グノバイオティクスを持つ子豚とヒトの被験者における腸内細菌叢のレジストームへのマイクロバイオータ移植の影響

Impact of Microbiota Transplant on Resistome of Gut Microbiota in Gnotobiotic Piglets and Human Subjects.

• Hu Liu
• Hua H Wang

抄録

マイクロバイオータ移植は、「健康な」腸内マイクロバイオータおよび免疫を回復または開始するための一般的なプロセスになりつつある。しかし、関連するプラクティスの潜在的なリスクを慎重に評価する必要がある。本研究では、腸疾患の治療のために提供された糞便マイクロバイオータ、妊婦の膣マイクロバイオータ、農村部と都市部の乳児の糞便マイクロバイオータのレジストームをレトロスペクティブに調査し、移植がヒトと動物のレシピエントの糞便レジストームに与える影響を検討した。抗生物質耐性（AR）遺伝子は、すべてのドナーの微生物相に豊富に存在することが判明した。AR 遺伝子の有病率と豊富さが高いレジストームの全体的な急増が、移植されたすべての gnotobiotic ブタの糞便および乳児被験者の糞便で、ドナーの糞便および母体の膣微生物叢のものと比較して観察された。驚くべきことに、農村部のアーミッシュの微生物を用いた移植では、都市部の微生物を用いた移植よりも、グノバイオティクス豚の糞便微生物相にAR遺伝子が少ない代わりに多く見られた。元々検出されていなかった新しいAR遺伝子サブタイプもまた、非生物学的豚、移植後のクローン病（CD）患者、乳児の糞便中に出現していた。これらのデータは、抗生物質への曝露がなくても、増え続けるAR遺伝子プールを増幅させる宿主消化管システムの重要な役割を示している。このデータはさらに、現在の微生物叢移植のアプローチは、レシピエントに重大な健康リスク因子を導入しうることを示唆しており、ナイーブな腸内微生物叢を持つ新生児のヒトおよび動物宿主は特に影響を受けやすいことを示している。微生物移植の公衆衛生上のリスクを考えると、経口抗生物質やその他の腸に影響を与える薬剤による腸内細菌叢への大規模かつ不必要なダメージを最小限に抑えることが重要になってきます。AR菌や日和見病原体などの危険因子をドナー微生物から直接排除することはまだ困難であるため、微生物移植が必要になった場合には、生物と機能を定義した微生物カクテルの開発がさらに急務となっている。

Microbiota transplant is becoming a popular process to restore or initiate "healthy" gut microbiota and immunity. But, the potential risks of the related practices need to be carefully evaluated. This study retrospectively examined the resistomes of donated fecal microbiota for treating intestinal disorders, vaginal microbiota of pregnant women, and infant fecal microbiota from rural and urban communities, as well as the impact of transplants on the fecal resistome of human and animal recipients. Antibiotic resistance (AR) genes were found to be abundant in all donor microbiota. An overall surge of resistomes with higher prevalence and abundance of AR genes was observed in the feces of all transplanted gnotobiotic pigs as well as in the feces of infant subjects, compared to those in donor fecal and maternal vaginal microbiota. Surprisingly, transplants using rural Amish microbiota led to more instead of less AR genes in the fecal microbiota of gnotobiotic pigs than did transplants using urban microbiota. New AR gene subtypes undetected originally also appeared in gnotobiotic pigs, in Crohn's Disease (CD) patients after transplant, and in feces of infant subjects. The data illustrated the key role of the host gastrointestinal tract system in amplifying the ever-increasing AR gene pool, even without antibiotic exposure. The data further suggest that the current approaches of microbiota transplant can introduce significant health risk factor(s) to the recipients, and newborn human and animal hosts with naïve gut microbiota were especially susceptible. Given the illustrated public health risks of microbiota transplant, minimizing massive and unnecessary damages to gut microbiota by oral antibiotics and other gut impacting drugs becomes important. Since eliminating risk factors including AR bacteria and opportunistic pathogens directly from donor microbiota is still difficult to achieve, developing microbial cocktails with defined organisms and functions has further become an urgent need, should microbiota transplantation become necessary.

Copyright © 2020 Liu and Wang.