ヒト腸内細菌による複合糖質やその他の高分子の分解は、隣接する微生物が嫌気呼吸に利用する代謝産物を生成する。しかし、腸内における他の食事成分のクロスフィーディングがエネルギー産生酸化還元反応を駆動できるかどうかは、依然として不明である。
2025年8月4日、イェール大学の研究者らが、Cellの姉妹誌であるCell Host & Microbeに「Metabolic cross-feeding of a dietary antioxidant enhances anaerobic energy metabolism by human gut bacteria」と題する研究論文を発表した。
この研究により、食事由来抗酸化物質エルゴチオネインの代謝的クロスフィーディングが、ヒト腸内細菌における嫌気的エネルギー代謝を促進することが明らかになった。
この画期的な研究で、研究チームは異なる門に属する腸内細菌が嫌気条件下で共通の食事由来抗酸化物質を交換してエネルギーを生成することを実証した。共生細菌であるClostridium symbiosumはエルゴチオネイナーゼ酵素をコードしており、これがエルゴチオネインをエルゴチオネイン（キノコ由来の抗酸化物質）電子受容体であるチオウロカニン酸（TUA）に変換する。キシラン分解細菌であるBacteroides xylanisolvensはその後、TUAを還元し、ATP合成を大幅に促進して細菌の増殖を促す。さらに、TUAは特定のヒト糞便微生物群集によって選択的に産生・消費される。
腸内エルゴチオネイン恒常性と大腸がんの間に新たに発見された関連性と一致して、エルゴチオネイナーゼ遺伝子は大腸がん患者の糞便メタゲノムにおいて有意に濃縮されていることが明らかになった。
これらの集合的知見は、共生抗酸化栄養素のクロスフィーディングが微生物のエネルギー代謝をどのように促進するかを明らかにしており、疾患リスクにおける個人差を説明する可能性がある。具体的には：
C. symbiosumのエルゴチオネイナーゼが食事由来のエルゴチオネインをTUAに変換する；
B. xylanisolvensはTUAを電子受容体として利用し、対照群と比較してATP産生を2.3倍に増加させる；
TUAの動態は、ヒトマイクロバイオームにおいて選択的な産生・消費パターンを示す。
特筆すべきは、エルゴチオネイン-TUA代謝軸が大腸がん患者において特に活性化しており、エルゴチオネイナーゼ遺伝子の存在量が疾患進行と相関していたことである（p<0.01）。この酸化還元ベースのクロスフィーディング機構は、食事性抗酸化物質、腸内微生物生態、およびがん感受性を結ぶ新たな関連性を示すものと考えられる。
Clostridium symbiosumはエルゴチオネイン（EGT）を代謝してチオウロカニン酸（TUA）に変換する；
TUAはBacteroides xylanisolvensにより利用され、その嫌気的増殖とATP合成を促進する；
ヒト糞便微生物群集は代謝的クロスフィーディングによりEGTを還元型TUAに変換できる；
TUA産生を担う遺伝子は大腸がん患者の糞便メタゲノムに濃縮されている。
これらの結果は、抗酸化栄養素の共生的クロスフィーディングが微生物のエネルギー代謝を促進することを示しており、この機構が疾患リスク感受性の個人差を説明する可能性がある。
論文リンク: https://www.cell.com/cell-host-microbe/fulltext/S1931-3128(25)00280-X
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