生化学 SEIKAGAKU
Journal of Japanese Biochemical Society

フルクタンは，β2-1結合のイヌリン型もしくはβ2-6結合のレバン型でフルクトースが重合した多糖であり，植物に干ばつや低温環境に対する耐性を付与し，発芽時のエネルギー源として利用されることが知られている^1）．被子植物の約15％がフルクタンを主要な貯蔵多糖として利用しており，ゴボウ，タマネギ，ニンニク，ラッキョウなどに多く含まれる．直鎖型イヌリンは水溶性食物繊維として商業的に利用されており，主としてチコリーの根から抽出・精製されるほか，微生物酵素を用いた糖転移反応によりスクロースを基質として生産される^2）．一方，直鎖型レバンは牧草のチモシー由来のものが試薬として販売されている．タマネギやアスパラガスには，グルコース残基側にもイヌリン鎖が形成されるネオ型のイヌリンが含まれており，穀類に含まれるグラミナンには，β2-1結合とβ2-6結合の両方が付加されている（図1）．さらに，リュウゼツラン由来のアガベフルクタンやニンニク由来のフルクタンは，β2-6結合の分岐鎖をもつイヌリン鎖を有している^{3, 4）}．また，ラッキョウ由来のフルクタンは，β2-6結合のレバン鎖の割合がβ2-1結合のイヌリン鎖よりも高く，全体の26％に分岐点（β2-6/β2-1結合）を含む高分岐型フルクタンであることが明らかにされている^5）．

図1 代表的なフルクタンの構造模式図

フルクタンは微生物によって産生される菌体外多糖（EPS：exopolysaccharide）の一つでもあり，β2-6結合のレバン型が主として産生され，分岐鎖を有することが多い^6）．微生物産生レバンはさまざまな発酵食品に含まれている．たとえば，Bacillus subtilisが菌体外多糖として生産するレバンは，納豆粘質部の20％を構成するとされる^{7, 8）}．また，サワードウから分離された乳酸菌にもレバン産生能が報告されており，サワー種発酵パンの製造過程でレバンが生成される^9）．さらに，乳酸菌だけでなく酢酸菌の一部にもレバン生成能がある^10）．

このように，我々が日常的に摂取する野菜や発酵食品にはフルクタンが少なからず含まれており，水溶性食物繊維としてヒトの消化酵素で分解されることなく大腸まで到達し，腸内細菌によって分解・代謝される．本稿では，フルクタンの合成と分解に関わる酵素の解説に加えて，ビフィズス菌，バクテロイデス属細菌，乳酸菌，酪酸産生菌における多様なフルクタン分解戦略について概説する．

1）フルクタン合成に関わる酵素

デンプンをはじめとする植物における多糖・糖鎖合成においては，ADP-グルコースなどの糖ヌクレオチドをドナー基質とした糖転移酵素による重合反応が一般的である．これに対して，植物フルクタンは，糖質加水分解酵素（GH）ファミリー32に属する酵素の糖転移活性によってスクロースをドナー基質として合成される．フルクタンは，β2-1結合とβ2-6結合のフルクタン合成に関わるGH32酵素の組合わせによりイヌリン型やレバン型の直鎖やβ2-1結合とβ2-6結合が組合わされた分岐鎖となり，その鎖長は重合度（DP）＜10¹～10²程度とされている^11）．植物フルクタンの構造や酵素の詳細に関しては吉田らの総説を参照されたい^12–14）．一方，微生物フルクタンの鎖長は植物フルクタンの100倍程度長いDP＞10³～10⁴とされている^11）．微生物フルクタンは，GH68に属するinulosucraseとlevansucraseによる糖転移反応によってスクロースから得たフルクトースを重合して合成され，生じたグルコースは自身のエネルギー源として利用される^15）．このようにして合成されるフルクタンは微生物の生存戦略に関わっており，バイオフィルム形成や貯蔵多糖として利用される．一方，グルカン産生菌では，スクロースから得たグルコースを重合してグルカンを合成し，フルクトースをエネルギー源として利用する．このような菌体外多糖はEPSと呼ばれ，その免疫賦活作用などの機能性が注目されている．

