TED日本語 - ジョナサン・アイゼン:微生物にこんにちは


TED Talks(英語 日本語字幕付き動画)

TED日本語 - ジョナサン・アイゼン:微生物にこんにちは

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Meet your microbes


Jonathan Eisen


私たちの体は無数の微生物に覆われています ― 私たちを病気にさせる病原菌と「良い」微生物の両方にです。この「良い」微生物に関してはあまり知られていませんが、私たちの健康を維持してくれているのかもしれません。TEDMEDにて、微生物学者ジョナサン・アイゼンは私たちが知っていること、そして、これらの良い微生物を活かすための驚くべき方法を語ります。




I'm going to start with a little story. So, I grew up in this neighborhood. When I was 15 years old, I went from being what I think was a strapping young athlete, over four months, slowly wasting away until I was basically a famine victim with an unquenchable thirst. I had basically digested away my body. And this all came to a head when I was on a backpacking trip, my first one ever actually, on Old Rag Mountain in West Virginia, and was putting my face into puddles of water and drinking like a dog.

That night, I was taken into the emergency room and diagnosed as a type 1 diabetic in full-blown ketoacidosis. And I recovered, thanks to the miracles of modern medicine, insulin and other things, and gained all my weight back and more.

And something festered inside me after this happened. What I thought about was, what caused the diabetes? You see, diabetes is an autoimmune disease where your body fights itself, and at the time people thought that somehow maybe exposure to a pathogen had triggered my immune system to fight the pathogen and then kill the cells that make insulin. And this is what I thought for a long period of time, and that's in fact what medicine and people have focused on quite a bit, the microbes that do bad things. And that's where I need my assistant here now. You may recognize her.

So, I went yesterday, I apologize, I skipped a few of the talks, and I went over to the National Academy of Sciences building, and they sell toys, giant microbes. And here we go! So you have caught flesh-eating disease if you caught that one. I gotta get back out my baseball ability here.


So, unfortunately or not surprisingly, most of the microbes they sell at the National Academy building are pathogens. Everybody focuses on the things that kill us, and that's what I was focusing on. And it turns out that we are covered in a cloud of microbes, and those microbes actually do us good much of the time, rather than killing us. And so, we've known about this for some period of time. People have used microscopes to look at the microbes that cover us, I know you're not paying attention to me, but ...


The microbes that cover us. And if you look at them in the microscope, you can see that we actually have 10 times as many cells of microbes on us as we have human cells. There's more mass in the microbes than the mass of our brain.

We are literally a teeming ecosystem of microorganisms. And unfortunately, if you want to learn about the microorganisms, just looking at them in a microscope is not sufficient. And so we just heard about the DNA sequencing. It turns out that one of the best ways to look at microbes and to understand them is to look at their DNA. And that's what I've been doing for 20 years, using DNA sequencing, collecting samples from various places, including the human body, reading the DNA sequence and then using that DNA sequencing to tell us about the microbes that are in a particular place.

And what's amazing, when you use this technology, for example, looking at humans, we're not just covered in a sea of microbes. There are thousands upon thousands of different kinds of microbes on us. We have millions of genes of microbes in our human microbiome covering us. And so this microbial diversity differs between people, and what people have been thinking about in the last 10, maybe 15 years is, maybe these microbes, this microbial cloud in and on us, and the variation between us, may be responsible for some of the health and illness differences between us.

And that comes back to the diabetes story I was telling you. It turns out that people now think that one of the triggers for type 1 diabetes is not fighting a pathogen, but is in fact trying to -- miscommunicating with the microbes that live in and on you. And somehow maybe the microbial community that's in and on me got off, and then this triggered some sort of immune response and led to me killing the cells that make insulin in my body.

And so what I want to tell you about for a few minutes is, what people have learned using DNA sequencing techniques in particular, to study the microbial cloud that lives in and on us. And I want to tell you a story about a personal project. My first personal experience with studying the microbes on the human body actually came from a talk that I gave, right around the corner from here at Georgetown.

I gave a talk, and a family friend who happened to be the Dean of Georgetown Medical School was at the talk, and came up to me afterwards saying, they were doing a study of ileal transplants in people. And they wanted to look at the microbes after the transplants.

