科学者がついに尿を黄色くする酵素を発見

すべての動物は、体内の液体廃棄物を排出するために排尿しなければならない。健康な人の尿ははっきりとした黄色だが、尿にこの色を与える原因が何なのかは、何世紀にもわたって科学者にも不明であった。現在、メリーランド大学と国立衛生研究所のチームは、尿を黄色にする微生物酵素を特定することで、この謎を解いたと考えている。この研究結果は、1月3日にネイチャー・マイクロバイオロジー誌に掲載された研究で詳細に述べられている。

[関連:ルネッサンス時代の医師は患者の尿を味見していた。]

研究の共著者でメリーランド大学の微生物学者ブラントレー・ホール氏によると、研究チームは1960年代に遡る数十年にわたる研究と3年半に及ぶ困難な実験室実験を基に、腸内微生物叢のビリルビン還元酵素と呼ばれる酵素が尿の色の原因であることを発見したという。

「腸内微生物叢には素晴らしい化学者がいっぱいいます。腸内微生物が作るこれらの分子は人間の生理機能にとってとても重要です」とホール氏はPopSciに語ります。「腸内の微生物化学について理解が深まるにつれて、重要なことがわかってきます。しかし、その第一歩は、原因となる酵素を解明することです。何が起こっているのか分からなければ、基本的に研究を始めることすらできません。」

微生物の謎を解く

科学者たちは以前、黄色は体が古い血球を排出する過程から来るものだと知っていました。赤血球は通常約 120 日後に寿命を迎え、肝臓で分解されます。この過程の副産物であるビリルビンは、肝臓から腸に分泌される明るいオレンジ色の物質です。腸に生息する細菌がビリルビンをウロビリノーゲンと呼ばれる無色の物質に変換します。ウロビリノーゲンは最終的にウロビリンと呼ばれる黄色の色素分子に分解され、これが色付けに関与します。科学者たちは、原因となる細菌酵素を知りませんでした。

この酵素の特定は、主に 2 つの理由から、長い間微生物の謎となってきました。ブラントリー氏によると、最初の課題は、嫌気性微生物を研究室で培養することが歴史的に非常に困難で費用がかかったことです。

「この機能を果たす微生物は、大気中の酸素があると生きられません。数分または数秒以内に死んでしまいます」とホール氏は言う。「そして、それらは絶対に成長しません。」

ブラントリー氏と研究チームは、過去 15 年間に達成された科学的進歩を活用して、酸素がなくても生存し、繁殖するこれらの微生物の培養に成功した。

2 つ目の課題は、腸内微生物叢のゲノム配列が不足していることです。遺伝子配列の最近の改善により、腸内微生物の働きを調べるために研究チームが利用できる配列が増えました。

「私たちの場合、ビリルビンを減らす微生物と減らさない微生物を特定しました。そして、その2つを比較ゲノム解析し、候補遺伝子を特定しました」とホール氏は言う。

腸内細菌叢について

研究チームは、ビリルビンをウロビリノーゲンに変換するヒト腸内細菌の正確な種のゲノムと、変換できない腸内細菌の種のゲノムを比較しました。これにより、ビリルビン還元酵素をコードする特定の遺伝子を特定できました。次に、大腸菌( E. coli ) を使用して、この酵素が他の腸内細菌と同様に大腸菌内でビリルビンをウロビリノーゲンに変換できるかどうかをテストしました。

研究チームは、この遺伝子を既知の細菌種すべてで調べた結果、この酵素は主に、腸内細菌叢の大部分を占めるフィルミクテスと呼ばれる細菌の大きなグループに属する種によって生成されることを発見した。尿の色を決める遺伝子を見つけるために、1,000人以上の成人の腸内細菌叢を遺伝子検査した結果、99.9%の人の腸内細菌がビリルビン還元酵素の遺伝子を持っていることがわかった。

[関連:ミツバチは健康な腸内細菌が豊富だと友達が増える]

「私にとって一番の驚きは、この機能が成人の人間に広く普及していることです」とホール氏は言う。「基本的に、すべての人の尿は黄色で、すべての人の便は茶色なので、それを行う微生物がいるはずだとわかっていました。実際には、それを行う微生物はそれほど多くなく、基本的にすべての人に広く普及しています。」

潜在的な医療用途

この研究では、炎症性腸疾患（IBD）の成人と黄疸のある乳児にこの遺伝子が存在するかどうかも調べました。IBD患者の約68％のみがこの遺伝子を持っており、黄疸のリスクが高い生後3か月未満の乳児では約40％にこの遺伝子がありました。さらなる研究が必要ですが、これらの酵素と遺伝子が何であるかを特定することで、IBD、黄疸、さらには胆石のよりよい治療法の開発に役立つ可能性があります。

「腸の健康について人々はとても興奮しており、私は腸の健康について人々と話すのが大好きです」とホール氏は言います。「誰もが腸の問題を抱えているか、または腸の問題を抱えている人を知っているので、人間の腸内微生物叢と健康を良い方向に本当に調整する大きなチャンスがあると思います。」