2）フルクタン分解に関わる酵素

植物では，貯蔵多糖であるフルクタンをGH32に属するエキソ型β-fructofuranosidaseによってフルクトースへと分解し，発芽時のエネルギー源や氷点下での凍結耐性に利用している^12）．一方，ヒトを含む哺乳類はフルクタン分解酵素を持たないため，摂取したフルクタンは水溶性食物繊維として大腸に到達し，腸内細菌によってフルクトースに分解される．さらに，そのフルクトースは解糖系などの代謝経路を経て分解され，腸内細菌にとっては廃棄物となる短鎖脂肪酸が生成される．その後，この短鎖脂肪酸は宿主のエネルギー源として利用される．腸内細菌における主要な分解酵素もエキソ型のGH32 β-fructofuranosidaseである．さらに，線虫や昆虫などの無脊椎動物においては，GH32 β-fructofuranosidase遺伝子が微生物から水平伝播されていることも報告されている^16）．一方，微生物にはGH32に加え，GH68に属するエキソ型のβ-fructofuranosidaseも存在し，フルクタンをランダムに切断するエンド型のGH32 endo-inulinaseとendo-levanaseも知られている．また，イヌリンを二糖単位で切断しながらダイフルクトースアンハイドライド（DFA）IIIやDFA Iに変換するGH91 inulin fructotransferase（IFTase）や，レバンからDFA IVを産生するGH32 levan fructotransferase（LFTase）といった酵素も存在する．これらの酵素は主に土壌細菌に見られ，競争が激しい土壌環境中において，フルクタンを競合他者に利用されにくいDFAに変換することで糖質資源を独占する戦略と考えられる．

腸内環境においてはIFTaseやLFTaseの存在は確認されていないが，筆者らはバクテロイデス属細菌由来のGH91 endo-IFTaseが，イヌリンに対してエンド型に作用して，オリゴ糖が付加されたDFA IIIを遊離することを明らかにしている^17）．DFA IIIはフルクトースの加熱調理によって生ずるカラメル化糖の一種であることから，カラメル化糖が加熱調理のみならず腸管内でも生成されることを意味していた．筆者らは，ブラウティア属細菌由来のDFA III分解酵素（DFA IIIase）やビフィズス菌由来のDFA I分解酵素（DFA Iase）のクローニングと機能解析に成功している^{18, 19）}．これらの詳細については，筆者による最近の総説を参照されたい^20）．

株式会社明治が1983年から販売しているフラクトオリゴ糖（FOS）は，スクロースにフルクトースが1分子付加されたDP3の1-ケストースやDP4のニストースなどから構成される混合物である（図1）．FOSはビフィズス菌を増やすプレバイオティクス効果が見いだされた機能性オリゴ糖として1993年に日本初の特定保健用食品に認定された．一方，植物由来のイヌリンはDP10～60程度の直鎖型フルクタンの混合物であり，なかでもDP20～30付近の割合が高い^2）．イヌリンもFOSと同様にビフィズス菌を増やし，腸内環境を良好に保つ機能性表示食品として，サプリメント用途に加え，ヨーグルトに添加されるなどして利用されている．ビフィズス菌の増加によってもたらされる保健効果としては，病原菌の抑制や腸内感染の予防，短鎖脂肪酸の産生に伴う腸内pHの低下，ビタミン産生，腸機能の活性化，免疫応答の刺激などがあげられており，FOSとイヌリンの摂取によりビフィズス菌が有意に増加することを示す数多くの研究事例が報告されている^21）．

レバンや分岐型フルクタンを用いた研究例は限られているが，微生物レバンを用いた糞便培養実験ではバクテロイデス属細菌や酪酸産生菌であるフェーカリバクテリウム属の増加が観察されている^22）．また，アガベフルクタンをマウスに投与した実験では，バクテロイデス属細菌をはじめとする多糖分解細菌の増加と酪酸濃度の上昇が確認されている^23）．一方，アガベフルクタンを38人のヒトボランティアに供した二重盲検クロスオーバー試験では，ビフィズス菌および乳酸菌の増加が認められた一方，バクテロイデス属細菌など他の腸内細菌数には変化を与えないという結果が得られている^24）．

FOSや低分子画分のイヌリンは，小腸下部から大腸の入り口付近で活発に発酵されることが知られている．また，長鎖イヌリンの方が短鎖イヌリンよりマウス腸内での短鎖脂肪酸の産生量が多いことが示されている^25）．分岐型フルクタンや長い鎖長を有する微生物フルクタンは，難消化性の度合いが高いフルクタンとして横行結腸から下行結腸にまで到達し，腸内細菌によって分解代謝されることが予想される．

