を決定する技術です。この遺伝子領域は、詳細な識別を可能にする高度に可変な領域によって特徴付けられ、PCRで使用されるプライマーの結合部位として機能する保存領域によって区切られています。細菌と古細菌を特徴付けるために使用される主な遺伝子は16S rRNA遺伝子であり、真菌の識別は内部転写スペーサー（ITS）に基づいています。この技術は高速で比較的安価であり、微生物サンプルの低解像度分類を可能にします。宿主DNAによって汚染されている可能性のあるサンプルに最適です。プライマーの親和性はすべてのDNA配列間で異なるため、増幅反応中にバイアスが生じる可能性があります。低存在量のサンプルは、PCRサイクルの増加に伴って他の汚染微生物が過剰に存在するため、過剰増幅エラーの影響を受けやすくなります。プライマー選択の最適化は、このようなエラーを減らすのに役立つが、サンプル中に存在する微生物とその相対的な存在量に関する完全な知識が必要となる。^{[ 27 ]}

マーカー遺伝子解析はプライマーの選択によって影響を受ける可能性があります。この種の解析では、十分に検証されたプロトコル（地球マイクロバイオームプロジェクトで使用されているものなど）を使用することが望ましいです。マーカー遺伝子アンプリコン解析の最初のステップは、シーケンスエラーを除去することです。多くのシーケンスプラットフォームは信頼できますが、見かけ上の配列の多様性のほとんどは、シーケンス処理中のエラーによるものです。この現象を減らすために、最初のアプローチは、シーケンスを操作的分類単位（OTU）にクラスタリングすることです。このプロセスでは、類似したシーケンス（通常、97%の類似度閾値が採用されます）を、後続の解析ステップで使用できる単一の特徴に統合します。ただし、この方法では、 SNPが単一のOTUにクラスタリングされるため、SNPは破棄されます。もう1つのアプローチはオリゴタイピングで、16S rRNAシーケンスからの位置特異的情報を使用して、小さなヌクレオチド変異を検出し、近縁の異なる分類群を区別します。これらの方法では、OTUではなく、サンプルごとのDNAシーケンスと異なるシーケンスのカウントの表が出力されます。^{[ 27 ]}

解析におけるもう1つの重要なステップは、データ中の微生物配列に分類名を割り当てることです。これは、属レベルで約80%の精度を達成できる機械学習アプローチを使用して行うことができます。他の一般的な解析パッケージは、参照データベースとの完全一致を使用して分類学的分類をサポートしており、より高い特異性を提供しますが、感度は低くなります。分類されていない微生物は、さらにオルガネラ配列について確認する必要があります。^{[ 27 ]}

系統推定を利用する多くの手法では、古細菌と細菌には16S rRNA遺伝子、真核生物には18S rRNA遺伝子が用いられます。系統比較法(PCM) は、微生物間の複数の形質の比較に基づいており、共有形質の数が多いほど、より近縁な関係にあることを示します。通常、PCM は、より有意な結果を得るために、系統一般化最小二乗法 (PGLS) やその他の統計解析と組み合わせて用いられます。祖先状態再構築は、形質が不明な分類群の形質値を推定するために、マイクロバイオーム研究で用いられます。これは、利用可能なデータベースに依存するPICRUStを用いて一般的に行われます。系統変数は、研究の種類に応じて研究者によって選択されます。重要な生物学的情報を持ついくつかの変数を選択することで、解析するデータの次元を削減することが可能です。^{[ 28 ]}

系統発生を考慮した距離は通常、UniFracやSørensen指数やRaoのDなどの類似ツールを用いて、異なる群集間の違いを定量化するために行われます。これらの方法はすべて、水平遺伝子伝達（HGT）によって悪影響を受けます。なぜなら、エラーが発生し、遠縁の種間の相関関係が生じる可能性があるからです。HGTの悪影響を軽減するには、複数の遺伝子の使用や、推定されるHGTイベントの確率を評価するための計算ツールの使用など、さまざまな方法があります。^{[ 28 ]}

