JP2017160221A

JP2017160221A - プレバイオティクスとしての、精製された２’−フコシルラクトース、３−フコシルラクトース、およびラクトジフコテトラオースの使用

Info

Publication number: JP2017160221A
Application number: JP2017078862A
Authority: JP
Inventors: デイビッドエス．ニューバーグ; S Newburg David; ジョンエム．マッコイ; M Mccoy John; マッシモメリーギ; Merighi Massimo; マシューイアンハイトマン; Ian HEIDTMAN Matthew; チュオテンユー; Zhuoteng Yu
Original assignee: Boston College; Glycosyn LLC
Current assignee: Boston College; Glycosyn LLC
Priority date: 2011-05-13
Filing date: 2017-04-12
Publication date: 2017-09-14
Anticipated expiration: 2032-05-11
Also published as: JP6985231B2; JP2014513697A; EP2707379A4; US20120294840A1; JP2019031516A; JP6416308B2; EP2707379A1; JP2022020856A; US20190255083A1; WO2012158517A1; US20170136049A1; JP6129821B2; US10286001B2; US9567361B2

Abstract

【課題】哺乳動物対象の胃腸管において細菌の増殖を刺激するための医薬組成物の提供。【解決手段】哺乳動物対象の腸に内在する片利共生細菌の増殖を刺激するために有効な量の精製された人乳オリゴ糖を含むプレバイオティック組成物であって、該オリゴ糖が、精製された2'-フコシルラクトース（2'-FL）、精製された3-フコシルラクトース（3-FL）、または精製されたラクトジフコテトラオース（LDFT）を含む、プレバイオティック組成物。【選択図】図１

Description

連邦政府による支援を受けた研究についての声明
本発明は、National Institutes of Healthによる契約番号NIAID U01AI075563の下、政府支援でなされた。政府は、本発明においてある特定の権利を有する。

関連出願
本出願は、全体として参照により本明細書に組み入れられる、2011年5月13日に提出された米国特許仮出願第61/485,895号に対して、35 U.S.C.§119(e)の下で優先権の恩典を主張する。

発明の分野
本発明は、プレバイオティクスとして、オリゴ糖、特に人乳中に典型的に見出されるある特定のフコシル化オリゴ糖を利用するための、組成物および方法を提供する。

発明の背景
人乳は、多様でかつ豊富な一連の中性および酸性オリゴ糖を含有する。これらの分子は、栄養のためには直接は利用され得ないが、しかしながら、疾患の予防、免疫機能、および健康な腸管マイクロビオームの確立において重要な役割を果たす。ヒトの腸に存在する細菌はヒトの健康と極めて関連しており、異常な／病原性の腸内マイクロフローラは宿主の生存にとって有害であり得る。

プレバイオティック作用物質は、内在性の片利共生もしくは相利共生微生物、または外来的に投与されるプロバイオティクスの有益な効果を最大化するために、消化器系において有利な／相利共生の細菌の増殖および／または活性を刺激するように投与される。そのため、有益な／相利共生の微生物の生存および有効性を選択的に向上させる新たなプレバイオティック作用物質を開発する、差し迫った必要性がある。本発明は、高度に精製された形態のフコシル化人乳オリゴ糖、例えば、2'-フコシルラクトース（2'-FL）、3-フコシルラクトース（3-FL）、またはラクトジフコテトラオース（LDFT）が、プレバイオティック組成物として有用であるという発見に基づく。本明細書において記載されるプレバイオティック組成物は、（宿主により）不消化であるかまたは部分的に不消化であるが、ある特定のプロバイオティック微生物の増殖を促進することにより、宿主に健康上の利益を提供する。前記組成物は、病原性微生物と比較してプロバイオティック細菌の増殖を優先的に促進する。従って、本発明は、内在性の片利共生もしくは相利共生微生物、または外来的に投与されるプロバイオティクスの増殖を刺激するために有効な量の精製された人乳オリゴ糖（HMOS）を含む、プレバイオティック組成物を提供する。好ましくは、前記オリゴ糖組成物は、精製された2'-フコシルラクトース（2'-FL）、精製された3-フコシルラクトース（3-FL）、精製されたラクトジフコテトラオース（LDFT）、またはそれらの組み合わせを含む。精製された2'-FLおよび精製された3-FLの組み合わせは、消化器系において有利な／相利共生の細菌の増殖および／または活性を相乗的に刺激する。任意で、精製されたLDFTが、この組み合わせに加えられる。好ましくは、前記2'-FL、3-FL、またはLDFTは、95〜99％の純度である。本発明のプレバイオティックオリゴ糖は、単独で（すなわち、外来的に投与される細菌の非存在下で）投与される。あるいは、本発明のプレバイオティックオリゴ糖は、生きている微生物（すなわち、プロバイオティクス）と共に投与される。前記組成物は、任意で、薬学的に許容される賦形剤または不活性成分を含む。

本明細書において使用される「単離された」または「精製された」オリゴ糖は、それと共に人乳中に天然で存在する他のオリゴ糖を実質的に含まない。精製されたオリゴ糖はまた、生合成で産生された場合は細胞材料を含まず、または化学的に合成された場合は他の化学物質を含まない。精製された化合物は、（乾燥重量で）少なくとも60％が関心対象の化合物である。好ましくは、調製物は、少なくとも75重量％、より好ましくは少なくとも90重量％、および最も好ましくは少なくとも99重量％が、関心対象の化合物である。例えば、精製されたオリゴ糖、例えば、2'-FL、3-FL、またはLDFTは、少なくとも90重量％、91重量％、92重量％、93重量％、94重量％、95重量％、98重量％、99重量％、または100重量％（w/w）が、所望のオリゴ糖であるものである。純度は、任意の適切な標準方法により、例えば、カラムクロマトグラフィー、薄層クロマトグラフィー、または高速液体クロマトグラフィー（HPLC）分析により測定される。オリゴ糖は精製されて、ヒトならびに動物、例えば、伴侶動物（イヌ、ネコ）および家畜（ウシ、ウマ、ヒツジ、ヤギ、またはブタの動物、および家禽）による摂取のために多数の製品において使用される。「精製された」とはまた、ヒト対象への投与について安全であるという無菌の程度、例えば、感染性または毒性作用物質がないことを定義する。

同様に、「実質的に純粋」とは、天然でそれと一緒にある成分から分離されているオリゴ糖を意味する。典型的に、前記オリゴ糖は、少なくとも60重量％、70重量％、80重量％、90重量％、95重量％、またはさらに99重量％が、それが天然で結合するタンパク質および天然に存在する有機分子を含まない場合に、実質的に純粋である。

本明細書において記載されるプレバイオティック組成物は、ビフィドバクテリウム属（Bifidobacterium）、ラクトバチルス属（Lactobacillus）、またはストレプトコッカス属（Streptococcus）を含む種々の属の、内在性の片利共生もしくは相利共生微生物、または外来的に投与されるプロバイオティクスの増殖を刺激する。サッカロミセス・ブラウディ（Saccharomyces boulardii）は、適当なプロバイオティック酵母である。適当なプロバイオティック細菌は、バチルス・コアグランス（Bacillus coagulans）（例えば、バチルス・コアグランスGBI-30または6086）、バクテロイデス・フラギリス（Bacteroides fragilis）、バクテロイデス・テタイオタオミクロン（Bacteroides thetaiotaomicron）、ビフィドバクテリウム・アニマリス（Bifidobacterium animalis）（例えば、ビフィドバクテリウム・アニマリスBB-12）、ビフィドバクテリウム・ブレーベ（Bifidobacterium breve）、ビフィドバクテリウム・ビフィダム（Bifidobacterium bifidum）（例えば、ビフィドバクテリウム・ビフィダムBB-12）、ビフィドバクテリウム・インファンティス（Bifidobacterium infantis）（例えば、ビフィドバクテリウム・インファンティス35624）、ビフィドバクテリウム・ラクティス（Bifidobacterium lactis）、ビフィドバクテリウム・ロンガム（Bifidobacterium longum）、大腸菌（Escherichia coli）、エンテロコッカス・フェカリス（Enterococcus faecalis）、エンテロコッカス・フェシウム（Enterococcus faecium）、ラクトバチルス・アシドフィルス（Lactobacillus acidophilus）（例えば、ラクトバチルス・アシドフィルスRC-14、NCFM、またはCL 1285）、ラクトバチルス・カゼイ（Lactobacillus casei）（例えば、ラクトバチルス・カゼイLBC80R）、ラクトバチルス・ファーメンタム（Lactobacillus fermentum）（例えば、ラクトバチルス・ファーメンタムB-54）、ラクトバチルス・パラカゼイ（Lactobacillus paracasei）（例えば、ラクトバチルス・パラカゼイNCC2461または8700:2）、ラクトバチルス・ジョンソニ（Lactobacillus johnsonii）（例えば、ラクトバチルス・ジョンソニNCC533）、ラクトコッカス・ラクティス（Lactococcus lactis）、ラクトバチルス・プランタルム（Lactobacillus plantarum）（例えば、ラクトバチルス・プランタルム299vまたはHEAL 9）、ラクトバチルス・ロイテリ（Lactobacillus reuteri）（例えば、ラクトバチルス・ロイテリSD2112またはDSM 17938）、ラクトバチルス・ラムノサス（Lactobacillus rhamnosus）（例えば、ラクトバチルス・ラムノサスGGまたはGR-1）、およびストレプトコッカス・サーモフィルス（Streptococcus thermophilus）を含む。好ましくは、プロバイオティック細菌は、ビフィドバクテリウム・ビフィダム、バクテロイデス・フラギリス、バクテロイデス・テタイオタオミクロン、ビフィドバクテリウム・インファンティス、ビフィドバクテリウム・ロンガム、ラクトバチルス・アシドフィルス、ラクトバチルス・ラムノサス、およびストレプトコッカス・サーモフィルスからなる群より選択される。

