ナノ酵素とプロバイオティクスの複合戦略で強力な抗菌作用(Nanozyme-Probiotic Strategy Yields Powerful New Antibacterial for Gut Infection)

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2025-11-25 中国科学院(CAS)

中国科学院生物物理研究所と中国農業大学の共同研究チームは、鉄‐硫黄ナノザイム(nFeS)が腸内微生物代謝を介してインドール誘導体を生成させ、プロバイオティクスと協調して強力な抗菌効果を発揮する仕組みを解明した。nFeS は腸内で代謝経路を触媒し、インドール-2-カルボン酸を産生することが、レドックス電位測定・ラマン分光・FTIR・DFT計算により明らかとなった。マウスおよびブタのサルモネラ感染モデルでは、nFeS と Lactobacillus vaginalis を併用すると下痢発生率が低下し、23種の病原性細菌が減少、14種の有益菌が増加した。腸組織の安全性も高く、遺伝子操作を伴わずに腸内代謝を制御して感染を抑制できる点が特徴である。さらに、プロバイオティクスが nFeS に耐性を示す生化学的機構も解明され、ナノザイムとプロバイオティクスの相乗療法や腸内健康改善の新たな応用に道を拓く成果となった。

ナノ酵素とプロバイオティクスの複合戦略で強力な抗菌作用(Nanozyme-Probiotic Strategy Yields Powerful New Antibacterial for Gut Infection)
The schematic shows that nFeS nanozymes with oxygenase- and isomerase-like activities modulate the microbial tryptophan pathway, generating a new indole derivative (I2CA). This enables the nanozymes to synergize with probiotics, killing pathogenic bacteria and improving gut health. (Image by GAO Lizeng’s group)

<関連情報>

ナノザイムはプロバイオティクスのトリプトファン代謝を調節し、哺乳類モデルにおけるサルモネラ菌感染を予防する Nanozymes modulate probiotic tryptophan metabolism to prevent Salmonella infection in mammalian models

Zishen Lin,Yue Feng,Lei Chen,Jinping Wang,Qian Wang,Haolin Cao,Yang Gao,Lixue Wang,Ying Zhang,Jing Jiang,Lizeng Gao & Bing Dong
Nature Microbiology  Published:24 November 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41564-025-02176-4

Abstract

Probiotics are promising alternatives to antibiotics for the treatment of intestinal infections, but the effects of probiotics alone are often insufficient. Here we uncovered synergism between antibacterial iron–sulfur nanozymes (nFeS) and tryptophan derivatives that protects mice and pigs against bacterial gut infections. nFeS selectively inhibited potential intestinal pathogens while sparing commensal Lactobacillus vaginalis, whose presence enhanced the protective activity of nFeS against Salmonella enterica subsp. enterica serovar Typhimurium in vivo. Metabolomics and mutational analysis revealed that L. vaginalis synthesized 2-indolecarboxylic acid from a tryptophan derivative, indole-3-carboxaldehyde, a reaction that was catalysed by nFeS. The cytoplasmic pH of L. vaginalis (pH 7.5) allowed 2-indolecarboxylic acid to chelate free ferrous ions released by nFeS, thereby protecting it from antibacterial effects, whereas pathogens such as S. Typhimurium with a lower cytoplasmic pH were susceptible (pH 6.5). Pretreatment of pigs and mice with L. vaginalis and nFeS protected them against Salmonella infection. Our findings provide a foundation for improving probiotic bacteria-based therapies against intestinal infections.

生物化学工学
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