Caulobacter crescentusのバイオフィルムから酸素を遮断すると、eDNAによって刺激された細胞分散が毒素-抗毒素系に依存すること

微生物学・感染症学分野
Caulobacter crescentusのバイオフィルムから酸素を遮断すると、eDNAによって刺激された細胞分散が毒素-抗毒素系に依存すること

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Cecile Berne et al.
2022年12月7日
https://doi.org/10.7554/eLife.80808

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概要
ほとんどの細菌は、自然環境において、バイオフィルムと呼ばれる表面に付着した複雑な多細胞のコロニーとして好んで生活している。バイオフィルムは、表面に付着した数個の細胞から始まり、そこで増殖して成熟したコロニーを形成する。バイオフィルムの状態が悪くなると、細胞はバイオフィルムから離脱することができる。この分散は、バイオフィルム全体の構造を変化させ、新しい環境でのコロニー形成を促進する重要なプロセスであると考えられている。Caulobacter crescentusのバイオフィルムでは、細胞死によって細胞外DNA（eDNA）が放出され、新生細胞が定着したバイオフィルムに加わるのを防いでいる。このため、eDNAは新生細胞の拡散を促し、新たな環境へのコロニー形成を促進する。これらのことから、eDNAはバイオフィルム内の有害な環境条件を感知するための手がかりとなることが示唆された。我々は、毒素-抗毒素系（TAS）であるParDE4が、バイオフィルムのO2利用率が低下した領域で細胞死を促進することを示す。O2可用性が低い条件では、eDNA濃度が細胞死と相関する。parDE4を欠損させると、局所的なeDNA濃度の低下により、バイオフィルムからの細胞の離散が減少することがわかった。parDE4の発現はO2によって正に制御されており、O2の利用可能性が低いバイオフィルムではこのオペロンの発現が減少する。このように、O2制御TASを用いたプログラム細胞死機構は、バイオフィルムのO2利用可能性が低下した領域からの分散を促し、よりホスピタリティの高い新しい環境でのコロニー形成を促進することが分かった。

編集部からの評価
この研究では、毒素-抗毒素システムが、酸素が制限された条件下でのバイオフィルムの分散に寄与しているという説得力のある証拠を提示している。この研究は、微生物生理学の2つの分野に重要な貢献をしている。すなわち、これまでほとんど解明されていなかった毒素-抗毒素系の機能的理解と、バイオフィルム生理学の重要な側面でありながらあまり理解されていない、バイオフィルム分散性のメカニズム的制御である。

https://doi.org/10.7554/eLife.80808.sa0
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