And so I started a collaboration with this person, Michael Zasloff and Thomas Fishbein, to look at the microbes that colonized these ilea after they were transplanted into a recipient. And I can tell you all the details about the microbial study that we did there, but the reason I want to tell you this story is something really striking that they did at the beginning of this project. They take the donor ileum, which is filled with microbes from a donor and they have a recipient who might have a problem with their microbial community, say Crohn's disease, and they sterilized the donor ileum. Cleaned out all the microbes, and then put it in the recipient. They did this because this was common practice in medicine, even though it was obvious that this was not a good idea.

And fortunately, in the course of this project, the transplant surgeons and the other people decided, forget common practice. We have to switch. So they actually switched to leaving some of the microbial community in the ileum. They leave the microbes with the donor, and theoretically that might help the people who are receiving this ileal transplant.

And so, people -- this is a study that I did now. In the last few years there's been a great expansion in using DNA technology to study the microbes in and on people. There's something called the Human Microbiome Project that's going on in the United States, and MetaHIT going on in Europe, and a lot of other projects.

And when people have done a variety of studies, they have learned things such as, when a baby is born, during vaginal delivery you get colonized by the microbes from your mother. There are risk factors associated with cesarean sections, some of those risk factors may be due to mis-colonization when you carve a baby out of its mother rather than being delivered through the birth canal. And a variety of other studies have shown that the microbial community that lives in and on us helps in development of the immune system, helps in fighting off pathogens, helps in our metabolism, and determining our metabolic rate, probably determines our odor, and may even shape our behavior in a variety of ways.

And so, these studies have documented or suggested out of a variety of important functions for the microbial community, this cloud, the non-pathogens that live in and on us. And one area that I think is very interesting, which many of you may have now that we've thrown microbes into the crowd, is something that I would call "germophobia." So people are really into cleanliness, right? We have antibiotics in our kitchen counters, people are washing every part of them all of the time, we pump antibiotics into our food, into our communities, we take antibiotics excessively.

And killing pathogens is a good thing if you're sick, but we should understand that when we pump chemicals and antibiotics into our world, that we're also killing the cloud of microbes that live in and on us. And excessive use of antibiotics, in particular in children, has been shown to be associated with, again, risk factors for obesity, for autoimmune diseases, for a variety of problems that are probably due to disruption of the microbial community.

So the microbial community can go wrong whether we want it to or not, or we can kill it with antibiotics, but what can we do to restore it? I'm sure many people here have heard about probiotics. Probiotics are one thing that you can try and do to restore the microbial community that is in and on you. And they definitely have been shown to be effective in some cases. There's a project going on at UC Davis where people are using probiotics to try and treat, prevent, necrotizing enterocolitis in premature infants. Premature infants have real problems with their microbial community. And it may be that probiotics can help prevent the development of this horrible necrotizing enterocolitis in these premature infants.

But probiotics are sort of a very, very simple solution. Most of the pills that you can take or the yogurts that you can eat have one or two species in them, maybe five species in them, and the human community is thousands upon thousands of species. So what can we do to restore our microbial community when we have thousands and thousands of species on us?

Well,one thing that animals seem to do is, they eat poo -- coprophagia. And it turns out that many veterinarians, old school veterinarians in particular, have been doing something called "poo tea," not booty, but poo tea, to treat colic and other ailments in horses and cows and things like that, where you make tea from the poo from a healthy individual animal and you feed it to a sick animal. Although, unless you have a fistulated cow with a big hole in its side, and you can put your hand into its rumen, it's hard to imagine that the delivery of microbes directly into the mouth and through the entire top of the digestive tract is the best delivery system, so you may have heard in people they are now doing fecal transplants, where rather than delivering a couple of probiotic microbes through the mouth, they are delivering a community of probiotics, a community of microbes from a healthy donor, through the other end.

And this has turned out to be very effective in fighting certain intransigent infectious diseases like Clostridium difficile infections that can stay with people for years and years and years. Transplants of the feces, of the microbes from the feces, from a healthy donor has actually been shown to cure systemic C. dif infections in some people.

Now what these transplants, these fecal transplants, or the poo tea suggest to me, and many other people have come up with this same idea, is that the microbial community in and on us, it's an organ. We should view it as a functioning organ, part of ourselves. We should treat it carefully and with respect, and we do not want to mess with it, say by C-sections or by antibiotics or excessive cleanliness, without some real good justification.

