プロバイオティクス歴史、科学、遺伝子配列

ウェルネスと健康的な食生活の世界では、流行り廃りがある。例えば、プロバイオティクスだ。 

プロバイオティクスとは、生きた細菌や酵母のことで、私たちの体に無数の恩恵をもたらす。私たちの多くがプロバイオティクスを知ったのは、80年代から90年代にかけての、有名人が推奨するヨーグルトのコマーシャルがきっかけだった。 

近年では、コンブチャと呼ばれる発酵茶飲料や、ヨーグルト飲料のケフィアがアメリカ人の間で大流行しているが、どちらも善玉菌を豊富に含んでいる。もちろん、カプセル（または ）入りのプロバイオティクスもある。 

プロバイオティクスの登場は明らかだが、その起源はどこにあるのだろうか？プロバイオティクスの歴史は、実は文明そのものと同じくらい古い。私たちが知っているプロバイオティクスの歴史と、プロバイオティクスに対する私たちの理解が今日どのように進化し続けているのかを探ってみよう。

発酵の歴史

プロバイオティクスの歴史は、人類の歴史と共にある。現代のようにプロバイオティクスを理解していたわけではないが、私たちは発酵のおかげで何世紀にもわたってプロバイオティクスを摂取してきた。

発酵 は、微生物の酵素が食品または 飲料に含まれる糖を分解する化学的プロセスである。この酵素プロセスにより、エタノール、乳酸、炭酸ガスなどの新しい化合物が生成され、食品に異なる味や食感を加える。 

例えば、パン生地に含まれるイースト菌は、小麦粉に含まれるブドウ糖からエネルギーを得るために発酵を利用し、廃棄物としてCO2を発生させ、その結果、焼いたときに生地が膨らむのを助ける気泡を発生させる。乳酸が独特の 魅力的な味と香りを生み出すため、このような組成の変更する はチーズでも起こる。

古代におけるプロバイオティクス

人は1万年以上前から、食べ物や飲み物 を発酵させ、味や香り、食感を保ったり改善したりしてきた。考古学者たちは、紀元前7000年頃の新石器時代の中国 で、 発酵の記録を発見しており、そこでは発酵させた米で作った飲み物が特によく飲まれていた。聖書の創世記（18:1-8）では、アブラハムは「子牛肉、パン、酸乳」の供え物を持ってきたとされているが、これは発酵乳製品に含まれる乳酸が作り出す酸味のある風味を示唆している。また、預言者ムハンマドはコーカサスの登山家たちにケフィアという乳酸を豊富に含む発酵飲料を与えたとも言われている。

発酵は、 食糧のために農耕を行った最初の人々の一人であるシュメール人にも行われていた。紀元前1800年ごろの古代楔形文字の文書には、穀物 、醸造所に 、ビール醸造を賛美する賛美歌までが納められたという記録がある。また、シュメール人が牛乳を発酵させていたことを示す記録もある。ある農民の記述によれば、彼は前年、家畜から牛乳、バター、チーズの素晴らしい収穫を得たという。

古代エジプト人は食べ物を発酵させることでも知られており、特にサワードウパンを焼いていた。パンはエジプト人の食生活の主食であったことは、墓や神殿から出土した、パンに使う小麦粉を挽くために穀物を集め、加工する過程を描いた多くの記録（ ）が証明している。この小麦粉はパン生地と、空気中の酵母から自然に作られるスターター培養液に使われる。この培養液がパンを焼く前に生地を膨らませ、風味豊かでモチモチとした食感を生み出すのだ。

世界最古のチーズは、中国のタクラマカン砂漠で紀元前1615年のミイラから発見された。 

それでも、発酵の背後にある驚異が本当に発見されたのは20世紀になってからである。

プロバイオティクスの発見

プロバイオティクスが初めて科学的に証明されたのは1907年、ロシアの科学者でノーベル賞受賞者のエリー・メチニコフ（ Élie Metchnikoff）がブルガリアのコーカサス山脈の住民を調査した時である。または 彼は、この地域の百寿者（100歳まで生きる人）の割合の高さに魅了され、この地域の村人たちが発酵ヨーグルトの一種を定期的に飲んでいることを観察した。 

