ワインは、酵母がブドウ果汁をアルコールへと変容させる液体の生態系であり、一種の生命体です。しかし、この変容は極めて繊細なバランスの上に成り立っており、目に見えない侵入者によって容易に崩れてしまいます。ワインが台無しになる際、容疑者として浮上するのは、乳酸菌と酢酸菌として知られる2つの細菌グループです。前者のグループは、キリッとした赤ワインを酸っぱくしたり、酢のような刺激を与えたりすることがあり、後者のグループは、あの鋭い酢のような酸味を生み出す主要なエンジンとなります。醸造家たちは、これらの細菌を抑制するために長年化学添加物に頼ってきましたが、これらの手法は鈍器のようなものです。ワインの最終的な風味プロファイルに必要な有益な細菌まで殺してしまうことがあり、また、現代の消費者が避けたいと考える化学的な残留物を残すことも少なくありません。科学者たちは、自然界がより精密な解決策を提供しているのではないかと、かねてより疑っていました。それは、特定の細菌のみを狩るウイルスです。「バクテリオファージ」と呼ばれるこれらのウイルスは、生物学的な狙撃手のように振る舞い、他の微生物コミュニティには一切手を触れることなく、単一の細菌種だけを標的にします。
最近の研究において、研究者たちは、これらのウイルスのハンターが、ワインを内側から守るために見つけ出し、訓練できるかどうかを検証することを目的としました。カリフォルニア州リバモアのワイナリーと協力し、チームはブドウの最初の洗浄から最終的な発酵に至るまで、醸造工程のあらゆる主要段階でサンプルを収集しました。彼らは、ワイン樽の過酷で酸性かつアルコール分を含む環境を生き抜く、特定の種類の細菌を探していました。遺伝子配列解析を用いることで、彼らは細菌の景観をマッピングし、ワインの熟成とともに多くの種が死滅していく一方で、一部の粘り強い乳酸菌や酢酸菌の株が、最初のブドウの洗浄から完成品に至るまで存続していることを発見しました。これらの生存者には、品質劣化を引き起こすことが知られている特定の種類の細菌が含まれており、脅威がワインの全行程を通じて存在していることを裏付けました。
これら執拗な細菌の犯人が特定されると、研究者たちは彼らの天敵を見つけることに注力しました。彼らは排水や発酵食品の中から、これらの特定のワイン由来の細菌を攻撃するウイルスを探し出しました。その結果、一般的な品質劣化を引き起こす細菌を狩る2種類のウイルスと、酢酸菌を標的とする別の2種類のウイルスを含む、いくつかの新しいウイルスを分離することに成功しました。今回の発見の中で特に驚くべきだったのは、酢を作る細菌に感染する、「ジャンボ」ファージと分類されるほど巨大なウイルスでした。この巨大なウイルスは、感染対象である細菌の約4倍近いゲノムを持ち、分子のハサミのように見える遺伝子のコピーを複数持つ独自の遺伝構造を備えています。これは、宿主の防御機能に対して戦ってきた複雑な進化の歴史を示唆しています。また、研究で見つかった別のウイルスは、自身の遺伝物質を修飾するのに役立つ遺伝子を持っていました。これは、細菌の免疫システムを回避するための策略かもしれません。
次に、研究者たちは、実際のワイン造りに似た条件下で、これらのウイルスが実際に細菌の増殖を阻止できるかどうかをテストしました。彼らはブドウ果汁とワインの中に細菌とウイルスを混合し、ワイナリーで見られるものと同じ酸度とアルコールレベルの環境を作り出しました。結果は心強いものでした。ブドウ果汁において、ウイルスは最大1週間にわたって品質劣化細菌の増殖を阻止し、果汁が静置されている間、細菌の個体数を低く抑えることができました。ワイン自体においては、高いアルコール含有量のために細菌の増殖は困難でしたが、細菌が現れた場合でも、ウイルスは未処理のサンプルと比較してその数を大幅に低く抑えました。この研究は、これらのウイルスが醸造家にとって精密なツールとなり、有益な細菌を傷つけたり、厳しい化学物質でワインの化学組成を変えたりすることなく、不要な細菌を抑制できる可能性を示唆しています。この研究はまだ初期段階にあり、完成した商業製品というよりは概念実証（プルーフ・オブ・コンセプト）ではありますが、自然界のウイルスハンターこそが、ワインを清潔で澄み渡り、意図された風味通りの状態に保つ鍵となるかもしれないことを示しています。
技術要約：カリフォルニアのワイナリーにおける乳酸菌および酢酸菌とそのファージの特性解析
問題提起
ワイン醸造過程における乳酸菌（LAB）および酢酸菌（AAB）の制御不能な増殖は、高揮発酸（VA）、停滞発酵、およびオフフレーバーを特徴とするワインの品質劣化を引き起こし、多大な経済的損失をもたらす。現在の微生物制御の実務は、亜硫酸塩や酵素（リゾチームなど）に大きく依存している。しかし、これらの手法は特異性に欠け、Oenococcus oeniのような有益なマロラクティック発酵（MLF）細菌まで抑制してしまうことが多く、また、pH感受性、適用ウィンドウの狭さ、消費者による受容性の問題といった限界がある。バクテリオファージ（ファージ）は、その狭い宿主範囲と複雑な環境下での複製能力から潜在的な解決策となるが、ワインに関連するLABおよびAAB株を標的とするファージに関する文献には大きな空白が存在する。既存のLABファージ研究の多くは乳製品分離株に焦点を当てており、ワイン関連のAABに対する溶菌性ファージに関する報告は事実上存在しない。
方法論
本研究では、2025年の収穫期における、カリフォルニア州リバモアのワイナリーでのカベルネ・ソーヴィニヨン発酵プロセスを用いた縦断的調査を実施した。サンプルは、ブドウの洗浄／マッシュ、果汁／マスト、一次発酵終了時、およびマロラクティック発酵終了時の4つの異なる段階で採取された。