プレバイオティック組成物は、組成物10グラム当たり、0.01 gのオリゴ糖、例えば、2'-FL、3-FL、またはLDFTから10 gのオリゴ糖を含む。例えば、プレバイオティック組成物は、組成物10グラム当たり、0.1 gから5 gの2'-FL、0.5 gから5 gの2'-FL、1 gから5 gの2'-FL、または1.5 gから3 gの2'-FLを含む。あるいは、2'-FLは、組成物の90重量％〜100重量％、例えば、組成物の92重量％〜100重量％、95重量％〜100重量％、96重量％〜100重量％、97重量％〜100重量％、98重量％〜100重量％、または99重量％〜100重量％を構成する。

人乳中の2'-FL、3-FL、およびLDFTの平均濃度は、以下のようである：2'-FL＝2.43g/L（±0.26）、3-FL＝0.86g/L（±0.10）、およびLDFT＝0.43g/L（±0.04；Chaturvedi P, et al. 2001 Glycobiology, May;11(5):365-72）。従って、人乳中の2'-FL:3FL:LDFTの平均比率は、5.65:2:1である。本発明のプレバイオティクスは、2'-FL:3FL:LDFTの任意の比率、例えば、1:1:1、5:2:1、10:5:1、1:2:5、1:5:10、5:1:2、10:1:5、2:1:5、もしくは5:1:10、またはプレバイオティック効果を得るのに適当な任意の他の比率で投与される。あるいは、2'-FLおよび3-FLは、2'-FL:3-FLの次の例示的な比率、1:1、1:2、1:5、1:10、1:100、100:1、10:1、5:1、または2:1で共に投与される。

組成物は、錠剤、カプセル剤、粉末、飲料、または乳児用調製乳の形態である。例えば、本発明の精製されたプレバイオティックオリゴ糖は、粉末化乳／粉乳の形態である。「乳児」とは、12か月齢未満の小児を意味する。「乳児用調製乳」とは、12か月齢未満の乳児による特定の栄養学的利用が意図され、かつこのカテゴリーに属する人の次第に多様化する食事において主要な液体要素を成す食品を意味する。あるいは、組成物は、マッシュライス（mashed rice）、バナナ、ポリッジ、または粥において提供される。離乳時の乳児における疾患の急増のため、これらの疾患を低減または寛解させるように、本発明のHMOSを離乳食（例えば、マッシュライス、バナナ、ポリッジ、および他の粥、調製乳など）に添加する。任意で、HMOSを、離乳食に製造過程中に添加する。あるいは、合成HMOSを、製造過程後であるが摂食の前に、離乳食に添加する。例えば、1種または複数種の精製されたHMOSを含む糖の小袋を、離乳食に乳児の摂食の前に添加する。1つの局面において、組成物は、物理的手段（例えば、物理的障壁による分離）を介して、または他の手段を介して（例えば、乾燥または冷却により提供されるような、プロバイオティック生物の可逆的な代謝的静止を介して）、プレバイオティック成分の早すぎる利用が防止されている、プロバイオティック細菌をさらに含む。別の局面において、組成物は、フラクトオリゴ糖（FOS）、ガラクトオリゴ糖（GOS）、またはラクツロースをさらに含む。

精製された、2'-FL、3-FL、またはLDFTプレバイオティックオリゴ糖を、乳児、小児、および成人による摂取のためにヨーグルトまたはプロバイオティック飲料などの他の摂取可能製品にも添加する。例えば、精製された、2'-FL、3-FL、またはLDFTプレバイオティックオリゴ糖を、粉末化乳／粉乳に添加する。

有効量の精製された人乳オリゴ糖（HMOS）を含む組成物を対象の胃腸管に投与する工程により、胃腸管において、内在性の片利共生もしくは相利共生微生物、または外来的に投与されるプロバイオティクスの増殖を刺激する方法もまた、提供される。好ましくは、HMOSは、精製された2'-フコシルラクトース（2'-FL）、精製された3-フコシルラクトース（3-FL）、精製されたラクトジフコテトラオース（LDFT）、またはそれらの組み合わせを含む。精製された2'-FL、精製された3-FL、および精製されたラクトジフコテトラオース（LDFT）の組み合わせは、消化器系において有利な／相利共生の細菌の増殖および／または活性を相乗的に刺激する。胃腸管において細菌の増殖を刺激するための医薬の製造における、精製された2'-FL、精製された3-FL、および／または精製されたLDFTの使用もまた、提供される。好ましくは、前記2'-FL、3-FL、またはLDFTは、95〜99％の純度である。前記組成物は、組成物10グラム当たり、0.01 gの2'-FLから10gの2'-FL、例えば、組成物1グラム当たり、0.1 gから5 gの2'-FL、0.5 gから5 gの2'-FL、1 gから5 gの2'-FL、または1.5 gから3 gの2'-FLを含む。あるいは、前記2'-FLは、組成物の90重量％〜100重量％、例えば、組成物の92重量％〜100重量％、95重量％〜100重量％、96重量％〜100重量％、97重量％〜100重量％、98重量％〜100重量％、または99重量％〜100重量％を構成する。

本明細書において記載される精製されたプレバイオティクスの投与は、微生物群集の中の多くのメンバーに影響を及ぼすことにより、胃腸管の全体の健康を改善する。本明細書において記載されるプレバイオティクスは、腸粘膜内のシグナル伝達経路を活性化し、粘膜表面への病原体の結合を阻害して、腸粘膜の炎症を弱める。例えば、本発明の精製されたプレバイオティクスの投与は、腸内病原体による感染症の減少、下痢症の減少、便秘症の減少、毒性異化代謝産物の低減、腸癌の低減、および免疫応答の増強をもたらす。1つの例において、対象は、処置を必要とする哺乳動物、例えば、感染性下痢症、急性感染性下痢症、抗生物質関連下痢症（AAD）、旅行者下痢症（TD）、壊死性腸炎（NEC）、炎症性腸疾患、ヘリコバクター・ピロリ（Helicobacter pylori）感染症、気道感染症、耳鼻咽喉（ENT）感染症、または、外科患者および重症患者における感染性合併症と診断されている対象である。哺乳動物は、例えば、任意の哺乳動物、例えば、ヒト、霊長類、マウス、ラット、イヌ、ネコ、ウマ、ならびに家畜または食物消費のために飼育する動物、例えば、ウシ、ヒツジ、ブタ、ニワトリ、およびヤギであり得る。好ましい態様において、哺乳動物はヒトである。

胃腸管内の局所pHは、本発明の組成物の投与後に低下する。さらに、胃腸管内の局所的なラクタートまたは乳酸の濃度は、本発明の組成物の投与後に増大する。最後に、胃腸管内の病原性細菌の増殖は、本発明の組成物の投与後に阻害される。

