『私の中の微生物たち』（原題：I Contain Multitudes、2016年）は、微生物のミクロの世界を覗き込み、私たちの生活が微生物によってどれほど多くの形で影響を受けているかについて、魅力的な洞察を提供する一冊です。古代の微生物がどのようにして人類が住める世界を作り出し、今日もなお、驚くべき不可欠な共生関係を通じて地球のあらゆる生き物を支え続けているかがわかるでしょう。
この本から得られること——微生物を大切にしよう
「微生物」や「バクテリア」という言葉を聞いて、最初に何を思い浮かべますか？おそらく「毎年、健康をむしばみ、何日もベッドで過ごさせ、カモミールティーを飲む羽目にさせる、あの忌々しい小さな生き物——ゲッ」といったところではないでしょうか。
しかし、バクテリアのような微生物がいなければ、そもそも免疫系が機能しないことをご存じでしたか？実は、微生物は私たちのあらゆる身体機能に不可欠な存在であり、人体には実際の体細胞よりも多くの微生物が存在しているのです。
この要約では、微生物を歓迎し、体の中の小さなヘルパーとしてありがたく思えるようになるでしょう。微生物が進化において果たしてきた特別な役割と、微生物と共に過ごすことがなぜ素晴らしい仲間と共にいることになるのか——私たちだけでなく、すべての生物にとって——を発見できます。
さらに、次のことも学べます。
- 針の先にどれだけの微生物が収まるか
- 微生物が魚を透明にするしくみ
- 秋になってもリンゴの木の葉の一部が黄色くならない理由
微生物はどこにでも存在し、地球の機能を支えている
微生物はあまりにも古くから存在するため、その長さを実感するのは難しいものです。そこで、別の捉え方をしてみましょう。地球の45億年の歴史を1年間のカレンダーに例えると、人類が登場したのは12月31日の最後の30分、つまり恐竜の絶滅から5日後のことになります。一方、微生物は3月の時点で既に存在していました。
それは大昔のことで、しばらくの間、微生物だけが地球上の唯一の生き物でした。しかし、その頃から微生物は懸命に働き、私たちが今日目にする地球の姿を形作ってきました。
「微生物」という言葉は、実際にはバクテリアや菌類など、多種多様な微小な単細胞生物を指します。
その大きさはいったいどのくらいでしょう？微生物は非常に小さく、針の先に100万個も収まります。
しかし、その役割が小さいというわけではありません。微生物は常に私たちの身の回りの様々な分子を分解し、土壌を豊かにし、炭素や窒素などの栄養素を環境サイクルの中で循環させています。
微生物はまた、地球の大気を作り出す上でも重要な役割を果たしました。微生物は光合成を最初に始めた生物でした。光合成とは、太陽光のエネルギーを使い、二酸化炭素と水を糖に変えるプロセスです。微生物はその糖を消費し、その際に酸素を放出して、大気を形成していきました。
これはまた、生命の存続に不可欠な炭素循環の基盤も築きました。植物が二酸化炭素を吸収し、動物が植物を食べ、動物が二酸化炭素を吐き出す——という循環です。
微生物が驚異的であるもう一つの理由は、ほぼあらゆる環境に適応できる能力です。南極の氷の中、雲の上、そして水温400℃に達する海底火山の縁にまで、微生物は存在します。
微生物がこれらの極限環境に適応できるのは、非常に速いスピードで進化するからです。
細胞間で物理的なつながりを形成することで、DNAの断片が送られ、ゲノムに組み込まれます。そのため微生物は、隣の微生物から獲得した適応形質を共有し、生殖の際に新しい遺伝子を受け継がせることができるのです。これにより、自然選択による進化よりもはるかに速いスピードで進化が進みます。
自分の遺伝子とは別に、人間は体内に多くの微生物の遺伝子を持っており、それが私たちの生命と発達に影響を与えている