微生物群集は非常に複雑なダイナミクスで発達し、生態系として捉えて分析することができます。微生物間の生態学的相互作用がその変化、平衡、安定性を支配し、個体群動態モデルで表すことができます。^{[ 29 ]} マイクロバイオームの生態学的特徴の研究は急速に進展しており、マイクロバイオームの基本的な特性を理解することができます。微生物群集の根底にあるルールを理解することは、不安定な微生物群集に関連する疾患の治療に役立つ可能性があります。非常に基本的な疑問は、異なる微生物群集を共有する異なる人間が、同じ根底にある微生物ダイナミクスを持っているかどうかです。^{[ 30 ]}微生物ダイナミクスが普遍的であるという証拠が増えています。^{[ 31 ]}この疑問は、科学者が人間の微生物群集の複雑なダイナミクスに基づいて治療戦略を開発することを可能にする基本的なステップです。微生物の影響を受ける疾患状態を減らすことを目標として、人間の微生物ダイナミクスを制御するための介入戦略を開発するには、考慮すべき重要な特性が数多くあります。^{[ 32 ]}

微生物（細菌や酵母など）の集団は、体のさまざまな部位の皮膚や粘膜表面に生息しています。これらの微生物の役割は、正常で健康な人間の生理機能の一部を形成していますが、微生物の数が通常の範囲を超えて増加した場合（多くの場合、免疫系の機能低下による）、または微生物が（不十分な衛生状態や怪我などによって）通常はコロニー形成されていない、または無菌である体の部位（血液、下気道、腹腔など）に生息した場合、病気が発生する可能性があります（それぞれ、菌血症/敗血症、肺炎、腹膜炎を引き起こします）。^{[ 33 ]}

ヒトマイクロバイオームプロジェクトでは、個人は何千種類もの細菌を宿しており、体の部位によってそれぞれ特徴的な細菌群集が存在することがわかった。皮膚や膣の部位は、口や腸よりも多様性が低く、口や腸は最も多様性が高い。体の特定の部位の細菌構成は、種類だけでなく量も人によって異なる。口全体に見られる同じ種の細菌は複数の亜型があり、口の中の明らかに異なる場所に生息することを好む。これまでよく理解されていると考えられていたヒトの腸内のエンテロタイプでさえ、分類群の境界が曖昧な幅広いスペクトルの細菌群集から構成されている。^{[ 34 ] [ 35 ]}

人間の腸内には500～1,000種の細菌が生息していると推定されているが、それらはわずか数門に属しており、バチルス門とバクテロイデス門が優勢であるが、シュードモナス門、ベルコミクロビオ門、アクチノバクテリオ門、フソバクテリオ門、シアノバクテリア門も存在する。^{[ 36 ]}

口の中には、主にミュータンス連鎖球菌やその他の嫌気性菌など、多くの種類の細菌が生息しており、プラークと呼ばれる粘着性物質の一部を形成しています。これが歯磨きで除去されないと、歯石（歯垢とも呼ばれる）に硬化します。これらの細菌は、歯のエナメル質を溶かす酸も分泌し、虫歯を引き起こします。^{[ 37 ]}

膣内細菌叢は主に様々な乳酸桿菌種から構成されている。これらの種の中で最も一般的なのはLactobacillus acidophilusであると長い間考えられていたが、後にL. inersが最も一般的であり、次にL. crispatusが多いことが示された。膣内で見られる他の乳酸桿菌には、L. jensenii、L. delbrueckii、L. gasseriがある。膣内細菌叢の乱れは、細菌性膣炎やカンジダ症などの感染症を引き起こす可能性がある。^{[ 38 ]}

アーキアはヒトの腸内に存在しますが、この臓器に存在する細菌の膨大な多様性とは対照的に、アーキア種の数ははるかに限られています。^{[ 39 ]}優勢なグループはメタン生成菌であり、特にMethanobrevibacter smithiiとMethanosphaera stadtmanaeです。^{[ 40 ]}しかし、メタン生成菌の定着は変動があり、ヒトの約50%だけがこれらの生物の容易に検出可能な個体群を持っています。^{[ 41 ]}

2007年の時点では、アーキア病原体の明確な例は知られていなかったが、^{[ 42 ] [ 43 ]}一部のメタン生成菌の存在とヒトの歯周病との関連性が示唆されている。^{[ 44 ]}メタン優勢の小腸内細菌過剰増殖症（SIBO）も主にメタン生成菌、特にMethanobrevibacter smithiiによって引き起こされる。^{[ 45 ]}

