The Journal of Farm Animal in Infectious Disease
Vol.9 No.4 2020

総EQUINE INTESTINAL FLORA AND ANTIMICROBIAL AGENTS説

馬の腸内フローラと抗菌薬
丹羽秀和
日本中央競馬会

競走馬総合研究所

微生物研究室〒 329-0412 栃木県下野市柴 1400-4
Email: niwa@equinst.go.jp［要約］

ウマは大腸内の発酵によって食物繊維を分解し、エネルギー源とする後腸発酵動物である。ウマの大腸は消化管全体の約 60％の容量を占め、その中に生息する多数の細菌、真菌、原虫などが食物繊維の分解に大きな役割を果たしている。体内でありながら体外とも言える消化管腔内に形成される腸内フローラは、外的な要因である食物や薬剤、宿主側の要因である消化管の運動や免疫状態などによって影響を受けると考えられる。これまで、ウマの腸内フローラに関する研究は、腸内細菌の培養などに特殊な技術が必要なことやウマの研究者自体が少ないことから、その重要性にも関わらず研究は進んでいなかった。しかし、近年、腸内フローラ構成細菌の網羅的解析（メタゲノム解析）を可能とする次世代シー
クエンサー（NGS）の登場により、様々な研究が行われるようになってきた。
抗菌薬の投与によって誘発される下痢症、いわゆる抗菌薬関連下痢症は、重篤化した場合には致死率の高いウマにとって重要な疾病の一つである。当研究室では競走馬に使用される抗菌薬の投与が腸内フローラに与える影響について NGS を用いて調査を続けている。また、競走馬ではヒトの抗菌薬関連下痢症の主要な原因菌として知られている Clostridioides difficile による致死的な腸炎が散見されており、その調査も継続的に実施している。抗菌薬の投与と腸炎の発症との関連性は未だ解明されていないが、本講演では、これまでの調査によって得られたデータを紹介するとともに、直面している課題についても議論したい。
キーワード：ウマ，腸内フローラ，メタゲノム解析，Clostridioides difficile

素の中で、炭水化物、タンパク質、脂質などははじめに大部分が小腸で吸収され、ウマの主食である食

ウマは、ウサギ、モルモット、ハムスターな物繊維の分解によって生じた揮発性脂肪酸

どと同じく後腸発酵動物であり、生体の維持や（VFA）、さらにはビタミン B やビタミン K な運動に必要なエネルギーを小腸だけでなく後腸

どは大腸で吸収される（表 1）。これらの栄養である盲腸や結腸から吸収している。ウマの消素の中で、食物繊維の分解、腸内でのビタミン化管の構造は他の家畜と異なり、体の大きさにB やビタミン K の産生には腸内フローラの働比較して小さな胃、成馬では 20m にも達するきが不可欠であることが明らかとなっており、

長い小腸、消化管全体の約 60% の容量を占め

VFA は生体の維持や運動に必要なエネルギーる大腸を特徴としている。ウマが摂取した栄養の う ち 60-70% を 占 め る と さ れ て い る［10］。
また、腸内フローラにはサルモネラなどの腸管病原性をもつ病原体の競合排除、免疫機能の活

受理：2020年9月4日－ 121 －

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9 巻 4 号 2020

馬の腸内フローラと抗菌薬

表1

ウマの消化管の容積と各部位で吸収される主な栄養素

部位
胃
小腸
盲腸
大結腸
小結腸〜直腸

容積（L）
18.3
64.9
34.1
82.6
15

栄養素
―
炭水化物，タンパク質，脂質
揮発性脂肪酸（食物繊維），
炭水化物，ビタミンB，ビタミンK性化などの働きが知られており［11］、健全な復するものから、致死的な腸炎に発展するもの

腸内フローラはウマの健康にとって不可欠と考まである。AAD の発症メカニズムは不明な点

えられている。腸内フローラは様々な要因にが多く、はっきりとした因果関係が示されていよって影響を受けることが知られており、ウマるデータはないが、直接的な薬理作用を原因とでは抗菌薬の投与、炭水化物の多給、調教、輸するものやフローラの撹乱を原因とするものが送、絶食、麻酔などの要因が報告されている［1,推測されている［6］（図 1）。ウマの AAD に3, 8, 9］。

