メタボローム解析による抗菌薬の殺菌メカニズムとしての酸化ストレスの解明

2017 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 16K11446
• Research Institution: Tokushima Bunri University
• Principal Investigator: 三宅 洋一郎 徳島文理大学, 保健福祉学部, 教授 (80136093)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 村上 圭史 徳島大学, 大学院医歯薬学研究部(歯学系), 准教授 (10335804) ; 馬渡 一諭 徳島大学, 大学院医歯薬学研究部(医学系), 講師 (40352372) [Withdrawn] ; 弘田 克彦 徳島大学, 大学院医歯薬学研究部(歯学系), 准教授 (60199130) [Withdrawn]
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 難治性感染症 / 緑膿菌 / 抗菌薬 / 抗酸化能 / トランスクリプトーム解析 / メタボローム解析

Outline of Annual Research Achievements

ペニシリンの発明以来種々の抗菌薬が作られてきて，その抗菌・殺菌メカニズムについての研究も行われてきた。しかし，現在までに解明されている抗菌・殺菌メカニズムだけでの説明は困難であり，特に抗菌薬耐性や抗菌薬抵抗性の解明には至っていない。そこで抗菌薬の新たな殺菌メカニズムとして，抗菌薬投与により菌体内で酸化ストレス反応が生じ，その結果ゲノムDNAが損傷を受け，細菌が死滅すると言う，という概念が提唱され注目されている。しかしながらこのモデルには未だ不明な点が多い。我々はこれまで固層に付着した細菌や，バイオフィルムを形成した細菌が，抗菌薬に対し抵抗性を示す現象に着目して来た。抗菌薬抵抗性とは，細菌が抗菌薬存在下で増殖はできないが殺菌はされにくい状態を示すものである。そこで，抗菌薬抵抗性と酸化ストレスの関連について検討を行い，抗菌薬抵抗性メカニズムを解明し，新たな抗菌薬のターゲットを探索することを目的としている。本研究では，バイオフィルムのモデル微生物であり，慢性感染症の起炎菌となることも多い緑膿菌を用いて研究を進めている。本年度は，以下の３つの実験項目について検討を行った。
1) 酸化ストレスマーカーによる抗酸化能の解析により，psl欠損株でSOD, カタラーゼ，NAD, NADHの測定を現在行ったところ，NAD, NADH活性のみが野生株と比較し，有意に低下していることが明らかになった。
2) CE-MSを用いたメタボローム解析の結果を得，現在その解析を行っている。
3) トランスクリプトーム解析による抗菌薬添加による遺伝子発現の影響については，マイクロアレイによる解析を予定したが，次世代シークエンスによるRNA-seqに切り替え，解析を行う準備をしている。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

1) 酸化ストレスマーカーによる抗酸化能の解析：psl遺伝子欠損株はカルバペネム，キノロン，アミノグリコシド系抗菌薬に対し，感受性は変わらないもの，抵抗性が低下していることを明らかにした。このpsl欠損株では，過酸化水素に対する抵抗性も低下していたことから，抗酸化能が低下していることが推測される。そこでpsl欠損株でSOD, カタラーゼ，NAD, NADHの測定を現在行ったところ，NAD, NADH活性のみが野生株と比較し，有意に低下していた。
2) CE-MSを用いたメタボローム解析：カルバペネム系抗菌薬添加後の緑膿菌について，CE-MSによるメタボローム解析を実施しており，現在データ解析を行っている。
3) トランスクリプトーム解析による抗菌薬添加による遺伝子発現の影響：当初はマイクロアレイによる解析を予定したが，次世代シークエンスによるRNA-seqに切り替え，解析を行う準備をしている。

Strategy for Future Research Activity

現在CE-MSによるメタボローム解析を実施し，データ解析を行っている。また，RNA-seqを実施する準備も整っている。これらの結果を総合的に解析することで，抗菌薬添加による，細菌のストレス応答や酸化ストレスの影響について新たな知見が得られるはずである。また，これまでに，緑膿菌臨床分離株において，抗菌薬抵抗性がPAO1株よりも低い株を数株見出している。これらの抗菌薬抵抗性が低い株における抗酸化能などについても検討を加え，酸化ストレスと抗菌薬抵抗性との関連について幅広く解析して行く予定である。

Causes of Carryover

当初はトランスクリプトーム解析による抗菌薬添加による遺伝子発現の影響をマイクロアレイによる解析を予定していたが，より詳細な分析のできる次世代シークエンスによるRNA-seqに切り替え次年度に解析を行うこととしたため，次年度使用額が生じた。