真菌、特に酵母はヒトの腸内に存在します。^{[ 46 ] [ 47 ] [ 48 ] [ 49 ]}これらのうち最もよく研​​究されているのはカンジダ属で、免疫不全の宿主だけでなく健康な宿主でも病原性を持つ可能性があるためです。 ^{[ 47 ] [ 48 ] [ 49 ]}酵母は皮膚にも存在し、^{[ 46 ]}マラセチア属などは皮脂腺から分泌される油を消費します。^{[ 50 ] [ 51 ]}

ウイルス、特に細菌ウイルス（バクテリオファージ）は、体のさまざまな部位に定着します。定着する部位には、皮膚^{[ 52 ]}、腸^{[ 53 ]} 、肺^{[ 54 ]}、口腔^{[ 55 ]}などがあります。ウイルス群集はいくつかの疾患と関連しており、単に細菌群集を反映しているわけではありません。^{[ 56 ] [ 57 ] [ 58 ]}

2024年1月、生物学者たちはヒトのマイクロバイオームにおいて、ウイロイド様要素の新しいクラスである「オベリスク」と、それに関連するタンパク質のグループである「オブリン」を発見したと報告した。 ^{[ 59 ] [ 60 ]}

非病原性アメーバの多くの種が、 Endolimax nana 、 Entamoeba属のいくつかの種（特にEntamoeba coli、E. hartmanni、E. polecki ）、およびIodamoeba buetschlii種など、共生生物としてヒトの消化管に生息することが知られている。^{[ 61 ]}

10 人の健康な人間のそれぞれ 20 か所の皮膚部位を調べた研究では、19 の細菌門に属する 205 属が同定され、配列の大部分は、放線菌門(51.8%)、桿菌門(24.4%)、シュードモナス門(16.5%)、バクテロイデス門(6.3%) の 4 つの門に割り当てられました。^{[ 62 ]}健康な人間の皮膚には多数の真菌属が存在し、体の部位によって多少のばらつきがありますが、病理的状態では、特定の属が影響を受けた部位で優勢になる傾向があります。^{[ 46 ]}例えば、マラセチアはアトピー性皮膚炎で優勢であり、アクレモニウムはフケのある頭皮で優勢です。^{[ 46 ]}

皮膚は病原性微生物の侵入を防ぐバリアとして機能します。人間の皮膚には、皮膚内または皮膚表面に生息する微生物が存在し、常在性または一時的なものがあります。常在微生物の種類は、人体の皮膚の種類によって異なります。微生物の大部分は皮膚の表層細胞に生息するか、腺と共生することを好みます。皮脂腺や汗腺などのこれらの腺は、微生物に水、アミノ酸、脂肪酸を提供します。さらに、皮脂腺に関連する常在細菌はグラム陽性であることが多く、病原性を持つ場合があります。^{[ 4 ]}

結膜には通常、少数の細菌と真菌が存在します。^{[ 46 ] [ 63 ]}細菌の種類には、グラム陽性球菌（例：ブドウ球菌、連鎖球菌）とグラム陰性桿菌および球菌（例：ヘモフィルス、ナイセリア）が含まれます。^{[ 63 ]}真菌の属には、カンジダ、アスペルギルス、ペニシリウムが含まれます。^{[ 46 ]}涙腺は継続的に分泌し、結膜を湿潤に保ち、断続的な瞬きは結膜を潤滑し、異物を洗い流します。涙にはリゾチームなどの殺菌剤が含まれているため、微生物はリゾチームに耐えて上皮表面に定着することが困難です。

ヒトの場合、乳児の消化管マイクロバイオームの構成は出生時に確立され、最初の数年で成人のマイクロバイオームに成熟します。^{[ 68 ]}帝王切開または経腟分娩 による出産も腸内微生物の構成に影響を与えます。経腟分娩で生まれた赤ちゃんは、母親に見られるものと同様の非病原性で有益な腸内細菌叢を持っています。^{[ 69 ]}しかし、帝王切開で生まれた赤ちゃんの腸内細菌叢には、大腸菌やブドウ球菌などの病原性細菌が多く含まれており、非病原性で有益な腸内細菌叢が発達するにはより多くの時間が必要です。^{[ 70 ]}