1つの例において、本発明の組成物により刺激される、内在性の片利共生もしくは相利共生微生物、または外来的に投与されるプロバイオティクスは、ビフィドバクテリウム・ビフィダム、バクテロイデス・フラギリス、バクテロイデス・テタイオタオミクロン、ビフィドバクテリウム・インファンティス、ビフィドバクテリウム・ロンガム、ラクトバチルス・アシドフィルス、ラクトバチルス・ラムノサス、バクテロイデス・ブルガタス（Bacteroides vulgatus）、ラクトコッカス・ラクティス、およびストレプトコッカス・サーモフィルスからなる群より選択される。あるいは、本発明の組成物は、プロバイオティック酵母であるサッカロミセス・ブラウディを刺激する。

1つの局面において、投与される組成物は、ビフィドバクテリウム・ビフィダム、バクテロイデス・フラギリス、バクテロイデス・テタイオタオミクロン、ビフィドバクテリウム・インファンティス、ビフィドバクテリウム・ロンガム、ラクトバチルス・アシドフィルス、ラクトバチルス・ラムノサス、バクテロイデス・ブルガタス、ラクトコッカス・ラクティス、およびストレプトコッカス・サーモフィルスからなる群より選択されるプロバイオティック細菌をさらに含む。別の局面において、組成物は、フラクトオリゴ糖（FOS）、ガラクトオリゴ糖（GOS）、またはラクツロースをさらに含む。好ましくは、病原性細菌は、クロストリジウム・ヒストリチクム（Clostridium histolyticum）、クロストリジウム・ディフィシレ（Clostridium difficile）、クロストリジウム・パーフリンジェンス（Clostridium perfringens）、エンテロバクター・アエロゲネス（Enterobacter aerogenes）、リステリア・モノサイトゲネス（Listeria monocytogenes）、スタフィロコッカス・アウレウス（Staphylococcus aureus）、サルモネラ・エンテリカ（Salmonella enterica）、エルシニア・エンテロコリチカ（Yersinia enterocolitica）、腸管病原性大腸菌（EPEC）、腸管侵入性大腸菌（EIEC）、腸管凝集性大腸菌（EAEC）、毒素原性大腸菌、腸管出血性大腸菌（EHEC）、例えば、大腸菌O157:H7、大腸菌O111:H8、大腸菌O104:H21、大腸菌O26:H11、大腸菌O103:H2、大腸菌O111:NM、および大腸菌O113:H21からなる群より選択される。

本明細書において使用される「処置する」および「処置」という用語は、症候の重症度および／もしくは頻度の低減をもたらすため、症候および／もしくはその根底にある原因を除去するため、ならびに／または損傷の改善もしくは治療を促進するための、有害な状態、障害、または疾患に苦しむ、臨床的症候を示す個体への作用物質または製剤の投与を指す。「予防する」および「予防」という用語は、特定の有害な状態、障害、または疾患を受けやすい、臨床的に無症候性の個体への作用物質または組成物の投与を指し、従って、症候および／またはその根底にある原因の出現の予防に関連する。

製剤または製剤成分の「有効量」および「治療的有効量」という用語は、製剤または成分の、望ましい効果を提供するのに十分な量を意味する。例えば、「有効量」とは、内在性の片利共生もしくは相利共生微生物、または外来的に投与されるプロバイオティクスの増殖を増加させるか、または、細菌を摂取した対象の胃腸管において細菌の滞留時間を延ばす、オリゴ糖の量を意味する。最終的には、担当の医師または獣医師が、適切な量および投薬レジメンを決定する。

「含む（including）」、「含有する」、または「特徴とする」と同義である、「含む（comprising）」という移行語は、包含的または非限定的であり、かつ追加の列挙されていない要素または方法工程を排除しない。対照的に、「からなる」という移行句は、特許請求の範囲において明記されていない、いかなる要素、工程、または成分も排除する。「から本質的になる」という移行句は、特許請求される発明の明記される材料または工程「および基本的かつ新規の特徴に物質的に影響を及ぼさないもの」に特許請求の範囲を限定する。

[本発明1001]
哺乳動物対象の胃腸管において細菌の増殖を刺激するための医薬の製造における、精製された2'-FL、3-FL、またはLDFTの使用。
[本発明1002]
細菌の増殖を刺激するために有効な量の精製された人乳オリゴ糖を含むプレバイオティック組成物であって、該オリゴ糖が、精製された2'-フコシルラクトース（2'-FL）、精製された3-フコシルラクトース（3-FL）、または精製されたラクトジフコテトラオース（LDFT）を含む、プレバイオティック組成物。
[本発明1003]
前記オリゴ糖が、精製された2'-FLおよび精製された3-FLを含む、本発明1002のプレバイオティック組成物。
[本発明1004]
前記オリゴ糖が、精製された2'-FL、精製された3-FL、および精製されたLDFTを含む、本発明1002のプレバイオティック組成物。
[本発明1005]
前記細菌が、哺乳動物対象の腸に内在する片利共生細菌である、本発明1002のプレバイオティック組成物。
[本発明1006]
前記細菌が、哺乳動物対象に外来的に投与される、本発明1002のプレバイオティック組成物。
[本発明1007]
前記細菌が、ビフィドバクテリウム属（Bifidobacterium）、ラクトバチルス属（Lactobacillus）、またはストレプトコッカス属（Streptococcus）の細菌を含む、本発明1002のプレバイオティック組成物。
[本発明1008]
前記細菌が、ビフィドバクテリウム・ビフィダム（Bifidobacterium bifidum）、バクテロイデス・フラギリス（Bacteroides fragilis）、バクテロイデス・テタイオタオミクロン（Bacteroides thetaiotaomicron）、ビフィドバクテリウム・インファンティス（Bifidobacterium infantis）、ビフィドバクテリウム・ロンガム（Bifidobacterium longum）、ラクトバチルス・アシドフィルス（Lactobacillus acidophilus）、ラクトバチルス・ラムノサス（Lactobacillus rhamnosus）、バクテロイデス・ブルガタス（Bacteroides vulgatus）、ラクトコッカス・ラクティス（Lactococcus lactis）、およびストレプトコッカス・サーモフィルス（Streptococcus thermophilus）からなる群より選択される、本発明1002のプレバイオティック組成物。
[本発明1009]
組成物1グラム当たり0.01 gの2'-FLから1 gの2'-FLを含む、本発明1002のプレバイオティック組成物。
[本発明1010]
前記2'-FLが、組成物の90重量％〜99重量％を構成する、本発明1002のプレバイオティック組成物。
[本発明1011]
錠剤、カプセル剤、粉末、または乳児用調製乳の形態である、本発明1002のプレバイオティック組成物。
[本発明1012]
粉乳、マッシュライス（mashed rice）、バナナ、ポリッジ、または粥において提供される、本発明1002のプレバイオティック組成物。
[本発明1013]
プロバイオティック細菌をさらに含む、本発明1002のプレバイオティック組成物。
[本発明1014]
フラクトオリゴ糖（FOS）またはガラクトオリゴ糖（GOS）をさらに含む、本発明1002のプレバイオティック組成物。
[本発明1015]
有効量の精製された人乳オリゴ糖を含む組成物を胃腸管に投与する工程を含む、対象の胃腸管において細菌の増殖を刺激する方法であって、該オリゴ糖が、精製された2'-フコシルラクトース（2'-FL）、精製された3-フコシルラクトース（3-FL）、または精製されたラクトジフコテトラオース（LDFT）を含む、方法。
[本発明1016]
前記2'-FL、前記3-FL、または前記LDFTが、95〜99％の純度である、本発明1015の方法。
[本発明1017]
胃腸管内の局所pHが、組成物の投与後に低下する、本発明1015の方法。
[本発明1018]
胃腸管内の局所的なラクタートまたは乳酸の濃度が、組成物の投与後に増大する、本発明1015の方法。
[本発明1019]
胃腸管内の病原性細菌の増殖が、組成物の投与後に阻害される、本発明1015の方法。
[本発明1020]
プロバイオティック細菌が、バクテロイデス・ブルガタス、ラクトコッカス・ラクティス、ビフィドバクテリウム・ビフィダム、バクテロイデス・フラギリス、バクテロイデス・テタイオタオミクロン、ビフィドバクテリウム・インファンティス、ビフィドバクテリウム・ロンガム、ラクトバチルス・アシドフィルス、およびストレプトコッカス・サーモフィルスからなる群より選択される、本発明1015の方法。
[本発明1021]
組成物が、組成物1グラム当たり0.01 gの2'-FLから1 gの2'-FLを含む、本発明1015の方法。
[本発明1022]
組成物が、ビフィドバクテリウム・ビフィダム、バクテロイデス・フラギリス、バクテロイデス・テタイオタオミクロン、ビフィドバクテリウム・インファンティス、ビフィドバクテリウム・ロンガム、ラクトバチルス・アシドフィルス、ラクトバチルス・ラムノサス、バクテロイデス・ブルガタス、ラクトコッカス・ラクティス、およびストレプトコッカス・サーモフィルスからなる群より選択されるプロバイオティック細菌をさらに含む、本発明1015の方法。
[本発明1023]
組成物が、フラクトオリゴ糖（FOS）またはガラクトオリゴ糖（GOS）をさらに含む、本発明1015の方法。
[本発明1024]
病原性細菌が、クロストリジウム・ヒストリチクム（Clostridium histolyticum）、クロストリジウム・ディフィシレ（Clostridium difficile）、クロストリジウム・パーフリンジェンス（Clostridium perfringens）、エンテロバクター・アエロゲネス（Enterobacter aerogenes）、リステリア・モノサイトゲネス（Listeria monocytogenes）、スタフィロコッカス・アウレウス（Staphylococcus aureus）、サルモネラ・エンテリカ（Salmonella enterica）、エルシニア・エンテロコリチカ（Yersinia enterocolitica）、毒素原性大腸菌（E. coli）、および腸管病原性大腸菌からなる群より選択される、本発明1019の方法。
本発明の他の特色および利点は、以下のその好ましい態様の説明から、および添付の特許請求の範囲から明らかである。別に定義されない限り、本明細書において使用されるすべての技術用語および科学用語は、本発明が属する技術分野における当業者により一般的に理解されるものと同一の意味を有する。本明細書において記載されるものと同様または等価の方法および材料が、本発明の実施または試験において使用され得るが、適当な方法および材料が、以下に記載される。本明細書において言及されるすべての刊行物、特許出願、特許、Genbank/NCBIアクセッション番号、および他の参照文献が、全体として参照により組み入れられる。矛盾する場合は、本明細書が、定義を含め、優先される。さらに、材料、方法、および実施例は、単なる例示であり、限定することは意図されない。

