プロバイオティクスは食べると本当に効果があるのでしょうか？植民地化の敵対は大きな問題である

上海科学研究所世界科学編集長 ユー・ウェンジュアン

「疑問があるときは量子力学を見てください。メカニズムを見つけるのが難しいときは腸内細菌叢を見てください。」量子力学や腸内フローラなどの最先端技術に対する嘲笑が反映しているのは、科学的原理はまだ十分に理解されていないが、その製品はすでに市場で人気が出ているということだ。

この例はよく知られているかもしれません。研究により、特定の細菌が腸の調整に効果的であることがわかっており、脳の健康にも影響を与える可能性があることがわかっています。その後すぐに、対応する栄養製品やサプリメントが市場で人気を博しました。

この製品は科学的であるように思えますが、本当に実験段階と同じ結果が得られるのでしょうか?副作用はありますか？同時に、魅力的な新製品に直面したとき、これは「IQ への課税」なのだろうかと疑問に思うことがよくありますか?

確かなのは、これらの製品の背後には合理的な側面があるということです。結局のところ、権威ある科学的研究によって、現代生活におけるいくつかの一般的な病気は腸内細菌叢と相互作用することが確認されている[i]。例えば、腸内細菌叢から分泌された物質は迷走神経を介して脳に伝達され、パーキンソン病患者に影響を及ぼす[ii]。腸内細菌によって生成される小分子代謝物はマウスの脳に入り込み、脳細胞の機能を変化させ、それによって動物の不安行動を悪化させる可能性がある[iii]。これらの研究により、腸内細菌叢が脳と通信する経路と特定のシグナル伝達分子が徐々に解明され、腸内細菌叢が脳に与える影響がさらに明らかになってきました。

権威ある研究が支持しているからこそ、人々はよくこう考えます。「健康な腸内細菌叢は人体にとってとても重要なので、健康な腸内細菌叢を持っていれば健康な体を持つことができるということでしょうか。」では、より有益な細菌叢を補給したり、病原菌と戦う細菌を摂取すれば、健康になる可能性が高くなるのでしょうか?

実際のところ、製品が人体における実験段階で観察された結果を達成するまでには、まだ長い道のりがあります。つまり、「食べる」ということは「補給する」ということではないのです。

避けられない「植民地化の対立」

栄養補助食品を摂取して有益な細菌を補充したいと思っても、何が問題なのでしょうか?これを実現する上での最大の障害は、実はあなたと共存する腸内細菌叢から生じます。彼らは摂取した細菌に対してさまざまな方法で抵抗しますが、これは専門的には「コロニー形成拮抗作用」と呼ばれます。

なぜこのような現象が起こるのでしょうか?想像してみてください。もともと腸内で平和に幸せに暮らしていた一群の幸せな在来細菌が、突然、「プロバイオティクス」や「抗病原体」の旗印を掲げた一群の外来細菌と対峙しなければならなくなったと。外来細菌は領土を占領し、食べ物や飲み物を奪い合いたいのですが、腸内のスペースは固定されており、栄養素は限られており、腸内細菌は入れ替わりたくないのです。同時に、体内の腸内細菌叢は長い間周囲の環境に適応しており、つまり、すでに生態学的ニッチの優位性を獲得しています。この時、入ってきた細菌が定着するのは少々難しく、強い競争優位性を持っているに違いありません。この競争上の優位性は、これらの細菌が人体に有益であるかどうかではなく、それらが「足場」を持ち、十分にしっかりと付着しているかどうかにあります。同時に、腸内細菌叢自体が形成する複合的な排除圧にも耐えなければなりません。このため、補給したい細菌は「腸を通過してしまう」ことが多いのです。

しかし、腸内細菌叢の拮抗作用は本質的に体の安定性を促進し、体内での病原菌の増殖のリスクを軽減します。この効果は、栄養素の競争とバクテリオシンおよび毒性代謝産物の生成を通じて達成されます。関連するメカニズムを調査することで、植民地化の敵対関係を打破する方法を見つけるのに役立つ可能性があります。例えば、バクテロイデスは人間の腸内に存在します。人間と共生関係にあり、腸内細菌叢の重要な構成要素です。 2023年12月11日、山東大学のGao Xiang氏のチームは、Nature Microbiology誌にバクテロイデス拮抗のメカニズムを発表しました。「ヒトの腸内のバクテロイデスは、他のバクテロイデスと戦うために、さまざまな特定の殺菌タンパク質を進化させます。」これは、ヒトの腸内でバクテロイデスに拮抗するための手がかりを提供します[iv]。 2023年12月15日、オックスフォード大学の研究チームはサイエンス誌に論文を発表し、腸内細菌叢と「侵入」する微生物の代謝の重複度が高いほど、細菌がコロニー形成拮抗の中核となる可能性が高くなることを明らかにしました。言い換えれば、腸内細菌を移植する場合、主要な中核細菌種を避けることで定着が達成される可能性がある。

