AIとロボティクスで腸内細菌叢治療の探索を加速(AI and Robotics Accelerate Search for Better Gut Microbiome Therapies)

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2026-07-27 デューク大学(Duke)

デューク大学プラット工学部の研究チームは、AI、機械学習、ロボット実験を組み合わせて、プロバイオティクス(有益菌)とプレバイオティクス(食物繊維)の最適な組み合わせを効率的に探索する新たな手法を開発した。腸内細菌叢は個人ごとに構成や食生活が大きく異なるため、従来の腸内細菌療法では効果の再現性が課題だった。本研究では、15種類の腸内細菌と6種類の食物繊維を対象に、自動化ロボットで最大390条件を並列実験し、その結果をAIのアクティブラーニング(ベイズ最適化)へ反映することで、膨大な組み合わせを効率的に評価した。その結果、イヌリンとBacteroides uniformis、Anaerostipes caccae、Prevotella copriの組み合わせが、腸の健康維持に重要な短鎖脂肪酸である酪酸(ブチレート)を安定して産生することを発見した。現在、この組み合わせは炎症性腸疾患マウスモデルで検証が進められており、個別化された腸内細菌療法や、急成長するプロバイオティクス・プレバイオティクス産業への応用が期待される。

<関連情報>

能動学習による食物繊維と腸内細菌叢の相互作用の設計 Designing fiber–gut microbiome interactions with active learning

Bryce M. Connors,Jaron Thompson,Manasi Subhash Gangan,Nick Quinn-Bohmann,Sean M. Gibbons,Job Grant,Alejandro Castellanos-Sanchez,Jessica R. McCann,John F. Rawls & Ophelia S. Venturelli
Nature Chemical Biology  Published:27 July 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41589-026-02272-4

AIとロボティクスで腸内細菌叢治療の探索を加速(AI and Robotics Accelerate Search for Better Gut Microbiome Therapies)

Abstract

Identifying synergies between dietary fibers and beneficial bacteria holds promise for precision interventions that optimize gut health, yet these interactions remain largely unexplored. Here we integrate machine learning, Bayesian optimization and high-throughput community construction to investigate how dietary fibers shape health-relevant functions of human gut microbial communities. To efficiently navigate the landscape of fiber–microbiome interactions, we implemented a design–test–learn cycle to identify fiber–species combinations that maximize a multiobjective function capturing beneficial community properties. Our model-guided approach revealed a highly butyrogenic and robust ecological motif characterized by the copresence of inulin, Bacteroides uniformis and Anaerostipes caccae and a higher-order interaction with Prevotella copri. Human fecal communities invaded with model-designed species–fiber combinations displayed predictable gut-beneficial outputs. In sum, we demonstrate a framework for designing synthetic microbial communities with desired functions in response to key nutrients.

生物化学工学
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