2'-フコシルラクトース（2'-FL）および人乳オリゴ糖（HMO）が、A、B、およびCと特定される3人の健康な乳児由来の乳児微生物叢培養物において細菌の増殖を誘導することを実証する、一連の棒グラフである。 2'-FLおよびHMOが、A、B、およびCと特定される3人の健康な乳児由来の乳児微生物叢培養物においてpHを低下させることを実証する、棒グラフである。 2'-FLおよびHMOが、A、B、およびCと特定される3人の健康な乳児由来の乳児微生物叢培養物において乳酸濃度を増大させることを実証する、一連の棒グラフである。種々の細菌の増殖（光学密度（OD））および最終培養物のpHに対する2'-FL、人乳オリゴ糖（HMOS）、およびフラクトオリゴ糖（FOS）の効果を実証する、一連の棒グラフである。種々の細菌の増殖（光学密度（OD））および最終培養物のpHに対する3-FL、人乳オリゴ糖（HMOS）、およびフラクトオリゴ糖（FOS）の効果を実証する、一連の棒グラフである。種々の細菌の増殖（光学密度（OD））および最終培養物のpHに対するLDFT、人乳オリゴ糖（HMOS）、およびフラクトオリゴ糖（FOS）の効果を実証する、一連の棒グラフである。

詳細な説明
ヒトの腸内マイクロフローラは、宿主が良好な健康状態にある時には主として安定している；しかしながら、腸内マイクロフローラの生態系は、宿主の年齢、疾患、微生物感染、ストレス、栄養成分、および薬学的処置に応じて変動する。宿主に健康上の利益を与え得る腸内の細菌群集の組成および代謝活性の改変は、増殖を促進する糖（すなわち、プレバイオティクス）の投与により、生きている外来の微生物（すなわち、プロバイオティクス）の投与により、または両方の組み合わせにより、達成され得る。

1種または複数種の高度に精製されたプレバイオティックフコシル化オリゴ糖、例えば、2'-フコシルラクトース（2'-FL）、3-フコシルラクトース（3-FL）、およびラクトジフコテトラオース（LDFT）を、哺乳動物の腸管において内在性の片利共生もしくは相利共生微生物、または外来的に投与されるプロバイオティクスの増殖および滞留を促進する量で含有する組成物が、本明細書において記載される。本明細書において記載される精製された人乳オリゴ糖（HMOS）の1種または組み合わせは、ヒトの大便中の微生物叢組成を変化させ、かつヒトの腸内で有益な／相利共生の細菌の増殖を刺激する。ヒトの腸に存在するある特定の細菌はヒトの健康と関連しており、異常な／病原性の腸内マイクロフローラは宿主の生存にとって有害であり得る。ヒトの腸内マイクロフローラは、宿主が良好な健康状態にある時には主として安定している；しかしながら、腸内マイクロフローラの生態系は、宿主の年齢、疾患、微生物感染、ストレス、栄養成分、および薬学的投与に応じて変化し得る。

腸内の細菌群集の組成および代謝活性の改変は、プレバイオティックオリゴ糖単独（すなわち、外来的に投与される細菌の非存在下で）の投与、有益な微生物（すなわち、プロバイオティクス）の投与、またはプレバイオティクスおよびプロバイオティクスの組み合わせの投与を介して行われる。以下に詳細に記載されるように、プレバイオティック作用物質（精製されたオリゴ糖）が、内在性の片利共生微生物または外来的に投与されるプロバイオティック微生物の有益な効果を最大化するために、消化器系において有利な細菌の増殖および／または活性を刺激するように投与される。プロバイオティック微生物の生存および有効性を選択的に向上させるプレバイオティック作用物質が、本明細書において記載される。例えば、以下に詳細に記載されるように、単離されたおよび／または精製された2'-FL、3-FL、またはLDFTが、有益な細菌の増殖を選択的に刺激するために投与される。

ヒトマイクロビオーム
哺乳動物は、細菌、真菌、または原生動物が無い状態で生まれるように見える；しかしながら、露出した器官、すなわち、皮膚、身体陥入部、および消化管は、適合する微生物のニッチになる。これらの粘膜表面は、身体の外部環境との相互作用の働きをする。これらの器官の内容物は、管腔の微生物を効率的に遮断する障壁により、身体の「内部」から分離され続ける。ヒトは、出生後まもなく形成し始める微生物生態系を調節する抗微生物ペプチドの発現のための発達プログラムを有する（Menard S, et al. 2008 J Exp Med, 21; 205(1): 183-193）。コロニー形成の過程は動的であり、それ自体は乱れやすい最終的な群集に到達する構造化された集団を生じる（Caufield PW, et al. 1993 J. Dent Res, 72(1):37-45；Schwiertz A, et al. 2003 Pediatr Res, 54(3):393-399；Hopkins MJ, et al. 2005 FEMS Microbiology Ecology, 54(1):77-85）。そのような事象の統制は、微生物の、他の微生物および宿主とのシグナル伝達を含む、複雑な相互作用により調節される。

腸管フローラとヒトの間の関係は、単なる片利共生（有害でない共存）ではなく、むしろ相利共生の関係である。人は腸管フローラ無しでも生存することはできるが、該微生物は、使用されていないエネルギー基質の発酵、免疫系の訓練、病原性細菌の増殖の予防、腸管の発達の制御、宿主のためのビタミン（ビオチンおよびビタミンKなど）の産生、および宿主に脂肪を貯蔵するように指示するホルモンの産生などの、様々な有用な機能を果たす（例えば、Dominguez-Bello MG and Blaser MJ, 2008 Microbes Infect, 10(9): 1072-1076を参照されたい）。しかしながら、ある特定の状態においては、病原性の種が、宿主に対して感染をもたらすかまたは癌の危険性を増大させることにより疾患を引き起こす可能性がある。

