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12月31日 寄生している細菌の数を測るホストシステム(12月20日 Science 掲載論文)

2019年12月31日

細菌が増殖する際、到達した密度に応じて細胞の活性を変化させたり、バイオフィルムを形成したりするコミュニケーションメカニズムはクオラムセンシング(QS)と呼ばれ、例えば歯周病など局所で持続する細菌感染の治療標的として重要なメカニズムだ。

今日紹介するベルリンのマックスプランク感染生物学研究所からの論文はバクテリア同士のQSシステムがホスト側でも感知され、これを用いて細菌に対する防御反応を用意するという可能性を示した面白い研究で12月20日号のScienceに掲載された。タイトルは「Host monitoring of quorum sensing during Pseudomonas aeruginosa infection (緑膿菌感染時のホストによるクオラムセンシングのモニタリング)」だ。

研究ではQSの分子メカニズムについて研究が進んでいる緑膿菌を用いて、バクテリア間のコミュニケーションに使われるQS分子が、ホストの細胞でも検知できるか、またどのような作用を及ぼすかを調べている。さらに、これまでの研究から、QS分子を検知するホスト側の分子は、ダイオキシンの作用を媒介することでも有名な、本来は異物の代謝系を活性化させるマスター分子、Aryl Hydrocarbon Receptor(AhR)であると仮説を立てて研究している。

緑膿菌は細胞密度に応じて異なるQS分子を分泌し、自らの増殖を調節することが知られている。この増殖初期、中期、後期の上清をAhRレポーターを発現した培養細胞株に加えると、初期では抑制が、後期になるに従って活性化が起こることがわかる。また、AhR により活性化される代表的遺伝子であるCyp1の発現も後期の上清、およびそこから抽出される後期のQS分子(1HPで代表させる)で誘導される。一方初期上清中の分子(HSLで代表させる)は、AhR の機能を阻害することがわかった。また、1HP(後期)やHSL(初期)を細胞に加えて誘導される分子を調べると、1HPでは異物の代謝システムのみならず、炎症誘導性のサイトカインが上昇し、一方HSLではそれが抑制されることを示している。

以上の結果から、ホスト側の細胞も、バクテリア同士のコミュニケーションシステムを感知することでバクテリア数を感知することができ、細菌数が少ない時は防御システムを抑え共生を目指し、細胞が多くなると防御システムを動員して排除を目指すことがわかった。

最後に生きた生物でこの機能が働いているのか確かめるために、まずゼブラフィッシュを培養上清に晒す実験を行い、培養細胞と同じようにAhRが初期、後期のQS分子を分別できることを示している。そして最後に、マウスの肺に緑膿菌を感染させる実験を行い、後期増殖期の細菌ほど排除される効率が高まり、これにAhRが関わること、さらに増殖初期の細菌は除去されにくいことを示している。

他にも、除去に関わる炎症分子の発現なども調べているが、AhRが細菌の状態を検出して、適切に対応するためのセンサーとして、実際の生体内で働いていることが証明されたと思う。

AhRはほとんどの動物に存在し、様々な化合物と結合して異物を認識することがわかっており、おそらく他の細菌の検出にも重要な役割を演じている可能性がある。これがわかると、慢性感染症の新しい治療が可能になるかもしれない。


  1. okazaki yoshihisa より:

    ホスト側の細胞(AhR分子):
    1:バクテリア同士のコミュニケーションシステム(QS分子)を感知する
    2:細菌数が少ない時は防御システムを抑え共生を目指す
    3:細菌数が多くなると防御システムを動員して排除を目指す
    Imp:
    年末の気分転換にライフゲーム(https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%A9%E3%82%A4%E3%83%95%E3%82%B2%E3%83%BC%E3%83%A0)関係の本を読んでいます。今日の論文、自分の周辺環境情報を化学分子(QS分子、AhR分子)を介してやり取り・処理し、各々(細菌、ホスト細胞)の内部状態を意思決定し全体としてパターンを自己組織化していく点でライフゲームと酷似していると感じました。

  2. okazaki yoshihisa より:

    2019年12月31日です。
    今回の論文で、2019年1月1日~2019年12月31日までの365報の論文ワッチ、全て読んだことになります(1月に立てた目標達成)。今では、すっかり日課になってしまいました。2020年もワクワク情報、楽しみにしております。

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