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。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や、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、チーズで素晴らしい収穫があったことが記されている。

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、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1907年のことである。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。 

今日では、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、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が気分を高揚させ、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、ここ数十年で全ゲノム配列決定が簡単に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、新規の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種を超える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。

ゲノム解読の背後にある当初の取り組みは、主に病気に関連する好ましくない細菌に焦点を当てていた。しかし現在では、食品関連細菌や腸内常在菌、特にプロバイオティクス細菌のゲノム解読に注目が集まっている。

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。
• 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、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 ）を持たず、一般的な抗生物質に対する耐性遺伝子を持つことから、ヒト用のプロバイオティクスとしてすぐに分類される可能性があった。なぜわかるのか？ゲノムの塩基配列の解析からである。 

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、ゲノム配列の決定により、これら260種を超える菌種の多くが、進化的にみて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、乳酸菌は酸や胆汁酸塩に耐性があるため、業務用として特に有益である。また、乳酸菌は乳酸以外にもバクテリオシンや過酸化水素などの抗菌性化合物を生成するため、病原菌と戦う機能的な役割も担っている。

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。この種のシークエンシングは現在、家庭用糞便マイクロバイオームキットを通じて、数社からサービスとして提供されており、誰でもオンラインで購入することができる。 

各社は、これらのキットを使えば、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より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、その分析性能は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、人間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もたらしている。例えば、メタゲノミクスのような新しい方法は、分析したサンプルについてさらに多くの情報 。天然物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。

メタゲノミック・アプローチは、遺伝子やそれにコードされるタンパク質、遺伝子ファミリー全体を明らかにする可能性を秘めており、これは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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