近年、腸内マイクロバイオームとそれが人間の健康全般に果たす役割に注目が集まっています。これに関連して、動物の健康もまた、消化、免疫、疾病抵抗性において極めて重要な役割を担うこの複雑な微生物生態系の観点から理解されるようになってきています。人々は、食料源となる家畜への抗生物質使用、動物福祉、ペットの健康について懸念を抱いていますが、これらはすべて腸内マイクロバイオームに関連しています。
その結果、研究者たちは給餌や治療戦略を通じて動物の健康を保護し、向上させる方法を模索しており、その中には人間のマイクロバイオームサポートの市場に似たものもあれば、動物界に特有の新しい方法もあります。
動物の健康の基盤
腸内マイクロバイオームは、消化管に生息する細菌、古細菌、ウイルス、真菌など、数兆個の微生物で構成されています。これらの微生物は、栄養素の消化、免疫システムの発達、病原体からの防御において重要な役割を果たします。バランスの取れたマイクロバイオームは、家畜やコンパニオンアニマル動物の飼料効率、成長、そして回復力をサポートします（図1参照）。微生物バランスの乱れ、いわゆるディスバイオシスは、胃腸障害、代謝疾患、および生産性の低下と関連しています。
私たちは、人間ががキュレーションした世界最大規模の科学情報のリポジトリであるCASコンテンツコレクションTMを分析し、動物の腸内マイクロバイオームに関する研究環境に驚くべき進化があることを発見しました。2005年から2024年にかけて、この分野のジャーナル出版物は一貫して増加傾向にあります（図2を参照）。挿入図の比較から、ペットに関する出版物は家畜よりも全体的にわずかに多く、ジャーナル論文の数は両カテゴリーで一貫して特許件数を上回っていることがわかります。
これは近年のペットの健康への関心の高まりと、この分野の研究の多くがまだ商業化に至っていないことを示しています。しかし、当社の分析によると、さまざまな治療戦略が注目を集めています。図3Aに示す通り、多くの疾患が腸内マイクロバイオームのディスバイオシスと関連しており、胃腸、代謝、免疫関連の状態が最も多く記録されています。図3Bは、微生物バランスの回復を目指した治療戦略を示しており、プロバイオティクスとプレバイオティクスが最も研究上の注目を集めています。この比較は、多様な健康状態に対するマイクロバイオームを標的とした介入への科学的な関心の高まりを強調しています。
例えば、牛、家禽、豚、小型反芻動物などの家畜では、腸の健康は飼料効率、体重増加、繁殖の成功、そして病気抵抗力と密接に関連しています。犬や猫などのコンパニオンアニマルでは、マイクロバイオームは消化や免疫だけでなく、気分、行動、皮膚の状態、全体的な活力にも影響を与えます。ペットのディスバイオシスは、肥満、アレルギー、炎症性腸疾患、腸がん、不安などの慢性疾患と関連付けられています。これは、動物の栄養と生活の質にマイクロバイオームが与える広範な影響を浮き彫りにしています。
腸内細菌叢を調節するための最新の治療アプローチ
抗生物質の使用、不適切な食事、ストレス、または感染症などの因子により腸内マイクロバイオームが不均衡になると、ディスバイオシスを引き起こす可能性があります。これは、胃腸の不調、炎症、代謝の問題、免疫力の低下として現れます。ディスバイオシスに対処するために、いくつかの治療戦略が登場しています。
プロバイオティクスとプレバイオティクス
プロバイオティクス（乳酸菌、ビフィズス菌、腸球菌などの生きた有益な微生物）は、動物の腸の健康を高める上で重要な役割を果たします。栄養吸収の改善、特にストレス時、飼料転換期、成長初期における胃腸障害の軽減に寄与します。子牛、子豚、ヤクを対象とした研究では、プロバイオティクスを豊富に含む食事は、腸の形態、微生物の多様性、免疫反応、成長パフォーマンスを改善すると同時に、炎症を軽減し、消化をサポートすることが示されています。このような証拠は、プロバイオティクスとシンバイオティクスが抗生物質を使用しない家畜生産を促進し、動物全体の健康のために腸内細菌叢を最適化する可能性を証明しています。
フルクトオリゴ糖（FOS）、イヌリン、マンナンオリゴ糖（MOS）などのプレバイオティクスは、消化されない食物繊維であり、有益な腸内細菌の増殖を選択的に促進します。腸内細菌による発酵により、短鎖脂肪酸（SCFA）、特に酪酸、酢酸、プロピオン酸が生成され、腸のバリアの完全性を維持し、炎症を軽減し、代謝の健康をサポートする上で重要な役割を果たします。
ポストバイオティクス
