特集

乳酸菌の高度利用● Screening and Prospects of Bacteriocins from Lactic Acid Bacteria

乳酸菌バクテリオシンの探索と展望
九州大学大学院農学研究院 1、九州大学バイオアーキテクチャーセンター 2

須志田 浩稔 1、石橋 直樹 1、善藤 威史 1、園元 謙二 1、2性質から、天然の安全な食品保存料はじめにとして大いに期待されている。

テリオシンとされている。

な分離源からの新奇乳酸菌バクテリオ

構造は多種多様であることから、その本稿では、自然界に存在する様々乳酸菌を利用した食文化の歴史は古く、乳製品をはじめ、発酵肉製品や醸造製品、漬物製品など、食品分シンの探索および特性解析を行った研酸菌が生産する有機酸などの物質は、ン利用に関する近年の我々の取り組み究の一端を紹介するとともに、ナイシ野での乳酸菌利用は多岐に渡る。乳について説明する。

食品に風味を与えるだけでなく雑菌の増殖抑制にも効果を示すことから、乳1. 新奇乳酸菌バクテリオシンの探索とその特性

酸菌自体やその代謝産物を利用したバイオプリザベーション技術に期待が寄せられている 1、2）。

そして、IIdはそれ以外のクラスII バク

乳酸菌バクテリオシンは構造に基づ

このように乳酸菌バクテリオシンの性質も多岐に渡る。 例えば、非常に広範な細菌種に対して抗菌活性を示すものもあれば、ごく限られた菌株に対してのみ活性を示す特異性の高いバクテリオシンも存在する。したがって、構造や特性の異なるバクテリオシンを選抜、あるいは組み合わせて用いることで、標的となる病原細菌や食中毒細菌のみ制御し、有用菌を生かす、乳酸菌が生産する抗菌物質の中でく分類がなされ、一般に2つのクラスオシンである。 バクテリオシンは細菌ンチビオティックとも呼ばれ、翻訳後ンパク質の総称で、特に、乳酸菌がドロアラニンやランチオニンなど）を含ラム陽性細菌に抗菌活性を示し、耐オティックとしてはナイシンA（図 1）と有している。また、ヒトの消化酵素なスIIは、異常アミノ酸を含まないバクへの残存がなく、細菌細胞膜に瞬時ループに分けられている。IIaはN 末

クリーニング法により、数多くの新奇有する抗リステリア性のバクテリオシン、2）4）。 以降、我々が発見した新奇乳に大別される（表 1）3）。クラスIはラも、近年注目されているのがバクテリが生産する抗菌性ペプチドもしくはタ修飾によって生じる異常アミノ酸（デヒ生産するバクテリオシンは、近縁のグ熱・耐酸性、無味無臭という特性をどにより容易に分解されるため環境中常に低いと考えられている。このように、界の様々な分離源からバクテリオシン

抗菌活性を示すバクテリオシン、IIcはN 末端とC 末端

表1 乳‌ 酸菌バクテリオシンの分類と代表例
分類（サブクラス）

特徴に探索し、特性の異なるバクテリオシその類縁体が挙げられる。一方、クラIIbは2つのペプチドの相乗作用により乳酸菌バクテリオシンは、その優れた現には、有益なバクテリオシンを迅速ンの種類を増やしていくことが必要とな端側にYGNGVXCという保存配列をクテリオシン耐性菌の出現リスクは非られる。この高度な微生物制御の実むペプチドである。代表的なランチビテリオシンであり、さらに4つのサブグに孔形成するその作用機構からも、バ高度な微生物制御も可能になると考え

代表例

クラス I

ランチビオティック：異常アミノ
ナイシン A、Q、Z酸を含み、耐熱・耐酸性を有する。

クラス II

異常アミノ酸を含まない。耐熱・耐酸性を有する。

（IIa）

N末 端 に 保 存 配 列 で あ る
YGNGVXC を含み、抗リステリア活性を示す。

ムンジチシンペディオシン PA-1（IIb）

2 つのペプチドの相乗作用により抗菌活性を発揮する。

ラクトコッシン Q
エンテロシン X（IIc）

N 末端と C 末端がペプチド結合した環状構造を有する。

ラクトサイクリシン Q
ロイコサイクリシン Q（IId）

その他のクラスIIバクテリオシン。 ラクティシン Q、Zる。そこで、我々は長年に渡り、自然生産乳酸菌を分離し、抗菌スペクトルや分子量を指標として確立した迅速ス
乳酸菌バクテリオシンを発見してきた（表酸菌バクテリオシンを中心にその特性を紹介したい。

Lactococcus lactis の特定の菌株がペプチド結 合により生産されるランチビオティックでバクテリオシン、使用されている唯一のバクテリオシン

した環状構造の図1あるナイシンAは食 品 保 存 料として

‌ナイシンの構造

黒色のアミノ酸残基は、翻訳後修飾により導入される異常アミノ酸であることを示す。破線の矢印はナイシン Z とナイシン Q で置換されているアミノ酸、実線の矢印はナイシン Q でのみ置換されているアミノ酸を示す。

食品と開発

Vol. 49

No. 041

オシンの食品添加物レベルの高い安表2 当‌ 研究室で発見した新奇乳酸菌バクテリオシンの一例
バクテリオシンクラス 抗菌スペクトル

生産菌種

菌株

分離源

ナイシン Q

I

広い

Lactococcus lactis

61-41

河川水

ラクトコッシン QIIb

特異的

Lactococcus lactis

QU 4

トウモロコシラクトサイクリシン Q

IIc広いLactococcus sp.