科学雑誌に親しんでいる人なら、人間の細胞1個に対して体内に微生物の細胞が10個あるという説を読んだことがあるかもしれません。これは多少誇張されていますが、実際の数字もやはり驚くべきものです。
実際、微生物は私たちの体内の細胞と遺伝子の大部分を占めています。
私たちの体内には約69兆個の細胞があり、その半分以上にあたる約39兆個は微生物です。また、ヒトゲノムには約2万個の遺伝子が存在しますが、体内に住むすべての微生物の遺伝子を含めると、その数は500倍にもなります。
種を問わず、すべての個体はマイクロバイオームと呼ばれる独自かつ複雑な微生物群集を持っています。体の各部位には異なる群集が存在し、人によって微生物の種類は異なりますが、これらの群集はみな同じ機能を果たすために存在しています。
マイクロバイオームは、他の自然生態系と同じようなものです。それぞれの群集には、体の特定の部位の酸性度を一定に保つなど、機能を正しく維持するための支配的なリーダー的存在の微生物がいます。
このように、すべての動物と人間の健康と発達は、微生物に依存しているのです。
これは特に免疫系に当てはまります。母乳には200種類以上の栄養素が豊富に含まれており、その中にはヒトミルクオリゴ糖（HMO）も含まれています。しかし、赤ちゃんはHMOを消化できません。HMOは、私たちの腸内に生息するビフィドバクテリウム・インファンティスという特別な微生物のエサとして存在しているのです。
この微生物がHMOを消化すると、赤ちゃんが消化できるタンパク質の形で栄養素を放出します。その中には、腸を覆って免疫系を調整する抗炎症タンパク質も含まれています。
人間や動物の腸内微生物は、多くの機能を果たしています。例えばマウスの場合、バクテロイデス・テタイオタオミクロンと呼ばれる腸内微生物の一群が存在します。これらは発達の過程で特定の遺伝子を活性化し、正しい血管の形成を促し、毒素の分解や栄養素の合成に適した腸内微生物が定着できるようにしています。
微生物との共生が、いくつかの動物に驚くべき能力をもたらしている
北半球の多くの地域では、秋になると木の葉が黄色やオレンジ、赤という美しい色に変わります。しかし、よく見ると、緑のままの葉もあることに気づくでしょう。
信じがたいかもしれませんが、これは微生物と動物の間に見られる多くの驚くべき関係の一つによるものです。
このケースでは、ハモグリガの一種と、世界で最も一般的な微生物であるボルバキアとの協力関係が関係しています。ハモグリガは木の葉の上で繭を作って成長するため、葉を緑のまま保ち、幼虫が死んでしまうような早期の落葉を防ぐホルモンを生成する微生物を持っているのです。
もう一つの魅力的な関係は、ダンゴイカという小さな頭足類と、夜の安全を守る発光器官を作り出す非常に複雑な微生物システムとの間に見られます。この微生物の「カクテル」は、イカの外層細胞を特定の一種類の微生物だけが住める環境に変えることで機能します。その微生物が到着すると、栄養が供給され、イカと一体化します。
驚くべきことに、これらの微生物はイカの防衛システムとして機能し、空の月明かりに一致する光を発して、下から狙う捕食者から効果的に身を隠します。シルエットも判別できる影もないため、ダンゴイカは捕食者からほぼ完全に見えなくなります。
これらは特別な例ですが、有益な微生物は珍しい存在ではありません。実際、例外ではなくむしろ通常なのです。
微生物はほぼどこにでも生息でき、動物が通常は消化できない食物の消化を助けることもできるため、動物界の普遍的な助っ人と言えます。全昆虫の10〜20％が、ビタミン供給や細胞・タンパク質の構築を微生物に依存しています。例えば、シロアリの体重の半分は、セルロースの消化に専念する助っ人微生物で占められています。
これまで見てきたように、微生物は生存に不可欠であるため、子孫に受け継がれることが極めて重要です。