ポストバイオティクスは、乳酸やペプチドなどプロバイオティクスによって生成される代謝産物または構造成分であり、動物の健康を増進するための安定した非生物的代替手段を提供します。飼料に添加すると、粘膜および全身の免疫反応を調節し、腸の健全性をサポートし、炎症を軽減します。Admixture Research Company による最近の臨床試験では、コンパニオンアニマルの健康におけるポストバイオティクスの潜在力が実証されました。成犬において、加熱処理されたポストバイオティクス形態のBifidobacterium animalis subsp.lactis CECT 8145（PRIOME® MH）は、減量期における食後血糖値を有意に低下させ、代謝健康の維持に役割を果たすことを示唆しています。
糞便移植療法
糞便移植療法（FMT）は、コンパニオンアニマルや家畜の治療への応用において、有用な治療ツールとしての認識が高まっています。犬と猫において、FMTは抗生物質関連下痢、慢性下痢、炎症性腸疾患（IBD）などの胃腸障害の治療に有望であり、臨床症状を大幅に改善し、微生物バランスを回復させます（参考文献）。家畜において、FMTは反芻動物、例えば子牛や乳牛の下痢を管理し、さらには亜臨床性乳腺炎の症例における乳房の健康と乳質改善のために探求されてきました。豚、特に若い豚では、FMTは離乳後の下痢を減少させ、体重増加を促進し、腸内微生物叢の組成を改善するのに効果的でした。これらの応用は、FMTが動物の健康、生産性、福祉を改善する可能性を示しています。
ファージ療法
バクテリオファージ療法は抗生物質に代わる新たな選択肢として、適応薬としての複数の利点により、細菌感染症の治療に用いられています。これには、高い特異性や感染部位での進化・増殖能力が含まれます。有望な応用例としては、黄色ブドウ球菌による牛の乳腺炎予防、サルモネラ・エンテリティディスによる豚のサルモネラ症の緩和、家禽におけるカンピロバクター・ジェジュニおよびサルモネラ・ガリナラムの防除などがあります。最近の遺伝子工学の進歩、特にCRISPR/Cas9システムの統合により、ファージ療法の精度と有効性がさらに向上しました。
次世代の治療薬：薬剤耐性への取り組み
現時点での治療アプローチ（プレバイオティクスやプロバイオティクスなど）に見られるように、抗生物質の使用と関連する抗生物質耐性に対処することは重要です。薬剤耐性（AMR）は、腸内微生物叢が薬剤耐性遺伝子（ARG）の重要な貯蔵庫として機能するため、食糧安全保障、人間の健康、獣医医療に影響を及ぼします。家畜やコンパニオンアニマルにおける抗菌剤の広範な誤用により耐性が加速しており、2020年に世界で使用された獣医用抗菌剤の総量推定99,500トンのうち67%をアジアが占めています。この数字は2030年までに8％増加すると予測されており、抗菌薬の使用、腸内細菌叢の破壊、耐性の発達の間の複雑な相互作用を考慮した緊急かつ協調的な介入の必要性を強調しています。
研究活動は強化されており、これは過去20年間のCASコンテンツコレクション内のAMR関連の出版物の着実な増加に反映されています（図4を参照）。現在、さまざまな革新的な戦略が開発されています。
持続可能性に焦点を当てた介入
マイクロバイオームに焦点を当てた治療法は、動物の健康と環境の持続可能性を同時に改善するのに役立つ可能性があります。ある研究では、特定の腸内細菌が、残留性環境汚染物質の一種であるペルフルオロアルキル化合物およびポリフルオロアルキル化合物（PFAS）を吸収し、排除できることが実証されました。マウスでは、これらの微生物が全身のPFASレベルを最大75%低下させたことから、動物の解毒戦略に有望な道筋を示しています。
もう一つの画期的な進展は、CRISPR技術を用いて、牛のメタン排出量を削減するプロバイオティクスを開発することです。メタンは強力な温室効果ガスであり、主に反芻動物のルーメン内のメタン生成古細菌によって生成されます。生後早期に微生物組成を変更することで、生産性に影響を与えることなく排出量を大幅に削減でき、畜産業界に持続可能なソリューションを提供します。このマイクロバイオームに基づく介入は、畜産業界にとって持続可能な戦略を提供します。特に、畜産における排出がグローバルな温室効果ガス排出量の約14.5%を占めていることを考慮すると、その効果は絶大です。
長寿
