著者の所属・活動拠点の国は、エジプト、ドイツです。

掲載誌：Foods

ライセンス: CC BY　対象: 公開論文　確認元: OpenAlex

研究の目的

アフラトキシンは、主にアスペルギルス属のカビ（特にアスペルギルス・フラバス）が作る毒性の強い物質です。論文によると、世界で約50億人がその影響を受けています。物理的・化学的な除去方法には、費用が高い、毒素を取り切れない、栄養素が壊れる、有害な副生成物ができるといった課題があります。そこで、微生物に分解させる方法が注目されてきました。

微生物による除去には、細胞の表面に毒素がくっつくだけの「吸着」と、酵素で毒素を化学的に壊す「分解」の二つの仕組みがあります。吸着は元に戻りうる反応で、分解は戻らない反応です。研究チームは、従来の簡単な生化学試験だけでは、分解に関わる遺伝子や代謝経路の全体像がつかめないと指摘しています。また、公開データベースには、分解能力を持つ微生物の完全なゲノム情報が不足しているとも述べています。

この研究の目的は、農業や食品に関わる環境から細菌を分離し、次の点を段階的に調べる手順を示すことでした。ふるい分け、吸着と分解の区別、全ゲノムの解読、安全性の確認、分解産物の特定、そして分解に関わる候補酵素の絞り込みです。

何を、どのように調べたか

2024年9〜10月に、エジプトのカイロ、アレクサンドリア、ダミエッタで、カビ毒に汚染された場所から12の試料を集めました。内訳は、牛のふん3、土壌1、カビの生えた穀物飼料2、生乳5、市販のロミーチーズ1です。

まず、クマリンという物質だけを栄養源（炭素源）とする培地で細菌を育て、生き残るものを選びました。クマリンは、アフラトキシンの骨格の一部である「ラクトン環」と同じ構造を持っています。そのため、クマリンを利用できる細菌は、アフラトキシンも分解できる候補になると考えられます。

選ばれた細菌について、主要な4種類のアフラトキシン（B1、B2、G1、G2）がどれだけ除去されるかを測りました。比べた条件は三つです。生きた菌、菌を取り除いた培養液（無細胞上清）、加熱して殺した菌です。生きた菌でも菌を除いた培養液でも除去が進み、加熱した菌では進まなければ、菌が外に出した酵素による分解と考えられます。加熱した菌でも同じように除去されれば、吸着が中心だと判断できます。クマリン培地で育たなかった2株は、比較のための対照としました。さらに、除去能力の高い1株を使い、72時間にわたって除去の進み方を追いました。

細菌の全ゲノムは、長い配列を一度に読めるナノポア方式で解読しました。そのうえで、遺伝子の機能を代謝経路のデータベース（KEGG）に照らして調べました。抗生物質耐性遺伝子の有無も、専用データベース（CARD）で確認しています。加えて、質量分析で分解産物を特定し、それらの毒性をコンピューター上で予測しました。最後に、ゲノムから予測した5つの酵素の立体構造をAlphaFold 3で作り、アフラトキシンとの結合のしやすさを「分子ドッキング」というシミュレーションで評価しました。

主な報告結果

クマリン培地で強く育つ細菌として4株が選ばれました。生化学検査とゲノム解析の結果、1株は大腸菌、3株は肺炎桿菌（クレブシエラ・ニューモニエ）と同定されました。

4株とも、生きた菌で最も高い除去率を示し、最大は1株の94.02％でした。菌を除いた培養液でも71.04〜81.31％が除去されました。一方、加熱した菌では9.14〜16.62％にとどまりました。統計解析では、除去率の違いを主に生んでいたのは処理条件（生菌・培養液・加熱菌）の違いでした。株どうしの差は統計的に有意ではありませんでした。

除去能力の高い1株で経過を追うと、除去は培養6〜12時間ごろに始まりました。24時間後にはB1が99.43％、G1が97.88％除去され、G2は84.67％、B2は74.33％でした。72時間後には、B1が99.83％、G1が99.70％、B2が92.58％、G2が89.25％に達しました。

