背　　　景

以前の生物・生化学性状を指標とした分類体系に変わ

り，近年では16S rRNA配列を指標とした分類体系が確

立し，微生物生態学の分野でもこの分類体系による議論

が行われるようになっている．この分類体系が広く受け

入れられているのは，16S rRNA遺伝子がすべての細菌

に存在する事，系統分類を論じるのに必要な1,000塩基

以上の情報を有していること，比較的容易に塩基配列の

決定が可能であること，ほとんどの菌種の16S rRNA配

列情報がデータベースに登録されていること，等の要因

によるものである．腸内フローラの構成菌とその宿主に

対する生理作用を議論するにあたっては，この新しい分

類体系を理解することが不可欠であろう．

腸内フローラ構成菌の解析は，1990年代中盤までは主

に培養法により行われ，Bacteroides，Bifidobacterium，

Eubacterium，Ruminococcus，Clostridium属の菌種

が最優勢菌として分離培養・同定されてきた（1, 7, 21）．

しかし，1990年代後半以降に広く用いられるようにな

253

16S rRNA配列を指標としたヒト腸内フローラ最優勢菌の系統関係

松木　隆広1, 2＊

1ヤクルト本社中央研究所基礎研究Ⅱ部腸管機能研究室，2＊パスツール研究所

Phylogenetic Relationship of Predominant Bacteria in Human Intestinal Bacteria Based on the 16S rRNA Gene Sequence

Takahiro MATSUKI1, 2*

1Yakult Central Institute for Microbiological Research 2*Institute Pasteur, Pathogenie Microbienne Moleculaire

要　旨 以前の生物・生化学性状を指標とした分類体系に変わり 16S rRNA配列を指標とした分類体系が確立し，微生物

生態の分野でもこの分類体系による議論が行われるようになっている．この分類体系が広く受け入れられているのは，

16S rRNA遺伝子がすべての細菌に存在する事，系統分類を論じるのに必要な1,000塩基以上の情報を有していること，比

較的容易に塩基配列の決定が可能であること，ほとんどの菌種の16S rRNA配列情報がデータベースに登録されているこ

と，等の要因によるものである．腸内フローラの構成菌とその宿主に対する生理作用を議論するにあたっては，この新し

い分類体系を理解することが不可欠であろう．本総説では，ヒト腸内フローラで最優勢に検出される菌群，特に

Clostridium coccoides group，Clostridium leptum subgroup，Bacteroides，Bifidobacterium，Atopobium clusterが，

どのような菌種により構成されているかを解説したい．

Abstract Instead of making classifications based on physiological and biochemical traits, comparative analysis of the

16S rRNA sequences has been used to explore the phylogenetic relationships of bacteria. The establishment of this new

taxonomy has also brought new insight to the field of microbiology ecology. 16S rRNA molecules are used as the mark-

er because : they are universally present in all organisms ; they contain sufficient information for reliable phylogenetic

analyses (more than 1,000 nucleotides); they are easy to handle with a high degree of precision to characterize ; and the

fact that the sequences of almost all species are found in public databases. To discuss the relationship between a host

and its flora, it is essential to know the composition and phylogeny of the intestinal bacteria. In this review, I would like

to focus on the phylogeny of predominant bacteria in human intestinal flora such as the Clostridium coccoides group,

the Clostridium leptum subgroup, Bacteroides, Bifidobacterium, and the Atopobium cluster, to identify which species

are assigned to these bacterial groups.

Key words : phylogenetic relationship ; 16S rRNA gene sequence ; Clostridium coccoides group ; Clostridium leptum