QU 12

チーズ

ロイコサイクリシン Q

IIc広い

Leuconostoc
mesenteroides

TK41401

漬物

ラクティシン Q

IId広い

Lactococcus lactis

QU 5トウモロコシ

で、現在日本を含む60ヶ国以上で利シンとα-キモトリプシンでは分解される全性を基盤とし、特にナイシンAを先行例として、食品保存料だけでなく、医薬品や消毒剤としての応用に向けた取り組みを行ってきた 1、2）。

ウシの 疾 病 である乳 房 炎

は、 Staphylococcus aureus やStreptococcus agalactiaeにより引き起こされ、牛乳の生産性に直結する用されている 5）。河川から単離されたことから、安全性の高い実用的なバクため、経済的損失が非常に大きい。

3のナイシン類縁体であるナイシンQは、トウモロコシから単離されたL. lactis

するため、主にヨード剤による乳房と一般的なバクテリオシンとは異なり、は抗生物質による治療が行われる。しる配列を持たないの汚染や、抗生物質の多用による耐L. lactis 61-14によって生産される第テリオシンであると考えられている。

ナイシンAと同様にグラム陽性細菌にQU 5 が生産するラクティシンQは、有する 6）。ナイシンQ の構造は、ナイ前駆体中にリーダーペプチドと呼ばれ対して非常に広範な抗菌スペクトルをシンAのそれと4 残基が異なる（図 1）。

。このようなバ

11）

ナイシンA や第 2 の類縁体であるナイクテリオシンはリーダーレスバクテリオ

チオニンは酸化されやすく、酸化されら、生合成・自己耐性機構の解明にオニンがロイシンに置換されたナイシン

シンQは、ナイシンに匹敵するほどの食品保存料としてより優れた性質を有を有し、ナイシンの安定性が低下する

シンZ の中央部のヒンジ部位にあるメると抗菌活性が低下するが、このメチQ の活性は酸化の影響を受けにくく、している 。

シンと呼ばれ、発見例が少ないことか酪農においては乳牛の乳房炎を予防飼育環境の消毒が行われ、羅患時にかし、薬剤の残留による環境・生乳性菌の出現が懸念されている。そこで残留による影響が少ないナイシンAを用いた乳房炎予防剤と治療剤が開発興味が持たれるところである。ラクティ

された 14）。この予防剤（乳頭消毒剤）

強い抗菌活性と広範な抗菌スペクトル含み、乳房炎原因菌に対して規定時はナイシンとクエン酸などの有機酸を間以内（60 秒）で99.9％以上の強力

中性からアルカリ性領域でも抗菌活性な殺菌効果を示した。ナイシンAと油QU 4が生産する新奇クラスIIb バクる安定性も高い。ナイシンは細菌の細は、潜在型及び臨床型の乳房炎におに特異的な抗菌スペクトルを有し、生的として攻撃することが知られている

同時にこれらは、既存の薬剤で問題と7）

トウモロコシから単離されたL. lactis

テリオシン、ラクトコッシンQは、非常産菌と同属種の L. lactis のみにしか抗が安定に維持される。また、熱に対す胞壁合成の前駆体であるlipid IIを標が、ラクティシンQは特定のレセプター性軟膏からなる治療剤（乳房注入剤）

いて60％以上の高い治癒率を示した。

されている環境や生乳中への残留を菌活性を示さない 8）。2つのペプチド、を必要とせずにタンパク質が流出する残基）から構成され、それぞれ単独でとが明らかとなっている 12、13）。このよれている。

なる特性や作用機構を有することから、合わせた口腔用天然抗菌剤（ネオナイ

ラクトコッシンQα（39 残基）とQβ（35ほどの大きな孔を細胞膜に形成するこは抗菌活性がないが、2つのペプチド

うにラクティシンQは、ナイシンとは異発揮することが明らかとなっている。

ナイシンとの使い分けや組み合わせにが相乗的に作用することで抗菌活性を

ラクトサイクリシンQは、チーズから単離されたLactococcus sp. QU 12が生産する61 残基からなる環状バクテリオシンで、熱・pHに対して安定性が高いことが明らかになっている 9）。

