Biochemical efficacy in the inhibition of oxidative stress mediated by Enterococcus faecium and Streptococcus bovis isolated from the intestinal microbiota

技術要約：Enterococcus faecium および Streptococcus bovis による酸化ストレス抑制における生化学的有効性

問題提起
ヒトの腸内細菌叢は、生理学的恒常性、免疫調節、および代謝健康に不可欠な複雑なエコシステムである。ディスバイオーシス（菌交代現象）は様々な病理と関連しているが、共生菌株が酸化ストレスを軽減する具体的な生化学的メカニズム、特に Streococcus bovis や Enterococcus faecium のように病原性と関連付けられることが多い種に関する研究は、未だ十分に探索されていない。健康なヒトの糞便から得られた特定の分離株の抗酸化能、金属キレート能、および保護能力を特性評価し、酸化ストレス関連疾患を予防できるプロバイオティクス候補としての生存可能性を判断する必要がある。

方法論
本研究では、アルジェリアの健康な個人の糞便サンプルから得られた、4つの Enterococcus faecium 分離株（IM0425, IM0429, IM0431, IM0432）と4つの Streptococcus bovis 分離株（IM0413, IM0415, IM0418, IM0419）を用いた。菌株の分類学的同定にはVitek 2システムを用い、嫌気条件下かつ5% CO₂存在下で培養した。

研究では、以下の5つの特定の in vitro 生物学的活性を評価した：

1. バイオフィルム形成能： 高グルコースBHI培地を用いた、クリスタルバイオレット染色による修正Stepanović法を用いて評価。
2. 抗酸化活性： DPPH（2,2-ジフェニル-1-ピクリルヒドラジル）ラジカル消去アッセイにより測定。
3. 抗糖尿病能： α-アミラーゼ阻害アッセイを通じて評価。
4. 鉄キレート能： Fe²⁺の隔離を測定するためにフェロジンを用いて決定。
5. 抗脂質過酸化能： 卵黄懸濁液モデルを用いて脂質酸化の抑制を評価。
6. スーパーオキシドアニオン消去能： アルカリ条件下でのピログロールの自動酸化を通じて定量。

統計的有意性は、一元配置分散分析（one-way ANOVA）およびその後のTukeyのポストホック検定（p ≤ 0.05）によって決定された。各種の最も強力な菌株（E. faecium IM0425 および S. bovis IM0415）間の相互作用についても、相乗効果を評価するためにテストされた。

主な結果

• バイオフィルム形成： すべての分離株は高いバイオフィルム形成能を示し、参照株である Lactobacillus plantarum および Escherichia coli を有意に上回った。E. faecium IM0425 と S. bovis IM0415 の相互作用は81.51%という最高のバイオフィルム生成量をもたらし、混合種バイオフィルムにおける相乗的または協力的な関係を示唆した。
• 抗酸化活性： E. faecium 株は、S. bovis 株（51.13%–53.42%）と比較して優れた抗酸化活性（59.09%–61.05%）を示した。E. faecium IM0425 と S. bovis IM0415 の複合相互作用による抗酸化収量は60.2%であった。ビタミンCコントロール（73.03%）よりは低いものの、これらの値は顕著な生物学的ポテンシャルを示している。
• 鉄キレート能： 両種とも同等のキレート能力（55.25%–56.51%）を示し、共培養では57.74%に達した。これはEDTAコントロール（92.85%）よりも有意に低いが、腸内におけるフェントン反応を制限する上で生物学的に関連性のある数値である。
• 抗脂質過酸化能： 一般に S. bovis 分離株は、E. faecium よりも脂質過酸化の抑制において優れた性能を示した（28.56%–29.36% 対 25.47%–27.86%）。共培養は30.83%を達成したが、依然としてBHAコントロール（63.85%）を下回った。
• スーパーオキシド消去能： この活性はすべての菌株において著しく低く（4.06%–6.01%）、共培養では最低値（4.06%）を示した。これは、これらの菌株がスーパーオキシドアニオンよりも、他の活性酸素種（例：過酸化物）を中和することに依存しているという、選択的な防御メカニズムを示唆している。
• 抗糖尿病活性： 菌株は中程度のα-アミラーゼ阻害（46.43%–51.56%）を示し、E. faecium が S. bovis よりもわずかに優れた性能を示した。共培養の収量は50.16%であり、シタグリプチンコントロール（66.37%）を下回った。

意義と主張
著者らは、これらの知見が特定の E. faecium および S. bovis 分離株のプロバイオティクスとしての可能性を浮き彫りにし、バイオフィルム形成を単なる病原性のものとする従来の視点に異を唱えるものであると主張している。本研究は、これらの共生菌株が相互作用する際に、「相乗的な保護システム」を形成することを提唱しており、それは以下の特性を持つ：

1. 生存率の向上： 強固なバイオフィルム形成は、環境ストレスへの耐性を高め、腸内定着を確実にする。
2. 酸化ストレスの軽減： 抗酸化酵素活性、鉄キレート（ヒドロキシラジカル生成の防止）、および脂質過酸化抑制の組み合わせを通じて、これらの菌株は宿主細胞を酸化損傷から保護することができる。
3. 代謝適応： 彼らの抗酸化防御の選択的な性質（高い脂質保護能と低いスーパーオキシド消去能）は、腸内のニッチにおける特定のレドックス環境への適応を示唆している。

本論文は、これらの菌株は合成抗酸化剤や医薬品コントロールの効能には及ばないものの、その多面的な防御メカニズムと相乗的に機能する能力は、酸化ストレスや代謝性疾患を管理するための分子メカニズムおよび潜在的な治療応用に関するさらなる研究に値するものであると結論付けている。本研究は、これらの分離株が、腸の健康を促進し、酸化ストレス関連の疾患を予防することができる、腸内細菌叢の有益な構成要素を代表するものであることを強調している。