細菌はどのように抗生物質に対する耐性を進化させるか

細菌はどのように抗生物質に対する耐性を進化させるか

https://phys.org/news/2023-05-bacteria-evolve-resistance-antibiotics.html

イーストアングリア大学
AcrB三量体の構造構成。関連する置換を施した変異残基の位置と、近位および遠位の結合ポケットとの関係を示す。Credit: npj Antimicrobials and Resistance (2023). DOI: 10.1038/s44259-023-00001-8
細菌は、抗生物質を細胞から洗い流すための特殊なポンプを適応させることで、抗生物質に対する耐性を急速に進化させることができることが、クアドラム研究所とイーストアングリア大学の新しい研究により明らかになった。この研究は、学術誌「npj Antimicrobials and Resistance」に掲載されました。
抗菌薬耐性は、世界的に重要な問題になっています。耐性「スーパーバグ」の増加は、抗生物質のような抗菌剤を使用して微生物による感染症を治療し、その拡大を防ぐ我々の能力を脅かすものです。
今回の研究成果により、抗菌剤の使用方法が改善され、抗菌剤耐性のさらなる拡大防止に役立つことが期待されます。
UEAのノリッジ・メディカル・スクールとクアドラム研究所のマーク・ウェバー教授は、「細菌が耐性を獲得するために発達するメカニズムの詳細を知ることは、抗菌剤耐性を理解する上で重要なステップです。耐性がいつ、どのように出現するかを理解するこのような研究が、耐性選択を最小限に抑えるために抗生物質をより良く使用するのに役立つことを期待しています。"
研究チームは、抗菌薬への曝露が、どのように耐性の出現につながるかを研究しました。
大まかには、抗菌薬に対するスーパーバグたちの防御策は、抗菌薬を不活性化したり回避したり、抗菌薬が細胞に入るのを止めたり、抗菌薬が効果を発揮する前に細胞から出したりすることです。しかし、どのようにしてこのような防御を行うのか、その正確な方法はまだ解明されていない。
この新しい研究では、QIのEleftheria Trampari博士とWebber教授らが、サルモネラ菌に2種類の抗生物質を投与して、抗菌薬耐性につながる進化的ストレスを再現した。
サルモネラ菌は、環境中での生息状態を模倣した2種類の状態で増殖・繁殖させた。
ある菌は液体ブロスに浮遊するプランクトン状態でしたが、他の菌はバイオフィルム状態でした。細菌はストレスから身を守るために表面にバイオフィルムを形成し、現実の世界でもほとんどの細菌がバイオフィルムの中に存在しています。
何百世代もの細菌が培養され、抗生物質にさらされました。この進化シミュレーションでは、適者生存により、抗生物質の存在に最も適応した細菌が選ばれました。
研究チームは、この「勝者」がどのようにして耐性を獲得したのかを明らかにするため、耐性菌のゲノムを解読し、非耐性菌の祖先と比較してどの遺伝子が変化したかを特定しました。
その結果、サルモネラ菌が細胞内の有毒な化合物を取り除くために使う分子ポンプに、どちらの抗生物質も異なる変異を選んでいることが判明した。エセックス大学やカリアリ大学の研究者らと共同で、この2つの異なる変異が、ポンプの働きを全く異なる方法で変化させることを発見した。一方はポンプが薬物を捕らえやすくし、もう一方は薬物がポンプをすり抜けるのを容易にした。
サルモネラ菌のゲノムデータベースを検索したところ、これらの変異の1つは、実世界でも複数回発生していることが判明した。この変異は、英国、米国、EUの患者、家畜、食品から採取したサルモネラ菌で、2003年にまでさかのぼる。
この発見は、抗菌薬に対する防御の第一線として、これらのポンプが主要な役割を担っていることを裏付けるものです。
本研究の筆頭著者であるクアドラム研究所のエレフテリア・トランパリ博士は、「この研究は、細菌が常に様々な濃度の抗菌剤にさらされている現実の世界で起こっていることをシミュレートしています」と述べています。
"耐性株がどのように出現するかを研究し、どの薬剤に反応しないかを予測することで、診断や治療戦略の開発に役立てることができます。"
より詳しい情報はこちら Eleftheria Trampari et al, Functionally distinct mutations within AcrB underpin antibiotic resistance in different lifestyles, npj Antimicrobials and Resistance (2023). DOI: 10.1038/s44259-023-00001-8
提供：イーストアングリア大学