subgroup ; Bacteroides ; Bifidobacterium ; Atopobium cluster

腸内細菌学雑誌　22 : 253–261，2008

2008年8月29日受付＊

25–28, Rue du Docteur Roux 75724 Paris Cedex15, France

総　　説

った分子生物学的手法による解析によって，C. coc-

coides group，C. leptum subgroup，B. fragilis group，

Bifidobacterium，Atopobium clusterといった菌群が

最優勢に検出されることが明らかとなった（10, 17, 33）．

この培養法と分子生物学的手法の解析結果の違いは，分

類体系の再編成により説明可能であるものが大部分で

ある．すなわち，EubacteriumはC. coccoides groupや

Atopobium clusterに ，Ruminococcusは C. coccoides

groupとC. leptum subgroupに，ClostridiumはC. coc-

coides groupやC. leptum subgroup，その他の菌群に再

編成されているからである．

この再分類の背景やクライテリヤについては，Collins

らの総説や，Maidak & Coleらの設立した Ribosomal

Database Projectのホームページ上で詳細な情報を得る

ことができる（3, 15）．Collinsらの報告は，Clostridium

属の系統関係を16S rRNA配列を指標として再編成した

最初の報告で，Clostridium属の分類の指標となってい

る（4）．一方，1996年に発足したRibosomal Database

Project（RDP）は，Clostridium属細菌だけではなく，

他の幅広い菌種の分類の指標となっている．両者を比較

すると，Collinsらの分類体系は報告後16S rRNA配列情

報の蓄積とともに境界が不鮮明になっていくのに対して

RDPでは最新の分類体系がウェブ上で配信されること

もあり，RDPの分類を基準としていく方が，より系統

的な分類と考えることができる．

これらの総説は，微生物分類全体に関することが記

述されているが，腸内フローラ構成菌の系統関係に重

点をおいて解説した総説は存在しないのが現状であ

る．データベース上の 16S rRNA配列情報をもとに，

腸内フローラを構成する菌種を中心として系統樹を作成

すると，Fig. 1のようになる．Firmicutes（phylum）は

Clostridia, Mollicutes, Bacilli（いずれもclass）を包括

し，Bacteroidetes（phylum）と並んで腸内フローラの

主要構成菌種である（Fig. 1）．これまで報告された腸内

フローラ構成菌種のほとんどは，この図中の 19の菌群

のいずれかに属している．

本総説では，腸内フローラで最優勢に検出される菌群，

特にC. coccoides group，C. leptum subgroup，Bacteroides，

Bifidobacterium，Atopobium clusterが，どのような

菌種により構成されているかを解説したい．

Bifidobacterium

Bifidobacteriumは偏性嫌気性のグラム陽性多形性桿

菌でPhylum Actinobacteriaに属する．ヒト腸内フロー

ラの最優勢菌の一つで，健常成人の大便からは109–10レ

ベルで検出され，全体の 1～ 6％を占める（9, 17）．ヒ

ト成人には，B. adolescentis，B. catenulatum group，

B. longum，が最優勢に分布しており，乳児の大便から

は B. breve，B. infantis，B. longum，B. bifidumが分

離頻度高く検出される（2, 16, 19, 22）．また，B. angu-

latum，B. dentium，B. gallicumも検出頻度は低いが

ヒト由来の菌種である（13, 27）．Bifidobacteriumは

16S rDNA塩基配列が90％以上の相同性を示す均一な集

団であり，従来の分類体系と16S rRNA配列を指標とし

た分類体系はほぼ一致する（Fig. 2）（18）．

Atopobium cluster

Atopobium clusterは ，Bifidobacteriumと 同 様 に

Phylum Actinobacteriaに属し，ヒト成人の腸内フロー

ラの主要構成菌のひとつである．健常成人の大便からは

109レベルで検出され，全体の0～7％を占める（10, 33）．

Collinsella aerofaciens，Eggerthella lentaは培養法で

も最優勢菌種として報告されており，これら2菌種が主

要な構成菌と考えられるが，Collinsella intestinalisや

Collinsella stercorisも大便由来の菌種である．系統

樹は Fig. 3に示すとおりで，Atopobium，Collinsella，

Coriobacterium，Eggerthellaがこの菌群に含まれる．

Bacteroides

Bacteroidesはグラム陰性で偏性嫌気性の無芽胞桿菌

で，Phylum Bacteroidetesに属する．健常成人の大便か

らは 1010レベルで検出され，B. fragilis groupおよび

Prevotellaに属する菌が全体の 15～ 37％を占めること

が報告されている（10, 17, 29）．ヒト大便から頻度高く

優勢に検出されるのは，B. vulgatus，B. fragilis，

B. thetaiotaomicronなどであり（7, 20, 26），B. caccae，

B. eggerthii，B. ovatus，B. uniformis，B. distasonis

（現在は Parabacteroides distasonisに再分類されてい

る），B. putredinis（現在はAlistipes putredenis）も大

便から分離同定された菌種である．口腔から分離される

PrevotellaやPorphylomonasは，以前はBacteroidesに

分類されていたが，16S rRNA配列を指標とした系統解

析の結果，別菌属として独立した（30, 31）．16S rRNA

配列を指標とした系統樹はFig. 4のようになっており，

B. fragilis group，Prevotella，Porphyromonas，New

clusterに分かれる（24）．ヒト大便より分離される菌種

のほとんどはB. fragilis groupに属するが，Prevotella，

P. distasonis，A. putredinisはB. fragilis groupとは系

統的に独立している．

Clostridium leptum subgroup

C. leptum subgroup（Collinsらの分類でClostridium

腸内細菌学雑誌　22巻4号　2008254

松木隆広：16S rRNA配列を指標としたヒト腸内フローラ最優勢菌の系統関係 255

Fig

. 1.