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。^{[ 4 ]}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）に発酵させる ことで宿主に利益をもたらし、SCFAは宿主に吸収される。^{[ 6 ] [ 71 ]} 腸内細菌は、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。^{[ 4 ] [ 71 ]} 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。^{[ 71 ]}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。^{[ 6 ] [ 72 ]}

ヒトの腸内細菌叢の構成は、時間の経過とともに、食事の変化や全体的な健康状態の変化に伴って変化します。^{[ 6 ] [ 72 ]} 2016年7月の15件のヒト無作為化比較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の特定の市販プロバイオティクス細菌株（B. longum、B. breve、B. infantis、L. helveticus、L. rhamnosus、L. plantarum、およびL. casei）を1日あたり10⁹～10¹⁰コロニー形成単位（CFU）の用量で¹～²か月間経口摂取すると、不安、うつ病、自閉症スペクトラム障害、強迫性障害などの特定の中枢神経系障害に対する治療効果（すなわち、行動結果の改善）があり、記憶の特定の側面を改善することがわかりました。^{[ 73 ]}    

泌尿生殖器系には微生物叢が存在するようですが、^{[ 76 ] [ 77 ]}これは、尿路感染症の兆候が見られる場合に尿中の細菌を検出するために標準的な臨床微生物培養法が長年使用されてきたことを考えると、予想外の発見です。これらの検査では細菌が存在しないことがよく示されています。^{[ 78 ]}一般的な培養法では、通常存在する多くの種類の細菌やその他の微生物を検出できないようです。 ^{[ 78 ]} 2017年現在、シーケンス法を使用してこれらの微生物を特定し、尿路の問題を抱えている人と健康な人の間で微生物叢に違いがあるかどうかを判断しています。^{[ 76 ] [ 77 ] [ 79 ]}泌尿生殖器系ではなく膀胱のマイクロバイオームを適切に評価するには、尿検体を膀胱から直接採取する必要があります。これは多くの場合、カテーテルを使用して行われます。^{[ 80 ]}

膣内微生物叢とは、膣に定着する種および属を指します。これらの微生物は、感染症から身を守り、膣の健康を維持する上で重要な役割を果たします。^{[ 81 ]}閉経前の女性に見られる膣内微生物の中で最も豊富なのは、過酸化水素と乳酸を産生することで病原菌を抑制するラクトバチルス属です。 ^{[ 48 ] [ 81 ] [ 82 ]}細菌種の構成と比率は、月経周期の段階によって異なります。^{[ 83 ] [ 84 ]}人種も膣内フローラに影響を与えます。アフリカ系アメリカ人女性では過酸化水素産生乳酸桿菌の発生率が低く、膣内pHが高いです。^{[ 85 ]}性交や抗生物質などの他の影響因子は、乳酸桿菌の減少と関連付けられています。^{[ 82 ]}さらに、コンドームを使用した性交は乳酸桿菌のレベルを変化させ、膣内フローラ内の大腸菌のレベルを増加させることが研究でわかっています。 ^{[ 82 ]}正常で健康な膣内微生物叢の変化は、カンジダ症や細菌性膣炎^などの感染症の兆候です。^{[ 86 ]}カンジダ・アルビカンスは乳酸桿菌の増殖を阻害しますが、過酸化水素を産生する乳酸桿菌は^、膣と腸の両方でカンジダ・アルビカンス^の増殖と病原性を阻害します。 ^{[ 46 ] [ 48 ] [ 49 ]}

膣内で検出された真菌属には、カンジダ、ピキア、ユーロチウム、アルテルナリア、ロドトルラ、クラドスポリウムなどがある。^{[ 46 ]}

最近まで胎盤は無菌器官と考えられていましたが、胎盤組織に生息する共生性の非病原性細菌種および属が特定されています。^{[ 87 ] [ 88 ] [ 89 ]}しかし、胎盤にマイクロバイオームが存在することは、いくつかの研究で批判されているように議論の的となっています。いわゆる「胎盤マイクロバイオーム」は、バイオマス量の少ないサンプルが容易に汚染されるため、試薬の汚染に由来する可能性が高いです。^{[ 90 ] [ 91 ] [ 92 ]}

最近まで、女性の上部生殖器は無菌環境であると考えられていました。生殖年齢の健康で無症状の女性の子宮には、さまざまな微生物が生息しています。子宮のマイクロバイオームは、膣や消化管のマイクロバイオームとは大きく異なります。^{[ 93 ]}