乳児腸管微生物叢
新生児の無菌の胃腸管は、産道、母親との密接な接触、および環境に由来するマイクロフローラを接種される。最初のコロニー形成に続き、相次ぐ遷移がおこる。遺伝因子および微生物因子の両方により内因的に調節される生後の発達によって、微生物と、宿主上皮細胞と、粘膜免疫との間の動的平衡を維持する、機能的に健康な腸がもたらされる。最初の先駆的な種には、乳酸桿菌およびビフィズス菌などの通性嫌気性菌が含まれ、それらは最初に酸性嫌気性環境を確立し、その中で次第に複雑な微生物叢が時間をかけて確立される。排他的な母乳栄養法により、ビフィドバクテリウム・ビフィダムおよび腸を酸性化する（7日目までの大便pHが5.1）細菌の他の好ましい株について、人乳により誘導される腸での優勢（1,000:1のビフィズス菌対腸内細菌の比率）が促進され、それが同一の相利共生嫌気性菌（ビフィズス菌および乳酸桿菌）によるさらなるコロニー形成を支持する。遷移の第二波は、約4か月目に、バクテロイデス・フラギリスおよびバクテロイデス・テタイオタオミクロンを含むバクテロイデス属の種の存在が増加することにより示され、それらが最終的に成人のマイクロフローラにおいて主要な種になる。

プロバイオティック細菌
「プロバイオティック」という用語は、「生命を支援または支持する」ことを意味するギリシャ語の単語に由来する（例えば、Vanderpool C, et al. 2008 Inflamm Bowel Dis, 14(11):1585-96を参照されたい）。プロバイオティクスは、しばしば、有益な細菌または酵母を含有する栄養補助食品の形態である。世界保健機関は、プロバイオティクスを「妥当な量で投与された場合に宿主に健康上の利益を与える生きている微生物」と特徴付けている（Report of a Joint FAO/WHO Expert Consultation on Evaluation of Health and Nutritional Properties of Probiotics in Food Including Powder Milk with Live Lactic Acid Bacteria (October 2001)）。プロバイオティクスは、しばしば、健康なヒトのマイクロフローラに由来し、摂食時に疾患の危険性を低減する。一般的なプロバイオティクスは、ビフィドバクテリウム属およびラクトバチルス属の種、ストレプトコッカス・サーモフィルス、エンテロコッカス属（Enterococcus）およびバチルス属（Bacillus）の種、大腸菌、ならびにサッカロミセス・ブラウディなどの酵母を含む。プロバイオティクスの摂取は、下痢症、壊死性腸炎（NEC）、炎症性腸疾患、およびアレルギー疾患を低減する。プロバイオティクスは、腸管粘膜を横切る細菌の移動に対して増大させた障壁を提供すること、潜在的な病原体の競争的排除、および細菌性病原体の増殖阻害によって、未熟児の腸の異常なコロニー形成を「正常化する」ことにより、ハイリスクの乳児をNECから守る。未熟児では、有益なビフィドバクテリウム属はあまりコロニー形成しておらず、ビフィドバクテリウム・インファンティスとラクトバチルス・アシドフィルス、またはビフィドバクテリウム・インファンティスと、ストレプトコッカス・サーモフィルスと、ビフィドバクテリウム・ビフィダス（Bifidobacterium bifidus）のプロバイオティクスの組み合わせを与えられた超低出生体重児は、対照と比較してNECの発生率および重症度がより低く、死亡がより少ない。

プロバイオティクスは、バクテリオシンおよび酸を含む抗菌性物質の産生を通して、病原体に対して直接の抗菌効果を発揮する（Cotter PD, et al. 2005 Nat Rev, 3:777-788；Servin AL, 2004 FEMS Microbiol Rev, 28: 405-440）。これらのプロバイオティクス由来の抗菌性物質は、病原体の増殖を阻害するために単独でまたは相乗的にその効果を発揮する。具体的には、プロバイオティック細菌、特に乳酸桿菌の株は、局所pHを低下させる酢酸、乳酸、およびプロピオン酸を産生し、広範なグラム陰性病原性細菌の増殖を阻害する。胃腸管に投与されたプロバイオティクスはまた、病原体とその毒素の両方の腸上皮への接着を減少させる。乳酸桿菌およびビフィズス菌を含む有益な細菌のいくつかの株は、クロストリジウム・ヒストリチクム、クロストリジウム・ディフィシレ、エンテロバクター・アエロゲネス、リステリア・モノサイトゲネス、スタフィロコッカス・アウレウス、サルモネラ・エンテリカ、エルシニア・エンテロコリチカ、毒素原性大腸菌、および腸管病原性大腸菌を含む病原性細菌と、腸上皮細胞への結合について競合し得る。さらに、プロバイオティック細菌は、たとえ病原体がプロバイオティクスの投与の前に付着していても、病原性細菌に取って代わる（Collado MC, et al. 2007 Lett Appl Microbiol, 45: 454-460；Candela M, et al. 2005 Res Microbiol, 156: 887-895）。特定のプロバイオティクスまたはプロバイオティクスの組み合わせは、特定の病原体を阻害する、またはそれに取って代わる能力に基づいて選択される。

インビトロおよびインビボの両方の研究により、宿主の免疫機能および腸上皮細胞の機能に対するプロバイオティクスの効果が示されている（例えば、Vanderpool C, et al. 2008 Inflamm Bowel Dis, 4(11):1585-96を参照されたい）。プロバイオティクスにより誘導される免疫機能の上方制御は、感染症と戦うまたは腫瘍形成を阻害する能力を向上させ、一方、下方制御は、アレルギーの発症または腸の炎症を予防する。プロバイオティック細菌は、損傷を受けた上皮障壁の回復、抗菌性物質および細胞保護タンパク質の産生、ならびにサイトカインにより誘導される腸上皮細胞アポトーシスの妨害を含む、腸上皮細胞応答を刺激する。これらの応答の多くは、腸上皮細胞において特定の細胞内シグナル伝達経路がプロバイオティクスにより刺激されることに起因する。

人乳グリカン
人乳は、多様でかつ豊富な一連の中性および酸性オリゴ糖を含有する。例えば、本明細書において記載されるプレバイオティックフコシル化オリゴ糖、例えば、2'-フコシルラクトース（2'-FL）、3-フコシルラクトース（3-FL）、およびラクトジフコテトラオース（LDFT）は、人乳中に典型的に見出される。人乳オリゴ糖は、1つのクラスとして、乳児の腸の中の通過で非常に効率的に生き延び、本質的に不消化である（Chaturvedi, P et al. 2001 Adv Exp Med Biol, 501:315-323）。これらの分子は、乳児により直接は栄養のためには利用され得ないが、しかしながら、健康な腸管マイクロビオームの確立において（Marcobal A, et al. 2010 J Agric Food Chem, 58:5334-5340）、疾患の予防において（Newburg D, et al. 2005 Annu Rev Nutr, 25:37-58）、および免疫機能において（Newburg D, et al. 2007 Pediatr Res, 61: 2-8）重要な役割を果たす。何百万年にもわたる人乳オリゴ糖（HMOS）への曝露にもかかわらず、病原体はなお、標的細胞への接着を予防して感染を阻害するHMOSの能力を免れる方法を編み出している。HMOSを病原体接着阻害剤として利用できることは、現在の急増している抗生物質耐性の危機に対処する見込みがある。人乳オリゴ糖は、社会の最も難治性の病気のいくつかに対する新規クラスの治療法のリード化合物になる。