ゲノム解析では、分解能力のある4株にのみ、芳香族の異物を分解する代謝経路の遺伝子がそろっていました。そのうちフェニル酢酸を分解する経路は、4株すべてで完全な形で見つかりました。分解能力のない大腸菌2株では、こうした経路は欠けているか不完全でした。

質量分析では、アフラトキシンB1から、分子の一部（メチル基）が外れた産物と、二酸化炭素が外れた産物が見つかりました。後者は複数の構造違いとして検出されています。コンピューター上の毒性予測では、これらの産物は元のB1より変異原性（遺伝子に傷をつける性質）が低いと予測されました。

分子ドッキングでは、フェニル酢酸分解経路の酵素の一つ（paaH）が、最も結合しやすい候補と評価されました。スコアは-8.00〜-8.7 kcal/molです。次いで別の酵素（mhpB）が-6.0〜-6.7 kcal/molでした。分解能力のない株から取った比較用の酵素は、結合しにくい結果でした。

この報告が示すこと

研究チームは、加熱した菌では除去がほとんど起きず、菌を除いた培養液では高い除去が見られたことに注目しています。この結果から、除去は単なる吸着ではなく、菌が外に分泌する酵素による分解が主だと考えられるとしています。また、近縁の大腸菌どうしで分解能力が分かれた点について、能力を左右するのは系統の近さではなく、特定の代謝経路の有無だと論じています。今回の研究では、6株の完全ゲノムが公開データベースに登録されました。

一方で、見つかった細菌は日和見感染を起こしうる種で、複数の抗生物質耐性遺伝子を持っていました。そのため研究チームは、生きた菌や、菌を除いただけの粗い培養液を、そのまま食品や飼料に使うのは安全ではないとしています。こうした株は、分解酵素の遺伝子を探す資源と位置づけられています。分解に関わる遺伝子を、安全な食品用の微生物に組み込んで使うのが望ましいというのが研究チームの考えです。

ただし、候補酵素の特定はゲノム解析と分子ドッキングによる予測にとどまっています。ドッキングのスコアも比較のための目安で、実際の結合の強さを測ったものではありません。分解産物の毒性もコンピューター上の予測です。研究チームは、酵素そのものを作って実験で確かめる必要があると述べています。

原著論文の著者・所属：Rawan Muhammad Shady（Biotechnology Department, Faculty of Science, Cairo University, Giza 12613, Egypt; Department of Food Hygiene, Safety and Technology, Faculty of Veterinary Medicine, Badr University in Cairo (BUC), Badr City 11829, Egypt）、Adel Abdelkhalek（Department of Food Hygiene and Control, Faculty of Veterinary Medicine, Mansoura University, Mansoura 35516, Egypt; Department of Food Hygiene, Safety and Technology, Faculty of Veterinary Medicine, Badr University in Cairo (BUC), Badr City 11829, Egypt）、Ahmed Abd El Wahed（Institute of Animal Hygiene and Veterinary Public Health, Leipzig University, 04103 Leipzig, Germany）、Arianna Ceruti（Institute of Animal Hygiene and Veterinary Public Health, Leipzig University, 04103 Leipzig, Germany）、Behrouz Alizadeh Savareh（Department of Medicine II, Heart Center Bonn, University Hospital Bonn, 53127 Bonn, Germany; Institute of Animal Hygiene and Veterinary Public Health, Leipzig University, 04103 Leipzig, Germany）、Ahmed S. Fouad（Biotechnology Department, Faculty of Science, Cairo University, Giza 12613, Egypt）

※本記事は原著論文をもとに、日本語で要約・説明を加えた研究紹介です。 出典（原著論文）：Rawan Muhammad Shady, Adel Abdelkhalek, Ahmed Abd El Wahed, et al. Biodegradation of Aflatoxins by Four Novel Environmental Bacterial Isolates: A Comparative Genomic and Molecular Docking-Proof-of-Concept Study. Foods（出版社：Multidisciplinary Digital Publishing Institute） 2026-09-14. DOI: 10.3390/foods15183242. 原著ライセンス：CC BY.