日本のカメムシの一種は、必須微生物を含む特別な液体で卵を覆うことでこれを行っています。カメムシの赤ちゃんが孵化すると、微生物を豊富に含んだ最初の食事が待っています。これは、私たちが母乳から受け取る重要な微生物と似ています。
微生物との同盟関係は、繊細なバランスを保つ必要がある
何百万もの微生物が有益であり、有害とされる微生物は約100種類しかないにもかかわらず、抗菌洗浄製品には大きな市場があります。
実際には、「善玉」とか「悪玉」といった微生物は存在しません。すべては環境次第なのです。
例えば、私たちの腸内には食物の消化を助ける数百万種類もの微生物が住んでいます。しかし、これらの微生物が皮膚に付着すると、傷口に感染して様々な問題を引き起こす可能性があります。
農家はこの知識を実際に活用し、バチルス・チューリンゲンシスという微生物を殺虫剤として使用しています。これが毛虫に接触すると、昆虫の胃に穴を開け、腸内細菌が毛虫の血流に放出されます。当然のことながら、免疫系がショック状態に陥り、炎症によって昆虫は死にます。
このため、微生物が適切な閉じられた環境に留まるよう、正しいバリアが必要とされるのです。
昆虫は「バクテリオサイト」と呼ばれる特殊な細胞の助けを借りてこれを行います。これらの細胞は免疫系から微生物を隠し、有害な酵素や抗菌物質で微生物を囲い込みながら、必要な栄養素が行き渡るようにもしています。
より大きく複雑な動物になると、状況はさらに複雑になります。私たちの微生物は臓器の中ではなく周囲に生息していますが、体は適切な条件を整えることで、有益な微生物だけが招き入れられるようにしています。
私たちの腸は強力な酸で満たされており、選ばれた少数の細菌だけが生き残れる環境になっています。
粘液は、ほとんどの脊椎動物にとってもう一つの防御手段です。粘液にはバクテリオファージが含まれており、これは有害な微生物を食べる「家畜化されたウイルス」です。
そして最後に重要なのが免疫系です。免疫系は白血球を生成し、これは国境警備隊のように働いて、侵入する微生物を捕らえます。緊急事態が発生した場合は、抗体の産生やその他の対抗策を確実に準備します。
多様なマイクロバイオームこそ、健康と免疫系の鍵を握る
世の中には潔癖症の人がたくさんいます。あなたの周りにも衛生について強いこだわりを持つ人がいるでしょう。しかし、本当に体を健康に保ちたいのであれば、知っておくべき重要な事実があります。
健康を維持するためには、免疫系をサーモスタットのように理想的な設定に正しく調整する必要があります。
そうでなければ、「イムノスタット（免疫サーモスタット）」の設定が低すぎて、大きな脅威にしか反応せず、小さな脅威を見逃してしまうかもしれません。この設定では、感染症につながる可能性のある脅威を免疫系が見落としてしまう恐れがあります。
一方、「イムノスタット」の設定が高すぎると、過敏に反応し、花粉のような無害な微生物や、自分自身の有益な細菌さえも攻撃してしまいます。この設定では、アレルギー疾患を発症するリスクがあります。
微生物との接触は、免疫系を最も健康的な設定に調整するのに役立ちます。しかし残念なことに、現代のライフスタイルはそうした接触を最小限に抑える傾向があります。
感染症とアレルギー疾患の両方を避けるためには、幼少期に多くの微生物に触れることで免疫系を正しいレベルに設定する必要があります。これは通常、子供時代に自然に起こります。子供は頻繁にほこりや土、泥に触れるからです。
しかし、都市環境で育つということは、このような機会がますます少なくなっているということです。
都市部の人々は殺菌された水でシャワーを浴び、加工食品を食べ、家畜との接触もはるかに少なくなっています。これは、清潔さに大きな重点を置く社会全体の傾向の一部です。
免疫系を最適に機能させ続けるためには、健全な競争が必要です。できるだけ多くの善玉微生物が栄養素をめぐって活発に競争し続けることで、悪玉微生物が腸内に拠点を築きにくくなります。