関与する抗菌薬を示した報告が複数あるが、各抗菌薬の発症リスクを比較する体系的な評価は抗菌薬関連下痢症

行われておらず、客観的なデータが不足してい抗菌薬関連下痢症（Antimicrobial associatedるとの意見もある（Weese SJ., 2000. Thesis）。

diarrhea: AAD）は、抗菌薬の投与によって誘

全身的に投与される抗菌薬のほとんどが AAD

発される下痢症をいい、ウマにおける抗菌薬のの発症に関与する可能性があるとの意見もある

副作用として最も一般的に認められる症状であ［6］。また、ウマの AAD に対する感受性は地る［5］。症状は、投薬の中止によって自然に回理的な要素に影響も受けると考えられており、抗菌薬

腸内フローラの撹乱

フローラの代謝機能の変化

定着抵抗性の喪失

病原体の増殖腸内の炭水化物や揮発性
脂肪酸代謝の異常

毒素の産生

消化管粘膜の炎症
直接的な
薬理作用
図1

水分の分泌亢進または
吸収低下
抗菌薬関連
毒性/過敏性下痢

馬の抗菌薬関連下痢症に想定されている発症メカニズム

図1. ⾺の抗菌薬関連下痢症に想定されている発症メカニズム（McGorumらの報告［6］から図を引用・和訳）(McGorumらの報告[6]から図を引用・和訳)－ 122 －

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EQUINE INTESTINAL FLORA AND ANTIMICROBIAL AGENTS

例えば北米においてロドコッカス・エクイ感染

副 作 用 の 発 生 率 は、CET で は 0.02 ％（ 投 与症の治療に使用されるエリスロマイシンは、国4452 例中 1 例）、MINO では 0.98％（投与 305

内では腸炎の発症リスクが非常に高い薬剤とさ例中 3 例）であり、MINO での発生率が優位

れ、使用されていない。

に 高 値 で あ っ た（ 黒 田，unpublished data）。
そこで我々は、両薬物の投与がウマの腸内フ抗菌薬の投与が腸内フローラに与える影響

ローラに与える影響について調査を行った。健

競走馬は、他の家畜・家禽と異なり、増体を康なウマ 6 頭を CET 投与群および MINO 投与目的とした抗菌性飼料添加物は使用されておら群の 2 群に分け、競走馬に用いられる常用量をず、輸送熱や周産期の子宮内膜炎の予防のよう

3 日間投与し、次世代シークエンサー（NGS）

な一部の目的を除けば、ほとんどの抗菌薬が治による 16S rRNA 遺伝子の V4-V5 領域を用い療を目的に使用されている。国内の競走馬に対たメタゲノム解析を実施したところ、CET としてはセファロチン（CET）とミノサイクリ

比較して MINO の投与が腸内フローラによりン（MINO）が治療目的として最も多く使用さ大きな影響を与えることが明らかになった（図れている。これらの抗菌薬の投与による日本中2）。本実験では一部の個体における薬疹の出現

央競馬会（JRA）内における腸炎や下痢などのを除き副作用は認められなかったが、上述のよ

1
1

3

3

3

3
5

7

7
5
28

1

14

14

5

7

14

1

5
7
14

28

1
1

7 3
5

セファロチン投与⾺（
ミノサイクリン投与⾺（

28

28

3

14

5
7

28

28

14

）
）

セファロチンおよびミノサイクリン投与⾺における腸内フローラの経時的変化
図2図2.
セファロチンおよびミノサイクリン投与馬における腸内フローラの経時的変化（主座標分析）.
⿊塗り記号は投与前，⽩抜き記号は投与終了後の（主座標分析）。黒塗り記号は投与前、
白抜き記号は投与終了後の腸内フローラ
腸内フローラを表し、記号内の数字は投与後の日数を示す.
を表し、記号内の数字は投与後の日数を示す。
－ 123 －

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9 巻 4 号 2020

馬の腸内フローラと抗菌薬

うに CET と MINO における副作用の発生率に

CDI は、1988 年に米国で確認された子馬の出は違いが認められることから、抗菌薬による腸

血性壊死性腸炎が文献上最初の報告となるが内フローラの変化と副作用の発生率との関係性［4］、現在では世界各国で発生がみられている。

は興味深い点と考えられた。一方、抗菌薬投与

CDI は、子馬だけでなく成長した馬（成馬）で前後の腸内フローラは、両薬剤とも腸炎によりの発生も確認されており、発症と年齢との関連死亡したウマの腸内フローラとの類似性は低は認められない。また、医療施設内でアウトブ

