抗生物質耐性菌の弱点

深刻化する抗生物質耐性の危機と戦うため、研究者たちは細菌の生存の背後にある生物学的メカニズムをさらに深く探究しています。カリフォルニア大学サンディエゴ校のギュロル・スエル教授がアリゾナ州立大学とスペインのポンペウ・ファブラ大学の協力者と共同で行った新しい研究では、抗生物質耐性菌の脆弱性が明らかになりました。調査の焦点は、抗生物質耐性を発達させる能力があることで知られる細菌である 枯草菌 でした。彼らの研究を推進する中心的な疑問は、抗生物質耐性特性を持つ変異細菌がなぜ自動的に集団を支配しないのかということでした。抗生物質耐性遺伝子の存在は、理論的には細菌に生存上の利点を与えるはずだが、これらの変異体は必ずしも非耐性変異体よりも優位に立つとは限らない。研究チームは、耐性は無制限に増殖できるフリーパスではないことを発見した。その代わりに、耐性には隠れたコスト、具体的にはこれらの耐性株が優勢になるのを防ぐ生理学的制限が伴う。この発見は Science Advances 誌に発表され、抗生物質耐性が代謝に負担をかけることを明らかにした。この発見は、従来の薬物や有害な化学物質に頼らない抗生物質耐性への新たな対処法を示唆している点で特に重要である。耐性菌を殺そうとする代わりに、科学者はこの代謝コストを利用してその増殖を制限できる。彼らの研究の核心は、細菌細胞内のリボソームの役割であった。タンパク質合成を担う分子機械であるリボソームは、正しく機能するためにマグネシウムイオンに依存している。しかし、耐性菌は遺伝子変異により、マグネシウムイオンをめぐってアデノシン三リン酸（ATP）分子と不釣り合いに競合するリボソーム変異体を作り出します。ATPは細菌細胞の主なエネルギー源です。リボソームとATPの間のマグネシウムをめぐるこの競合は、耐性菌にとって生理学的に不利な結果をもたらします。枯草菌の場合、「L22」と呼ばれる変異したリボソーム変異体は、通常の非耐性リボソームよりもこの競合によって妨げられます。研究者は、このマグネシウムの枯渇により耐性菌の成長が遅くなり、予想どおりに菌群を圧倒するのを防ぐことを発見しました。これは、マグネシウム制限が抗生物質耐性菌を抑制する戦略として使用できることを示唆しています。「抗生物質耐性は細菌が生き残るための大きな利点であると考えられることが多いですが、細菌の増殖には、環境におけるマグネシウム制限に対処する能力の方が重要であることがわかりました」とSüel氏は述べています。研究チームの発見は、細菌環境中のマグネシウムを標的にして、耐性菌を選択的に抑制し、非耐性菌には影響を与えないという可能性を開いた。可能性のある方法の 1 つは、マグネシウムイオンのキレート化で、これは基本的にマグネシウムと結合して除去し、耐性菌からこの重要な資源を奪うことになる。さらに、この研究は、抗生物質耐性という世界的な問題に対する薬剤を使わない解決策を模索する研究の増加に寄与する。10 月初旬、シカゴ大学の Süel 氏と彼の同僚は、感染症と闘うために人間の皮膚上の細菌の電気的活動を利用するバイオエレクトロニクス デバイスを発表した。このアプローチは、表皮ブドウ球菌 (院内感染の一般的な原因) に対して有効であることが証明されており、従来の抗生物質に頼らずに細菌耐性を管理する方法の別の例を示している。Süel 氏が指摘するように、抗生物質の過剰使用と広範な普及により、新しい効果的な抗生物質がますます少なくなるという悲惨な状況が生まれている。 「有効な抗生物質が枯渇しつつある」と同教授は警告。「数十年にわたる抗生物質の乱用により、抗生物質は北極から海洋、地下水に至るまで、世界中に拡散している」。革新的で薬剤を使わない代替品の必要性はかつてないほど切迫しており、この新しい研究は抗生物質耐性菌を制御する有望な手段を提供している。

SuppBase コラムニストの Alice Winters による解説

スエル教授と彼の同僚らが行った研究は、科学的探究が世界的な健康危機に対するより洗練された非薬理学的解決策へと移行していることを示す興味深い例である。 抗生物質は何十年もの間現代医学の要となってきましたが、その過剰使用により耐性菌が生まれ、代替治療の必要性がさらに高まっています。この研究の中心的な洞察、つまり抗生物質耐性は代謝コストを伴うという洞察は、ゲームチェンジャーとなる可能性があります。この洞察は、細菌耐性をこれまで以上に強力な薬剤で打ち負かそうとするパラダイムから、これらの細菌の自然な限界を理解して利用することへとパラダイムをシフトさせます。耐性菌を抑制するための選択的方法としてマグネシウム制限を使用するというアイデアは、斬新で説得力があります。細菌自身の生物学的脆弱性を利用することで、耐性サイクルに寄与しない、ターゲットを絞った、害の少ない治療につながる可能性があります。ただし、このアプローチは有望ですが、慎重さを保つことが重要です。たとえば、マグネシウムキレートの使用は、宿主環境に意図しない結果をもたらす可能性があります。マグネシウムは、人間や他の動物の多くの生物学的プロセスに不可欠な要素であるため、マグネシウムを標的とする介入は、より広範な微生物生態系を混乱させないように細かく調整する必要があります。これらの方法の安全性と実用性を評価するには、さらなる研究が必要です。抗生物質耐性との戦いというより広い文脈において、この研究は従来のアプローチに代わる斬新な選択肢を提供します。細菌自体を直接標的とするのではなく、細菌の生存を支える環境的および生理学的要因に焦点を当てることで、研究者はスーパーバグとの戦いで新しい武器を解き放った可能性があります。ただし、これは、抗生物質の処方と使用方法の世界的な変更、代替治療法の研究の増加、そもそも感染を防ぐことへの新たな焦点など、より大規模で多面的な戦略の一部と見なされる必要があります。科学者がこれらの薬物を使用しない方法を研究し続けるにつれて、それらが既存の抗生物質を補完し、場合によってはそれらに取って代わることが期待されます。次のステップは、これらの実験結果を臨床現場でテストできる実際の治療法に応用することです。成功すれば、これは現代の最も差し迫った公衆衛生上の課題の 1 つとの戦いにおける転換点となる可能性があります。