Thermo Fisher Scientific

Accelerating ScienceLearning at the Bench / 分子生物学実験関連 / マイクロバイオームの変動の研究で分かってきた免疫応答との関連性

マイクロバイオームの変動の研究で分かってきた免疫応答との関連性

作成者 05.14.2021

 

腸内細菌叢は、SARS-CoV-2のようなウイルスに対抗するためのユニークな免疫シグナル伝達経路を引き起こしますが、そのメカニズムは充分に理解されていません。しかし、腸内の特定の菌種、すなわち抗ウイルス免疫にかかわる菌種の相対的な存在量の変化は、将来のワクチン研究の成功と感染に対する感受性において重要な役割を果たすと考えられています。これらの菌種が引き起こすメカニズムを解明することが、SARS-CoV-2ウイルスの治療法を開発する鍵になるかもしれません。

そこで今回は、腸内細菌叢のバランスが与えるワクチンに対する免疫系への影響について、ご紹介します。

▼こんな方におすすめです！
・新型コロナウイルス感染症のワクチン研究に興味のある方
・腸内細菌叢（マイクロバイオーム）の与える免疫系への影響に興味のある方
・NGSで菌叢解析に取り組んでみたい方

多様性の低いマイクロバイオームは免疫応答を低下させる

腸内の細菌叢（マイクロバイオーム）は、私たちの細胞数の10倍以上の数を占めており、私たちの身体全体の健康状態を調節する上で重要な役割を果たしています。特に発育期から生涯を通じて、腸は病気や感染症、ワクチンに対する免疫反応をシグナルとして伝えています。さらに年齢、食生活、環境条件、国や社会経済状況といった要因によっても大きく異なります。このように変動要素が多く、世界各国でワクチンの接種率が異なることから、菌種の偏りや腸内環境の異常が、ヒトへの健康、ワクチン反応、感染症に対する感受性にどのように影響するかを正しく理解する必要があります。腸内マイクロバイオームの相対的な存在量が免疫調節シグナル伝達経路を変化させることに加えて、この多様性が低いと免疫応答が低下することが研究で明らかになっています。しかしながら、これらの現象の正確なメカニズムは完全には解明されていません。

メタゲノム解析に欠かせない研究ツール・次世代シーケンサ

マイクロバイオームと免疫システムとの相関関係をより精査するために、次世代シーケンシング（NGS）が、微生物の相対的な存在量の変化に関連した免疫応答の原因となるメカニズムを究明するための強力な研究ツールとして利用されています。NGSはハイスループットで、培養を必要としないため、さまざまな生物学的条件下での細菌叢の包括的な全体像を得ることができるという利点があります。メタボロームな発現を組み合わせてマイクロバイオームのシーケンスを行うことで、研究者は腸内細菌の共生バランス失調のメカニズムをより詳細に解明し、免疫調節経路を推測して、マイクロバイオームや環境因子が異なるグローバルな集団において、よりターゲットを絞ったワクチン研究を可能にします。

腸内細菌叢の変化とウイルスワクチンの免疫応答の調節

最近の総説では、腸内細菌叢の相対的な存在量の変化がウイルスワクチンの免疫応答をどのように変化させるかについて、実験や臨床試験のデータがまとめられています。これらの総説では、特定の常在菌やプロバイオティクス腸内細菌の相対的な存在量が抗ウイルス反応の誘発に関与し、ラクトバチルス属やビフィドバクテリウム属のワクチンアジュバントとして作用することが示されています。その結果、ファーミキューテス属とバクテロイデス属の比率が低いと、これらの微生物が相対的に豊富なアジュバントとして作用し、細胞シグナル伝達経路を介して免疫細胞や抗体の産生を誘発するため、ワクチン接種後の免疫力が低下することが明らかになりました。ほとんどのワクチンはヒトの発育初期に投与されるため、初期に繁殖する微生物群（通性嫌気性菌）は、多くのワクチン研究と開発の成功にとって非常に重要です。特に微生物の局在化とネットワークの相互作用は、免疫応答に影響を与え、これは栄養源の供給量や分布に大きく依存します。今後の研究の焦点は、うまくいけばこれらのプロバイオティクスまたはカギとなるような有益な微生物群の最適な微生物種、用量、投与のタイミングに取り組むことが期待されます。