発酵に役立つ微生物を特定したルイ・パスツールと同世代のメチニコフは、そのような微生物が人間の健康に及ぼす影響に興味を持っていた。その結果、彼は村人たちが飲むヨーグルトに含まれているかもしれない微生物の研究にいち早く取り組んだ。

顕微鏡で微生物を調べた結果、彼はこのヨーグルトに一種の細菌が含まれていることを発見し、 ラクトバチルス・ブルガリクスと同定した。この微生物は、ブルガリアの医師スタメン・グリゴロフによって最近発見されたものであった。そして、 今日私たちが知っているように、ヨーグルトのための牛乳の培養は通常、 ラクトバチルス・ブルガリクス や ストレプトコッカス・サーモフィルスなどの乳酸菌を加えることによって達成される。

この関連性が明らかになったとき、メチニコフの研究は、乳酸菌 病気や老化の原因となる消化管への悪影響を打ち消す可能性があることを示唆し 。メチニコフは 乳酸菌 を「プロバイオティクス」と呼んでいますが、これはラテン語で「のために」を意味する「プロ」とギリシャ語の「ビオス」に由来しますまたは 「バイオティック」とは「生命」という意味です。 

今日では、プロバイオティクスは様々な細菌や酵母属に存在することがわかっているが、メチニコフの発見は、プロバイオティクスについて私たちが知っていることの基礎となった。例えば、現代の研究では、プロバイオティクス 、気分を高揚させ、消化不良を緩和し、健康的な免疫力をサポートするような、 。

もしこの発見がなかったら、プロバイオティクスに対する私たちの理解は、過去100年の間にこのように発展することはなかっただろう。メチニコフの遺産を受け継いだ結果、プロバイオティクスに対する私たちの理解は現在どのようになっているのだろうか。

現代におけるプロバイオティクス

プロバイオティクスは以前にも増して社会に浸透しており、コンブチャ、ヨーグルト、キムチなどの発酵食品が人気を集めていることからも明らかだ。しかし、現代のプロバイオティクスは、美味しい食べ物以外にも多くのことに関係している。プロバイオティクスの研究は、ここ数十年、 全ゲノムシーケンス が簡単に利用できるようになったことで進歩した。

プロバイオティクスと遺伝子シーケンス

遺伝子配列決定とは、 DNA分子を構成する塩基として知られる4つの化学的「構成要素」の順序を決定するプロセスである。これらの塩基にはアデニン、グアニン、シトシン、チミンが含まれ、これらの塩基によって科学者たちは特定のDNAセグメントに含まれる遺伝子の種類（情報 ）を知ることができる。これはプロバイオティクスの場合、非常に貴重なものである。なぜなら、 世界に存在するさまざまな菌株 だけでなく、私たち自身の体内に存在する菌株を特定するのにも役立っているからだ。

その前に、遺伝子配列決定における発見の年表を簡単に紹介しよう：

この10年間で、プロバイオティクスの研究は目覚ましい変化を遂げた。その多くは、 「ヒトゲノムプロジェクト」のような画期的な成果により、新しい全ゲノム配列決定法へのアクセスが拡大したことに起因している。様々な条件下で1人当たり1,000種以上の細菌のゲノム配列が解読されたことで、様々な健康状態に関連する細菌の種類についての理解が大きく広がった。

ゲノム配列決定の背後にある当初の取り組みは、主に病気に関連する望ましくない細菌に焦点を当てていた。 現在、この注目の一部は、食品関連細菌や腸内常在菌、そして特にプロバイオティクス細菌のゲノム配列決定へとシフトしている。

全ゲノム配列データがあれば、専門家はより多くの疑問に答え、より多くの問題を解決し、健康と医療をさらに進歩させることができる。発酵食品から分離された新菌株のゲノム配列決定または 腸内では、科学者たちは 、それに関する多くの疑問 にわずか1日または で答えることができる：

