望ましい特性を持つ再現性のある発酵食品を生成するための微生物コンソーシアム確立を促進するオミクスベースのアプローチの採用

発酵食品の未来が重要である理由

ヨーグルト、サワードウブレッド、キムチ、コンブチャ、チーズなど多くの人気食品は、風味や健康効果を微小な生きた微生物コミュニティに負っています。しかし、伝統的な発酵は予測が難しく、ある週は絶品でも別の週には期待はずれになることがあります。本稿は、生物学的な「ビッグデータ」ツールの新しい潮流がどのように用いられ、味、安全性、栄養価が一貫した発酵食品を生み出すために慎重にバランスの取れた微生物チームを設計できるかを説明します。これにより、より信頼性が高く、カスタマイズ可能で、場合によっては健康的な日常食品への道が開かれます。

野生発酵から訓練された微生物チームへ

何世紀にもわたり、人々は穀物、乳、野菜、器具に自然に付着する野生微生物に頼って発酵を行ってきました。自然発酵やバックスポッピング（前のバッチの一部を再利用すること）といった方法は十分に機能しますが、未定義で変動する細菌や酵母のコミュニティに依存します。その変動性は異臭、品質のばらつき、時に安全性の懸念を引き起こします。この予測不能性を抑えるために、科学者たちは「定義済み微生物コンソーシアム」について語ります。これは特定の酸味、香り、あるいは健康促進化合物の生成などの役割を果たすことが分かっている株を意図的に組み合わせた混合物です。課題は、どの微生物を選び、どのように組み合わせれば、ランダムではなく確実に協調して働くかを知ることにあります。

食品マイクロバイオームをマップするための生物学的ビッグデータの活用

レビューは、「オミクス」と呼ばれる強力な一群の技術が発酵食品に関する理解をどのように変えているかを説明します。メタゲノミクスはサンプル内のすべてのDNAを読み取り、どの微生物が存在し理論的に何が可能かを明らかにします。メタトランスクリプトミクスは発酵中にどの遺伝子が実際にオンになっているかを見るためにRNAを調べます。メタプロテオミクスは微生物が実際に産生するタンパク質を調査し、メタボロミクスは風味や栄養を形作る酸、香気、ビタミンなどの小分子—最終生成物—を追跡します。最後に、カルトロミクスはこれらのデータセットが示唆する個々の株を分離・培養するために多数の培養条件を用います。これらの層を組み合わせることで、研究者は単に種を列挙する段階から、誰が何を、いつ、誰と協力して行うかという機構的な図を築く方向へ進めます。

必須の担い手と風味の専門家を分ける

本稿の重要な考え方は、発酵のために設計された微生物コミュニティは二つの部分から成るということです。「コアマイクロバイオーム」は主要な変換を確実に駆動する最小限の微生物セットです：ヨーグルトやキムチで糖を乳酸に変えること、パンやビールでアルコールと気泡を生み出すこと、酢で酢酸を作ること、伝統的な大豆や魚の発酵でタンパク質を分解することなど。これらのコア担い手はしばしば乳酸菌、酢酸菌、特定の酵母、Bacillus属などです。その周囲には「補助マイクロバイオーム」があり、発酵を完了するために厳密には必須ではないものの、結果を微調整する追加の株が含まれます。これらは果実や花のような香りを深め、酸のバランスを変えて鋭さを和らげ、プロセスを速め、ビタミンや生理活性化合物のレベルを高め、変化する条件下でコミュニティを安定化させることができます。

より良い発酵を構築するための段階的サイクル

これらのコンソーシアムを実際に設計するために、著者らは反復的な「組立–評価–再設計（Assembly–Assessment–Redesign）」サイクルを提案します。まず、複数のオミクス層からのデータを用いて、代謝や相互作用の面で補完的に見えるコアと補助の微生物案を選びます。次に、これらのコミュニティを制御下の発酵で試験し、どれだけ速く酸化するか、糖を消費するか、どのような風味や香気化合物を生み出すか、コミュニティがどれほど安定か、最終製品の味や保存性を監視します。第三に、株の比率を調整したり、競合や異臭を生む株を除外したり、欠けている役割を補う新しい株を追加することでコミュニティを改良します。マイクロフルイディクス系や機械学習モデルといった高度なツールはこのループを加速し、大規模な実験を行う前にどの組み合わせが成功しやすいかを予測するのに役立ちます。

伝統、規制、革新のバランスを取る

精密設計された発酵食品のこの構想は魅力的ですが、現実の導入は実務的および規制上の障害に直面すると論文は指摘します。多くの象徴的な食品は伝統的な手法や地域固有の微生物を堅持する規則によって保護されており、オーダーメイドのスターターカルチャーの使用を制限することがあります。現時点では、マルチオミクスツールは既存の発酵を深く特徴付け、一貫性を保ち、製品の真正性を確認するために最も有用であり、在来微生物を置き換えるというよりも補完する役割を果たす可能性が高いです。しかし時間の経過とともに、オミクス、入念なコミュニティ設計、データ駆動の最適化の統合により、文化的性格を保ちながらもより信頼できる品質、カスタマイズ可能な風味、および標的化された健康効果を提供する新しい世代の発酵食品が実現するはずです。

引用: Zhang, E., Claesson, M.J. & Cotter, P.D. Adopting omics-based approaches to facilitate the establishment of microbial consortia to generate reproducible fermented foods with desirable properties. npj Sci Food 10, 90 (2026). https://doi.org/10.1038/s41538-026-00740-8

キーワード: 発酵食品, マイクロバイオーム, マルチオミクス, スターターカルチャー, 食品発酵