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遺伝子的に同一の単一細菌種の細菌集団中であっても、ある一定の確率（約百万分の一）で増殖速度が通常より非常に遅いあるいは全く増殖しない細菌（休止細菌）の亜集団が生じることがわかってきた。抗生物質は細菌の増殖を標的として細胞を死に至らしめる。しかし、休止細菌は細胞増殖を行わないため、抗生物質の作用を受けず、複数種の抗生物質に対して寛容性を示し生存し続ける。休止細菌は増殖の抑制すなわち表現型の変異であるため、遺伝子型の変異である抗生物質耐性菌とは異なり、その性質は非遺伝性であり可逆的である。上記の性質から、休止細菌は臨床現場において抗生物質治療後の感染症再燃の原因となっている。我々は細菌細胞の増殖を標的とした休止細菌マーカー株を開発し、休止細菌の分子機構解明を行うことを着想した。
本研究では、Z-ring形成に関与するFtsZをターゲットとして大腸菌の細胞分裂を可視化し、増殖が抑制されている細胞（休止細菌）をセルソーターによって分取した。分取した細菌は、通常の細菌に比べて 50 倍以上の抗生物質抵抗性を示すDormant Persistersであることを確認した。つぎに、マイクロアレイを用いた遺伝子発現解析を行った結果、Dormant Persistersは嫌気的な代謝を亢進させていることを見出した。そこで、ldhAの発現状態を可視化できるように、ldhAのプロモーター領域下流に蛍光タンパク質Venusを配置したプラスミドを大腸菌に導入した。この株の挙動をマイクロ流体デバイス内でタイムラプス観察した結果、ldhAの発現は確率的で、一部の細菌が一時的に強く発現することが明らかとなった。また、ldhAを発現した細菌は、発現していない細菌に比べて増殖が抑制されていることが確認された。
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