• 危険な場合 - ヒスタミンを産生する遺伝子を持っている場合または 抗生物質に抵抗する。
• 有用であれば - 例えば、乳糖を乳酸に発酵させる遺伝子を持っていれば。
• その遺伝的親戚は誰か
• マイクロバイオームの塩基配列が決定された人々の腸 から発見された場合。

PS128: ゲノム解読から見えてきたこと

2007年に発酵マスタード・グリーンから新種の細菌株が分離されたとき、ゲノム配列決定によって、それがラクトバチルス・プランタラム（Lactobacillusplantarum）種 に属することが示された。この新菌株、 L. plantarum PS128は、一般的な抗生物質に対する耐性遺伝子（ヒスタミン産生遺伝子または ）を持たないことから、 ヒト用プロバイオティクスの候補 としてすぐに分類された。なぜわかるのか？ゲノムの塩基配列決定があるからだ。 

最近、 Lactobacillusplantarum PS128が、 Lactiplantibacillusplantarum PS128に改名された。なぜか？またしてもゲノム配列決定のためである。 

ラクトバチルス属 、以前は多数の 乳酸産生菌種を包含していたが、ゲノム配列決定により、これら260種以上の多くは、進化的に見ると、互いにかなり遠縁であることが判明した。 

発酵によって乳酸に変化する乳糖は乳製品に多く含まれ、酸や胆汁酸塩に対する耐性のおかげで、乳酸菌は特に 、商業利用にとって有益である。乳酸菌はまた、 乳酸に加えて、バクテリオシンや過酸化水素などの抗菌化合物を生成するため、病原体と戦う機能的な役割も果たしている。

2020年、 再分類の提案が、 細菌名の公式記録誌によって受理され、 ラクトバチルス属 を25の新しい属に再分類した。ゲノム配列決定によって、遺伝的内容の明確な区別が明らかになったためである。この新しい分類には、"Lactobacillus"という古い名称を維持する1属と、新たに誕生した Lactiplantibacillus、その他23の新属が含まれる。

プロバイオティクスの未来

遺伝子配列決定のような画期的な技術や、現代の技術で驚くべき速さで実行できるようになったため、マイクロバイオームやプロバイオティクスに関する理解は大きく広がり、人間の健康に関する知識は飛躍的に向上した。 

例えば、 糞便中マイクロバイオーム・シーケンシングのおかげで、専門家は個々のマイクロバイオームのプロフィールを明らかにすることができる。この種のシーケンシングは現在、家庭用糞便マイクロバイオームキットを通じて、いくつかの企業がサービスとして提供しており、誰でもオンラインで購入することができる。 

各社は、こうしたキットを使えば、マイクロバイオームのプロフィールから自分の健康ニーズについて詳しく知ることができ、おそらくどのプロバイオティクスが最高の効果をもたらすかを判断できるかもしれないと提案している。しかし、このような「消費者直販」キットは、 、FDAの規制対象外であり、 分析性能 、一般的に不足している。これらのキットの多くはかなり高価であり、ヒトの健康への適用性に加え、少なくとも一部の結果の正確性と妥当性については、まだ審査が行われていない。

これまでの技術革新も現在進行中の技術革新も、プロバイオティクスの研究と応用に新たな可能性を豊富に提供している。例えば、 メタゲノミクス のような新しい方法は、分析サンプルについてさらに多くの情報 を提供する。天然源から抽出したゲノムDNAの混合物の塩基配列を決定することで、そのサンプル内の微生物群集を特定することができる。従来の方法で個々の微生物を分離・培養する代わりに、このはるかに合理的なアプローチにより、研究者は一度に多くの微生物、特にユニークな生育条件を持つ微生物を同定することができる。メタゲノム技術により、ヒトの微生物叢の約70％を同定することが可能になったが、その多くは実験室での培養が困難なものである。

メタゲノム解析のアプローチには、遺伝子、それにコードされるタンパク質、そして遺伝子ファミリー全体を解明する可能性がある。 、これは医療やバイオテクノロジーにおいて重要な意味を持つ可能性があり、データを収集する新しい方法は、この分野を前進させるのに役立っている。このようなシステムは、プロバイオティクスと免疫系、代謝、マイクロバイオーム全体との相互作用に関する研究をさらに進めるだろう。 

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