1）ビフィズス菌

ビフィズス菌は，イヌリンやFOSを利用する代表的な腸内細菌として知られている．55菌株のビフィズス菌を用いた資化性試験では，すべてのビフィズス菌株がFOSを資化した一方で，イヌリンを資化できる菌株は8菌株に限られることが示された^26）．また，Bifidobacterium longum subsp. longum（B. longum），B. adolescentis, B. pseudocatenulatum, B. breve, B. longum subsp. infantis（B. infantis），そしてB. bifidumの6種・217菌株を用いた資化性試験では，B. bifidumを除くすべてのビフィズス菌がFOSを資化したが，イヌリンを資化できる株はFOS資化性株のうちの37％にとどまった^27）．FOS資化性株は，DP8までの低分子画分に対して資化性を示し，DP9以上のイヌリンに対してはほとんど資化性を示さなかった^28）．さらに，資化性試験後の培養上清を糖分析に用いられるイオンクロマトグラフィー（HPAEC-PAD：高性能アニオン交換クロマトグラフィー-パルス電位検出）を用いて解析した結果から，イヌリン資化性株も培養14時間まではDP11～16の低分子イヌリンが優先的に利用され，残存した長鎖イヌリンはその後徐々に分解され25時間でほぼ完全に分解される様子が観察されている^29）．

ビフィズス菌は，エキソ型のGH32 β-fructofuranosidaseを用いてFOSやイヌリンの分解を行っており，各種ビフィズス菌に保存されたGH32酵素はFOS-C1～C4に分類されている^27）．SignalPサーバー（アミノ酸配列からシグナルペプチドの有無を予測するツール）を用いた解析では，FOS-C1～C4のすべてがシグナルペプチドを持たない菌体内酵素であると推定されている．このうちFOS-C3とC4は筆者らの解析によってカラメル化糖の分解を担うことが明らかとなっており（未発表），FOS-C1とC2がFOSやイヌリンの分解に関わっている．

FOS-C1はビフィズス菌に広く保存されたβ-fructofuranosidaseであり，B. longum, B. adolescentis, B. breve, B. infantis, B. animalisに由来する6遺伝子のクローニングと性質決定が行われている．1-ケストースの分解経路としては以下の二つが理屈上考えられる．一つ目は，取り込んだ1-ケストースをFOS-C1でグルコースと2分子のフルクトースに分解する経路．二つ目は，まずFOS-C1で1残基のフルクトースを切断し，残ったスクロースをsucrose phosphorylaseによってグルコース1-リン酸とフルクトースに分解する経路である．B. longumでは，1-ケストースを炭素源としたときでもsucrose phosphorylaseの転写量が高く，FOS-C1によるスクロース分解活性が1-ケストース分解活性の1/6程度であることから，後者の分解経路が主であると推定されている（図2b）^30）．

図2 ビフィズス菌のイヌリンとFOSとスクロースの分解代謝経路

（a）イヌリンの推定分解代謝経路．（b）FOSとスクロースの推定分解代謝経路．（c）イヌリンとFOSとスクロースの分解酵素をコードする遺伝子クラスター．FOS資化性ビフィズス菌B. longum JCM 1217はスクロースとFOSの分解遺伝子クラスターを保有し（右），イヌリン資化性ビフィズス菌B. infantis JCM 1222は，スクロースとFOSに加えてイヌリン分解遺伝子クラスターを保有する（左）．LacIは転写調節因子を示す．

スクロースはほぼすべてのビフィズス菌が資化できる糖質であり，B. longumではスクロース分解遺伝子クラスターにコードされたBLLJ_0106-BLLJ_0108がその取り込みと分解を担っている（図2c）^30）．ビフィズス菌は，phosphorylaseを用いてスクロースからの加リン酸分解によってグルコース1-リン酸に変換した方が，分解されたグルコースをhexokinaseによってリン酸化するより1ATPを節約できる．B. longumはスクロースの取り込みと分解を担うスクロース分解遺伝子クラスターに加え，1-ケストースの取り込みと分解を担うFOS分解遺伝子クラスターを保有している（図2c）^30）．また，この二つの遺伝子クラスターはともにMFS（major facilitator superfamily）輸送体をコードしている．MFS輸送体は濃度勾配や膜電位を駆動力とする輸送体であり，基質取り込みに際しATPの直接的消費を必要としない．HPAEC-PADの解析結果から，DP16程度までの低分子イヌリン画分もFOS分解遺伝子クラスターにコードされたMFS輸送体によって取り込まれていると推定される^29）．