人間の口内環境は、そこに特有の微生物の増殖を可能にする。口内は水分と栄養分の供給源であり、適度な温度も提供する。^{[ 4 ]}口内の常在微生物は歯や歯茎に付着し、口から胃への機械的な洗浄に抵抗する。胃では、酸に弱い微生物は塩酸によって破壊される。^{[ 4 ] [ 48 ]}

口腔内の嫌気性細菌には、Actinomyces、Arachnia、Bacteroides、Bifidobacterium、Eubacterium、Fusobacterium、Lactobacillus、Leptotrichia、Peptococcus、Peptostreptococcus、Propionibacterium、Selenomonas、Treponema、Veillonellaなどがある。^{[ 94 ]} 口の中によく見られる真菌の属には、カンジダ、クラドスポリウム、アスペルギルス、フザリウム、グロムス、アルテルナリア、ペニシリウム、クリプトコッカスなどがある。^{[ 46 ]}

細菌は、口腔内の硬組織と軟組織の両方にバイオフィルムとして蓄積し、環境要因や抗菌剤から保護されながら口腔内で付着して増殖します。^{[ 95 ]}唾液はバイオフィルムの恒常性維持に重要な役割を果たし、細菌の再定着を可能にし、バイオフィルムの蓄積を剥離することで増殖を制御します。^{[ 96 ]} また、栄養素と温度調節の手段も提供します。バイオフィルムの位置によって、バイオフィルムが受ける栄養素の種類が決まります。^{[ 97 ]}

口腔細菌は、環境を感知し、宿主を回避または改変するメカニズムを進化させてきた。しかし、非常に効率的な宿主の自然防御システムが細菌の定着を常に監視し、局所組織への細菌の侵入を防いでいる。歯垢細菌と宿主の自然防御システムの間には動的な平衡が存在する。^{[ 98 ]}

宿主の口腔と口腔微生物の間のこのダイナミクスは、体内への侵入経路となるため、健康と病気において重要な役割を果たします。^{[ 99 ]} 健康な平衡状態では、口腔微生物が病原体の増殖と付着を制限し、宿主が病原体が繁栄するための環境を提供する共生関係が成立します。^{[ 99 ] [ 95 ]}免疫状態の変化、常在微生物のシフト、栄養素の利用可能性などの生態学的変化は、相互関係から寄生関係へと変化し、宿主が口腔疾患や全身疾患にかかりやすくなります。^{[ 95 ]}糖尿病や心血管疾患などの全身疾患は、口腔衛生状態の悪さと相関関係があります。^{[ 99 ]}特に注目すべきは、う蝕と歯周病という2つの主要な歯科疾患における口腔微生物の役割です。^{[ 98 ]}歯周組織における病原体のコロニー形成は、過剰な免疫反応を引き起こし、歯と歯肉の間の深い隙間である歯周ポケットを形成します。^{[ 95 ]}これは、嫌気性病原菌の栄養分が豊富な血液の保護された貯蔵庫として機能します。^{[ 95 ]}口腔微生物が歯周ポケットや口腔粘膜の病変組織を通過して血液に入り込むことで、体のさまざまな部位で全身性疾患が発生する可能性があります。^{[ 99 ]}

口腔および全身疾患を予防する主な方法は、適切な口腔衛生を継続的に行うことです。^{[ 99 ]}口腔衛生は、バイオフィルムの密度と、病気を引き起こす可能性のある病原性細菌の過剰増殖を減少させます。^{[ 97 ]}しかし、口腔マイクロバイオーム、遺伝、および免疫応答の変化が慢性感染症の発症に関与するため、適切な口腔衛生だけでは十分ではない可能性があります。^{[ 97 ]}抗生物質の使用は、すでに広がっている感染症を治療できますが、バイオフィルム内の細菌には効果がありません。^{[ 97 ]}