And what the DNA sequencing technologies are allowing people to do now is do detailed studies of, say,100 patients who have Crohn's disease and 100 people who don't have Crohn's disease. Or 100 people who took antibiotics when they were little, and 100 people who did not take antibiotics. And we can now start to compare the community of microbes and their genes and see if there are differences. And eventually we may be able to understand if they're not just correlative differences, but causative. Studies in model systems like mouse and other animals are also helping do this, but people are now using these technologies because they've gotten very cheap, to study the microbes in and on a variety of people.

So, in wrapping up, what I want to tell you about is, I didn't tell you a part of the story of coming down with diabetes. It turns out that my father was an M.D., actually studied hormones. I told him many times that I was tired,thirsty, not feeling very good. And he shrugged it off, I think he either thought I was just complaining a lot, or it was the typical M.D. "nothing can be wrong with my children." We even went to the International Society of Endocrinology meeting as family in Quebec. And I was getting up every five minutes to pee, and drinking everybody's water at the table, and I think they all thought I was a druggie.


But the reason I'm telling you this is that the medical community, my father as an example, sometimes doesn't see what's right in front of their eyes. The microbial cloud, it is right in front of us. We can't see it most of the time. It's invisible. They're microbes. They're tiny. But we can see them through their DNA, we can see them through the effects that they have on people.

And what we need now is to start thinking about this microbial community in the context of everything in human medicine. It doesn't mean that it affects every part of us, but it might. What we need is a full field guide to the microbes that live in and on people, so that we can understand what they're doing to our lives. We are them. They are us.

Thank you.


短い話からはじめましょう 私はこのあたりで育ったのですが 15歳のころ 若きアスリート風だった私の体は 4ヶ月の間 少しずつやせ衰え続け 飢餓の犠牲者のようにまでなりました それは抑えがたい渇きを伴い 私は自分の体を消化してしまったと言えます 最大の山場を迎えたのは 初めてのバックパック旅行中でした ウエスト・ヴァーニジアのオールド・ラグ・マウンテンで 水たまりに顔をつっこみ まるで犬のように水を飲みました

その夜 私は緊急治療室に運ばれ 本格的な一型糖尿病性ケトアシドーシスと診断されました インシュリンなどの近代医学のおかげで 私は回復し 体重も元通り以上になりました

この出来事の後 心にひっかるものがありました いったい何が糖尿病の原因となるんだろう?... 糖尿病は自己免疫の病です 自分の体がそれ自体と闘う こう考えられた時期もありました 免疫システムが病原菌にふれることで闘うモードになり インシュリンを作る細胞までも殺してしまう 私も長い間このように考えてきました 事実 薬も人々も微生物が悪さをするという点に ずいぶんと注目してきました ここでアシスタントが必要です 彼女をご存知のかたもいらっしゃるでしょう

昨日はこのためにいくつかのトークを聞き逃したことをお詫びします ナショナル・アカデミー・オブ・サイエンスに行ってました そこではおもちゃを売っています 巨大な微生物 さあどうぞ! 今投げたのは 人喰い菌です 野球も練習しなきゃね


残念とはいえ当然ながら ナショナル・アカデミーで売られている 微生物のほとんどは病原体です 誰だって自分たちを殺すものに注目します 私もそうでした でも実は我々は微生物の群れに埋め尽くされているのです それらの微生物はほとんどの場合 私たちのためになっているのです 殺すのではなく 私たちがこれに気づいてしばらく経ちます 我々は顕微鏡を使って微生物を観察します 気が散っているようですね


私たちを埋め尽くす微生物 顕微鏡で見てみると 人間の細胞よりも10倍もたくさん 微生物の細胞があることがわかります 微生物の質量のほうが我々の脳の質量よりも多いのです

私たちは文字通り微生物の生息する生態系なのです 残念ながら 微生物について知りたければ 顕微鏡観察だけでは不十分です つい先ほど DNA塩基配列決定法についての話を聞きました 微生物を観察して理解するのには 彼らのDNAを見るのが最適だとわかりました 私はこれを20年間やってきました 人体を含むいろんな場所からサンプルをとり DNA配列決定法を使ってDNA配列を読み DNA配列決定法を使ってある特定の場所にある 微生物について知る

