Evaluation of the probiotic properties of lactic acid bacteria isolated from fermented plant-based beverages

食品科学の静かな片隅において、研究者たちはしばしば未来を見出すために過去に目を向けます。何世紀もの間、人々は食品を保存し、新しい風味を生み出すために発酵に頼ってきました。このプロセスを動かしているのは、乳酸菌として知られる、目に見えないほど小さな働き手たちです。これらの微生物は、ヨーグルト、ザワークラウト、サワードウの原動力であり、単純な原材料を複雑で安定した製品へと変化させます。単に食べ物を美味しくするだけでなく、これらの細菌の中には「プロバイオティクス」と見なされるものもあり、それは人間の消化管を通り抜けることができ、腸内の自然な微生物コミュニティのバランスを整えることで健康上の利益をもたらすことを意味します。科学者たちは、牛乳やチーズといった乳製品におけるこれらの細菌を長年研究してきましたが、植物ベースの飲料の中でもこれらが旺盛に繁殖しているのではないかという好奇心が広がっています。野菜、穀物、果物から作られるこれらの植物性発酵飲料は、過酷な環境に適応した独自の菌株を宿している可能性があり、より健康的で機能的な食品を創造するための新たなツールを提供するかもしれません。

ウクライナの研究チームは、この可能性を探求するために、3つの伝統的な発酵飲料、すなわちビート・クヴァス、オーツ・クヴァス、そしてライ麦、麦芽、果物を用いた複雑な「修道院式」クヴァスに注目しました。彼らの目的は、単に細菌を見つけることではなく、これらの飲料の中に生息する特定の菌株が、人体という厳しい条件下で生き残り、有害な病原菌と戦うことができるかどうかを確認することでした。彼らはまず、これらの飲料のサンプルを収集し、実験室の設定で細菌を培養することから始めました。ビート・クヴァスからは13の異なる細菌コロニーが分離され、オーツ・クヴァスからは15、そして修道院式クヴァスからは8が分離されました。合計で36のユニークな細菌分離株が集められ、研究対象となりました。顕微鏡下では、これらの細菌は短桿菌（短い棒状の細胞）として現れ、単独で立っているものもあれば、短い鎖状につながっているものもあり、これは乳酸菌科に典型的な形状です。

これらの細菌がどのような存在であるかを理解するために、研究者たちは異なる条件下での挙動をテストしました。彼らは、細菌が塩水の中で、高温下で、あるいは酸性環境下で増殖できるかどうかをチェックしました。また、細菌が糖をガスに変えることができるか、あるいは特定のタンパク質を分解できるかについても観察しました。これらの行動の手がかりを用いて、彼らは菌株を特定しました。ビート由来の細菌は、BK株と名付けられ、Lactiplantibacillus plantarumとして知られるグループに属していました。オーツおよび修道院式クヴァス由来の細菌、すなわちOK株とMK株は、Limosilactobacillus fermentumと同定されました。この区別は重要でした。なぜなら、細菌の種類によって異なる強みがあるからです。例えば、ビート由来の菌株は非常に高い温度では増殖できず、糖からガスを生成することもできませんでしたが、穀物ベースの飲料由来の菌株はその両方が可能でした。

次のステップは、これらの細菌が人間の胃や腸を通る旅を生き延びることができるかどうかを確認することであり、これはあらゆる潜在的なプロバイオティクスにとって最初のテストとなります。研究者たちは、強力な胃液に似たpH 2.0の強酸性液体に細菌をさらすことで、人間の胃の過酷な環境をシミュレートしました。その結果、すべての細菌が苦戦しましたが、ビート由来の菌株が最もタフな生存者であることが分かりました。3時間の酸性浴の後でも、この菌株は依然として健全な生存細胞数を維持していましたが、オーツおよび修道院式クヴァスの菌株は数が大幅に減少しました。次に、研究者たちは、脂肪を分解し多くの細菌にとって毒となり得る消化液である胆汁塩の存在下での生存能力をテストしました。ここでも、ビート由来の菌株が最も高い回復力を示しましたが、3種類すべてが生き残ることはできました。彼らはまた、発酵飲料に含まれるアルコールであるエタノールに対する細菌の耐性もテストしました。高濃度のアルコールはすべての細菌の成長を遅らせましたが、ビートの菌株は他のものよりも持ちこたえ、これはこの菌株が発酵飲料の環境によく適応していることを示唆しています。

生存能力を超えて、研究者たちはこれらの細菌が有害な侵入者と戦うことで、能動的に体を守ることができるかどうかを知りたいと考えました。彼らは、有益な細菌を、皮膚や傷の感染症の一般的な原因であるStaphylococcus aureus（黄色ブドウ球菌）や、病院などでよく見られるPseudomonas aeruginosa（緑膿菌）を含む、既知の病原体の隣に置きました。その結果、これらの細菌は確かに防御能力を持っていることが示されました。ビート由来の菌株は特に効果的で、有害なブドウ球菌が増殖できない領域を自身の周囲に10ミリメートル強の直径で作りました。他の菌株も有害な細菌を抑制する能力を多少は見せましたが、その効果はそれほど顕著ではありませんでした。興味深いことに、どの細菌もタンパク質やデンプンを分解する能力を持たず、コレステロール値を下げるために用いられることがある胆汁塩を分解する能力も持っていませんでした。これらの特定の酵素活性の欠如は、彼らが他の役割に特化していることを示唆しています。

最後に、チームは一般的な抗生物質に対するこれらの細菌の反応をテストすることで、安全性を確認しました。安全なプロバイオティクスは、医師が深刻な感染症の治療に使用する抗生物質に対して耐性を持っていてはなりません。なぜなら、それが腸内の有害な細菌に耐性を伝える可能性があるからです。研究の結果、これらの細菌はペニシリンやバンコマイシンといった特定の種類の抗生物質に対して自然に耐性を持っていましたが、これは細胞構造によるこの細菌科の正常な特性です。しかし、幅広い感染症の治療に使用される他のほとんどの抗生物質に対しては感受性を示しました。このプロファイルは、食品としての使用において安全であることを示唆しています。研究者たちはまた、細菌が液体中で放置されたときにどのように振る舞うか、つまり自己凝集（オートアグレゲーション）についても観察しました。このように互いに固まる能力は、人間の中腸の壁に付着できることを示すサインであることが多く、これは健康な存在を腸内に確立するための重要なステップです。修道院式クヴァスの菌株は、最も強い凝集傾向を示しました。

本研究は、これらの伝統的な植物ベースの飲料が、たくましく有益な細菌の豊かな供給源であることを結論付けています。ビート・クヴァスの菌株が酸とアルコールに対して最も強靭な生存者として浮上しましたが、すべての菌株が将来的な機能性食品への利用において有望であることを示しました。彼らは消化管を生き抜き、有害な細菌と戦い、効果的に固まることができます。研究者たちは、長い年月をかけて特定の植物環境に適応してきたこれらの天然の細菌が、人間の健康をサポートする新しい食品を開発するための貴重なツールになり得ると示唆しています。それは、古代の発酵の伝統と現代の栄養科学の間の架け橋となるものです。