著者の所属・活動拠点の国は、中国です。

掲載誌：Microorganisms

ライセンス: CC BY 4.0　対象: 公開論文　確認元: 論文PDF

研究の目的

牛やヤギなどの反すう動物は、最初の胃であるルーメン（第一胃）にすむ微生物の発酵によって、飼料からエネルギーを得ています。著者らは、集約的な飼育のもとでルーメンの微生物環境は飼料だけで決まるのではなく、外から与えられる栄養と、動物自身の特徴との長期的な相互作用の結果かもしれないという仮説を示しています。動物自身の特徴としては、咀嚼や反すうの仕方、唾液による酸の緩和力、消化物が胃を通過する速さなどが挙げられています。

研究チームは、世界的に経済的な重要性が高いホルスタイン乳牛、シンメンタール交雑種の肉牛、ボーアヤギの3種類を対象にしました。実際の大規模な商業飼育の現場で、ルーメン微生物の構成、微生物が持つと予測される代謝機能、発酵の指標がどのように結びついているかを明らかにしようとしました。

何を、どのように調べたか

調査は中国河南省駐馬店市にある3か所の商業飼育施設で行われ、計59頭が対象になりました。内訳は、泌乳中期のホルスタイン乳牛16頭（2〜3産、平均乳量は1日26kg）、15〜17か月齢の雄のシンメンタール交雑種牛28頭（体重497〜507kg）、5か月齢の雄のボーアヤギ15頭（体重37〜41kg）です。いずれも健康で、採材前の少なくとも3か月間は抗生物質を使っていませんでした。飼養試験の期間は97日間で、7日間の馴致期間と90日間の本試験期間からなります。

3種類の動物はそれぞれ別の農場で飼われ、それぞれに専用の飼料が与えられました。このため、動物の種類、農場の環境、飼育管理、飼料の組成は切り分けることができません。著者らは、見つかった違いを動物の系統だけによるものではなく、生産システム全体の違いを反映したものとして位置づけています。

ルーメン液は、口から食道を通してルーメンへ入れる管で採取しました。唾液の混入を減らすため、最初に吸い出した1.0Lは捨てています。微生物の構成は、細菌の16S rRNA遺伝子の一部（V3-V4領域）を読み取って調べました。この遺伝子は細菌の種類を見分ける目印として使われます。読み取った配列は、わずかな違いまで区別した配列の種類（ASV）にまとめました。

さらに、得られた微生物構成から、PICRUSt2という手法で微生物群が持つと考えられる代謝経路を推定しました。発酵の指標としては、pH、アンモニア態窒素の濃度、揮発性脂肪酸の割合を測りました。揮発性脂肪酸は微生物が飼料を発酵してつくる酢酸、プロピオン酸、酪酸などで、動物の主要なエネルギー源になります。最後に、微生物、代謝経路、発酵指標の間の相関を調べました。複数の比較を行うことで偶然の一致が増える問題には、統計的な補正をかけています。

主な報告結果

微生物の群集構造は3種類の動物の間で統計的に明確に異なっていました（R＝0.7997、p＝0.001）。群集の主なタイプ分けでは、ホルスタイン乳牛の87.50%がSuccinivibrionaceae_UCG-001を主とするタイプに分類されました。シンメンタール交雑種牛では96.43%がSuccinivibrionaceae_UCG-002を主とするタイプでした。ボーアヤギは100%が、まだ培養されていない細菌群norank_f_Bacteroidales_BS11_gut_groupを主とするタイプにまとまりました。

微生物の多様さは、シンメンタール交雑種牛で最も高く、ボーアヤギで最も低い値でした。検出された配列の種類の数は、ホルスタイン乳牛で2256、シンメンタール交雑種牛で2753、ボーアヤギで1849です。共通する配列の種類は、牛2種の間で806でした。一方、ホルスタイン乳牛とヤギの間では59にとどまりました。

細菌の大きな分類群で見ると、バクテロイデス門の割合はボーアヤギで60.65%、シンメンタール交雑種牛で58.18%、ホルスタイン乳牛で45.81%でした。プロテオバクテリア門はホルスタイン乳牛で18.44%と多く、シンメンタール交雑種牛の5.50%、ボーアヤギの4.90%を上回りました。代表的な細菌属であるPrevotella_1の割合は、それぞれ30.24%、35.56%、22.76%でした。

発酵の指標にも違いがありました。pHはボーアヤギが6.5で最も高く、ホルスタイン乳牛が6.42、シンメンタール交雑種牛が6.28でした。揮発性脂肪酸に占めるプロピオン酸の割合は、シンメンタール交雑種牛が26.97%で最も高く、ホルスタイン乳牛が24.82%、ボーアヤギが21.19%でした。酢酸の割合は、ホルスタイン乳牛が63.75%で最も高くなりました。酢酸とプロピオン酸の比はボーアヤギが2.92で最も高く、ホルスタイン乳牛が2.57、シンメンタール交雑種牛が2.24でした。アンモニア態窒素はシンメンタール交雑種牛が16.99mg/dLで最も高く、ホルスタイン乳牛が12.11mg/dLで最も低い値でした。