一方，FOS-C2はB. infantis由来のBlon_2056のみで性質決定が行われており，イヌリンやレバンに対する分解活性が高いことが示されている^31）．また，Blon_2056はイヌリンとFOSで転写誘導されるが，FOS-C1であるBlon_0787はFOSにのみ誘導され，イヌリンでは誘導されなかった^32）．さらに，FOS-C2が含まれるイヌリン分解遺伝子クラスターを構成するABC（ATP-binding cassette）輸送体の基質結合タンパク質（SBP：solute-binding protein）をコードするBlon_2061が，イヌリンおよびFOSによって強く転写誘導されることが明らかとなっている^{32, 33）}．このため，FOSはFOS-C1によって広くビフィズス菌に資化されるが，イヌリンはFOS-C2を保有する一部のビフィズス菌株によって菌株特異的に分解されると考えられる．このため，上述した一部の菌株のみに確認されたイヌリン資化性は^27），FOS-C2遺伝子の有無を反映したものと推定される．また，微生物生産レバンに関しても，多糖のままではB. infantisの一菌株だけが高い資化性を示すが，レバン型FOSに低分子化することで資化性を示す菌株が増える傾向にある^34）．

多くのビフィズス菌株は，ATPを必要としないMFS輸送体を利用してスクロースやFOSを取り込む一方，FOS-C2を保有する菌株ではABC輸送体を介して長鎖イヌリンを取り込み，菌体内で分解していると考えられる（図2）．ただし，長鎖イヌリンそのものが菌体内に取り込まれる直接的な証拠は得られていない．B. infantisでは，β-fructofuranosidaseが菌体外に分泌され，イヌリンや分岐フルクタンを単糖に分解してから取り込むとする報告もある^29）．一般的に，ビフィズス菌にとってATPの消費を必要とするABC輸送体を用いた菌体内への単糖の取り込みは，代謝効率の観点から非合理的と考えられる．しかしながら，フルクトースの取り込みを担うABC輸送体の存在はB. longumにおいて確認されている^35）．長鎖のイヌリンの分解・利用に関しては，後述するバクテロイデス属細菌との競合も想定される．ビフィズス菌がDP＞30の長鎖イヌリンを直接取り込むと考えるよりも，FOSおよびDP＜30の部分分解された比較的低分子のイヌリンを取り込んで利用すると考える方が妥当であろう．

2）バクテロイデス属細菌

バクテロイデス属細菌は，ペクチン^36），アラビノガラクタン^37），酵母マンナン^38）などさまざまな糖鎖や多糖に対応した多様な分解酵素をコードした多糖利用遺伝子座（PULs：polysaccharide utilization loci）を有している．この複雑な糖鎖構造に対応した高度な糖質獲得能力によって，糖鎖を部分分解して丸呑みすることで独り占めしてしまう様子から“利己的（selfish）”と題された論文もある^38）．バクテロイデス属細菌のフルクタン分解に関しては，主としてレバンPULとイヌリンPULの2種類が解析されている（図3a）^39）．

図3 バクテロイデス属細菌のイヌリンとレバンの分解代謝経路

（a）フルクタンPULの配列比較．Ba. thetaiotaomicronはレバンPULを保有し，Ba. caccaeなどはイヌリンPULを保有する．点線の囲いは，菌体表層に局在するフルクタン分解酵素とSGBPをコードする領域を示す．各遺伝子間のアミノ酸配列の同一性を％表記で示す．（b）イヌリンの推定分解代謝経路．（c）レバンの推定分解代謝経路．図の一部は文献17より引用・改変した．