く、抗菌薬の投与によって生じた腸内フローラ

レイクを引き起こすことがある一方、野外におの変化と致死的な腸炎との関連性は不明であっける孤発例も少なくない。感染および発症は、た（図 3）。

汚染された糞便や環境から経口的に摂取された
C. difficile の芽胞または栄養型細胞が、何らかウマの Clostridioides difficile 感染症の要因によって腸内フローラが撹乱された消化Clostridioides difficile 感染症（CDI）は、有芽管の中で異常に増殖することで起こると考えら

胞グラム陽性桿菌である Clostridioides difficile

れている。

を原因とする疾病である。CDI は腸内フロー

JRA 競走馬総合研究所では、2010 年に国内

ラの撹乱によって本菌が増殖し、発症に至るこで初めてウマから本菌を分離して以降［7］、と か ら、AAD と し て の 側 面 も 持 つ。 ウ マ の2017 年までに 29 例の CDI 発生を JRA 馬医療

・
・ D5
D3
・
D4

・
D2
・
D1

: セファロチンおよびミノサイクリン投与⾺: 腸炎発症⾺

図3.
図3セファロチンおよびミノサイクリン投与馬と腸炎発症馬
セファロチンおよびミノサイクリン投与馬と腸炎発症馬
における腸内フローラの類似性の検討（主座標分析）
における腸内フローラの類似性の検討（主座標分析）－ 124 －

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Vol.9 No.4 2020

EQUINE INTESTINAL FLORA AND ANTIMICROBIAL AGENTS

施設内で確認している（表 2）。競走馬以外の

2 〜 4 日目に発症しており、そのうち 7 例がCDI 国内発症例も確認されているが、獣医領

toxin A、toxin B、および、binary toxin を産域において C. difficile の検査を実施している検生する PCR ribotype（RT）078 とよばれる遺査施設は限られており、正確な発生状況は不明

伝子型による感染であった。一方、2013 年以降、である。CDI は、ウマの感染性腸炎のなかで入院例は 18 例中 5 例に減少するとともに、多は死亡率が高い疾病と言われているが、とりわ様な遺伝子型が確認され、RT078 株は 2 例のけ国内の競走馬においては重篤な症例が多く、みであった（表 2）。なお、すべての症例で発死亡率は 85% に達する（表 2）。死亡例では腸症前に抗菌薬の投与が行われていた。RT078

管粘膜上皮全域の壊死が認められる（図 4）。

は、獣医領域における CDI では従来から問題

JRA 馬医療施設内における CDI の発生状況となっている遺伝子型であるが、ヒトの CDIは、時期によって変化が認められている。2010

においても通常の株よりも強い病原性を持つ〜 2012 年までは 11 例中 8 例が外科手術後入院

hypervirulent 株のひとつとして注目されてい表2

JRA所属競走馬で確認されたClostridioides difficile感染症

症例 発症年
1
2010
2
2010
3
2010
4
2011
5
2011
6
2011
7
2011

性別
雄
雌
雌
雌
雄
雄
騸

開腹術
螺子固定術
結膜フラップ術
螺子固定術
開腹術
開腹術
去勢（外部施設で実施）

8
9
10

2012
2012
2012

騸
雄
雄

直近の手術歴なし
直近の手術歴なし
開腹術

×
○

安楽死
安楽死
安楽死

11
12

2012
2013

雄
雄

直近の手術歴なし
直近の手術歴なし

×
×

死亡
安楽死

13
14
15
16
17
18

2013
2013
2013
2013
2013
2014

雄
騸
雌
雌
雄
雄

関節鏡手術
直近の手術歴なし
開腹術
直近の手術歴なし
直近の手術歴なし
直近の手術歴なし

×
×
○

生存
生存
生存
安楽死
安楽死
安楽死

19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29

2014
2014
2014
2014
2015
2015
2016
2016
2017
2017
2017

雄
雄
雄
雌
雄
雄
雄
雄
雄
雄
騸

直近の手術歴なし
直近の手術歴なし
開腹術
関節鏡手術
直近の手術歴なし
直近の手術歴なし
直近の手術歴なし
喉頭形成術
開腹術
直近の手術歴なし
縫合術（外傷）