多様な腸内微生物に働きかける多様な食生活を送ることで、これをサポートできます。
果物や野菜を多く食べることは、これに非常に効果的です。植物性食品は食物繊維が豊富で、加工食品よりも消化しにくく、幅広い微生物のエサになります。
マイクロバイオームを味方につけることが、医療を根本から変えるかもしれない
最近の健康アドバイスの多くは、かなり単純化されていることに気づいたかもしれません。疲れを感じますか？ビタミンを飲みましょう。風邪をひきましたか？ウイルスを殺すこの薬を飲みましょう。
しかし、マイクロバイオームが私たちの生活でこれほど大きな役割を果たしている以上、このシステムを操作して全体的な健康に役立てられるはずだと考えるのは自然なことでしょう。
とはいえ、これは言うは易く行うは難しです。マイクロバイオームは非常に大きく複雑であるため、単に一種類の微生物を加えただけでは、ほとんど目立った効果は現れません。
消化器系を助けるためにプロバイオティクスヨーグルトを食べ始めたけれど、効果があまり感じられずがっかりしたことがあるかもしれません。それは、ヨーグルトの微生物培養物が腸内に自然に存在するものではないため、長続きする影響を与えにくいからです。
一方、完全なマイクロバイオームを導入することは、命を救う可能性があります。
「RePOOPulate」は、クロストリジウム・ディフィシルとして知られる致死性の感染症を克服する支援を行うプロジェクトです。その症状には発熱、吐き気、重度の下痢が含まれます。再発を防ぐことが難しい病気ですが、親族の健康な便サンプルを用いて、微生物システム全体を患者に移植することで、回復への道を歩ませることができます。
治療をより的確で効果的にするため、医師たちは特定の目的のために微生物を操作する方法も研究しています。
アスピリンや抗生物質などのほとんどの治療は広範囲に作用し、体内のすべての細胞に同じように影響を与えます。しかし、微生物は高度に標的化された方法で利用できる可能性を秘めています——特定の部位に特定の用量の薬剤を放出することさえできるのです。
2014年、ハーバード大学医学部の研究者たちは、抗生物質の存在下で青く光る遺伝子スイッチを大腸菌に組み込むことに成功しました。まるで顕微鏡サイズの警報ベルのように、その微生物は患者が薬を服用したかどうかを医師に知らせることができます。
この成果は、遺伝子スイッチの新たな活用法を模索する他の研究にも影響を与えました。改変された細菌が病気の早期検出システムとして機能し、最初の症状が現れる前から警告を発してくれることが期待されています。
まとめ
この本の核心的なメッセージは以下です。
微生物はどこにでも存在し、それには十分な理由があります——微生物は私たちの健康に不可欠なのです！それぞれの種は独自の微生物群集を持ち、その共生関係を世代を超えて維持する方法を持っています。微生物を考慮に入れることで、私たちは自分の体も、周りの動物の体も、単なる個体ではなく繁栄する生態系として捉えることができるようになります。この視点は、医学的・環境的問題へのアプローチや理解の仕方にも多くの新しい可能性をもたらします。
さらにおすすめの一冊：『フォロー・ユア・ガット（原題：Follow Your Gut）』ロブ・ナイト／ブレンダン・ビューラー 著
『フォロー・ユア・ガット』（2015年）は、微生物の世界を顕微鏡で覗くように、小さな存在——ここではバクテリア——が私たちの生活にどれほど大きな影響を与えているかを明らかにします。実のところ、私たちは体内も体外もバクテリアまみれであり、もしそうでなければ、人生はこれほど素晴らしいものにはなりません。バクテリアは、私たちの幸福と健康を保つなど、多くの重要な役割を担っています。そろそろ、彼らを上手に扱う方法を学んでみませんか。
