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 は、微生物の酵素が食品中の糖を分解する化学プロセスですまたは 飲む。このプロセスは嫌気的に(酸素なしで)起こり、エタノール、乳酸、二酸化炭素などの新しい化合物が生成されます。 

その結果、食べ物の成分や食感は完全に変わってしまう。

たとえば、パン生地の酵母は発酵を利用して小麦粉のブドウ糖からのエネルギーを利用し、廃棄物として_CO2 を生成し、焼いたときに生地が上昇するのを助ける泡をもたらします。これ 変更する 組成はチーズにも含まれており、乳酸が独特の魅力的な風味と香りを作り出します。

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、食用として農耕を始めた最初の民族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 、醸造所に運ばれた記録があり、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。ある農民の記述（ ）には、前年に牛から牛乳、バター、チーズの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。

おそらく最も印象的なのは、世界最古のチーズが、中国のタクラマカン砂漠で紀元前1615年のミイラ（ ）から発見されたことだろう。 

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は、1907年に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  ブルガリアのコーカサス山脈の住民を調査したときに初めて科学的に記録されました。彼は百寿者(100歳まで生きる人)の比率の高さに魅了されましたまたは また、この地域の村人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ました。 

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た。この細菌は、ブルガリアの医師スタメン・グリゴロフが最近発見した微生物で、 ラクトバチルス・ブルガリクスと同定した。 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。 

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の背後にある当初の努力は、主に病気の原因となる病原性細菌に焦点を当てたものであったが、現在、この注目の一部は、食品関連細菌、腸内常在菌、プロバイオティクス細菌にシフトしており、この分野は2009年に プロバイオゲノミクスとして造語された。

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：

• 危険な場合は –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
• 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年に発酵したマスタードグリーンから新しい細菌株が分離されたとき、ゲノム配列決定により、それが種 Lactobacillus plantarumに属することが示されました。この新しい株 L. plantarum PS128は、ヒスタミン産生遺伝子が知られていないため、ヒトプロバイオティクスの候補としてすぐに分類できますまたは 抗生物質耐性遺伝子。なぜそれがわかるのでしょうか?ゲノム配列決定のため。 

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。 

Lactobacillus属 はこれまで、 乳酸産生菌 の多数の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、進化的に言えば、互いにかなり遠い関係に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、乳酸菌は特に 、商業利用にとって有益である。乳酸菌はまた、 乳酸やバクテリオシン、過酸化水素のような抗菌化合物を作り出すため、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。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って、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ができることだ。 

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、 リアルタイムの研究を可能にする。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、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解明する可能性を秘めている。 、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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