これまで多くのことを述べてきましたが、腸内細菌叢がどのように外来細菌を排除するかについては、まだほとんどわかっていません。 「植民地化拮抗」現象に関しては、まだ多くの未知のメカニズムがあり、人々がより深く探究するのを待っています。しかし、良いニュースとしては、科学者たちが腸内細菌移植療法で大きな進歩を遂げたということだ。

ビッグデータ分析は正確な腸内細菌移植を実現するための近道となるかもしれない

移植された腸内細菌の定着を成功させるために、研究者たちは、科学的メカニズムがまだ十分に明らかではない場合に、定着拮抗をうまく突破した事例の背後にある法則を探ることで腸内細菌移植療法を導くという別のアプローチを積極的に試みています。

この方法を実行するには、少なくとも健康な人とさまざまな病気の患者の腸内細菌叢、健康な人の細菌叢と比較したさまざまな患者のパフォーマンスなどを知っておく必要があります。そうすることで、的を絞った治療を提供できるようになります。パターンを発見するには、十分な数のサンプルを対象とした大規模な研究が必要です。

同済大学付属第十人民病院の秦環龍教授率いる研究チームは、健康な人とさまざまな病気の人約1万人の腸内細菌叢データを収集し、「腸内細菌叢移植」治療前後の患者数千人の腸内細菌叢の配列を解析し、特別なデータベースを構築した。現在、18 の疾患について腸内細菌叢の分類モデルが確立されており、健康な人と病気の人を正確にマッチングするための指針を提供しています。一部の疾患ではマッチング成功率が 90% に達することもあります。この研究成果は2021年の上海科学技術進歩賞の最優秀賞を受賞した[v]。

一部の研究チームは、データモデリングを通じて腸内細菌移植のマッチング成功率の向上にも進展を見せている。中国科学院北京生命科学研究所の趙方清氏チームと南京医科大学第二付属病院の張法明氏チームが協力し、インテリジェント分析手法を用いて糞便微生物移植におけるドナーとレシピエントのマッチングのための人工知能モデル（EDS）を構築し、移植効率を57.1％から93.3％に向上させることができた。同時に、共同チームは、ドナーと患者の微生物叢の遺伝的距離が大きいほど、移植に適していることも発見した。これは山東大学の Gao Xiang 氏のチームの研究結果を裏付けるものであり、糞便微生物移植を成功させるためのより効果的な方法を提供します。この研究結果は2022年7月20日にGut Microbes誌に掲載された[vi]。

中国科学院深圳先進技術研究所合成マイクロバイオーム研究センターと深圳合成生物学研究所の戴磊氏の研究グループは、データ駆動型研究手法を用いて、コロニー形成拮抗作用の鍵となる種を推測することに成功した。したがって、糞便微生物叢移植では、定着を達成するために遺伝的距離が遠い細菌種を選択するための選択範囲がより明確になります。研究成果は2024年3月16日にNature Communications誌に掲載された[vii]。

精度の継続的な追求に加えて、「腸内細菌移植」治療の標準化も非常に重要な研究方向であり、つまり、脱色や脱臭などの現代の工業プロセスを通じて、健康な人の便中の活性細菌を臨床的に使用可能な製品に変換する方法です。

元の質問に戻ると、最先端の科学的発見が臨床研究をスキップして直接市場に投入される現象に関して、カリフォルニア大学ロサンゼルス校の神経科学者エメラン・メイヤー氏は次のように警告している。「実際、サプリメントの販売を『利用』して大金を稼いでいる人はたくさんいる」[viii]

この時点で、それらの魅力的な商品が単なるお金の無駄であるかどうかについて、ある程度の考えが浮かんだと思います。

[i] https://doi.org/10.1146/annurev-med-042320-014032

[ii] 迷走神経切断とパーキンソン病：スウェーデンの登録に基づくマッチドコホート研究。 https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/28446653/

[iii] 腸由来の代謝物がマウスの脳活動と不安行動を変化させる https://www.nature.com/articles/s41586-022-04396-8

[iv] https://www.nature.com/articles/s41564-023-01541-5

[v] 廃棄物を宝物に変える新しい魔法：「うんち」を「病気の治療薬」に変える。ワールドサイエンス、2024年第3号。

[vi] ドナーとレシピエントの腸内細菌叢の相互作用が糞便細菌叢移植の有効性を決定する DOI:10.1080/19490976.2022.2100197

[vii] 複雑な微生物群集のコロニー形成結果のデータ駆動型予測 https://www.nature.com/articles/s41467-024-46766-y

[viii]https://knowablemagazine.org/content/article/health-disease/2024/gut-brain-axis-parkinsons-disease-microbiome

この記事は科学普及中国創造育成プログラムの支援を受けた作品です。

著者: ユ・ウェンジュアン

レビュー: タオ・ニン

制作：中国科学技術協会科学普及部

制作：中国科学技術出版有限公司、北京中科星河文化メディア有限公司