新しい研究は、微生物種がどのように共生するかを予測する簡単な方法を実証し、パン作り、食品の安全性、人間の健康に役立つ洞察を提供します。
タフツ大学の研究者らは、サワードウスターターとして知られる小麦粉と水の泡立つ混合物を使用して、顕微鏡レベルで生命を形作るものを調査しています。
彼らの発見は、 エコロジー。
生態学における主な疑問は、種のペアがどのように相互作用するかに基づいて、どの微生物種が一緒に繁栄するかを予測できるのか、それとも自然界で見られる種の共存パターンを説明するにはより複雑なグループ効果が必要なのかということである。
実際のサワードウ培養物から分離された微生物を研究することで、タフツのチームは、単純なペアベースのモデルが最大 9 種の微生物がどのように相互作用するかを確実に予測できることを示しました。
同じモデルは、食品施設、農場、病院、さらには私たち自身の体内で微生物群集がどのように動作するかを説明するのに役立つかもしれません。現実的なモデルは、科学者がどの種が存続し、どの種が消滅するかを予測し、食中毒の発生や抗生物質耐性菌の出現などの危険な出来事を予測するのに役立つ可能性があります。
サワードウスターターは、小麦粉や私たちの手やキッチン用品を含む周囲の環境にすでに存在する野生酵母と乳酸菌を培養することによって機能します。パン職人は、小麦粉と水を混合することによって、これらの微生物が目覚めて増殖し始める条件を作り、最終的にこれらの微生物の集団が大きくなり、生地が膨らみ、サワー種に独特の酸味を与えるほど活発に成長します。
「サワードウスターターには、全体として非常に多様な微生物が含まれています」と、この研究の主著者であり、タフツ大学のイノベーション教授で生物学の助教授であるローレンス・ウリッキオ氏は言う。 「しかし、これらのスターター内では、特定の種が一貫して非ランダムなパターンで一緒に出現します。」ほとんどのスターターには、ほんの一握りの細菌種と 1 つまたは 2 種類の酵母が含まれています。
ウリッキオ氏は、これはペアごとの相互作用に基づく単純なモデルが自然環境で種がどのように繁栄するかという大局的な質問に答えることができるかどうかをテストするための完璧な小宇宙を提供したと述べています。彼は、各プレーヤーの強みを知っている場合、ペアごとの相互作用をチェスの試合の結果を予測することに例えています。
しかし、実際の生態系はチェスの試合よりもはるかに厄介であることを考えると、多くの科学者は、自然の生態系にはより複雑な相互作用が関与していると主張しています。ウリッキオ氏は、これらのやり取りは 3 人以上のプレイヤーの間で行われるジャンケン ゲームに似ていると述べています。 「予想される結果が非常に多いため、誰が勝つかを予測するのは非常に難しくなります」と彼は言います。
ペアごとの相互作用モデルと、3 つ以上の微生物の「プレイヤー」が存在する状況へのその適用性をテストするために、タフツ大学の研究者らは、サワードウスターターから微生物を分離し、微生物単独またはペアでの増殖を測定しました。
彼らはこれらの測定値を使用してモデルを構築し、その予測と、最大 9 種の酵母および細菌のより大きなコミュニティを実験用シャーレ内で一緒に増殖させたときに実際に何が起こったかを比較しました。
彼らの発見は、ペアごとの相互作用だけで、実際に、いくつかの複雑な複数種のコミュニティでどの微生物が共存するか、そしてそれらがどの程度豊富になるかを確実に予測できることを示唆しています。
9 種のうち 2 種だけがモデルの予測と異なる行動を示しました。そして重要なことに、研究者らはサワードウの現実世界のライフサイクルを反映するようにモデルを調整することで、これらの予測を改善しました。
このサイクルは、パン屋が小麦粉と水を混合し、環境中に自然に存在する微生物を増殖させ始めるときに始まります。次の 1 ～ 2 週間、パン屋はスターターが十分に活性化して生地が適切に膨らむまで、毎日新しい小麦粉と水を加えて混合物を「供給」します。新しいパンを作るたびに、パン屋はスターターの一部を使用し、残りに小麦粉と水を補充し、定期的に餌を与えることで文化を維持します。
「微生物が目覚めて成長し、その後その個体数が大幅に減少し、その後再び増加するという変動が常にあります」とウリッキオ氏は言う。
「ペアごとの相互作用のパラメーターに、この繰り返しの人口減少とその後の増加が含まれていなかった場合、それらはそれほど良い仕事をしませんでした。」
「サワードウスターターに自然に含まれる特定の種は、他の種と競合できるものの、成長が非常に遅いことが分かりました」と、ウリッキオ研究室で生物学准教授のベンジャミン・ウルフ氏とともに研究を共同主導したタフツ大学の生物学博士課程学生、カストゥリ・レレ氏は語る。
「実際のスターターで起こる、微生物数の繰り返しの減少とその後の増殖を考慮したとき、私たちのモデルは、これらの特定の種が他の種の一部を実際に駆逐するほど繁殖しないことが明らかになりました。」
研究者らは、この洞察は、人間、動物、または環境の健康を脅かす微生物の変化をより適切に予測し、潜在的に予防するペアワイズ相互作用モデルに情報を提供するのに役立つ可能性があると述べている。
現実世界の微生物群集の多くは、サワードウスターターで見られるのと同じ種類の好不況サイクルを経験しています。たとえば、一連の抗生物質を投与すると、患者の腸内の微生物が急激に減少し、通常は他の有益な微生物によって抑制されている有害な細菌が一時的に急増する可能性があります。
同様の人口減少は、食品加工機器が消毒されている場合、患者ごとに病室が消毒されている場合、または土壌微生物が殺虫剤によって破壊された場合に発生する可能性があります。
ホームベーカリーを作る人は、サワードウスターターの微生物群集が驚くほど安定しているようだと知って安心するかもしれません。 「彼らはかなり長生きし、他の微生物の侵入に抵抗しているようです」とウリッキオ氏は言う。 「したがって、これらのスターターを腐らずに何年も使い続ける人がいるのは、おそらく驚くことではないでしょう。」
研究者らはすでに自然群集の理解において次の一歩を踏み出しており、Lele 氏は微生物の進化を追跡できるモデルの開発に取り組んでいる。時間の経過とともに遺伝的変化が蓄積すると、かつては安定していた微生物群集が変化する可能性がある、とウリッキオ氏は言う。
「進化により、ある微生物種が優位になり、スターターで焼いたパンの風味が変わったり、人の腸内細菌叢が再形成されたりする可能性は十分にあります。」
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#サワードウスターターが微生物の生命に光を当てる
2026-01-26 19:07:00