レバンは，Bacteroides thetaiotaomicronが菌体表層に分泌するGH32 endo-levanase（BT_1760）によって部分分解された後に取り込まれるのに対し（図3c），イヌリンはBT_1760の代わりにGH91タンデム遺伝子（Ba. caccaeではCGC64_16880とCGC64_16885）を持つBa. caccae, Ba. ovatus, Ba. xylanisolvensによって分解される（図3b）^{39, 40）}．筆者らによるGH91酵素の機能解析により，これらの遺伝子産物はイヌリンに対してエンド型に作用し，非還元末端側にFOSが付加されたDFA III（DFA III-Fru_n）を遊離するGH91 endo-IFTaseであることが明らかとなった（図4b）^17）．endo-IFTaseは，CGC64_16880のサブユニット1およびCGC64_16885のサブユニット2を単独でイヌリンに作用させても酵素活性を持たないが，サブユニット1と2を混ぜて反応させることでヘテロ二量体を形成し，イヌリンからDFA III-Fru₁～DFA III-Fru₁₁を遊離する酵素活性を示した（図4a）．サブユニット1のC末端側にはイヌリンの認識に寄与すると推定される糖認識モジュール（CBM：carbohydrate-binding module）が付加されている．

図4 endo-IFTaseのイヌリン分解様式

（a）チコリーイヌリンのendo-IFTase処理サンプルのHPAEC-PAD解析．上段からイヌリンのみ（未処理），イヌリンにサブユニット1を反応させたもの，イヌリンにサブユニット2を反応させたもの，イヌリンにサブユニット1および2を反応させたものを示す．矢印は新たに生じた反応産物であるDFA III-Fru_n（DF_n）を示す．（b）endo-IFTaseのヘテロ二量体の構造模式図とイヌリン分解様式．−3～＋3は活性中心に推定される基質結合部位（サブサイト）を示す．GF₁₀はグルコース（G）にフルクトース（F）鎖が重合したDP11のイヌリン鎖を表す．図の一部は文献17より引用・改変した．

菌体表層にて部分分解フルクタン鎖の丸呑みを担うSusCD輸送体は，一度フルクタンを閉じ込め蓋をした後にTonBに依存してペリプラズム側に排出する「ペール式ゴミ箱機構（pedal bin mechanism）」と呼ばれる機構を採用しており（図3b），輸送体の空間に入りうるフルクタン鎖の上限はDP30～35と見積もられている^41）．このため，長すぎるフルクタンは切断する必要がある．長鎖のフルクタンのペリプラズム画分への輸送のためには，SusDがフルクタンを単独で認識するより，フルクタンをランダムに捕まえて切断した後に，SusDに受け渡す方式の方が合理的である．その役割を担う表層局在CBMは，レバンPULではBT_1761にコードされた表層糖結合タンパク質（SGBP：surface glycan binding protein）であり^41），イヌリン分解性endo-IFTaseのCBMとは23.9％のアミノ酸同一性であった（図3a）^17）．

しかし，endo-IFTaseの破壊株を作出してもイヌリン資化性に影響がないことが報告されていた^40）．植物が作るイヌリンの平均DPは30程度であるため，in vitroの資化性試験においては切断できなくても十分量の低分子イヌリンが含まれていたためと推定される．ただし，上述したように分岐鎖を持つ植物フルクタンも多く，微生物フルクタンは長鎖である．このような多種多様なフルクタンに対応するためには，バクテロイデス属細菌の菌体表層に局在したendo-levanaseやendo-IFTaseによる切断が不可欠であると考えられる．低分子のイヌリンはビフィズス菌との競合対象となるため，腸内環境における長鎖・高分岐型フルクタンの分解能力は，腸内環境における糖質獲得戦略としてバクテロイデス属に有利に働くと推察される．

バクテロイデス属細菌の糖輸送体であるSusCDシステムによって取り込まれた部分分解フルクタンは，ペリプラズム画分において2種類のGH32 β-fructofuranosidaseによってフルクトースに分解された後，MFS輸送体により菌体内へと輸送されfructokinaseによってフルクトース1-リン酸に変換される（図3b, c）．その後，解糖系を経由して代謝され，コハク酸，プロピオン酸，酢酸などの短鎖脂肪酸が産生される．図3aに示すようにPUL構造は菌体表層の分解酵素を除けば基本的に類似している．ここでは，Ba. thetaiotaomicronが保有するフルクタンPULとしてレバンPULのみを記載しているが，イヌリンPULを保有する菌株も存在する^42）．イヌリンPULにコードされるSusCDをレバンPULに導入することで，イヌリンを資化できるようになることが示されており，SusCDがイヌリンとレバンを識別していることが明らかにされている．

