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產業技術評析

Microbiome新時代的個人營養保健商機及思維
發表日期:2016-11-16
作者:陳麗婷、陳倩琪、簡相堂(食品所)
摘要:
從2008年美國啟動人體微生物組計畫,開啟一系列腸道微生物組的研究,發現人體的腸道微生物組幾乎是人體的一個器官,與人體共生,且與全身各種生理及疾病有密切關聯。

全文:
微生物組(Microbiome,參照科技部譯名)一詞源自metagenome,泛指特定環境中的微生物(microbes)及其基因體(genome)。從2008年美國啟動人體微生物組計畫,開啟一系列腸道微生物組的研究,發現人體的腸道微生物組幾乎是人體的一個器官,與人體共生,且與全身各種生理及疾病有密切關聯。國際相繼投入人體微生物組的研究,加上個人化營養保健的興起及相關新創事業的加入,未來Microbiome新時代中,結合精準醫學,個人化營養保健食品市場將引發一波新的產業脈動。

一、新時代的開啟

美國推動的「人體微生物組計畫(Human Microbiome Project, HMP)」,對Microbiome時代的開啟有重大意義。該計畫第一階段(2008~2012)工作著重建立人體微生物組的序列資料庫,透過定序分析結果,了解人體微生物的分布。第二階段(2013~2016)朝向解析微生物組與人體疾病發生之關聯性研究,透過各種研究實驗,深入觀察及解釋特定微生物對人體健康與疾病的關係,還原飲食與身體運作的機制。

另,歐盟人體腸道總體基因體學研究計畫(Metagenomics of the Human Intestinal Tract, MetaHIT),聚焦人體腸道微生物組相關研究,亦是開啟Microbiome新時代的重要關鍵點。其研究發現腸道微生物組的基因數為人體150倍,腸道內有超過1,000種微生物群,且細菌細胞總數為人類細胞的10倍。總總新發現說明腸道微生物組等同人體內分泌器官,其分泌的代謝物,不僅影響消化系統相關疾病(如肝炎、胰臟炎),亦影響代謝失調(如肥胖及糖尿病),且會經由腦腸軸影響中樞神經系統,與憂鬱、自閉症或纖維肌痛等疾病有高度關聯性。不僅突顯腸道微生物群的角色及其生態平衡的重要性,亦讓舊有觀念全然改觀。

二、國際研發思維及應用趨勢

1.營養保健機制及需求重新定義

生活型態及老齡等因素影響每個人的微生物組,同時造成人體腸道菌群基因組的差異。2016年日本早稻田大學和東京大學針對106名日本等12個國家的人體腸道菌群基因組進行比較分析發現:腸道菌群至少有1,200萬個基因(其中日本人有500萬個基因);不同國家其腸道菌群具獨特特徵且類似;日本人腸道菌群中雙歧桿菌等占有優勢,古細菌則相對少;對碳水化合物和胺基酸代謝功能相對高,而細胞運動性和複製、修復功能相對低;日本人腸道菌群中擁有90%分解海苔和裙帶多醣類的酵素相關基因,酵素在日本具有廣泛存在的獨特特徵;日本人腸道菌群中有益的機能較其他國家多;從研究推論腸道菌群會影響長壽和低肥胖率。據研究預估,全球人類微生物組相關市場將以22.3%複合成長率發展,至2023年將可達65.8億美元;顯示其未來的巿場潛力及破壞式創新的力道。目前人類微生物組研究發展聚焦於腸胃道異常、肥胖與糖尿病等代謝異常、免疫系統異常、中樞神經異常以及癌症等項目。

以肥胖者營養保健產品開發為例,已有動物實驗發現,健康族群腸道中擬桿菌屬是優勢的菌屬,其關鍵菌種為B. thetaiotaomicronMethanobrevibactersmithii;肥胖者腸道內B. thetaiotaomicron數量遠低於正常人。因此有新創公司OptiBiotix Health,開發運用高通量篩選平台Optiscreen®,從人體共生菌株中篩選,並確認具有降低血中膽固醇的三株菌種,可降低70-80%膽固醇,同時藉人體臨床試驗證實其安全性及效果。其專利配方產品Slimbiome可提供飽足感、促進代謝燃燒卡路里、維持血糖濃度,促進腸道微生物組中特定菌種的成長,進一步調節腸道微生物組趨向健康的菌相;同時臨床試驗證實,配合飲食及運動,可協助過重或肥胖者進行減重。另在糖尿病預防及治療產品開發方面,Microbiome Therapeutics (MBT)公司從調整腸胃道微生物組的角度,開發含葡聚醣及菊糖等成分的益生質配方,協助不同菌相族群進行人體微生物組的調節。

