理研など、肝疾患重症化に伴う腸内細菌叢の「シフト」をエネルギー地形解析で解明

腸内細菌叢の再編をエネルギー地形解析で可視化

　共同研究グループは、大阪公立大学で取得された171人のデータのうち、腸内細菌叢に影響を与える薬剤を使用していないことなどの条件を満たす104人のデータを解析対象とした。16S rRNA遺伝子解析で共通して出現する58分類群を用い、各細菌の存在・不在の組み合わせを「群集状態」として扱うエネルギー地形解析を適用した。このモデルはFASTスコアと各細菌の関係、および細菌同士の関係を含み、低いエネルギーを持つ状態ほど出現確率が高く観測されやすい群集状態として表現される。

　FASTスコアの低い側から高い側へ地形を調べたところ、代表的な群集状態は組成の類似性に基づき、低FAST型、中間FAST型、高FAST型の状態群に整理できた。低FAST型の状態ではAnaerostipes hadrus、Bacteroides massiliensis、未分類のSubdoligranulum属細菌などの存在が特徴的であり、中間から高FAST型の状態では未分類のRuminococcus gnavusグループに含まれる細菌が広く現れ、最も高いFASTスコアに対応する状態ではStreptococcus salivariusの存在が特徴的だった。一方、種数、Shannon指数、Simpson指数といった一般的な多様性指標は、FASTスコアと有意な相関を示さなかった。

　共同研究グループはさらに、個々の細菌が特定の群集状態とどれほど強く結び付くかを定量化する群集形成指数（CSI）を新たに開発し、探索型因果構造解析（FASK）と組み合わせた解析を行った。低FAST型の群集状態ではSubdoligranulumが高いCSIを示し、因果解析ではこの細菌がFASTスコアと群集構造の両方の上流に位置する関係が推定された。中間から高FAST型の群集状態ではRuminococcus gnavusが高いCSIを示し、Subdoligranulumとは強い排他的関係が示されたが、FASTスコアまたは群集構造との一貫した因果関係は検出されなかった。Streptococcus salivariusは出現がFASTスコアに依存する傾向が最も強く、CSIも高い値を示し、因果解析ではFASTスコアと群集構造の両方の上流に位置する関係が推定された。