乳児ボツリヌス症は、生後およそ1歳未満の乳児において、ボツリヌス菌が腸管に感染することによって発症し、本菌が産生する神経毒素による致死的な神経麻痺症状を呈する。ボツリヌス菌は芽胞の状態で環境中に広く存在するが、健常な成人がボツリヌス菌に感染することはほとんどない。成人の持つ腸内細菌叢は本菌に対して定着抵抗性を有すると考えられているが、その詳細なメカニズムは不明である。そこで本研究開発課題では、腸内細菌叢の構成に着目し、感染耐性を付与する腸内細菌の同定を試みた。まず、異なる日齢の新生仔SPFマウスの腸内細菌叢を成獣無菌マウスに移植し、ボツリヌス菌の感染感受性を比較し、腸内細菌叢を解析した。その結果、感染感受性の腸内細菌叢には離乳後の大人型の菌叢で増加する複数の腸内細菌群が見られないことが明らかとなった。次に、成獣SPFマウスに抗生物質を投与し、抗生物質の種類による感染感受性の違いを比較検討した。その結果、感染感受性となるマウスの腸内細菌叢では特定の腸内細菌群が共通して減少していた。そこで、無菌マウスにSPFマウス腸内容物または成人糞便から抽出した当該の腸内細菌群を移植したマウスを解析したところ、完全な感染耐性となることを見出した。以上の結果から、成人・成獣においてボツリヌス菌感染防御を担う特定の腸内細菌群を同定することに成功した。次に、市販菌株を用いてボツリヌス菌感染防御効果を有する腸内細菌株をin vivoで探索したところ、強力な抑制効果を持つ当該の腸内細菌群に属する細菌１種（以下、Candidate 1）を同定した。さらに、Candidate 1栄養菌体とボツリヌス菌芽胞をin vitroで共培養したところ、ボツリヌス菌の増殖が顕著に抑制された。そこで、Candidate 1存在下における腸内環境を明らかにすべくCandidate 1単独定着マウスの盲腸内容物および培養上清のメタボローム解析を行ったところ、無菌マウスや未処理培地と比較して共通して顕著な増減が認められた分子を多数同定した。
本研究開発課題により、成人特有の腸内細菌群がボツリヌス菌感染防御を担うことが明らかとなり、具体的な候補菌種を得ることができた。今後その分子メカニズムを解明することで、乳児ボツリヌス症発症機構を分子レベルで理解するとともに、責任細菌や分子を利用した治療法・予防法や感染感受性のリスクマーカーの開発に繋がることが期待される。