このように，バクテロイデス属細菌のフルクタン資化性は菌種に依存するのではなく，PULの有無によって決まる菌株特異的な代謝系であるといえる．実際に，イヌリンPULを持つBa. caccaeとBa. ovatusはイヌリン培地で速やかに増殖する^43）．一方，Ba. uniformisのイヌリンPULは，図3aのフルクタンPULと異なり，四つのGH32遺伝子とSusCDで構成されており，ゲノム編集技術による破壊株の作製と資化性試験によりイヌリン分解に関わることが明らかにされている^44）．また，Ba. uniformisに加えてBa. thetaiotaomicronやBa. fragilisも数日後に遅れて増殖する様子が観察されている^43）．これらの知見は，ヒト腸管内に生息するバクテロイデス属細菌の多くが，程度の差はあれどイヌリン資化性を有していることを示している．ただし，in vitro環境下で数日後に遅れて発現する資化性が，実際の腸管内でのイヌリン獲得に意味を持つかどうかは不明である．

上述したように，GH91 endo-IFTaseはイヌリンを分解しながらFOSが付加されたDFA IIIを生成する．筆者らは，ヒト糞便を用いたin vitro資化性試験において，DFA IIIを単一炭素源として培養した際，ブラウティア属細菌が優勢に増殖することを確認した^18）．また，Blautia parvula NBRC 113351由来のDFA IIIaseの機能解析と資化性試験を組み合わせた結果，ブラウティア属細菌が腸内環境におけるDFA IIIの主要な資化性菌であることを明らかにした．DFA IIIはABC輸送体によってブラウティア菌体内に取り込まれた後，DFA IIIaseの作用を受けてイヌロビオースに，さらにGH32 β-fructofuranosidaseによりフルクトースへと順次分解される（図5）．一方，Ba. ovatusやBa. caccaeなどのバクテロイデス属細菌は，DFA IIIに対する資化性を示さない^45）．

図5 ブラウティア属細菌のDFA III分解代謝経路

Blautia parvula NBRC 113351にて推定されるDFA IIIの分解代謝経路．左下に遺伝子クラスターにコードされたGH91 DFA IIIase, GH32 β-fructofuranosidase, ABC輸送体を示す．バクテロイデス属細菌から遊離されたDFA III-Fru₂がビフィズス菌などの他の腸内細菌を介してDFA IIIとなる模式図を追記している．図の一部は文献18より引用・改変した．

ではなぜ，バクテロイデス属細菌は，自ら利用できないDFA IIIを二つの分解産物の一方の鎖に付加するのだろうか．この現象は，意図的な戦略というよりも，分解過程に伴う副産物と考えるのが自然である．図3bに示すように，表層CBMが還元末端側のイヌリン鎖をSusDに受け渡す一方で，非還元末端側にはDFA IIIが付加され，不要な鎖として放出されると仮定すれば，菌にとって不利益とならないことが説明できる．実際，DFA IIIが末端に付加されたFOSはバクテロイデス属細菌には利用されず，培養上清中に蓄積されることが報告されている^17）．結果的に，DFA III資化性菌であるブラウティア属細菌によって資化されることで，ヒト腸管におけるイヌリン分解に基づくバクテロイデス属細菌とブラウティア属細菌との共生関係が形成されると考えられる．また，DFA IIIが末端に付加されたFOSは，FOSを好むビフィズス菌にとっても有用な糖質資源となるはずである（図5）．しかしながら，DFA IIIを資化できないビフィズス菌がこの共生系にどのように関与しているのかは，現時点では明らかになっていない．さらに，ブラウティア属細菌がFOSが付加されたDFA IIIを直接資化できるかどうかも未解明である．加えて，Ba. ovatusとBa. vulgatusの共培養によって，endo-IFTaseによって放出されたオリゴ糖がBa. vulgatusの生育を促進するという，バクテロイデス属細菌どうしの共生関係に加え，Ba. vulgatusが未知のメカニズムを介してBa. ovatusの生育をも支援するという共利共生的な相互作用の存在が示唆されている^40）．