ラクトサイクリシンQは、Bacillus 属、Enterococcus 属、Lactococcus 属 などに対して幅広い抗菌スペクトルを有する。また、同じく61 残基から構成さよる効率的な利用が期待される。

2. ナイシンの利用と展開使用が忌避されるようになった。その中で、古来発酵食品に利用されてきた乳酸菌に由来する高い安全性といナイシン製剤（ニサプリン）として、世微生物由来のプロテイナーゼKやカル

我が国でも2009 年 3月に食品添加物に対して、ヒトの消化酵素であるペプ2

食品と開発

Vol. 49gingivalis）に対しても高い抗菌活性配合した口腔ケア製品であるオーラル

ラルピースは、石油由来成分や合成
図2‌口腔ケア剤へのナイシン利用例利用が検討されてきた。特にナイシンリシンQと相同性を有し、同様の幅広ボキシペプチダーゼYに安定であるの虫 歯 菌（Streptococcus mutans）だ

けでなく、歯周病菌（Porphyromonasピースが開発された（図 2）16）。オー

Aは、乳培地由来成分や食塩を含む。 特に、シン）が開発された 15）。ネオナイシンは、志向を背景として添加物や保存料の関心が高まる一方で、消費者の天然ロイコサイクリシンQは、ラクトサイクい抗菌スペクトルを有する

一方、ナイシンAと梅エキスを組みを示す。さらに、このネオナイシンをう観点から、乳酸菌バクテリオシンの

10）両方から今後の利用に期待が寄せら

近年、食品の安全・安心に対するれる、Leuconostoc mesenteroides

TK41401由来の環状バクテリオシン、抑えることができ、安全性と経済面の界中で食品保存料に利用されている。

として認可されて以降、いくつかの実用例がある 5）。 我々も乳酸菌バクテリ

No. 04

ナイシンを含む口腔ケア製品「オーラルピース・歯磨き &口腔ケアジェル」（左）と「オーラルピース・マウススプレー（右）。どちらも可食成分のみを含むため、飲& ウォッシュ」
み込んだ場合でも身体に害がない。

抗菌剤、エタノール等を含まず、天然由来の可食成分のみを使用しており、飲み込んだ場合でも容易に分解されるため無害である。口腔医療の重要性

野での応用が期待されている。 現状で実用されているのはナイシンA のみ〈著者略歴〉を有するラクティシンQ やラクトサイク13 年 広島大学理学部卒業
同年	九州大学大学院生物資源環境科学府修士課程 現在に至る。

であるが、ナイシンAとは異なる特性が叫ばれる中、要介護高齢者、重度リシンQなどの新奇乳酸菌バクテリオ

危険性があり通常の歯磨き剤では身高度な微生物制御技術の確立が可能

障がい者、乳幼児といった、誤飲のシンを適材適所で活用することにより、体への影響が懸念される場合においてとなるであろう。また、生産乳酸菌がることができ、ナイシンの特性と安全オシンの作用機構の解明を通して、バも、オーラルピースは安心して利用す性を最大限に活かすことができた。

現在では、ナイシンをリード化合物としてその構造中に任意の変異を加え有する特異的な生合成機構やバクテリクテリオシンのより効果的な使用方法を確立するとともに、将来的には高活性・高選択性ペプチドの設計・創出る研究も盛んに行われており、抗菌活などへの発展が期待される。

開に注目が集まっている。しかし、い〈参考文献〉
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性の向上や安定性の改善といった展かに優れた性質を有する変異体であっても、現状では食品への遺伝子組換

え製 品の使用は困 難である。また、優れた特性を有するナイシンだが、実用レベルでは現在までに耐性菌の出現が報告されていないとはいえ、使用頻度が増えることでそのリスクが増大する可能性は否定できない。Listeria
monocytogenesに対して強力な抗菌活性を示すペディオシンPA-1をはじめとするクラス IIa バクテリオシンなど 17）、対象菌種によってはナイシンよりも有効な例もあり、乳酸菌バクテリオシンの利用をさらに展開するためには、天然由来で、特性の異なる様々な新奇乳酸菌バクテリオシンの探索と応用を進めることも不可欠であろう。

おわりにこのように、ナイシンをはじめとする乳酸菌バクテリオシンは優れた特性を有するため、食品に限らず様々な分

須志田 浩稔（すしだひろとし）石橋 直樹（いしばしなおき）

善藤 威史（ぜんどうたけし）

園元 謙二（そのもとけんじ）

13 年	九州大学大学院生物資源環境科学府博士課程修了
同年 日本学術振興会特別研究員 現在に至る。

04 年	九州大学大学院生物資源環境科学府博士課程修了
07 年	九州大学大学院農学研究院助教 現在に至る。

82 年	京都大学大学院工学研究科博士課程修了
01 年	九州大学大学院農学研究院教授 現在に至る。

食品と開発

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