黄色ブドウ球菌は、鼻腔における主要な病原菌種である。

口腔と同様に、上気道と下気道には微生物を除去するための機械的な防御機構があります。杯細胞は粘液を生成し、微生物を捕捉して、絶えず動く繊毛上皮細胞を介して呼吸器系から微生物を運び出します。^{[ 4 ]}さらに、リゾチーム酵素を含む鼻粘液によって殺菌効果が生じます。^{[ 4 ]}上気道と下気道には独自の微生物叢が存在するようです。^{[ 100 ]}肺の細菌微生物叢は、 Prevotella、Sphingomonas、Pseudomonas、Acinetobacter、Fusobacterium、Megasphaera、Veillonella、Staphylococcus、およびStreptococcusの9つの主要な細菌属に属します。呼吸器系の「正常な微生物叢」と考えられている細菌の中には、特に免疫不全の人に深刻な病気を引き起こすものがあります。これらには、化膿レンサ球菌、インフルエンザ菌、肺炎レンサ球菌、髄膜炎菌、黄色ブドウ球菌などが含まれます。肺の真菌叢を構成する真菌属には、カンジダ属、マラセチア属、ネオサルトリア属、サッカロミセス属、アスペルギルス属などがあります。^{[ 46 ]}

嚢胞性線維症患者では、呼吸器系における細菌および真菌属の異常な分布が観察される。^{[ 46 ] [ 101 ]}彼らの細菌叢には、抗生物質耐性菌や増殖の遅い細菌が含まれていることが多く、これらの病原体の頻度は年齢に応じて変化する。^{[ 101 ]}

従来、胆道は通常無菌であると考えられており、胆汁中の微生物の存在は病理学的プロセスの指標とされてきた。この仮説は、正常な胆管からの細菌株の分離に失敗したことで確認された。2013年頃から、正常な胆道微生物叢は、胆道を外来微生物の定着から保護する独立した機能層であることを示す論文が出始めた。^{[ 102 ]}

血流中に生存可能な細菌が存在すると、強い免疫活性化が引き起こされ、比較的軽度の菌血症から生命を脅かす可能性のある敗血症まで、さまざまな臨床症候群が生じる可能性があります。菌血症は自然に発生する場合もあれば、肝移植などの医療処置の合併症として発生する場合もあります。^{[ 103 ]}

生きた微生物が存在しない場合でも、細菌の分解産物、特に微生物DNAの断片は血流に入り込み、腎臓の濾過や酵素分解によって除去されるまで一時的に体内に留まることがある。このことから、血液マイクロバイオームという概念が生まれた。これは、無傷で生きた細菌そのものではなく、主に循環する微生物DNAを反映したものである。

微生物DNAが血流に入る正確なメカニズムはまだ完全には解明されていませんが、特に腸管バリア機能の障害がある場合、消化管からの移行が主な原因と考えられており、これはいくつかの慢性炎症性疾患で観察される特徴です。^{[ 104 ]}

血液由来の微生物DNAシグネチャーは、糖尿病、心血管疾患、癌など、さまざまな疾患の潜在的な非侵襲性バイオマーカーとして研究されてきた。いくつかの研究では、このようなシグネチャーが癌の種類を区別できる可能性さえ示唆されている。^{[ 105 ] [ 106 ]}

関心が高まっているにもかかわらず、血液マイクロバイオームの存在とその生物学的意義については依然として議論が続いている。主な懸念事項としては、シーケンスとバイオインフォマティクス解析における技術的な限界、および汚染や解析アーティファクトのリスクが高いことが挙げられる。^{[ 107 ] [ 108 ]}

これらの不確実性に対処するため、循環微生物DNAがヒトマイクロバイオーム全体をどの程度代表しているかを判断するために、厳密に管理された前向きな多国籍概念実証研究が提案されている。^{[ 109 ]}

細菌C. difficile が圧倒的に存在すると、消化管感染症を引き起こします。これは通常、抗生物質の投与によって引き起こされたと考えられる腸内細菌叢の異常と関連しています。抗生物質の使用は、消化管内の有益な腸内細菌叢を根絶し、通常は病原菌が優勢になるのを防ぎます。^{[ 116 ]} C. difficile感染症の従来の治療法には、追加の抗生物質療法が含まれますが、有効率は平均 20 ～ 30% です。^{[ 117 ]}健康な腸内細菌の重要性を認識した研究者たちは、糞便微生物移植(FMT)と呼ばれる手順に注目しました。これは、 C. difficile感染症 (CDI)などの消化器疾患を患っている患者が、正常な機能を持つ腸内細菌叢を回復することを期待して、健康な人の糞便内容物を受け取るものです。^{[ 118 ]}糞便微生物移植は、抗生物質が効かなかった、または抗生物質投与後に再発したCDI患者に対して約85～90％の有効性があります。^{[ 119 ] [ 120 ]} CDI患者のほとんどは、1回のFMT治療で回復します。^{[ 121 ] [ 116 ] [ 122 ]}

