腸内細菌

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腸内細菌（ちょうないさいきん）とは、ヒトや動物の腸の内部に生息している細菌のこと。ヒトの腸内には一人当たり100種類以上、100兆個以上の腸内細菌が生息しており、糞便のうち、約半分が腸内細菌またはその死骸であると言われている。宿主であるヒトや動物が摂取した栄養分の一部を利用して生活し、他の種類の腸内細菌との間で数のバランスを保ちながら、一種の生態系（腸内細菌叢、腸内常在微生物叢、腸内フローラ）を形成している。腸内細菌の種類と数は、動物種や個体差、消化管の部位、年齢、食事の内容や体調によって違いが見られるが、その大部分は偏性嫌気性菌である。なお、その名称から腸内細菌の代表のように考えられている大腸菌は、全体の0.1%にも満たない。

腸内細菌叢を構成している腸内細菌は、互いに共生しているだけでなく、宿主であるヒトや動物とも共生関係にある。宿主が摂取した食餌に含まれる栄養分を主な栄養源として発酵することで増殖し、同時にさまざまな代謝物を産生する。腸内細菌が発酵によって作り出したガスや悪臭成分がおならの一部になる。腸内細菌は、草食動物やヒトのような雑食動物において食物繊維を構成する難分解性多糖類を短鎖脂肪酸に転換して宿主にエネルギー源を供給したり、外部から侵入した病原細菌が腸内で増殖するのを防止する感染防御の役割を果たすなど、宿主の恒常性維持に役立っている。しかし、腸管以外の場所に感染した場合や、抗生物質の使用によって腸内細菌叢のバランスが崩れた場合には病気の原因にもなる。

[編集] 概要

ヒトをはじめ哺乳動物は、母親の胎内にいる間は、基本的に他の微生物が存在しない無菌の状態にある。生後3-4時間後には、外の環境と接触することによって、あるものは食餌を介して、あるものは母親などの近親者との接触で、あるものは出産時に産道で感染することによって、さまざまな経路で微生物が感染し、その微生物の一部は体表面、口腔内、消化管内、鼻腔内、泌尿生殖器などに定着して、その部位における常在性の微生物になる。その多くは真正細菌であるため、一般には常在細菌と総称されることが多い。このうち消化管の下部にあたる、腸管内の常在細菌が腸内細菌である。

腸内細菌は多数の雑多な菌種によって構成され、一人のヒトの腸内には100種以上（一説には500種類とも言う）100兆個の腸内細菌が存在していると言われる。一般にヒトの細胞数は60-70兆個程度と言われており、細胞の数ではそれに匹敵するだけの腸内細菌が存在することになる。ただし細菌の細胞は、ヒトの細胞に比べてはるかに小さいため、個体全体に占める重量比が宿主を上回ることはない。しかし、それでも成人一人に存在する腸内細菌の重量は約1.5 kgにのぼるとされる。腸管内容物を見ると、内容物1gに100億個から1000億個（10¹⁰-10¹¹個）の腸内細菌が存在しており、糞便の約半分は腸内細菌か、またはその死骸によって構成されている。

[編集] 腸内細菌叢とその構成

ヒトや動物の腸は、摂取した食餌を分解し吸収するための器官であるため、生物が生育するのに必要な栄養分が豊富な環境である。このため、体表面や泌尿生殖器などと比較して、腸内は種類と数の両方で、最も常在細菌が多い部位である。この多様な細菌群は、消化管内部で生存競争を繰り広げ、互いに排除したり共生関係を築きながら、一定のバランスが保たれた均衡状態にある生態系が作られる。このようにして作られた生態系を腸内細菌叢（ちょうないさいきんそう）と呼ぶ。なお、この系には細菌だけでなく酵母など菌類や、細菌に感染するファージなども混在してバランスを形成しているため、腸内常在微生物叢、腸内フローラ、腸内ミクロフローラなどという用語がより厳密ではあるが、一般にはこれらの細菌以外の微生物も含めて腸内細菌叢と呼ばれることが多い。

ヒトや動物が摂取した食餌は、口、食道、胃を経て、十二指腸などの小腸上部に到達し、その後、宿主に栄養分を吸収されながら、大腸、直腸へと送り出される。このため、消化管の場所によって、その内容物に含まれる栄養分には違いが生じる。また消化管に送り込まれる酸素濃度が元々高くないのに加えて、腸管上部に生息する腸内細菌が呼吸することで酸素を消費するため、下部に進むほど腸管内の酸素濃度は低下し、大腸に至るころにはほとんど完全に嫌気性の環境になる。このように同じ宿主の腸管内でも、その部位によって栄養や酸素環境が異なるため、腸内細菌叢を構成する細菌の種類と比率は、その部位によって異なる。一般に小腸の上部では腸内細菌の数は少なく、呼吸と発酵の両方を行う通性嫌気性菌の占める割合が高いが、下部に向かうにつれて細菌数が増加し、また同時に酸素のない環境に特化した偏性嫌気性菌が主流になる。