- 微生物叢の特性解析： 低存在量の種を捕捉するため、選択培地（LABにはMRS、AABには酢酸、エタノール、およびペニシリンを添加したGYC）を用いてサンプルを増幅させた。増幅培養物に対して16Sアンプリコンシーケンシング（Oxford Nanopore）を行い、発酵段階を通じた細菌種の相対存在量と持続性を決定した。
- ファージの単離およびゲノム解析： ワイナリーのサンプル由来のLevilactobacillus brevis、Acetobacter pasteurianus、およびAcetobacter fabarumの宿主株を用いて、廃水および発酵食品（キムチなど）からファージを単離した。ファージゲノムは、Illumina MiSeqを用いて、また大型のAcetobacterファージについてはOxford Nanoporeを用いてシーケンシングを行った。ゲノムはアセンブリ、アノテーションが行われ、分類およびライフスタイル（溶菌性か温和性か）を決定するために、VIRIDIC、BLAST、およびHHpredを用いたNCBIデータベースとの比較が行われた。
- 有効性試験： ファージによる阻害アッセイを、MRS培地、MRSを添加した白ブドウ果汁、および純粋な白ブドウ果汁（pH 4.2）の3つの条件下で実施した。ファージの性能を模擬的なワイン醸造条件下で評価するため、90時間の期間から7日間にわたり、光学密度（OD）を通じて細菌の増殖をモニタリングした。
主な貢献および結果
- 細菌の持続性： 16Sシーケンシングにより、初期段階ではLactococcus lactisが優占していたが、Lactiplantibacillus plantarumおよびLevilactobacillus lactisがマロラクティック発酵の終了時まで持続していることが明らかになった。AABの中では、Acetobacter oryzoeniおよびAcetobacter pasteurianusがプロセスを通じて支配的かつ持続的な種であった。Oenococcus oeniは、醸造家による意図的な接種により、最終段階で優占した。
- 新規ファージの単離および特性解析：
- LABファージ： L. brevisを標的とする2つの新規溶菌性ファージ、Indaco_L1（135,623 bp）およびIndaco_L2（141,184 bp）を単離した。これらはTybeckvirus属（Herelleviridae科）に属するが、互いに84.4%のDNA相同性を持ち、既知の近縁種とは95%未満の同一性を示す、2つの新種である。さらに、L. brevisの宿主ゲノムから自然誘導された温和性ファージであるBrevisa（45,654 bp）も単離された。Brevisaは2つのAsp23様アルカリショックタンパク質をコードしており、宿主のストレス耐性を助ける可能性がある。
- AABファージ： Acetobacter種を標的とする2つの新規ファージを単離した。Vinphasol_A1は、A. pasteurianusを標的とする「ジャンボ」ファージ（397,952 bp）であり、この属における最初の報告されたジャンボファージである。これは非モジュール型のゲノム構造、遺伝子重複を示し、14コピーのRNA誘導型DNAエンドヌクレアーゼ（TnpB様/CRISPR-Cas12エフェクター）をコードしている。Vinphasol_A2（56,636 bp）はA. fabarumを標的とし、宿主の制限系を回避するために使用される可能性のあるメカニズムである、ケオシン生合成のための酵素を特異的にコードしている。これら両方のAABファージは、既存のNCBIデータベースのエントリとほとんど配列相同性を持たない。
- 阻害能： 模擬発酵条件（MRSおよびブドウ果汁／MRS混合液）において、単離されたファージはそれぞれの宿主の増殖を最大48時間効果的に抑制し、Vinphasol_A2は90時間の試験を通じてA. fabarumの増殖をほぼ完全に抑制した。栄養成分を添加していない純粋な白ブドウ果汁（pH 4.2）においては、Vinphasol_A1およびVinphasol_A2を高MOI（1000）で単回適用することで、Acetobacterの増殖を最大7日間抑制したが、いくつかの反復実験では4日目以降に細菌の再増殖が観察された。
意義および主張
著者らは、本研究が特定の腐敗微生物を標的にできる最も早い段階を確立したこと、およびワイン関連のAcetobacter種に対する溶菌性ファージの最初の特性解析を提供したことを主張している。本研究は、ワイン発酵分離株を標的とするファージは、乳製品分離株と比較して研究が進んでいないことを強調している。
本論文は、単離されたファージが酸性かつエタノールを含む環境下で長期間（最大7日間）にわたってL. brevisおよびAcetobacterの増殖を抑制できる能力を示したことは、精密な微生物制御剤としての応用可能性を示唆していると結論付けている。著者らは、ファージが標準的な抗菌剤に代わる、あるいはそれを補完するものとして、有益なMLFB（O. oeniなど）を損なうことなく、腐敗菌のみを選択的に減少させる役割を果たせると考えている。また、現実世界のワイン醸造における耐性獲得のリスクをさらに軽減するためには、単一ファージの適用だけでなく、ファージカクテルの使用が有望であることも示唆している。
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