最近の研究では、ウサギの腸内微生物プロファイルを調査し、アッカーマンシアやクリステンセネラ科などの特定の微生物が、生殖寿命の延長や回復力の向上と関連していることが判明しました。これらの発見は、マイクロバイオームに基づく選択または補充が、長寿と生産性を高めるために育種プログラムに統合できることを示唆しています。CAS Scientific Patent Explorer TMなどのツールを活用することで、この分野における商業的関心の高まりを示す特許をいくつか特定しました。
例えば、最近の特許では、嗜好性と健康状態を改善するペットフード用の安定化プロバイオティクス製剤が取り上げられています。その他の特許は、マルチストレインプロバイオティクスと、家畜およびコンパニオンアニマルのディスバイオシスを改善するための治療アプローチに重点を置いています。追加の特許は、腸内環境の改善と動物の生産性向上を目的とした微生物栄養素ブレンドを概説しています。
新しい抗生物質クラス
最近の発見により、病原体を標的にしつつ有益な腸内マイクロバイオームを保護することを目的とした、広範囲の作用と最小限の毒性を持つ新たな抗菌剤が導入されています。その一例が、新たに特定されたLassoペプチドであるLariocidinであり、動物モデルで強力な効能が実証されており、耐性メカニズムを克服する可能性を示しています。同様に、シドニーロックオイスター由来の生理活性タンパク質は、毒性や微生物叢の大きな撹乱が観察されることなく、細菌バイオフィルムを破壊し、薬剤耐性のある黄色ブドウ球菌および緑膿菌に対する抗生物質の効果を高めることがわかっています。
抗菌光線力学療法
抗菌光力学療法（aPDT）は、酸素存在下で光によって活性化される光増感剤を用い、活性酸素種（ROS）を生成させることで病原体を効果的に死滅させる新規治療法です。獣医学において、aPDTは牛や羊の乳房炎、小動物の皮膚感染症や耳炎の治療に効果があることが示されています。研究では、さまざまな乳房炎の原因となる細菌や多剤耐性菌株に対するその有効性が実証されています。しかし、全身的な光過敏症および潜在的な毒性による光感作剤の局所適用という制限があり、動物医療における広範囲に使用する前にさらなる調査が必要です。
抗菌ペプチド
抗菌ペプチド（AMPs）は、家畜やペットケアにおける従来の抗生物質の革新的な代替品として注目を集めています。これらのペプチドは、非リボソーム合成型とリボソーム合成型に分類され、多数の病原体に対して強力な殺菌活性を示します。ポリミキシンやバシトラシンなどの非リボソームAMPは細菌の膜と細胞壁の合成を標的とし、一方、ナイシンやペディオシンなどのバクテリオシンを含むリボソーム合成AMPは重要な生合成経路と細胞プロセスを阻害します。それらの生分解性、最小限の環境への影響、そして他の処理との互換性により、飼料添加物や治療薬の魅力的な候補となっています。しかし、これらの利点にもかかわらず、生産コストの高さ、抗菌スペクトルの狭さ、潜在的な毒性、投与および輸送中の安定性の問題などの課題が残っています。遺伝子工学とタンパク質工学の進歩はこれらの制限に対処するのに役立ち、AMPが持続可能な動物の健康管理においてより重要な役割を果たす道を開いています。
免疫調節戦略
免疫調節戦略を通じて動物の自然免疫系を強化することは、従来の抗菌アプローチに代わる有望な選択肢となります。主な方法には、プロバイオティクス、プレバイオティクス、ポストバイオティクス、シンバイオティクスの利用があり、これらは健康な腸内マイクロバイオームをサポートし、有害な病原体に対する抵抗性を高めます。免疫刺激剤はまた、免疫反応を活性化し強化するために使用され、それによって抗生物質への依存を減らします。さらに、対象を絞ったワクチン接種プログラムは、耐性病原体による感染を予防する上で重要な役割を果たし、積極的な保護を提供し、全体的な集団の健康と疾病管理に貢献します。
ファイトケミカル
ファイトケミカルは、健康への効果が証明されている植物由来の生理活性化合物です。これらの抗菌特性は、栄養素の吸収を高め、腸の健康を改善し、腐敗を減らす能力とともに、反芻動物、豚、家禽の生産における抗生物質の有望な天然代替品となっています。
ナノ粒子
ナノ粒子は、その独特の抗菌メカニズムと物理化学的特性により、動物の健康における抗生物質の有望な代替物として浮上しています。銀、銅、複合ナノ粒子は、乳牛の乳房炎、子宮感染症、蹄の病気を引き起こす病原体に対して、試験管内で強力な効果を示しています。細菌膜を破壊し、活性酸素種を生成し、細胞内構造を損傷する能力は、薬剤耐性微生物と戦うための新しいアプローチを提供します。初期の研究では低濃度での安全性が示唆されていますが、細胞毒性や生体蓄積に関する懸念から、広範な獣医学的応用に至るまでにはさらなる生体内研究が必要であることが浮き彫りになっています。