驚くことに この技術をつかう時 例えばヒトはただ微生物に覆われているだけではありません そこにはおびただしいく多様な微生物がいます ヒトを覆うミクロビオームとして 数百万の微生物の 遺伝子に覆われているのです この微生物は人によって異なります 私たちは過去10年もしくは15年にわたって たぶんこれらの微生物 すなわち 私たちを内外から覆う この微生物群と その違いが おそらく 健康や病気に関する違いに関連しているのでは と考えてきました

そこで私がお話しした糖尿病の話にもどります 私たちは一型糖尿病の引き金の一つは 病原菌と戦うことではなく 私たちの内外に住む微生物との対話の失敗ではないか 私の内外にある微生物コミュニティが何らかの形で 働かなくなり なんらかの免疫反応を引き起こし インシュリンを作る細胞を 殺すことになってしまったのではないか

私がここで皆さんにお伝えしたいのは DNA配列決定の技術を使って人が学んだこと 特にヒトの内外に生きる微生物集団の研究についてです 私自身のプロジェクトについてお話しします 人体における微生物の研究についての 最初の経験のきっかけとなったのは この角にある ジョージタウンでの講演でした

その時たまたま家族の友人がジョージタウン大学医学部の 学部長でその講演にいたのですが 講演のあと 私のところに来てこう言いました 学校で人の回腸移植の研究をしていると そして彼らは 移植後の微生物を見たかったのです

そこで私は彼らと共同研究をはじめました マイケル・ザツロフ、トーマス・フィッシュバインと 移植側に移した後で 回腸に定着していく微生物を観察しました そこで行った微生物の研究の詳細をお話しすることもできますが この話を聞いていただきたい理由は このプロジェクトの初期には 本当に驚くべきことを していたからなのです 彼らは臓器提供者の微生物でいっぱいになっている回腸を取り出します 移植者は 例えばクローン病のように微生物の群れに 何か問題があるかもしれません そこで彼らは提供者の回腸を滅菌しました すべての微生物を洗い流してから移植したのです 彼らがこうしたのは これが医学の世界では 一般的な方法だったからです 良いアイデアと言えないのは 明らかであったにもかかわらず

幸いなことに このプロジェクトの過程において 移植外科医や他の人々は決断しました 一般的な方法は忘れれることだ 切り替える必要がある そして彼らは実際に微生物の群れの一部を回腸に残す方法に切り替えました 提供者の微生物を残すことは 理論的に 回腸移植を受けてる人々を 助けるかもしれない

さて皆さん これが私がやった研究です ここ数年で人々の内外に生息する微生物の研究のため DNA技術を用いる方法がひろく使われています ヒューマン・ミクロビオーム・プロジェクトと呼ばれるものが 米国で行われています ヨーロッパで立ち上がった MetaHIT や 他にもたくさんあります

人々がいろんな研究をすることで いろんなことを学びます たとえば 新生児は産道を通って生まれるときに 母親の微生物を受け継ぐこと 帝王切開に関連付けられているリスク要因はありますが これらのリスクの一部は 産道を介さないで 母親を切り開いて赤ん坊を取り出すことで 微生物が定着しなかったからかもしれません さらにいろいろな研究がこう示します 我々の内外に生息する微生物は 免疫体系の発達に役立ち 病原体を撃退するのに役立ち 私たちの代謝に役立ちます 私たちの代謝率を決定することで おそらく 私たちの匂いを決定し さらにはさまざまな方法で私たちの 行動を形作ります

そして これらの研究は この群れ 私たちの内外に住むこの非病原菌 微生物コミュニティの様々な重要な機能を 実証または提唱したのです 一つ大変興味深い領域があります 先ほど皆さんに投げた微生物を受け取られたかたも 多いでしょうが 私が「潔癖性」と呼ぶものです 多くの人は綺麗好きですね? 調理台には抗生物質があり 全ての箇所を常時洗浄しています 私たちは抗生物質を食べ物やコミュニティに入れ 抗生物質を過剰に取っています

病気のときに病原体を殺すことは良いことです しかし理解しなければいけないのは 化学薬品や 抗生物質を体内に取り入れれば 我々の内外に住む微生物群も殺してしまうことです 特に子供への抗生物質の過剰使用は 肥満や 自己免疫疾患などの リスクにつながり 微生物のコミュニティにおける 混乱に起因するかもしれない多くの問題のリスクもあります