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by

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s e

t a

l.（4）．

腸内細菌学雑誌　22巻4号　2008256

Fig. 2. Phylogenetic tree derived from 16S rDNA sequence data for members of

Bifidobacterium. The numbers on the tree indicate bootstrap values for the

branch (only values with ＞ 90％ significance are shown).

Fig. 3. Phylogenetic tree derived from 16S rDNA sequence data for members of the

Atopobium cluster.

cluster IVに相当する）はFISH法や定量的PCR法など

の分子生物学的手法による解析から，ヒト成人の腸内フ

ローラの主要構成菌群であることが明らかとなってい

る．健常成人の大便からは1010レベルで検出され，全体

の13～16％を占める（10, 17, 29, 33）．Faecalibacterium

prausnitzii（旧名Fusobacterium prausnitzii）をはじ

めとして，R. albus，R. callidus，R. bromii，C. leptum，

C. orbiscindens等の主要な腸内フローラ構成菌がこの

菌群に属する（5, 34）．この菌群に属する菌種の系統樹

をFig. 5に示した．

Clostridium coccoides group

C. coccoides group（Collinsらの分類で Clostridium

cluster XIVaに相当する）も分子生物学的手法による解

析から，ヒト成人の腸内フローラの主要構成菌群である

ことが明らかとなっている．健常成人の大便からは1010

レベルで検出され，全体の14～29％を占める（10, 17,

29, 33）．R. productus，R. obeumや E. rectaleは ，ヒ

ト腸内フローラに広く最優勢に分布していることが報

告されているが，これらの菌種はいずれもこの菌群に

属する（1, 7, 11, 20, 21, 28, 35）．また，E. eligens

松木隆広：16S rRNA配列を指標としたヒト腸内フローラ最優勢菌の系統関係 257

Fig. 4. Phylogenetic tree derived from 16S rDNA sequence data for members of

the Bacteroides group.

や C. clostridioforme，C. coccoides，C. nexileといっ

た菌種もヒト大便由来の菌種である．この菌群に属す

る菌種の系統樹を Fig. 6に示したが，Clostridium，

Ruminococcus，Eubacterium，Coprococcus，

Lachnospira，Roseburia等が含まれ，形態的には非常

に多様な菌群である．

それ以外の菌群

これら5つの菌群以外で，ヒト大便から比較的高い菌

数で検出されるのは，E. cylindroides group（E. cylin-

droides，C. innocuum，E. biforme），C. ramosum

assemblage（C. ramosum，C. spiroforme），C. barati

subgroup（C. butyricum，C. cadaveris，C. tertium，

C. paraputrificum，C. perfringens），C. litusebu-

rense group（C. bifermentans，C. difficile）などが挙

げられる（1, 7, 32）．また，最優勢では検出されないが，

大腸菌群（E. coli, etc.），Enterococcus（E. faecalis，

E. faecium），Lactobacillus（L. casei，L. gasseri，etc），

Acidaminococcus group（A. fermentans，Phascolarc-

tobacterium faecium），Veillonella（V. parvula，

V. alcalescens），Megasphaera（M. elsdenii），

Fusobacterium（F. gonidiaformans，F. russii）と い

った菌も腸内フローラの構成菌であることが報告されて

いる．E. cylindroides group，C. ramosum assemblage

以外のこれらの系統関係は，以前の分類体系と大きな再

編成はないことから，以前の総説を参考されたい．

ま　と　め

本総説では，腸内フローラ構成菌の系統関係を，腸内

フローラ最優勢菌（C. coccoides group，C. leptum sub-

group，Bacteroides，Bifidobacterium，Atopobium

cluster）を中心に記述した．これらの菌群は特異的

PCRプライマーを用いた定量的PCR解析法や特異的プ

ローブによる FISH法，マイクロアレイが確立され，

様々な背景・年齢層での解析が行われている（14, 17,

23）．また，クローンライブラリー法による詳細なフロ

ーラ構成の研究が注目を集め（6），メタゲノム解析の

成果も報告されるようになってきた（8, 12, 25）．これ

らのデータを解釈し，また以前の報告と比較するために

は，それぞれの菌群にどのような菌群が含まれるかを把

握していることが必要である．本総説が，腸内フローラ

構成菌の系統関係の理解の一助となれば幸いである．

腸内細菌学雑誌　22巻4号　2008258

Fig. 5. Phylogenetic tree derived from 16S rDNA sequence data for

members of the Clostridium leptum subgroup.

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松木隆広：16S rRNA配列を指標としたヒト腸内フローラ最優勢菌の系統関係 261