×
×
○
○

手術歴

入院
○
○
○
○
○
○
×
○

×
×
×

×
×
×
○
○
×
×

b) A: toxin A; B: toxin B; CDT: binary toxin A
ND: not determined－ 125 －

転帰
安楽死
死亡
安楽死
安楽死
安楽死
死亡
死亡

安楽死
安楽死
死亡
死亡
安楽死
安楽死
安楽死
安楽死
安楽死
死亡
生存

毒素型a)
+ +

+

A B CDT+ ++A B CDT+ ++A B CDT+ ++A B CDT+ ++A B CDT+ ++A B CDT+ +A B CDT
A+B+CDT++ +A B CDT+ +−A B CDT+ +A B CDT+ +-A B CDT+ +A B CDT+ ++A B CDT
A+B+CDT++ +A B CDT+ ++A B CDT+ +A B CDT+ +A B CDT+ +A B CDT+ +A B CDT+ +A B CDT+ +A B CDT+ +A B CDT+ +A B CDT+ +A B CDT+ +A B CDT+ ++A B CDT+ ++A B CDT+ +A B CDT+ +A B CDT+ +A B CDT

PCR ribotype
078
078
078
078
078
078
hnc08162078
014
km0429
078
014
014
027
rh13124
014
078
c056
056
j41
014
017
017
c056
002
017
ND
078
078
ND
ND
ND

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馬の腸内フローラと抗菌薬

difficile感染馬に認められた腸管病変（大腸）
図4 Clostridioides
図4. Clostridioides
difficile感染馬に認められた腸管病変（大腸）.
粘膜上皮細胞は腸管全域で広範囲に壊死しており、⾼度の充出⾎が認められた。
粘膜上皮細胞は腸管全域で広範囲に壊死しており、高度の充出血が認められた。
る［2］。コアゲノム SNPs を用いた分子系統解医療施設内へ転院した症例からの分離株であ析から、2010 〜 2014 年に入院例から分離される。2016 年に分離された RT078 株は、入院をた RT078 株は同一のクローンであることが明

伴わないまたは術後入院 1 日目で発症した症例

らかとなり、入院例の多くは RT078 株によるを由来とする株であることから、医療施設外で医療関連感染であったことが強く疑われた（図の感染と推測されており、系統学的にも医療関5）。なお、同時期に分離され、系統樹上の位置

連感染が疑われた上述のクローンとは異なってが異なる RT078 株（図 5 の a））は外部施設でいた。

去勢手術を受けた後に下痢を発症し、JRA 馬ヒト, カナダウマ, 2015年, 千葉県

ヒト, イギリス
ヒト, 国籍不明
ヒト, オーストリア
ヒト, イタリア
排水, イギリス
ヒト, アイルランド
ヒト, 国籍不明
排水, イギリス
排水, イギリス

ウマ, 2016年, 滋賀県（cd-342, 343は同一馬）
排水, イギリス
ヒト, 国籍不明
排水, イギリス

ウマ，2010〜2014年, 滋賀県

排水, イギリス
ヒト, USA

ウマ，2011年, 滋賀県a)ヒト, イギリス
ヒト, USAヒト, イギリス

図5

国内のウマ由来および公開されているClostridioides difficile PCR ribotype 078のcore-genome

図5. 国内のウマ由来および公開されているClostridioides
SNPsをもとに作成した系統樹.

difficile PCR ribotype 078のcore-genome
SNPsをa）JRA施設外で実施された手術後に下痢を発症し、治療のために施設内へ転院
もとに作成した系統樹. a) JRA施設外で実施された
⼿術後に下痢を発症し、治療のために施設内へ転院－ 126 －