2.新模式及新工具平台應用加入,產業生態互動更緊密

在Microbiome新時代,人體微生物組大數據、微生物群落與功能性分析平台、基因檢測分析模組及次世代定序技術等新工具的應用,或糞菌移植(FMT)等新模式的運用,關連互動將更為緊密。以糞菌移植為例,許多研究已證實其可治療梭狀難治桿菌(Clostridium difficile infection, CDI)在腸道的反覆感染;藉由正常捐贈者糞便的處理及具治療標的的關鍵菌種鑑定及取得,進行糞菌移植,可協助患者調整腸胃道微生物的平衡。目前美國FDA規定糞菌移植需申請新藥臨床試驗(IND),且需進行臨床研究。國際上已有OpenBiome公司提供糞便銀行的服務,同時開發能維持糞菌組成的厭氧保存方法,讓健康捐贈的糞菌更有品質規範,同時容易使用。

三、個人營養保健商機的開展

1.個人化商機被看好

據Grand View Research 研究,個人化醫療市場(含診斷、治療、醫療照護及營養保健)規模2022年將達2.4兆美元(成長率8.7%)。據EUFIC資料,個人化營養諮詢潛在巿場達60~180億歐元。推動個人化營養保健巿場成長的動因有二,一是全球關連產業朝個人化發展,二是消費者意願增加。推動巿場成長的關鍵廠商,包括GE Healthcare、Illumina Inc、Quest Diagnostics、 Abbott Diagnostics、Affymetrix 、Bayer Healthcare、Nestle及DSM等資訊業者、醫療保健業者及新創業者等。

2.重要推動者出現

全球個人化營養保健重要推動者已紛紛出現,其中最著名的應為國際營養科學聯盟(IUNS)及歐盟的Food4Me計畫。國際營養科學聯盟今年5月在美國第一次對個人化營養議題舉行整合會議,針對人體微生物組、營養基因體學(nutrigenomics)及時間生物學(chronobiology)等學術研究發現,個人化營養關連且可應用之新興技術、適切的商業模式及未來策略、消費者態度及個人化飲食建議、可整合利用及詮釋之資訊、需面對的政策及法規障礙等推動關鍵議題進行討論。2011年由歐盟資助成立的Food4Me計畫,針對個人化營養食品及服務的推動及發展進行充分且系統的研究及規劃,認為其推動含蓋生物科學、消費者研究、市場行銷、商業發展、IT技術、道德倫理、法律及通訊領域等不同領域的專業及關鍵問題解決,缺一不可。

3.新興產品及商業模式測試中

國際已有食品、醫療等專業團隊,正在開發不同程度的個人化健康促進與飲食解決方案。如日本雀巢於北海道推出健康服務俱樂部,消費者於家中裝設飲料機、血液檢查機、計步器、身體測量機等器具,以智慧手機收集數據,每月宅配個人化專屬的營養抹茶膠囊;而手機APP中亦提供腦力訓練及身體資訊查詢等服務。另美國IBM Watson與醫療科技公司Medtronic則以糖尿病監測應用系統的方式,為患者提供個人化醫療輔助與專業健康飲食建議。

四、未來發展潛力停看聽

1.飲食生活觀察有必要,慢性疾病預防有應用潛力

人類腸道微生物的建立兩歲前是關鍵,其後因飲食或生活型態改變,腸道微生物失調的機會增加。從國際研究成果及產業趨勢觀察,健康腸道的維持及不同生活模式與腸道菌相差異的個人營養保健產品開發,是推動個人化精準醫療及高齡者健康照護極具潛力的發展點。整合檢測、保健產品及服務,提供肥胖及糖尿病等慢性疾病個人化的營養保健,確實具有商機。

2.產業生態範圍廣,國內需持續紮根

個人化營養保健產品與服務的開發,其產業生態範圍極大。若就法規而言,目前臺灣取得不易形成體脂肪、調節血糖等健康食品認證之產品成分,包括膳食纖維、茶萃取物、油脂及益生菌等,多將膳食纖維作為腸道微生物的碳源,以發酵產生短鏈脂肪酸影響腸道生態,或直接為影響醣類代謝之乳酸菌產品。由於過去相關健康食品並未從人體腸道菌相的角度進行觀察,無法確認其是否透過調節腸道微生物組來影響身體機能,相關研究推論有發展機會。另糞菌銀行及糞菌移植等新興產業,若擬在臺灣推動,法規、技術及治療的有效性等皆需因應與紮根。

3.借力跨界及國際合作,擴大商業效益

借鏡國際人體微生組的應用或個人化營養保健的發展,跨領域整合及國際合作相當重要。未來結合臺灣在醫療檢測產業的競爭優勢,或鏈結全球醫療保健檢測服務,從個人化營養保健食品的整合研究與產品服務開發,臺灣應可在Microbiome新時代中,找到適當的切入點與發展商機。

(本文作者為食品工業發展研究所 ITIS計畫產業分析師)

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更新日期:2020-04-08

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