3）乳酸菌

乳酸菌の多くはイヌリンやFOSを資化できない傾向にあるが，ヒト腸管から分離されたLactobacillus paracaseiの一部の株においてイヌリン資化性が報告されている^46）．本菌は，菌体外GH32 β-fructofuranosidaseとフルクトース-PTS（phosphotransferase systems）糖輸送システムをコードする遺伝子クラスターを有しており，イヌリンから遊離させたフルクトースを取り込むと同時に，フルクトース6-リン酸に変換して代謝系に合流させることができる^47）．また，L. paracaseiには微生物由来のレバンに対する資化性も報告されている^34）．乳酸菌は，小腸の中間から下部に主に定着していると考えられており，小腸下部から上行結腸を主な住処とするビフィズス菌やバクテロイデス属細菌よりやや上流に生息する．大腸と比べて競合微生物が少ないとされる小腸において，乳酸菌がフルクタン資化にどの程度寄与しているのかについては不明である．

4）酪酸産生菌

現在，酪酸産生菌が腸内環境の維持や，肥満・アレルギーの予防などに関連性があることが明らかになりつつある．酪酸産生菌が生み出す酪酸は，腸管上皮細胞の主要なエネルギー源として利用されるだけでなく，制御性T細胞への分化を誘導する重要な短鎖脂肪酸である^48）．

酪酸産生菌として知られるフェーカリバクテリウム属，ロゼブリア属，ユーバクテリウム属などは，FOSやフルクタンを直接資化するのではなく，ビフィズス菌やバクテロイデス属細菌などの一次分解菌が代謝により生成・排出した酢酸や乳酸を利用して酪酸を産生する^49）．このため，FOSやフルクタンの摂取はビフィズス菌に加えて酪酸産生菌を増加させる効果がある^{50, 51）}．また，微生物レバンを用いた糞便培養においてもバクテロイデス属細菌に加えフェーカリバクテリウム属の増加が観察されている^22）．一方で，酪酸産生菌の中にもFOSに対して資化性を示すグループが存在しており，特にAnaerostipes butyraticusは高い資化性を示すことが報告されている^52）．この酪酸産生菌はGH32酵素をコードする三つの遺伝子を保有しており，特にGH32-3はシグナルペプチドを持つ分泌型のβ-fructofuranosidaseとして1-ケストースやニストースに対して高い分解活性を示す．A. butyraticusはブロイラーの盲腸内容物から単離された細菌であるが，ヒト腸内にも類縁の難培養酪酸産生菌の存在が示唆されている^53）．したがって，ヒト腸管内に生息する一部の酪酸産生菌はFOSの資化に直接関与している可能性がある．

現在，イヌリンは「腸内のビフィズス菌を増やし，腸内フローラを良好に保つ」，「便秘傾向者において排便回数・排便量を増やし，お腹の調子を整える」，「食後の血糖値の上昇を緩やかにする」といった機能が表示された機能性表示食品として流通している．本稿では，多くの研究例があるイヌリンやFOSを中心に腸内細菌によるフルクタン分解の仕組みについて概説した．腸内フローラの改善に寄与する仕組みは，さまざまな腸内細菌がそれぞれ異なる糖質分解酵素を駆使しながら協調的に分解を進める協力体制によって成り立っており，ビフィズス菌もその中で重要な分解者としての役割を果たしている．筆者自身は，主に植物糖タンパク質糖鎖のビフィズス菌分解代謝系を対象として研究を行ってきたため，フルクタン分解代謝系に精通しているとは言いがたい．しかし，分岐フルクタン鎖を有するラッキョウフルクタンの解析やバクテロイデス属細菌に由来するendo-IFTaseの機能解析を通じて，わかっているようでわかっていないフルクタン分解の奥深さに魅了されることになった．

今回の総説執筆を通じて，GH32酵素が植物から微生物に至るまで幅広く分布し，分解だけでなく合成も担う多面的な役割が印象的であった．また，基準株を中心にした狭い解析では見えてこなかった酵素の有無と資化性の関係が，多くの菌株を調べることで浮かび上がることも印象的であった．植物フルクタンだけでなく微生物フルクタンの多くも分岐構造を有するが，そんな複雑と思えるフルクタンであっても腸内環境では難なく分解・代謝されている．分岐鎖に対処できる分解代謝系であるならば，イヌリンやレバンなどの直鎖フルクタンや低分子FOSが分解されやすいのは必然ともいえる．

分解の仕組みを明らかにすることで，それぞれのフルクタンの機能性にもいっそうの説得力を持たせることが可能となる．今後も，分解酵素の機能解析と資化性試験を組み合わせた解析を積み重ねていくことにより，腸内細菌の糖質資化戦略の全貌を明らかにしていきたい．