がんは一般的に宿主の遺伝的要因と環境要因による疾患ですが、微生物はヒトのがんの約20%に関与しています。^{[ 123 ]}特に大腸がんの潜在的な要因に関しては、細菌密度は小腸の100万倍高く、大腸では小腸に比べて約12倍多くのがんが発生しており、大腸がんや直腸がんにおける微生物叢の病原性役割を確立している可能性があります。^{[ 124 ]}微生物密度は、大腸がんの評価における予後ツールとして使用できる可能性があります。 ^{[ 124 ]}

微生物叢は、(i) 腫瘍細胞の増殖と死のバランスを変えること、(ii) 免疫系の機能を調節すること、(iii) 宿主が産生する因子、食品、医薬品の代謝に影響を与えること、という 3 つの大きな方法で発がんに影響を与える可能性があります。^{[ 123 ]}皮膚、口腔咽頭、呼吸器、消化器、泌尿生殖器などの境界表面に発生する腫瘍には、微生物叢が存在します。腫瘍部位に微生物が相当数存在するからといって、関連性や因果関係が確立されるわけではありません。むしろ、微生物は腫瘍の酸素分圧や栄養プロファイルが好都合であると感じる可能性があります。特定の微生物の個体数の減少や酸化ストレスの誘発もリスクを高める可能性があります。^{[ 123 ] [ 124 ]地球上に存在する約 10 30}種類の微生物のうち、10 種類は国際がん研究機関によってヒト発がん物質として指定されています。^{[ 123 ]}微生物は、宿主の細胞増殖を直接促進するタンパク質やその他の因子を分泌したり、発がんに寄与する急性または慢性の炎症を引き起こすなど、宿主の免疫系を上方または下方制御したりする可能性があります。^{[ 123 ]}

免疫機能と炎症の発症の関係について、粘膜表面バリアは環境リスクにさらされ、恒常性を維持するために迅速に修復されなければなりません。宿主または微生物叢の回復力が低下すると、悪性腫瘍に対する抵抗力も低下し、炎症や癌を引き起こす可能性があります。バリアが破られると、微生物はさまざまな経路を介して炎症促進性または免疫抑制性のプログラムを引き起こす可能性があります。^{[ 123 ]}例えば、癌関連微生物は、腫瘍微小環境内でNF-κBシグナル伝達を活性化するようです。ヌクレオチド結合オリゴマー化ドメイン様受容体（NLR）ファミリーメンバーであるNOD-2、NLRP3、NLRP6 、 NLRP12などの他のパタ​​ーン認識受容体は、大腸癌の媒介に役割を果たしている可能性があります。^{[ 123 ]} 同様に、ヘリコバクター・ピロリは、胃で慢性炎症反応を引き起こすため、胃癌のリスクを高めるようです。^{[ 123 ] [ 124 ]}

炎症性腸疾患は、潰瘍性大腸炎とクローン病という2つの異なる疾患から成り、これらの疾患はいずれも腸内細菌叢の乱れ（ディスバイオシスとも呼ばれる）を伴います。このディスバイオシスは、腸内細菌の多様性の低下という形で現れ、^{[ 125 ] [ 126 ]}個人の自然免疫応答を変化させる宿主遺伝子の欠陥と相関しています。^{[ 125 ]}

過敏性腸症候群や腹部膨満感などの他の機能性消化器疾患の患者では、特定の細菌群の存在量の変化が研究で指摘されています。特に、ビフィドバクテリウムやラクトバチルスなどの有益な細菌のレベルが低下し、バクテロイデスやプロテオバクテリアなどの潜在的に有害な細菌のレベルが増加しています。これらの微生物の変化は、腸管透過性の亢進（「リーキーガット」）、内臓過敏症（腸管の刺激に対する感受性の増加）、腸管運動の変化、免疫系の活性化につながる可能性があります。^{[ 127 ] [ 128 ] [ 129 ] [ 130 ]}

