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、私たちの体に健康効果をもたらす。私たちの多くは、80年代から90年代にかけて、有名人が推奨するヨーグルトのコマーシャルで初めてプロバイオティクスを知った。 

近年では、コンブチャと呼ばれる発酵茶飲料や、ケフィアというヨーグルト飲料がアメリカ人の間で大人気だ。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。

発酵とは、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。このプロセスは嫌気的（酸素なし）に行われ、エタノール、乳酸、二酸化炭素などの新しい化合物が生じる。 

その結果、食べ物の成分や食感は完全に変わってしまう。

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。この変更する 、乳酸が独特の魅力的な風味と香りを生み出す。

古代におけるプロバイオティクス

人々は1万年以上も前から、味、香り、食感を保ち、改善するために食べ物や飲み物を発酵させてきた。考古学者は紀元前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）には、アブラハムが「子牛肉、パン、酸乳」の供え物を持ってきたと記されているが、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を与えたと言われている。ケフィアも乳酸を豊富に含む発酵飲料である。

発酵は、食料を得るために農耕を始め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年頃の古代楔形文字の文書には、穀物を醸造所に納めたという記録があり、ビール醸造を賛美する賛美歌まである。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。ある農民の記録には、前年に牛から搾った牛乳、バター、チーズが素晴らしい収益を上げたと記されている。

古代エジプト人は食品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、墳墓や神殿に残されている、パンに使う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。この培養液は、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もたらす。

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年に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・メチニコフがブルガリアのコーカサス山脈の住民を調査したときのことだ。または メチニコフは、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を常飲して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。

顕微鏡で微生物を観察した結果、彼はこのヨーグルトに、ブルガリアの医師スタメン・グリゴロフが最近発見したラクトバチルス・ブルガリクスと同定される一種の細菌が含まれていることを発見した。そして今日私たちが知っているように、ヨーグルト用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 乳酸菌を添加することで達成される。

このつながりができたとき、メチニコフの研究は、乳酸菌が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を示唆した。メチニコフは乳酸菌を"プロバイオティクス "と呼んだ。"プロ "はラテン語で "for "を意味し、ギリシャ語の "bios"または "biotic "は "生命 "を意味する。 

現在では、プロバイオティクスはさまざまな細菌や酵母属に含まれていることがわかっているが、メチニコフの発見は、私たちがプロバイオティクスについて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が気分を高揚させ、消化器系の問題を和らげ、健康的な免疫力をサポートするなどの効果があることが示されている。

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。メチニコフの発見の結果、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かつてないほど社会に浸透しており、それはコンブチャ、ヨーグルト、キムチといった発酵食品の人気が高まっ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、おいしい食べ物だけでなく、遺伝子配列決定の分野でも大きな波紋を呼んでいる。

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。というのも、プロバイオティクスのおかげで、世界中のさまざまな菌株だけでなく、私たち自身の体内の菌株も特定できるようになったからだ。

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などの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。1,000種類を超える細菌のゲノム配列が解読されたことで、細菌の生物学に対する我々の理解は大きく広がった。

ゲノムの塩基配列決定が行われた当初は、主に病気の原因となる病原性細菌に焦点が当てられていたが、現在では食品関連細菌、腸内常在菌、プロバイオティクス細菌に注目が集まっており、この分野は2009年にプロバイオゲノミクスと呼ばれるようになった。

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 腸内細菌から分離された新菌株のゲノム配列決定により、科学者はその菌株に関する多くの疑問にわずか1日または 2日で答えることができる：

• 危険な場合- ヒスタミン反応を引き起こす遺伝子を持っている場合または 抗生物質耐性
• もし有用であれば、例えば乳糖を乳酸に発酵させる遺伝子を持っていれば、である。
• 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内で発見された場合

PS128: ゲノム解読から見えてきたこと

2007年にマスタード菜の発酵物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・プランタラム種に属することが示された。この新菌株L. plantarumPS128は、既知のヒスタミン産生遺伝子（または 抗生物質耐性遺伝子）を持っていなかったため、ヒトのプロバイオティクスの可能性があるとすぐに分類できた。なぜわかるのか？ゲノムの塩基配列決定があったからだ。 

最近、Lactobacillus plantarumPS128はLactiplantibacillus plantarumPS128と改名された。なぜか？またしてもゲノム配列決定のためである。 

ラクトバチルス属は、これまで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明らかになった。 

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、乳酸菌は業務用として特に有益である。乳酸菌はまた、乳酸のような抗菌化合物、バクテリオシンや過酸化水素を作り出すので、病原体と戦う機能的な役割も果たしている。

2020年、細菌の名称を記録する公式ジャーナルによって再分類の提案が受理され、ゲノム配列決定によって遺伝子の内容に明確な違いが明らかになった乳酸桿菌は 、25の新属に再分類された。この新分類には、「ラクトバチルス」という旧名称を維持する1属と、新たに誕生したラクチプランティバシルス属、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、便中マイクロバイオームのシーケンス解析により、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。おそらく最も印象的なのは、誰でもオンラインで購入できる家庭用糞便マイクロバイオームキットを使えば、自分自身のマイクロバイオームについての理解を深めることさえできることだ。 

これらのキットを使えば、誰でも自分のマイクロバイオーム・プロフィールから健康上の必要性を知ることができ、どのようなプロバイオティクスが最高の効果をもたらすかを判断するのに役立つ。これらのキットはまだかなり高価だが、より多くの人々が腸内ケアについてよりよく知ることができるよう、多くの企業がさまざまな支払い オプションを通じて、より入手しやすくなるよう取り組んでいる。

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もたらしている。例えば、メタゲノミクスのような新しい手法は、ヒトでのリアルタイム研究を可能にする。この場合、自然のものから直接ゲノムDNAの塩基配列を決定することになる。これは、研究者が特定の細菌株を培養して、そのDNA配列を決定するのに十分な量のDNAを抽出する必要があった以前の方法よりも、はるかに合理的である。 この技術により、実験室での培養が非常に困難なヒトの微生物叢の70％を同定することが可能になった。

このような方法は、遺伝子や遺伝子ファミリー、そしてそれらがコードするタンパク質を明らかにする可能性があり、医療やバイオテクノロジーにおいて重要な役割を果たす可能性がある。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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