非結合オリゴ糖およびそれらの複合糖質の両方を含む人乳グリカンは、乳児の胃腸（GI）管の保護および発達において重大な役割を果たす。種々の哺乳動物において見出される乳オリゴ糖は非常に相違し、ヒトにおける組成は独特である（Hamosh M, 2001 Pediatr Clin North Am, 48:69-86；Newburg D, 2001 Adv Exp Med Biol, 501:3-10）。さらに、人乳中のグリカンレベルは授乳を通して変化し、また、個体間で大きくばらつく（Morrow A et al., 2004 J Pediatr, 145:297-303；Chaturvedi P et al., 2001 Glycobiology, 11:365-372）。およそ200種の別個の人乳オリゴ糖が同定されており、単純なエピトープの組み合わせによりこの多様性がもたらされる（Newburg D, 1999 Curr Med Chem, 6:117-127；Ninonuevo M et al., 2006 J Agric Food Chem, 54:7471-74801）。人乳オリゴ糖は、5種の単糖：D-グルコース（Glc）、D-ガラクトース（Gal）、N-アセチルグルコサミン（GlcNAc）、L-フコース（Fuc）、およびシアル酸（N-アセチルノイラミン酸、Neu5Ac、NANA）から構成される。人乳オリゴ糖は、通常、その化学構造に従って2種の群：ラクトース（Galβ1-4Glc）コアに連結された、Glc、Gal、GlcNAc、およびFucを含有する中性化合物と、NANAを付けた前記同一の糖およびしばしば前記同一のコア構造を含む酸性化合物とに分類される（Charlwood J, et al. 1999 Anal Biochem, 273:261-277；Martin-Sosa, et al. 2003 J Dairy Sci, 86:52-59；Parkkinen J and Finne J, 1987 Methods Enzymol, 138:289-300；Shen Z, et al. 2001 J Chromatogr A, 921:315-321）。

人乳中のおよそ70〜80％のオリゴ糖、例えば、2'-フコシルラクトース（2'-FL）および3-フコシルラクトース（3-FL）、ラクトジフコテトラオース（LDFT）は、フコシル化されている。人乳中の分泌型フコシルグリカンおよび乳児腸管中の分泌型フコシル化エピトープは、フコースと相互作用する微生物叢を選択する。これらの微生物叢は、健康なコロニー形成を促進して、それにより胃腸管の感染症および炎症性疾患を低減する。

人乳グリカンは、腸病原体に対する細胞受容体と構造的な相同性を有しており、受容体デコイとして機能する。例えば、カンピロバクター属（Campylobacter）の病原性株は、H-2を含有するグリカン、すなわち、2'-フコシル-N-アセチルラクトサミンまたは2'-フコシルラクトース（2'-FL）に特異的に結合する。カンピロバクター属の結合および感染性は、2'-FLおよびこのH-2エピトープを含有する他のグリカンにより阻害される。同様に、いくつかの下痢原性大腸菌病原体は、2-結合型フコース部分を含有する人乳オリゴ糖によりインビボで強く阻害される。ヒトカリチウイルスのいくつかの主要な株、特にノロウイルスもまた、2-結合型フコシル化グリカンに結合し、この結合は、人乳の2-結合型フコシル化グリカンにより阻害される。母乳栄養の小児のメキシコ人コホートにおいて、高いレベルのこれらの2-結合型フコシルオリゴ糖を有する人乳の摂取が、ノロウイルス、カンピロバクター属、大腸菌関連下痢症のST、およびあらゆる原因による中等度から重症の下痢症についての、より低い危険性と関連していた（Newburg D et al., 2004 Glycobiology, 14:253-263；Newburg D et al., 1998 Lancet, 351:1160-1164）。

プレバイオティクスとしての人乳グリカン
人乳は、プレバイオティクスの特徴を有する複雑なオリゴ糖混合物を含有する。本明細書において記載されるように、2'-フコシルラクトース（2'-FL）、3-フコシルラクトース（3-FL）、およびラクトジフコテトラオース（LDFT）などの人乳オリゴ糖は、プレバイオティクスの特性を有し、新生児において粘膜免疫を調節して、病原体に対する防御をもたらす特定の有益な細菌の増殖を刺激するために、個々にまたは組み合わせて投与される。プレバイオティックオリゴ糖は、2〜60の間の重合度を有する短鎖炭水化物であり、ヒトまたは動物の消化器系により不消化である。プレバイオティクスの決定的特性は、大腸においてビフィズス菌および乳酸桿菌を含む有益な細菌の増殖を選択的に刺激できることである（Cummings JH and Macfarlane GT, 2002 Br J Nutr, 87(suppl 2):S145-S151）。プレバイオティックオリゴ糖は、腸管フローラにより発酵されて、水素および二酸化炭素ガスの放出ならびにブチラートなどの短鎖脂肪酸を生じる。短鎖脂肪酸は大便のpHを低下させ、これは大便の軟化および頻度の増加を伴う穏やかな緩下剤効果をもたらす。従って、本明細書において記載される精製された2'-FL、3-FL、およびLDFTを含むプレバイオティクスは、調製乳栄養の乳児においてしばしば観察される便秘症を予防する。さらに、酸性pHは、病原体の増殖を予防し、健康な生物の活発な増殖を促進して、結腸上皮細胞の完全性を促進する。

プレバイオティクスは、胃腸微生物叢の組成および活性の両方において選択的な変化を促し、それにより、腸および他の疾患の低減を含む、宿主に対する多くの健康上の利益を与える。プレバイオティクスは、母乳栄養の乳児の腸微生物叢においてしばしば優勢な属である、ビフィズス菌を含む有益な細菌の増殖を刺激する。本明細書において記載されるプレバイオティックHMOSは、消化されずに遠位腸に到達し、発酵のための基質として働く。

本明細書において記載されるように、人乳グリカンは、乳児腸管の有益なコロニー形成を刺激するプレバイオティック作用物質として機能する。例えば、1905年に、母乳栄養の乳児のマイクロフローラにおいて、乳酸桿菌、特にラクトバチルス・ビフィダス（現在ビフィドバクテリウム・ビフィダムとして分類されている）が独特に優勢であることが示された。1953年に、「ビフィズス因子」が、この細菌の増殖を特異的に刺激する人乳から単離された。1974年に、該乳因子が、N-アセチルグルコサミン、ガラクトース、グルコース、フコース、およびシアル酸を含有するグリカンと特徴決定された；しかしながら、シアル酸の除去は活性を低減しなかった。増殖を促進するグリカン活性の量は、異なる個体由来の乳の間で大きくばらついた。牛乳および乳児用調製乳は、人乳よりも1桁少ない「ビフィズス」活性を含んでいた。

本明細書において記載されるように、特定の精製された人乳グリカン、例えば、2'-フコシルラクトース（2'-FL）、3-フコシルラクトース（3-FL）、およびラクトジフコテトラオース（LDFT）の摂食は、特定の有益な細菌／共生生物に乳児のマイクロビオームを支配するようにさせる。これは、新生児の腸管の微生物生態系およびその後の小児の健康に対するプラスの結果と関連する。しかしながら、本明細書において記載されるプレバイオティックHMOSは、ヒトの乳児における使用に限定されない。本発明のプレバイオティックHMOSは、乳仔または成体の哺乳動物に投与される。哺乳動物は、例えば、任意の哺乳動物、例えば、ヒト、霊長類、マウス、ラット、イヌ、ネコ、ウマ、ならびに家畜または食物消費のために飼育する動物、例えば、ウシ、ヒツジ、ブタ、ニワトリ、およびヤギであり得る。好ましくは、哺乳動物はヒトである。

本明細書において記載される発明以前は、乳児用調製乳へのフラクトオリゴ糖（FOS）およびガラクトオリゴ糖（GOS）の混合物の添加により、B. ビフィダムおよびいくつかの乳酸桿菌によるコロニー形成を刺激した（Bakker-Zierikzee A, et al. 2005 British Journal of Nutrition, 94, 783-790もまた参照されたい）。2'-フコシルラクトース（2'-FL）、3-フコシルラクトース（3-FL）、およびラクトジフコテトラオース（LDFT）などの乳グリカンが、有益な微生物によるコロニー形成を促進できることが、以下に詳細に記載される。細菌は、人乳オリゴ糖を利用するヒトマイクロビオームから単離された（Marcobal A, et al. 2010 J Agric Food Chem, 58(9): 5334-5340；Ward RE, et al. 2006 Appl Environ Microbiol, 72(6): 4497-4499；Ward RE, et al. 2007 Mol Nutr Food Res, 51(11): 1398-1405）が、本明細書において記載される発明以前は、天然または合成のいずれの、個々の精製された人乳オリゴ糖についてのプレバイオティック効果も、未知であった。

精製された人乳オリゴ糖である2'-FL（MW＝488）、3-FL（MW＝488）、およびLDFT（MW＝635）は、ヒトの腸において有益な細菌の増殖および滞留を促進するためのプレバイオティクスとして利用される。以下に詳細に記載されるように、2'-フコシルラクトースを含む人乳オリゴ糖のプレバイオティック効果を、乳児の微生物群集について、および人乳オリゴ糖を利用することが公知であるヒト微生物叢から単離された個々の微生物について分析した。試験を、これらの群集および微生物叢の単離株の嫌気性培養物に対して行った。