抗ウイルスやワクチンへの反応の低下に加えて、重要な細菌群が少ないと、すでに体内に存在する細菌による日和見感染を引き起こす可能性があります。最近の研究論文では、NGSを使用することで、敗血症後の肺へのバクテロイデスなどの腸内細菌の転移が示され、その結果、肺内に腸内微生物が比較的顕著に存在するようになりました。次に、相対的な存在量の変化が、全身性の炎症性免疫調節因子の増加を引き起こしました。

腸内微生物種を特徴づけるIon AmpliSeq Microbiome Health Research Kit

実験や臨床試験から得られる多くのデータにこだわらず、ウイルスだけでなく、微生物組成とワクチンとの因果関係についても理解する必要があります。新しいIon Torrent™ Ion AmpliSeq™ Microbiome Health Research Kitを用いたターゲットNGS解析を活用することで、文献に記載されている多くの主要な微生物種、特にすべての抗ウイルスおよびワクチンアジュバント分類群を含む73の腸内微生物種を特徴付けることができ、相対的な存在量の変化をモニターできます。さらにこのデータを免疫調節経路の変動にリンク付けできます。このキットは、16S rRNA遺伝子の9つの超可変領域のうち8つを利用した高感度なワークフローを実装しており、ワクチンの有効性や抗ウイルス免疫応答に影響を与える微生物の変化を正確に検出できます。微生物を介した抗ウイルス免疫とその根底にあるメカニズムの因果関係をより詳細に理解することで、SARS-CoV-2に対抗する解決策を見出す際に、今後の治療法開発の選択肢をより正確に理解することができるようになります。

まとめ

・腸内のマイクロバイオームは身体全体の健康状態を調節する上で重要な役割を担う
・プロバイオティクス腸内細菌の豊富さが抗ウイルス反応を誘発し、ワクチンのアジュバントとして作用する
・最新のマイクロバイオームパネルでは、免疫腫瘍学、免疫学研究および消化器疾患研究に関連する73の主要な細菌種の特徴づけが可能

ヒト研究のための最新のマイクロバイオームパネルの詳細については、thermofisher.com/ngsmicrobiomeをご覧ください。

メタゲノム解析で腸内細菌の実験系構築でお困りの方は、Ion AmpliSeqテクノロジーをご検討ください。

参考文献：
1. Vlasova AN, Takanashi S, Miyazaki A, Rajashekara G and Saif LJ. How the gut microbiome regulates host immune responses to viral vaccines. Current Opinion in Virology. 01 June 2019. https://doi.org/10.1016/j.coviro.2019.05.001
2.Ciabattini A, Olivieri R, Lazzeri E, and Medaglini D, Role of the Microbiota in the Modulation of Vaccine Immune Responses. Front. Microbiol., 03 July 2019. https://doi.org/10.3389/fmicb.2019.01305
3.Dickson RP, Singer BH, Newstead MW, Falkowski NR, Erb-Downward JR, Standiford TJ, and Huffnagle GB, Enrichment of the Lung Microbiome with Gut Bacteria in Sepsis and the Acute Respiratory Distress Syndrome. Nat Microbiol.; 1(10): 16113. https://doi.org/10.1038/nmicrobiol.2016.113

[無料公開中]Ion Torrent次世代シーケンサを用いた細菌叢研究

本ハンドブックでは次世代シーケンサを用いた細菌叢の解析手法からワークフローまで研究に役立つ方法を紹介しております。

ダウンロードする

研究用にのみ使用できます。診断用には使用いただけません。

記事へのご意見・ご感想お待ちしています

  • サーモフィッシャーサイエンティフィックジャパングループ各社は取得した個人情報を弊社の個人情報保護方針に従い利用し、安全かつ適切に管理します。取得した個人情報は、グループ各社が実施するセミナーに関するご連絡、および製品／サービス情報等のご案内のために利用させていただき、その他の目的では利用しません。詳細は個人情報の取扱いについてをご確認ください。
  • 送信の際には、このページに記載のすべての注意事項に同意いただいたものとみなされます。