2019 Fiscal Year Research-status Report
Mechanisms of Bacterial Competition and Coordination: Adaptation to Hostile Environments
| Project/Area Number |
18K19451
|
|---|
| Research Institution | Osaka University |
|---|
Principal Investigator |
西野 邦彦 大阪大学, 産業科学研究所, 教授 (30432438)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2021-03-31
|
| Keywords | 異種細菌 / 環境適応 / ポンプ / 系統解析 / 進化 / 阻害剤 / 大腸菌 / インフルエンザ菌 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
人体には、自身の細胞数の約１０倍にあたる数の細菌が生息しているが、これまでの細菌学では、歴史的に、シャーレを用いて単一種の細菌を分離する純粋培養にもとづく解析がほとんどであったため、異種細菌間の競合・協調についての理解が進んでいない。本計画は、異種細菌間の情報伝達ネットワークを同定して、ネットワークを形成している分子と、情報伝達物質や宿主環境に存在する物質との相互作用を構造的に明らかにし、異種細菌間の競合・協調や、宿主環境適応機構解明を目指すものである。
近年の研究から大腸菌をはじめとする細菌のRND型薬剤排出ポンプAcrBが、宿主環境への適応や、異種細菌が存在する中での生存に関与していることが明らかになりつつある。そこで、本研究では、異種細菌に存在する数百個ものRND型薬剤排出ポンプについて系統発生に関する解析を進めた。
その結果、インフルエンザ菌の多剤排出ポンプAcrB（AcrB-Hi）が、進化上、比較的古い排出ポンプであることを明らかにし、新しいポンプである大腸菌AcrB（AcrB-Ec）との機能を比較して解析を行った。様々なポンプ阻害剤が開発されているが、本研究では、これら阻害剤が進化的に古いインフルエンザ菌のポンプに効力を示さない等、全てのRND型の多剤排出ポンプを阻害できない可能性があることが分かった。また、排出ポンプAcrBに加えて、外膜タンパク質OmpP2との組み合わせで、インフルエンザ菌のβ-ラクタム系抗菌薬感受性が決定されていることを分子的に証明し、新たな知見を提供することができた。数百種類にもおよぶ排出ポンプの系統解析は、これまでに研究されていなかった他の細菌や生物に存在する排出ポンプの機能と分類を予測するのにも役立つと考えられる。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
インフルエンザ菌b型（Hib）は、臨床的に問題となっている病原細菌であり、今日、抗菌薬に耐性を示す細菌の出現が、世界中で、人の健康の脅威となっている。細菌多剤耐性化機構の１つとして、RND型排出ポンプの存在があり、このポンプは、多くの構造的に関連性のない抗菌薬や毒物を排出する。本研究では、異種細菌に存在する数百種類以上ものRND型ポンプを解析することで、インフルエンザ菌の多剤排出ポンプAcrB（AcrB-Hi）が、進化上、比較的古い排出ポンプであることを明らかにし、新しいポンプである大腸菌AcrB（AcrB-Ec）との機能を比較して解析を行った。AcrB-Hiは、AcrB-Ecから系統的に離れているにもかかわらず、Hib感染症治療に用いられるβ-ラクタム系抗菌薬を含め、AcrB-Ecと同様に幅広い薬剤を排出する能力が備わっていることを実験的に証明した。RND型ポンプにみられる多剤排出能は進化的に獲得されたものではない可能性があり、古来、この能力が備わっていたことが示唆されるという新しい知見を得ており、おおむね研究は順調に進展していると判断される。
|
| Strategy for Future Research Activity |
これまで、大腸菌のAcrB多剤ポンプは、RND型ポンプによる細菌の多剤耐性化を理解するためのモデルとして研究が進められてきた。しかし、他の細菌種におけるRND型ポンプについては、情報が少ないものが多く、さらに、これらポンプの進化と遺伝的関連をより理解するための系統解析の報告例は極めて少なく、まだ完全に理解されていない。本研究で行われた数百種におよぶポンプの系統解析は、他の細菌や生物種に存在する未知のポンプをより簡便に分類するためのツールとして役立つため、今後はさらに多くのRND型ポンプの機能解析を進めて行く予定である。また、RND型ポンプは通常、多剤耐性因子として単一的に解析が行われる例が多いが、細菌薬剤感受性を決める薬剤の細菌内濃度は、ポンプによる能動的排出と膜バリア機能の両方の影響を受ける。したがって、細菌の薬剤耐性化を理解するためには、排出ポンプと外膜ポリンの両方を組み合わせて調べることが重要であることが分かった。さらに、RND型多剤排出ポンプは、進化の過程で複数の抗菌薬を認識できる能力を持った訳ではなく、古来、この機能はポンプに存在していたことが示唆される。他の細菌種に存在するより多くの排出ポンプを研究して、それらの系統発生的関係と機能をより理解した上で、分子レベルで細菌多剤耐性を克服することを目指すとともに、異種細菌間での競合や宿主環境適応におけるポンプの生理的役割を複数種の菌において解析を進めていく。
|
| Causes of Carryover |
3月に予定していた研究成果発表会について、新型コロナウイルス感染拡大防止のためキャンセルとなり、旅費が当初計画していたより少なくなり、次年度使用額が生じた。また、その他、物品費等についても、今年度は主に計算機等を使用した解析が中心となったため、予定より支出が少なく、計画実験を次年度に行うことになったため、次年度使用額が生じた。
|
-
-
-
-
-
-
-
[Presentation] K. Nishino2019
Author(s)
Antibiotic-Resistant Bacteria: Biggest Threats and Data
Organizer
The 1st AIRC-ISIR International Symposium
Int'l Joint Research / Invited
-
[Presentation] K. Nishino2019
Author(s)
Antibiotic-Resistant Bacteria: Biggest Threats and Data
Organizer
8th imec Handai International Symposium
Int'l Joint Research / Invited
-
-