消化管に生息する微生物と皮膚の健康との関係は、以前から提唱されてきた。20世紀初頭には、パン酵母（Saccharomyces cerevisiae ）の経口摂取がニキビ治療薬として商業的に宣伝されていた。^{[ 131 ]}

その後の科学的研究により、腸内細菌叢と皮膚の関連性を裏付ける証拠が得られました。乾癬患者では、サッカロミセス・セレビシエの減少が観察され、ジメチルフマル酸による治療後に可逆的であることが示されており、腸内真菌が疾患の調節に役割を果たしていることが示唆されています。^{[ 132 ]}

腸内細菌叢の変化は、他の炎症性皮膚疾患でも報告されている。例えば、腸内細菌叢の構成の変化は化膿性汗腺炎の疾患活動性と相関しており、腸内細菌叢を介した腸皮膚軸の概念を裏付けている。^{[ 133 ]}

腸と皮膚の関係は、潰瘍性大腸炎やクローン病などの慢性炎症性腸疾患の腸管外症状によってさらに明らかになる。これらの疾患では、腸内細菌叢の変化、特に抗炎症性細菌であるFaecalibacterium prausnitziiの減少が、乾癬を含む炎症性皮膚疾患と並行して起こることが示されている。^{[ 134 ]}

これらの観察結果を総合すると、双方向の微生物叢駆動型腸皮膚軸という概念が支持される。この枠組みは、腸と皮膚を独立した臓器系とみなす従来の考え方に疑問を投げかけ、疾患メカニズムの理解や、消化器系と皮膚の両方の健康を改善するために微生物生態系を標的とした治療戦略の開発に向けた新たな機会を示唆している。^{[ 135 ]}

HIV疾患の進行は腸内細菌叢の構成と機能に影響を与え、HIV陰性、HIV陽性、ART後HIV陽性の集団間で顕著な違いが見られます。HIVはタイトジャンクションに影響を与えることで腸上皮バリア機能の完全性を低下させます。この破壊により腸上皮を介した移行が可能になり、HIV感染者に見られる炎症の増加の一因となっていると考えられています。^{[ 136 ]}

膣内微生物叢はHIVの感染性に関与しており、膣内細菌のバランス異常を特徴とする細菌性膣炎を患っている女性では感染および伝播のリスクが増加する。 ^{[ 137 ]}膣内の炎症性サイトカインおよびCCR5+ CD4+細胞の増加に伴い感染性が増強される。しかし、抗炎症状態を促進する膣内乳酸菌 の増加に伴い感染性が低下する。 ^{[ 136 ]}

100歳以上の人、いわゆる百寿者は、独特の腸内マイクロバイオームを持っています。このマイクロバイオームは、新しい二次胆汁酸を合成できる微生物が特徴的に豊富です。^{[ 138 ]}これらの二次胆汁酸には、健康的な老化に寄与する可能性のあるリトコール酸のさまざまなアイソフォームが含まれます。 ^{[ 138 ]}

死後、生体のマイクロバイオームは崩壊し、ネクロバイオームと呼ばれる異なる微生物群が複雑な物理的分解過程の重要な活性成分として確立される。その時間経過に伴う予測可能な変化は、死亡時刻の特定に役立つと考えられている。^{[ 139 ] [ 140 ]}

ヒトのマイクロバイオームは、母親と子供の間だけでなく、同じ世帯に住む人々の間でも伝染する。^{[ 155 ] [ 156 ]}

一次研究によると、タイからの移民が米国に定住したとき^{[ 157 ]}やラテンアメリカ人が米国に移民したとき^{[ 158 ]}のように、人がある国から別の国に移住すると、微生物叢に即時の変化が生じる可能性がある。微生物叢の多様性の喪失は、肥満者や移民の子供でより大きかった^{[ 157 ] [ 158 ]}。

2024年の研究では、セルロースを消化できる腸内細菌叢がヒトのマイクロバイオームに存在し、工業化社会に住む人々ではその量が少ないことが示唆されている。^{[ 159 ] [ 160 ]}

セクソームとは、性交後に性器に残る微生物群を指します。法医学の分野では、セクソームは、男性のDNAが存在しない場合に、性犯罪事件の犯人特定ののに役立つ可能性があります。^{[ 161 ]}