個別化された腸内細菌応答：ISBの新たな予測モデル

短鎖脂肪酸（SCFA）は、腸内細菌によって作られる有益な分子で、代謝改善、全身性炎症の低減、心血管の健康改善、がんリスクの低減などに密接に関係しています。しかし、同じ食事を摂取しても、個々人のSCFAプロファイルは大きく異なり、この個人間の変動を予測するツールは現在ありませんでした。ISBの科学者らは、腸内細菌群の代謝をモデル化することで、個々人のSCFA生成率を予測する「デジタルツイン」を構築することに成功しました。彼らは、腸内細菌の配列データと食事情報を用いて、各個人のモデルを特定しました。

ISBの准教授であり共同シニア著者であるショーン・ギボンズ博士（Sean Gibbons, PhD）は、「腸内細菌は、食物繊維をSCFAに変換するバイオリアクターと考えられます。腸内の生態系と食事の摂取量をSCFAの出力に定量的にマッピングすることができれば、腸内細菌科学を臨床に応用する上で大きな進歩となります」と述べています。

ブラックボックス型の機械学習アプローチとは異なり、MCMMは透明で機械的なアプローチであり、数万の代謝物や酵素が数多くの生物にわたって詳細な情報を提供します。しかし、この透明性にもかかわらず、これらのモデルは実験的に検証するのが難しいです。

研究者らは、ランダムに選ばれたヒト腸内細菌の混合物から得られた試験管内コミュニティや、さまざまな食物繊維と共に嫌気チャンバー内で培養されたヒトの便ホモジネートから、SCFA生成率を測定しました。この方法により、MCMMの予測は、ブチレートとプロピオン酸の生成率に関して測定された値と有意に相関していることが示されました。

ブチレートとプロピオン酸の生成率の体内測定は困難でしたが、SCFA生成率と血液中の健康マーカーとの間に間接的な関連を使用して、生理学的な効果を検証しました。MCMMの予測は、高繊維摂取研究の個々人間の免疫反応の違いを区別することができ、また、ブチレート予測は2,000人以上の集団での心血管および免疫健康の血液マーカーと有意に関連していることが示されました。

ISBの研究は、個々人に最適なプレバイオティクス、プロバイオティクス、食事介入をデザインするための新しいアプローチの可能性を示しました。この研究により、腸内細菌による栄養の個別化が進み、健康増進に役立つ新しい方法が提供されることが期待されます。今後の人間を対象とした臨床試験での検証が待たれます。

[News release] [Nature Microbology abstract]