分泌型人乳グリカンおよび分泌型乳児腸管グリカンは分泌型が結合する微生物叢によるコロニー形成を促進する
人乳中の分泌型フコシルグリカンおよび乳児腸管中の分泌型フコシル化エピトープは、フコースと相互作用する微生物叢を選択する。これらの微生物叢は、健康なコロニー形成を促進して、それにより胃腸管の感染症および炎症性疾患を低減する。上記のビフィズス因子は、HMOSの1種の微量成分にすぎない。下記のように、フコシルオリゴ糖は人乳グライコーム（glycome）のおよそ85％に相当し、また、特定の微生物の増殖を刺激して有益な微生物叢のパターンを生じる。フコシル化グリカンはまた、腸管が成熟するにつれて粘膜細胞表面上に広く行き渡る。バクテロイデス・フラギリス、バクテロイデス・テタイオタオミクロン、およびロゼブリア・イヌリニボランス（Roseburia inulinivorans）を含むヒト微生物叢の一般的なメンバーは、腸のコロニー形成中にフコースを利用する。上記のように、これらの3つの現象は関連しており、特定のタイプの微生物の腸内微生物群集への導入のための統合されたシステムを構成する。

腸内のグリカンの発現は、乳児の発達の間に変化し、人乳中のグリカン含量は、授乳の間に変化する。これらのシステムは、成人において見られる、より複雑なパターンへ向けて、腸管微生物叢の微生物遷移を方向付けるように相乗的に働く。腸管グリカンの発現は、その組織血液型タイプと関連して個体間でばらつき、乳中のフコシルグリカンの発現は、母親のルイス式組織血液型タイプの違いを反映する。従って、母乳栄養の乳児の胃腸（GI）管においては、乳により提供されるグリカンの違いと乳児の粘膜表面上に発現するグリカンの違いとが合わさって、微生物叢の特定の組み合わせを支持する特定のグリカンパターンを生じる。微生物叢のコロニー形成のこれらのパターンおよび程度は、壊死性腸炎の危険性を含む特定の転帰の決定要因である。

以下に詳細に記載されるように、植物のプレバイオティックフラクトオリゴ糖は、ヒトマイクロビオームを含有する便スラリーおよびヒトマイクロビオームの一部である個々の細菌において、増殖を刺激し、pHを低下させ、かつ乳酸の産生を誘導した。人乳オリゴ糖（HMOS）もまた、これらのプレバイオティクスの特性を呈する。下記のように、個々の純粋な合成HMOSである2'-FL、3-FL、およびLDFTは、細菌増殖を促進し、pHを低下させ、かつ乳酸の産生を誘導する。本明細書において記載される発明以前は、精製された2'-FL、3-FL、およびLDFTは、個々にプレバイオティック化合物として特徴づけられてはいなかった。下記のように、2'-FL、3-FL、およびLDFTなどのプレバイオティック作用物質は、腸および他の感染性疾患の減少、便秘症の減少、カルシウム吸収の増加、ならびに炎症性疾患の危険性の減少を含む、多くの健康上の利益と関連する。

離乳時の乳児における疾患の急増のため、これらの疾患を低減または寛解させるように、本発明のHMOSを離乳食（例えば、マッシュライス、バナナ、ポリッジ、および他の粥、調製乳など）に添加する。任意で、前記HMOSを、離乳食に製造過程中に添加する。あるいは、合成HMOSを、製造過程後であるが摂食の前に、離乳食に添加する。例えば、HMOSを含む糖の小袋を、離乳食に乳児の摂食の前に添加する。

実施例1：2'-フコシルラクトース（2'-FL）、3-フコシルラクトース（3-FL）、およびラクトジフコテトラオース（LDFT）はプレバイオティック作用物質である
ひとまとまりとしての人乳オリゴ糖、ならびに個々の人乳オリゴ糖である2'-フコシルラクトース、3-フコシルラクトース、およびラクトジフコテトラオースがプレバイオティックであるという仮説を、乳児の便に由来する混合微生物群集に対して、およびヒト微生物叢から単離された精製微生物株に対して直接試験した。試験は、これらの微生物叢の群集および単離株の嫌気性培養物に対して行った。

最初に、3人の乳児の混合微生物叢の新鮮な試料に対する2'-FLおよびHMOの影響を調べた。人乳オリゴ糖（HMO）または2'-FLの発酵中の便細菌の増殖を研究するために、Hughes（Hughes S, et al. 2008 FEMS Microbiol Ecol, 64(3): 482-93）に従って炭水化物を含まない基本培地を調製した。この基本培地は、1リットル当たりに以下を含有していた：ペプトン（Oxoid Ltd., Basingstoke, UK）2 g、酵母エキス（Oxoid）2 g、NaCl 0.1 g、K₂HPO₄ 0.04 g、MgSO₄・7H₂O 0.01 g、CaCl₂・6H₂O 0.01 g、NaHCO₃2 g、ヘミン（Sigma）0.005 g、L-システインHCl（Sigma）0.5 g、胆汁酸塩（Oxoid）0.5 g、Tween 80 2 ml、ビタミンK（Sigma）10μl、および0.025％（w/v）レサズリン溶液4 ml。嫌気性培養法は、ブチルゴム隔壁で密封したHungate培養チューブを用いる、Bryant（Bryant, M 1972 Am J Clin Nutr, 25(12): 1324-8）に記載されているものであった。培地を調製し、O₂を含まないCO₂を用いて嫌気的に維持した。

抗生物質またはプレバイオティクス／プロバイオティクスを受けたことが無く、かつ胃腸障害の病歴を有さない、A、B、およびCと特定される3人の健康な乳児から、新鮮な便試料を収集した。ヒト乳児の新鮮な便を、リン酸緩衝滅菌嫌気性生理食塩水に添加し（便:生理食塩水は1:10）、ブレンダー中で60秒間混合し、均質化して、二層の滅菌チーズクロスで濾過した。上記のように調製した10％（v/v）便スラリーの接種の前に、2'FL 2 g/Lおよび HMO 5 g/Lを1時間培地中に溶解した。2'-FLまたはHMOを含有するHungateチューブに便材料を接種し、これを処置とした。基質を含有しないHungateチューブにも便を接種し、陰性対照とした。すべてのチューブを37℃でインキュベーションした。24時間後に培養上清試料を採取した。さらなる分析のために、すべての試料を-20℃で保存した。図1、2、および3に結果を示す。プレバイオティクスは、微生物叢、特にビフィズス菌および乳酸桿菌の数の増加、腸管pHの低下、および乳酸の増加と関連する。図1は、2 g/Lでの2'-FLおよび5 g/LでのHMOSの両方が、インビトロでの培養後に、3人の個々の乳児の便スラリーに由来する微生物叢中の細菌全体の増加を誘導したことを実証する。図2は、2'-FLまたはHMOSの存在下での増殖の後に、これらの3種の微生物群集の各々においてpHが低下することを実証する。また、これらの3種の微生物群集を2'-FLまたはHMOSの存在下で各々培養した時、対照と比較して有意に多い量の乳酸が産生される（図3）。これらの変化はすべて、プレバイオティクスの特徴である。

次に、ヒト（乳児）の便から主に単離されたいくつかの精製細菌株について人乳オリゴ糖に対する応答を調べた。個々の細菌単離株（大部分はビフィズス菌と数種のバクテロイデス）を、人乳中のこれらの糖の平均濃度に近い2 g/Lの2'-FL、2 g/Lの3-FL、2 g/LのLDFT、および5 g/LのHMOSの存在下または非存在下で試験した。2 g/LのFOS（フラクトオリゴ糖、プロトタイプの植物プレバイオティクス）も同様に試験した（乳児用調製乳において使用されるFOSの濃度に近い）。細菌株単離物（表1）は、Japanese Collection of Microorganism (RIKEN BioResource Center, Japan)およびAmerican Type Culture Collection (Manassas, VA)から取得した。