推定された代謝機能では、物質を細胞膜の内外へ運ぶABCトランスポーターの経路がホルスタイン乳牛で多く見られました。糖の分解と合成に関わる解糖・糖新生の経路は、シンメンタール交雑種牛で多く見られました。エネルギーを生み出す酸化的リン酸化の経路と、原核生物の炭素固定に関わる経路は、牛2種でヤギより少ない結果でした。

相関分析では、細菌と発酵の特徴との結びつきが報告されています。Prevotella_1とSuccinivibrionaceae_UCG-002は、酢酸やプロピオン酸と正の相関を示し、pHや酢酸とプロピオン酸の比とは負の相関を示しました。ヤギで多かったnorank_f_Bacteroidales_BS11_gut_groupとLachnospiraceae_ND3007_groupは、酪酸と正の相関を示し、酢酸やプロピオン酸とは負の相関を示しました。ボーアヤギでは、Lachnospiraceae_ND3007_groupとメタン代謝経路の間にも正の相関が見られました。

この報告が示すこと

著者らは、動物の種類、ルーメン微生物、代謝経路、発酵指標の間に、生産システムごとに特有の結びつきがあると結論づけています。その中心にあるのは、乳牛、肥育牛、ヤギのそれぞれで、異なる細菌群が短鎖脂肪酸の生成と結びついている点です。研究チームは、実際の大規模生産現場におけるルーメン環境の基準となる特徴を示した成果として、これを位置づけています。

一方で、論文はいくつかの限界も明記しています。まず、動物の種類、年齢、性別、泌乳中か成長中かといった生理段階、飼料、農場環境が重なり合っているため、違いを動物の遺伝的な要因だけに帰することはできません。次に、3群の頭数が不ぞろいであることも、統計上の制約として挙げられています。代謝機能は遺伝子情報から推定した潜在的な能力であり、体内での実際の働きやメタン産生量を直接示す証拠ではありません。さらに、食道経由の採取法はpHや一部の細菌の割合に影響しうると述べられています。

原著論文の著者・所属：Chao Cui（Department of Animal Nutrition and Feed Science, College of Animal Science and Technology, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, China）、Yujie Zheng（Department of Animal Nutrition and Feed Science, College of Animal Science and Technology, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, China）、Zhiguo Guo（Department of Animal Nutrition and Feed Science, College of Animal Science and Technology, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, China）、Zhichang Wang（Department of Animal Nutrition and Feed Science, College of Animal Science and Technology, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, China; Henan Herbage Engineering Technology Research Center, Zhengzhou 450002, China; Henan Key Laboratory of Innovation and Utilization of Grassland Resources, Zhengzhou 450002, China）、Xiaoyan Zhu（Department of Animal Nutrition and Feed Science, College of Animal Science and Technology, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, China; Henan Herbage Engineering Technology Research Center, Zhengzhou 450002, China; Henan Key Laboratory of Innovation and Utilization of Grassland Resources, Zhengzhou 450002, China）、Yalei Cui（Department of Animal Nutrition and Feed Science, College of Animal Science and Technology, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, China; Henan Herbage Engineering Technology Research Center, Zhengzhou 450002, China; Henan Key Laboratory of Innovation and Utilization of Grassland Resources, Zhengzhou 450002, China）、Defeng Li（Department of Animal Nutrition and Feed Science, College of Animal Science and Technology, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, China; Henan Herbage Engineering Technology Research Center, Zhengzhou 450002, China; Henan Key Laboratory of Innovation and Utilization of Grassland Resources, Zhengzhou 450002, China）、Wen Chen（Department of Animal Nutrition and Feed Science, College of Animal Science and Technology, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, China）、Yinghua Shi（Department of Animal Nutrition and Feed Science, College of Animal Science and Technology, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, China; Henan Herbage Engineering Technology Research Center, Zhengzhou 450002, China; Henan Key Laboratory of Innovation and Utilization of Grassland Resources, Zhengzhou 450002, China）、Boshuai Liu（Department of Animal Nutrition and Feed Science, College of Animal Science and Technology, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, China; Henan Herbage Engineering Technology Research Center, Zhengzhou 450002, China; Henan Key Laboratory of Innovation and Utilization of Grassland Resources, Zhengzhou 450002, China）

※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）：Chao Cui, Yujie Zheng, Zhiguo Guo, et al. Rumen Microbiota, Predicted Metabolic Pathways, and Fermentation Parameters Exhibit Production-System-Specific Associations in Cattle and Goats. Microorganisms（出版社：Multidisciplinary Digital Publishing Institute） 2026-09-01. DOI: 10.3390/microorganisms14091935. 原著ライセンス：CC BY.