オゾン療法
オゾン療法は、獣医学において抗生物質の安全かつ効果的な代替手段として注目されています。その強力な酸化特性により、細胞膜とDNAを破壊して細菌を殺すことができます。また、低用量で免疫調節作用と抗酸化作用を発揮します。オゾンは牛、羊、山羊、馬に使用され、牛乳や肉に残留物を残さずに乳房炎、子宮炎、生殖障害を治療する効果があり、休薬期間を回避できることが実証されています。
ニュートリジェネティクス：設計による給餌
人間であれ動物であれ、食事は腸内マイクロバイオームの健康と密接に関係しています。栄養遺伝学は、遺伝子変異が動物の栄養素への反応にどのように影響するかを研究する学問であり、遺伝子プロファイルに合わせた精密な栄養管理を可能にすることで、動物の健康管理サービスを変革しています。本質的に、このアプローチは、個々の遺伝的変異が動物の栄養素代謝や食事介入への反応に影響を与えることを認識しており、マイクロバイオームの多様性や抗菌剤耐性遺伝子の出現率に直接的な影響を及ぼします。
分子レベルでは、栄養素はさまざまなメカニズムを通じて遺伝子と相互作用します（図5を参照）。これらのメカニズムを理解することで、最適な遺伝子発現、生理的パフォーマンス、有益なマイクロバイオーム組成をサポートするターゲットを絞った食事の開発が可能になります。同時に、薬剤耐性に対する選択圧を減らすことができます。
図 5：栄養素が遺伝子と相互作用する分子メカニズム。
応用と健康上の利点
- 家畜：栄養遺伝学は家畜において幅広く応用されており、遺伝子プロファイルに合わせたターゲットを絞った栄養戦略を提供することで、健康と生産性の向上に貢献しています。研究により、宿主の遺伝子が腸内微生物組成に影響を与え、特定の遺伝的変異がマイクロバイオームを介した経路を通じて飼料効率に影響を与えることが明らかになりました。家禽においては、遺伝子プロファイリングにより、病原体の定着に抵抗する有益な微生物コミュニティーを促進しながら、成長率、飼料変換効率、免疫回復力を高める飼料の配合が可能になりました。豚において、栄養遺伝学的アプローチは、優れた栄養利用特性を持つ豚を特定し、繁殖性能をサポートし、廃棄物を減らす精密な給餌を可能にしました。同様に、乳牛では、遺伝子型に基づいた食事により乳量が向上し、ケトーシスやアシドーシスなどの代謝障害の発生率が低下することが示されています。伝統的な家畜の範囲を超えて、羊や山羊については、生殖効率、免疫機能、栄養の乏しい環境への適応に影響を与える栄養遺伝学的特性について研究されています。
- 馬：馬における栄養遺伝学の研究は、メタボリックシンドロームの管理、競技馬のパフォーマンスサポート、カスタマイズされた栄養戦略による蹄葉炎などの症状の予防を目的としています。これらの応用は、最適な健康と回復が不可欠な競技や治療の現場に適しています。
- コンパニオンアニマル：栄養遺伝学は、犬や猫の肥満、食物アレルギー、代謝障害などの品種特有の健康状態を管理するために注目を集めています。寿命と全体的な健康を改善するために、遺伝的素因に基づいた個別化された食事が開発されています。これらのアプローチは、免疫と消化器の健康をサポートし、生活の質の向上と獣医の介入の軽減に貢献します。
今後、動物の栄養学への栄養遺伝学の統合が成功するかどうかは、遺伝子スクリーニングプロセスの簡素化、マイクロバイオームの相互作用を考慮した拡張性と適応性に優れた給餌モデルの開発、代表性の低い種を含む研究の拡大、明確な規制枠組みの確立など、いくつかの戦略的優先事項にかかっています。これらの進歩を活用することで、生産者、獣医師、ペットの飼い主は、一般的な給餌方法から、各動物の遺伝的可能性と健康上のニーズに合わせた精密な栄養戦略に移行することができます。
腸の健康は動物全体の健康を意味する
動物の健康を向上させるには、腸内マイクロバイオームの科学、栄養遺伝学の洞察、薬剤耐性に対する革新的な代替手段を統合した包括的なアプローチが必要です。これらの領域を組み合わせることで、免疫力を高め、栄養を最適化し、抗生物質への依存を減らす強力なツールが提供されます。腸内マイクロバイオームの重要性が理解され続ける中で、新たな発見は人間の健康だけでなく、私たちや環境と関わる食物源やコンパニオンアニマルにも応用されるでしょう。