こうして微生物のコミュニティに間違いがおきます 我々が望まなくても 抗生物質で殺すこともできます ではどうやってもと通りにできるでしょう? 多くの人がプロバイオティクスについてお聞きになったことがあるでしょう プロバイオティクスは我々の体に住む微生物を もと通りにしようという試みの一つです いくつかの例では成果がみられます カリフォルニア大学デービス校では プロバイオティクスを使用して 未熟児における壊死性腸炎を治療または防止する というプロジェクトが進行中です 未熟児の微生物群には大きな問題があります プロバイオティクスは 未熟児の恐ろしい壊死性腸炎の進行を予防する 助けになるかもしれません

しかしプロバイオティクスは大変簡単な解決策です 錠剤のほとんど またはあなたが食べるヨーグルトには 一種類か二種類 もしくは五種類ほどの成分を含んでいます ヒトの微生物集団は数千種からなります 我々の微生物群を修復するにはどうすれないいか 我々は無数の種類をもっています

動物はこうしています 彼らはうんちを食べます - 食糞 そして多くの獣医師 特に古い学校の獣医師は 「うんち茶」と呼ばれるものを行っています ブーティ(戦利品)ではなくプーティ(ウンチ茶)です 馬や牛などの動物の疝痛やその他の病気の治療に 健康な個々の動物の糞でお茶を作って 病気の動物に飲ませるのです 横腹に大きな穴を開けられた牛の 第一胃に手を突っ込んでみたことのない人には 微生物を行き渡らせるのにもっともいい方法は 口から直接 消化管の上部を通らせることだと 考えることは容易ではないかもしれません さて皆さんのなかには 経口で2~3のプロバイオティク微生物を 与える代わりに 糞移植で行うということを お聞きになった方もいらっしゃるでしょう 彼らはプロバイオテクスの群を運びます 健康な提供者から微生物群を もう一方へ

これは何年も人体にのこる クロストリジウム・ディフィシル感染症のような 特定の非妥協的感染に対して 非常に効果的であることが判明しました 健康な移植者からの糞便の移植 糞便から微生物の移植により 細菌による全身感染症が治った人もいます

さてこれらの糞便移植 糞のお茶にヒントを得て 多くの人が同じ考えにいたりました 私たちが抱えている微生物群集とは臓器です 私たちは機能している臓器を 私たちの一部として見るべきです 慎重に敬意を持って扱うべきです 真の正当性もないのに 帝王切開や抗生物質の 過度な洗浄で台無しにしたくありません

DNA配列技術を使って私たちが何をすべきか 例えば炎症性腸疾患を患っている患者100人と 患っていない人100人に対する詳細な調査 または幼少のころ抗生物質を使用した人100人と 使用しなかった人100人の調査です 今私たちはその微生物群や それらの遺伝子に違いがないか比べることができます そして最終的にそれらの違いが単に相間関係でなく 因果関係があることを理解出来るかもしれません マウスや他の動物でのモデル・システムの研究も 貢献していますが 現在この技術を使うのは 様々な人の微生物を研究するほうが安上がりだからです

ここで私が何が言いたいかというと 私の糖尿病の物語の続きです 私の父は医療関係者で ホルモンの研究をしていました 彼には何度も喉の渇きや疲れなどの症状をうったえました でも父は肩をすくめただけでした たぶん文句の多い奴だとか 典型的な医者のように 「私の子供は健康である」と思ったのでしょう ケベック州で行われた内分泌学の国際学会に 家族で行ったこともあります 私は5分ごとにトイレに立ち テーブルの皆から水をもらって飲み 私は麻薬中毒者だと思われていたことでしょう


私がこれを話すのは 医療の社会では ― 父の例のように ― 彼らには目の前にあるものが見えない時があります 微生物群は私たちの目の前にあります 目には見えないので気がつきません 微生物ですから小さいのです でも彼らのDNAを通して分かります 人にどんな影響を及ぼすかが見えます

我々に今必要なのは 微生物群を人間の医学として 受け止めはじめることです 私たちのすべての部分に効果があるかはわかりませんが その可能性はあるかもしれません 私たちに必要なのは人の内外に生息する微生物の 完全な生物図鑑です そして彼らが我々に どういう影響を及ぼすか理解するのです 私たちは彼らであり 彼らは私たちです



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