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今後の課題
NGS の登場によってウマの腸内フローラを構成する細菌のメタゲノム解析が比較的容易に実施可能となり、ウマを取り巻く様々な因子が腸内フローラに与える影響が明らかになりつつある。しかし、我々の研究も含め、これらの要因によって起こる腸内フローラの変化が、CDIを含めた腸炎の発症に対してどのように関与するかは現在でも明らかにできていない。我々の使用している細菌 DNA を用いたメタゲノム解析は、生菌だけでなく死菌の DNA の存在もデータに含まれるとともに、腸内フローラ構成
細菌の構成比が解析結果の中心となる。この方法では実際に腸内で活動している生きた菌の数を見積もることは困難であるとともに、細菌が腸内で産生する様々な代謝物が宿主や腸内フローラ自体に与える影響を明らかにすることはできない。さらに、観測される腸内フローラの変化は、疾病の原因としてだけでなく宿主側の変化を反映している場合もある。ウマにおける腸内フローラの機能や役割を解明し、疾病の予防や治療に役立てていくためには、メタゲノム解析だけではなく様々な視点からのアプローチ
がさらに必要と考えられる。
引用文献［1］ Costa MC., Stämpfli HR., Arroyo LG., Allen-Vercoe
E., Gomes RG., Weese JS. 2015. Changes in theequine fecal microbiota associated with the use of
systemic antimicrobial drugs. BMC Vet Res.
3;11:19. doi: 10.1186/s12917-015-0335-7.
［2］ Goorhuis A., Bakker D., Corver J., Debast SB.,
Harmanus C., Notermans DW., Bergwerff AA.,
Dekker FW., Kuijper EJ. 2008. Emergence ofClostridium difficile infection due to a new
hypervirulent strain, polymerase chain reaction

EQUINE INTESTINAL FLORA AND ANTIMICROBIAL AGENTS

ribotype 078. Clin Infect Dis. 47:1162-70.
［3］ Harlow BE., Lawrence LM., Hayes SH., Crum A.,
Flythe MD. 2016. Effect of dietary starch source andconcentration on equine fecal microbiota. PLoS
One. 29;11(4):e0154037. doi: 10.1371/journal.
pone.0154037.
［4］ Jones RL., Adney WS., Shideler RK. 1988. Isolationof Clostridium difficile and detection of cytotoxin in
the feces of diarrheic foals in the absence ofantimicrobial treatment. J Am Vet Med Assoc.
193:76-9.
［5］ McGorum BC., Pirie RS. 2009. Antimicrobial
associated diarrhea in the horse. Part 1: Overview,
pathogenesis and risk factors. Equine Vet Educ.
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［6］ McGorum BC., Pirie RS. 2010. Antimicrobial
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［7］ Niwa H., Kato H., Hobo S., Kinoshita Y., Ueno T.,
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K., Nakai K. 2013. Postoperative Clostridium
difficile infection with PCR Ribotype 078 strain
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racehorses. Vet Rec. 173: 607.
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EE., Batty C., Turner C. 2015. Characterisation of
the fa e c a l me ta bolome a nd mic robiome of
Thoroughbred racehorses. Equine Vet J. 47:580-6.
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－ 127 －

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9 巻 4 号 2020

馬の腸内フローラと抗菌薬

Equine intestinal flora and antimicrobial agents
Hidekazu Niwa
Equine Research Institute, Japan Racing Association
Shiba 1400-4, Shimotsuke, Tochigi 329-0412, Japan
Tel: +81 285-39-7589, Fax: +81-285-40-1064
Email: niwa@equinst.go.jp【Abstract】
Horses are hindgut fermenter which degrade dietary fiber by fermentation in the large intestine and use it as anenergy source. Volume of horse's large intestine reaches about 60% of total volume of gastrointestinal tract, andthe numerous bacteria, fungi, and protozoa that live therein play a major role in the degradation of dietary fiber.
The intestinal flora that forms inside the gastrointestinal tract, which is both extracorporeal and intracorporeal, isthought to be affected by external factors such as food and drugs, and host factors such as gastrointestinal motility
and immune status. Research on the intestinal flora of horses has not been sufficiently proceeded despite theimportance because of the requirement of special techniques for analysis of intestinal flora, such as culture ofintestinal bacteria, and the fact that there are few equine researchers. However, various studies have been recently
conducted by utilizing a next-generation sequencer (NGS) that enables comprehensive analysis of the intestinal
flora such as metagenome analysis. Diarrhea induced by administration of antimicrobial agents, so-called
antimicrobial-associated diarrhea, is one of the important diseases for horses with high mortality when serious. In
our laboratory, we are investigating the effects of antimicrobial agents used in racehorses on intestinal flora using
NGS and the fatal enteritis due to Clostridioides difficile, which is known to be a major causative agent of humanantimicrobial-associated diarrhea. The association between antimicrobial administration and the incidence ofenteritis has not yet been elucidated. Further approaches from various respects will be needed for better
understanding of equine intestinal flora.
Keywords: equine, intestinal flora, metagenome analysis, clostridioides difficile－ 128 －