消化管の部位の違いによるヒト腸内細菌の数（内容物1gあたり）はおよそ以下の通りである。糞便に排出される菌の組成は、大腸のものに類似している。

小腸上部: 内容物1gあたり約1万（10⁴）個。Lactobacillus属、Streptococcus属、Veionella属、酵母など。好気性、通性嫌気性のものも多い。
小腸下部: 1gあたり10万-1000万（10⁵-10⁷）個。小腸上部の細菌に大腸由来の偏性嫌気性菌が混在。
大腸: 1gあたり100億-1000億（10¹⁰-10¹¹）個。ほとんどがBacteroides、Eubacterium、Bifidobacterium、Clostridiumなどの偏性嫌気性菌。小腸上部由来の菌は10⁵-10⁷個程度。

ヒト糞便菌叢の年齢による変化：糞便1g中における菌の組成を示した。糞便菌叢の組成は大腸下部の腸内細菌叢の組成を反映している。「腸内細菌科ほか」に含まれるものの一部を除き、そのほとんどが偏性嫌気性菌である。大腸菌は腸内細菌科に含まれ、その菌数は糞便1gあたり100万個前後。

これらの腸内細菌の組成には個人差が大きく、ヒトはそれぞれ自分だけの細菌叢を持っていると言われる。ただしその組成は不変ではなく、食餌内容や加齢など、宿主であるヒトのさまざまな変化によって細菌叢の組成もまた変化する。

例えば、母乳で育てられている乳児と人工のミルクで育てられている乳児では、前者では、ビフィズス菌などのBifidobacterium属の細菌が最優勢で他の菌が極めて少なくなっているのに対して、後者ではビフィズス菌以外の菌も多く見られるようになる。このことが人工栄養児が母乳栄養児に比べて、細菌感染症や消化不良を起こしやすい理由の一つだと考えられている。

乳児が成長して離乳食をとるようになると、Bacteroides属やEubacterium属など、成人にも見られる嫌気性の腸内細菌群が増加し、ビフィズス菌などは減少する。さらに加齢が進み、老人になるとBifidobacterium属の数はますます減少し、かわりにLactobacillus属や腸内細菌科の細菌、ウェルシュ菌（Clostridium perfringens）などが増加する。

腸内細菌はヒトだけでなく、消化管を有するさまざまな動物にも存在するが、その組成は動物種によって異なる。基本的にはいずれもBacteroides属などの偏性嫌気性菌が優勢であるが、ヒト、サル、ニワトリなどでは乳酸菌としてビフィズス菌の仲間が多いのに対して、ブタ、マウス、イヌなどでは乳酸桿菌(Lactobacillus)が多く、ネコ、ウサギ、ウシなどではどちらの乳酸菌も少ない。

[編集] 善玉菌と悪玉菌

俗に、腸内細菌には善玉菌と悪玉菌とが存在し、前者は宿主の健康維持に貢献し、後者は害を及ぼすという考えが広まっている。前者は、ビフィズス菌に代表されるBifidobacterium属や、乳酸桿菌と呼ばれるLactobacillus属の細菌など乳酸や酪酸を作るものが多く、後者はウェルシュ菌に代表されるClostridium属の細菌など、悪臭のもととなるいわゆる腐敗物質を産生するものを指すことが多い。

この考えは1907年にイリヤ・メチニコフが発表した「ヨーグルト不老長寿論」に端を発している。メチニコフはさまざまな観点から老化の謎を解明しようと研究していたが、動物は大腸を取り除いても生育可能であることから、腸内細菌の一部が「悪玉菌」として働き、大腸内で発酵によって体に有害な腐敗物質を作り出し、それが体内に吸収されることがさまざまな疾患や老化の原因だと考えた。さらにヨーロッパ各地を遊説中に、長寿国であったブルガリアでヨーグルトが摂食されていることを見出し、そこから分離した「善玉菌」である乳酸菌（ブルガリア菌）によって腸内細菌を置換すれば、このような悪影響を取り除くことができ、老化を防止できると考えた。

このメチニコフの学説は後に否定され、今日の多くの科学者は、少なくともメチニコフのいうような単純な図式に対しては否定的な見方をしているが、その後の研究によって、腸内細菌と宿主であるヒトの共生関係が徐々に明らかになり、また腸内細菌叢のバランスの変化が感染症や下痢症などの原因になりうることが明らかになったことから、腸内細菌叢のバランスを変化させることによってヒトの健康改善につながるという考えが改めて支持されるようになった。

