ビフィズス菌の作る酢酸がO157感染を抑止することを発見—善玉菌（プロバイオティクス）の作用機構の一端を解明—

本研究成果のポイント
○ビフィズス菌の産生する酢酸が、腸の上皮細胞のO157に対する抵抗力を増強
○ビフィズス菌のゲノム解析から、酢酸産生亢進につながる新規遺伝子を発見
○善玉菌（プロバイオティクス）による健康増進や予防医学への応用に期待

本研究成果は、科学雑誌『Nature』（1月27日号）に掲載されました。

横浜市立大学大学院生命ナノシステム科学研究科免疫生物学研究室の大野博司客員教授（理化学研究所免疫・アレルギー科学総合研究センター免疫系構築研究チームリーダー）、福田真嗣研究員は、ビフィズス菌による腸管出血性大腸菌O157の感染抑止には、ビフィズス菌が産生する酢酸が腸管上皮細胞に作用することが非常に重要で、この作用がなければ感染に抵抗性を持たないことを、マウス実験により世界で初めて明らかにしました。これは独立行政法人理化学研究所と国立大学法人東京大学、公立大学法人横浜市立大学を中心とする共同研究グループの研究成果です。

ヒト腸内常在細菌の一種であるビフィズス菌は、プロバイオティクス、いわゆる善玉菌の1つとして、私たちの体に良いといわれています。その一例として、無菌マウスに前もってビフィズス菌を投与しておくと、その後のO157による感染死を抑止できることが知られていました。しかし、その分子メカニズムは不明のままでした。今回、研究グループは、最新のマルチオーミクス手法、すなわちゲノミクス、トランスクリプトミクス、メタボロミクスを駆使した統合解析手法により、ビフィズス菌が産生する酢酸が腸粘膜上皮の抵抗力を増強することで、マウスがO157による感染死を免れることを明らかにしました。また、酢酸合成を亢進するビフィズス菌の遺伝子の同定にも成功しました。

この結果は、マルチオーミクス手法が複雑な宿主-腸内細菌相互作用の解析に効果的であることを証明するとともに、プロバイオティクスの作用メカニズムの一端を初めて明らかにしたものです。プロバイオティクスを健康増進や予防医学へ応用することにより、社会への還元が期待されます。

予防株（左）、非予防株（右）ともブドウ糖のトランスポーター（ピンクの糖トランスポーター）を持っているため、ブドウ糖が比較的豊富に存在する小腸～大腸上部では、両者ともにブドウ糖から十分量の酢酸を産生する。しかし、ブドウ糖がすでに消費されて枯渇状態にある大腸下部では、予防株（左）は大腸下部にも比較的豊富に存在する果糖を取り込むトランスポーター（水色の糖トランスポーター）を持っており、これによって果糖を利用して腸粘膜上皮の保護に十分な量の酢酸を産生するため、O157による炎症や感染死を予防する。一方、非予防株（右）は果糖トランスポーターを持たないため、十分量の酢酸を産生できず、O157により腸粘膜上皮が細胞死を起こし、毒素が体内に侵入することで、毒素によるマウスの感染死を引き起こす。

※1　プロバイオティクス
人体に良い影響を与える微生物、あるいはそれらを含む食品や医薬品などを指す。
※2　マルチオーミクス手法
ゲノミクス（genomics）、トランスクリプトミクス（transcriptomics）、メタボロミクス（metabolomics）などのさまざまなオーミクス手法を同時に適用することにより、ある組織、細胞などの状態を総合的に理解しようとする解析法。
※3　ゲノミクス
全DNA配列情報について、系統的、網羅的に解析・研究すること。
※4　トランスクリプトミクス
ある組織や細胞が発現する遺伝子転写産物を網羅的に定量すること。マイクロアレイを用いる方法や、次世代シーケンサーを用いた大量シーケンシングによる方法などがある。
※5　メタボロミクス
ある組織やコンパートメント、細胞に含まれるすべての代謝産物、代謝中間体などの小分子を網羅的に測定・解析すること。NMR（核磁気共鳴装置）を用いた方法、キャピラリー電気泳動やクロマトグラフィーと質量分析装置を組み合わせた方法などがある。