これらの実験のために、アミノ酸を含有するが炭水化物を含有しない、多くの腸内細菌の増殖を支持する化学的に規定された培地（ZMB1）を使用した（Zhang, G., Mills, D. A., and Block, D. E. (2009) Appl Environ Microbiol 75, 1080-1087）。個々の株の増殖実験のために、2'-FL 2g/L、3-FL 2g/L、LDFT 2g/L、またはHMO 5 g/Lのいずれかを補充したZMB1培地を調製した。次いで、各細菌培養物を、初めに0.5 OD（600 nm）になるように接種した。追加的なオリゴ糖基質を含有しないZMB1培養物が陰性対照であり、一方、FOS 2 g/Lを含有するZMB1培養物が陽性対照であった。すべての細菌は、嫌気性チャンバー（DG250 Anaerobic Workstation, Don Whitley Scientific Limited, West Yorkshire, UK）を用いて嫌気性条件で、37℃で増殖させた。培養上清試料を48時間後に採取した。増殖を、マイクロタイタープレート中で光学密度（OD 600 nm）により評価した。培養物のpHも、増殖の48時間後に記録した。発酵の終了時の培養物中の乳酸濃度を、乳酸アッセイキット（キット番号K607-100; BioVision Inc., CA, USA）を用いてアッセイした。すべての実験を、四つ組で行った。

これらの細菌のほとんどについて、2'-FL、3-FL、LDFT、HMOS、またはFOSにより増殖が（種々の程度に）刺激され、かつ培養物のpHが低下した（図4および5）。ほとんどの場合、pHの低下は、2'-FL、3-FL、およびLDFTについてのものは、プレバイオティクスの活性を有する例示的なオリゴ糖であるFOSについてのものと少なくとも同程度であった。これらのデータは、精製された2'-FL、3-FL、およびLDFTの各々が、他のHMOS成分には依存せずに非常に強力なプレバイオティクスとして機能し得ることを示す。

他の態様
本発明をその詳細な説明と共に記載してきたが、前述の説明は、添付の特許請求の範囲により定義される本発明を例証することを意図しており、本発明の範囲を限定することは意図しない。他の局面、利点、および改変は、添付の特許請求の範囲内である。

本明細書において言及される特許および科学文献は、当業者に利用可能である知識を立証する。本明細書において引用されるすべての米国特許および公開または未公開の米国特許出願は、参照により組み入れられる。本明細書において引用されるすべての公開された外国特許および特許出願は、参照により本明細書に組み入れられる。本明細書において引用されるアクセッション番号により示されるGenbankおよびNCBIの提出物は、参照により本明細書に組み入れられる。本明細書において引用されるすべての他の公開された参照文献、文書、原稿、および科学文献は、参照により本明細書に組み入れられる。

本発明をその好ましい態様に関して特に示し、記載したが、添付の特許請求の範囲により包含される本発明の範囲から逸脱することなく、形式および詳細における種々の変更をその中に加えてもよいことが、当業者により理解されるであろう。

Claims

哺乳動物対象の胃腸管において細菌の増殖を刺激するための医薬の製造における、精製された2'-FL、3-FL、またはLDFTの使用。
細菌の増殖を刺激するために有効な量の精製された人乳オリゴ糖を含むプレバイオティック組成物であって、該オリゴ糖が、精製された2'-フコシルラクトース（2'-FL）、精製された3-フコシルラクトース（3-FL）、または精製されたラクトジフコテトラオース（LDFT）を含む、プレバイオティック組成物。
前記オリゴ糖が、精製された2'-FLおよび精製された3-FLを含む、請求項2記載のプレバイオティック組成物。
前記オリゴ糖が、精製された2'-FL、精製された3-FL、および精製されたLDFTを含む、請求項2記載のプレバイオティック組成物。
前記細菌が、哺乳動物対象の腸に内在する片利共生細菌である、請求項2記載のプレバイオティック組成物。
前記細菌が、哺乳動物対象に外来的に投与される、請求項2記載のプレバイオティック組成物。
前記細菌が、ビフィドバクテリウム属（Bifidobacterium）、ラクトバチルス属（Lactobacillus）、またはストレプトコッカス属（Streptococcus）の細菌を含む、請求項2記載のプレバイオティック組成物。
前記細菌が、ビフィドバクテリウム・ビフィダム（Bifidobacterium bifidum）、バクテロイデス・フラギリス（Bacteroides fragilis）、バクテロイデス・テタイオタオミクロン（Bacteroides thetaiotaomicron）、ビフィドバクテリウム・インファンティス（Bifidobacterium infantis）、ビフィドバクテリウム・ロンガム（Bifidobacterium longum）、ラクトバチルス・アシドフィルス（Lactobacillus acidophilus）、ラクトバチルス・ラムノサス（Lactobacillus rhamnosus）、バクテロイデス・ブルガタス（Bacteroides vulgatus）、ラクトコッカス・ラクティス（Lactococcus lactis）、およびストレプトコッカス・サーモフィルス（Streptococcus thermophilus）からなる群より選択される、請求項2記載のプレバイオティック組成物。
組成物1グラム当たり0.01 gの2'-FLから1 gの2'-FLを含む、請求項2記載のプレバイオティック組成物。
前記2'-FLが、組成物の90重量％〜99重量％を構成する、請求項2記載のプレバイオティック組成物。
錠剤、カプセル剤、粉末、または乳児用調製乳の形態である、請求項2記載のプレバイオティック組成物。
粉乳、マッシュライス（mashed rice）、バナナ、ポリッジ、または粥において提供される、請求項2記載のプレバイオティック組成物。
プロバイオティック細菌をさらに含む、請求項2記載のプレバイオティック組成物。
フラクトオリゴ糖（FOS）またはガラクトオリゴ糖（GOS）をさらに含む、請求項2記載のプレバイオティック組成物。
有効量の精製された人乳オリゴ糖を含む組成物を胃腸管に投与する工程を含む、対象の胃腸管において細菌の増殖を刺激する方法であって、該オリゴ糖が、精製された2'-フコシルラクトース（2'-FL）、精製された3-フコシルラクトース（3-FL）、または精製されたラクトジフコテトラオース（LDFT）を含む、方法。
前記2'-FL、前記3-FL、または前記LDFTが、95〜99％の純度である、請求項15記載の方法。
胃腸管内の局所pHが、組成物の投与後に低下する、請求項15記載の方法。
胃腸管内の局所的なラクタートまたは乳酸の濃度が、組成物の投与後に増大する、請求項15記載の方法。
胃腸管内の病原性細菌の増殖が、組成物の投与後に阻害される、請求項15記載の方法。
プロバイオティック細菌が、バクテロイデス・ブルガタス、ラクトコッカス・ラクティス、ビフィドバクテリウム・ビフィダム、バクテロイデス・フラギリス、バクテロイデス・テタイオタオミクロン、ビフィドバクテリウム・インファンティス、ビフィドバクテリウム・ロンガム、ラクトバチルス・アシドフィルス、およびストレプトコッカス・サーモフィルスからなる群より選択される、請求項15記載の方法。
組成物が、組成物1グラム当たり0.01 gの2'-FLから1 gの2'-FLを含む、請求項15記載の方法。
組成物が、ビフィドバクテリウム・ビフィダム、バクテロイデス・フラギリス、バクテロイデス・テタイオタオミクロン、ビフィドバクテリウム・インファンティス、ビフィドバクテリウム・ロンガム、ラクトバチルス・アシドフィルス、ラクトバチルス・ラムノサス、バクテロイデス・ブルガタス、ラクトコッカス・ラクティス、およびストレプトコッカス・サーモフィルスからなる群より選択されるプロバイオティック細菌をさらに含む、請求項15記載の方法。
組成物が、フラクトオリゴ糖（FOS）またはガラクトオリゴ糖（GOS）をさらに含む、請求項15記載の方法。
病原性細菌が、クロストリジウム・ヒストリチクム（Clostridium histolyticum）、クロストリジウム・ディフィシレ（Clostridium difficile）、クロストリジウム・パーフリンジェンス（Clostridium perfringens）、エンテロバクター・アエロゲネス（Enterobacter aerogenes）、リステリア・モノサイトゲネス（Listeria monocytogenes）、スタフィロコッカス・アウレウス（Staphylococcus aureus）、サルモネラ・エンテリカ（Salmonella enterica）、エルシニア・エンテロコリチカ（Yersinia enterocolitica）、毒素原性大腸菌（E. coli）、および腸管病原性大腸菌からなる群より選択される、請求項19記載の方法。