細菌薬剤排出ポンプの構造と機能の解明および耐性菌感染症治療薬への応用

阐明细菌药物外排泵的结构和功能及其在耐药细菌感染治疗药物中的应用

基本信息

批准号：
14J30009
负责人：
山崎聖司
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2014
资助国家：
日本
起止时间：
2014-04-25 至 2016-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

一部の菌株は固体・生体表面に付着後、強固なバイオフィルムを形成する。バイオフィルムは宿主免疫回避・抗菌薬浸透阻害に役立ち、細菌の自然抵抗性を大幅に上昇させる。臨床現場では、カテーテルに定着したバイオフィルム産生菌による院内感染や、薬物療法が困難な歯周病・齲蝕が大きな問題となっている。近年、同じく自然抵抗性に寄与する薬剤排出ポンプとバイオフィルムの関係性についての研究が盛んに行われているが、研究グループごとに主張が異なり、議論が紛糾している。そこで、これまでに検討されていない経時的なデータ収集と解析を行い、バイオフィルム形成における薬剤排出ポンプの役割を明確にすることで、議論の終結を目指した。大腸菌バイオフィルム産生株TG1を用いて各薬剤排出ポンプ欠損株を構築した。24時間培養後、全株が正常に生育していたものの、バイオフィルムをcrystal violet で染色し測定した結果、acrABmdtABC欠損株のみ値が著しく小さかった。acrAB欠損株・mdtABC欠損株は正常なバイオフィルムを形成することも確認した。そこで、両ポンプがバイオフィルム形成のどの過程に関与するのか調べるため、経時的観測を行った。acrABmdtABC欠損株のバイオフィルムは、4時間培養時点では十分量存在していたにも関わらず、その後時間依存的に減少し、24時間培養時点ではほとんど消失していた。これらの結果より、AcrABおよびMdtABCは、バイオフィルムの初期の産生過程ではなく、その維持に寄与していることが明らかとなった。両ポンプは、バイオフィルム維持に関わるシグナル物質を排出していると考えている。薬剤排出ポンプとバイオフィルムの関係性に関する研究においては、経時的観測が特に重要であることを示した本論文は、Int. J. Antimicrob. Agents誌に採択・掲載された。

一些菌株在粘附到固体或生物表面后形成坚固的生物膜。生物膜有助于逃避宿主免疫并抑制抗菌剂渗透，大大增加细菌的自然抵抗力。在临床环境中，由定植在导管中的产生生物膜的细菌引起的医院感染以及难以用药物治疗的牙周病和龋齿是主要问题。近年来，人们对药物外排泵和生物膜之间的关系进行了大量研究，这也有助于自然耐药，但每个研究小组都有不同的主张，争论也很混乱。因此，我们的目的是通过收集和分析一段时间内的数据（迄今为止尚未研究过）并阐明药物外排泵在生物膜形成中的作用来结束争论。我们使用大肠杆菌生物膜产生菌株 TG1 构建了每种药物外排泵缺陷菌株。培养24小时后，所有菌株均正常生长，但当生物膜用结晶紫染色并测量时，只有acrABmdtABC缺陷菌株表现出明显较低的值。还证实acrAB缺陷株和mdtABC缺陷株形成正常的生物膜。因此，我们进行了延时观察，以研究这些泵参与了生物膜形成的哪些过程。虽然acrABmdtABC缺陷菌株的生物膜在4小时培养时存在足够的量，但其随后以时间依赖性方式减少并且在24小时培养时几乎消失。这些结果表明，AcrAB 和 MdtABC 有助于生物膜的维持，而不是初始生产过程。这两种泵都被认为可以分泌参与生物膜维护的信号物质。该论文表明纵向观察在药物外排泵与生物膜之间的关系研究中尤为重要，该论文已被接受并发表在《J. Antimicrob Agents》杂志上。