そこで生きたまま腸内に到達可能な乳酸菌（プロバイオティクス）や、腸内の「いわゆる善玉菌」が栄養源に利用できるが「いわゆる悪玉菌」は利用できない物質（オリゴ糖など、プレバイオティクス）を、製剤や機能性食品として用いることが考案され、多くの製品が開発・実用化されている。このような製品には消化器機能の改善だけでなく、血圧や花粉症、がんの予防効果を謳った健康食品まで見受けられるが、腸内細菌叢は一つの生態系とも呼べる極めて複雑な系であり個人差も大きく、腸内という嫌気性の特殊な環境や動物種差による違いから基礎研究も困難である上に、何より実際に「生きたヒトの腸内細菌叢」を観察し研究できる有用な方法がないため、その医学的な効果についてはまだ十分に実証されていないものも多く、注意が必要である。その実際の効果については、疫学調査による検証が進められつつある。

[編集] 宿主との関わり

[編集] 宿主との共生

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[編集] ビタミンKの合成

ビタミンKは食物からの摂取と並んで、幾つかの種類に属する複数腸内細菌によっても供給される。ビタミンKは血液凝固作用（止血）にも関係し、これが不足すると各種内出血といった欠乏症が発生する。ヒト成人に於いては通常、腸内細菌による供給だけでも充分必要量を賄えるが、生まれたばかりのヒト新生児では、まだ充分に腸内細菌叢が形成されて居ないため、これを充分に生産出来ない事から、腸内出血（血便）などの異常が発生しやすく、また抗生物質の投与により腸内細菌叢が損なわれた際には、同様に欠乏症が発生し得る。

なおビタミンKは骨のカルシウム定着にも関係しており、不足する事で骨粗鬆症の弊害も起き得るとされる。食品ではチーズや発酵食品の納豆等に豊富に含まれ、新生児を含む乳幼児では母乳などを介して摂取されている。

[編集] 腸内細菌による病気

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[編集] 歴史

腸内細菌の最初の発見は、微生物そのものが発見されたのと同時期に、レーウェンフックによって行われた。レーウェンフックは1674年から、自分で作製した顕微鏡を使って環境中のさまざまなものを観察し、細菌などの微生物を発見したが、彼はヒトや動物の糞便についても観察し、腸内細菌をスケッチしている。

1876年にロベルト・コッホが炭疽菌の純粋培養に成功したのをきっかけにさまざまな細菌が分離されるようになったが、当時のヨーロッパではコレラや腸チフスなどの消化器感染症が流行しており、その患者から病原菌を分離するときに同時に分離されてくる、健常者にも存在する常在菌として、大腸菌（1885年）など、いくつかの腸内細菌科の細菌が分離同定された。しかしこの当時はまだ、酸素に触れると死んでしまう偏性嫌気性菌の存在についてあまり知られていなかったため、実際に培養できたのは腸内細菌の10%にも満たなかった。残りの大部分である、培養できない偏性嫌気性菌については、死んだ菌の残骸であると考えられていた。

1899年、パスツール研究所の研究員であったティリエは、母乳栄養児の糞便から偏性嫌気性菌であるビフィズス菌を分離した。この当時、母乳と人工乳のどちらが与えられるかによって新生児の発育や死亡率などに違いがあり、母乳栄養児の方が健康状態がよいということが知られていた。ティリエはこの違いを明らかにするために糞便中に分離される腸内細菌に着目し、当時はまだ技術的に未熟であった嫌気培養法によってビフィズス菌の分離に成功して、母乳栄養児にこの菌が多く見られることを明らかにした。この発見によって、腸内細菌が宿主の健康に関与していることが注目されるようになり、また20世紀初頭にかけて、多くの偏性嫌気性菌の分離が行われるようになった。

1904年、パスツール研究所の副所長に就任したイリヤ・メチニコフは、老化の原因は腸内細菌が大腸で作り出す腐敗物質による中毒によるものだという、自家中毒説を提唱した。さらにこの予防のために、腐敗物質を作らない細菌で腸内細菌を置き換えることが有効であるとして、乳酸菌の一種を含むヨーグルトが効果的であるという説を「不老長寿論」という自著（1907年）で提唱した。メチニコフは1908年に、細胞性免疫を発見し、食細胞説を提唱した功績でノーベル生理・医学賞を受賞したため、この学説も受賞とは無関係な研究であったものの脚光を浴びることになった。しかし、後にメチニコフが提示した乳酸菌（ブルガリア菌）はその大部分が胃で殺菌されてしまい、腸には到達しないことが明らかになり、また同時に、自家中毒説だけでは老化やさまざまな疾患発生が説明できないことも明らかになったため、この説は下火になった。

1950年頃、腸内細菌の役割について宿主との共生という観点からの研究が再び盛んになり、嫌気培養技術が大きく発展したことも手伝って、細菌叢調査法が発展し、その実態解明が進んだ。またメチニコフが提唱した自家中毒説ほど極端ではないものの、腸内常在微生物叢が宿主の健康に関与していることも次第に明らかになった。またメチニコフが提示したブルガリア菌以外の乳酸菌を用いることで、腸内に到達可能な醗酵乳製品が実用化され、プロバイオティクスやプレバイオティクスなど、腸内細菌バランスに介入することで健康維持を図ろうとする製剤、あるいは健康食品の開発が行われるようになった。