エネルギー代謝の障害がリボソームタンパク質レベルを低下させ、アミノグリコシド耐性を高める

Core Concepts

エネルギー代謝の障害により、リボソームタンパク質の発現が低下し、アミノグリコシド耐性が高まる。

Abstract

本研究では、大腸菌のTCA回路やETC関連遺伝子の欠損株がアミノグリコシド耐性を示すことを明らかにした。

TCA回路やETC関連遺伝子の欠損株は、野生株に比べて、ストレプトマイシン、ゲンタマイシン、アミカシンに対する耐性が高かった。
耐性株では、エネルギー代謝に関連するタンパク質の発現が上昇していた。これにより、ATP産生や膜電位を維持し、アミノグリコシドの取り込みを抑えていると考えられる。
一方で、リボソームタンパク質やリボソーム生合成、翻訳関連因子の発現が全ての耐性株で低下していた。これがアミノグリコシド耐性の主要な要因と考えられる。
膜電位の変化やアミノグリコシドの取り込み量には、耐性株と野生株で差がみられなかった。
以上より、エネルギー代謝の障害がリボソームタンパク質の発現を低下させ、アミノグリコシド耐性を高めることが示唆された。

Stats

野生株と比べ、ΔsucA、ΔgltA、ΔnuoIの各欠損株では、ゲンタマイシン50 μg/mlに対する生存率が3.5時間の対数増殖期に104倍以上高かった。
一方、Δicd欠損株では、野生株と同程度の感受性を示した。

Quotes

「エネルギー代謝の障害により、リボソームタンパク質の発現が低下し、アミノグリコシド耐性が高まる」
「TCA回路やETC関連遺伝子の欠損株は、野生株に比べて、ストレプトマイシン、ゲンタマイシン、アミカシンに対する耐性が高かった」
「耐性株では、エネルギー代謝に関連するタンパク質の発現が上昇していた」
「一方で、リボソームタンパク質やリボソーム生合成、翻訳関連因子の発現が全ての耐性株で低下していた」

Key Insights Distilled From

METABOLIC DISRUPTION IMPAIRS RIBOSOMAL PROTEIN LEVELS, RESULTING IN ENHANCED AMINOGLYCOSIDE TOLERANCE

by Shiraliyev,R... at www.biorxiv.org 12-21-2023

https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2023.12.20.572673v3

Deeper Inquiries

エネルギー代謝の障害以外にも、リボソームタンパク質の発現を低下させる要因はないだろうか。

本研究では、TCAサイクルおよび電子伝達鎖（ETC）遺伝子の欠失がアミノグリコシド耐性を増加させることが示されました。さらに、タンパク質の量を定量化するために質量分析を行い、これらの変異株と野生株を比較しました。この解析により、アミノグリコシドに対する耐性が高い変異株では、リボソームの結合タンパク質、リボソームの形成、翻訳因子活性、およびリボヌクレオシド一リン酸の生合成と関連するタンパク質の量が低下していることが明らかになりました。したがって、リボソームタンパク質の発現低下がアミノグリコシド耐性に寄与している可能性があります。

アミノグリコシド耐性以外の抗生物質に対する耐性メカニズムにも同様の現象は見られるのだろうか。

本研究で示されたメカニズムは、アミノグリコシド耐性に焦点を当てていますが、他の抗生物質に対する耐性メカニズムにも同様の現象が見られる可能性があります。細菌は、さまざまな抗生物質に対してさまざまな耐性メカニズムを持っており、エネルギー代謝の変異が他の抗生物質に対する耐性にも影響を与える可能性があります。したがって、他の抗生物質に対する耐性メカニズムにおいても、リボソームタンパク質の発現低下などの現象が観察される可能性があります。

本研究の知見は、他の細菌種におけるアミノグリコシド耐性メカニズムの解明にも役立つだろうか。

本研究で得られた知見は、他の細菌種におけるアミノグリコシド耐性メカニズムの解明にも役立つ可能性があります。エネルギー代謝の変異がアミノグリコシド耐性に影響を与えることが示されたため、他の細菌種においても同様のメカニズムが存在する可能性があります。さらに、リボソームタンパク質の発現低下が耐性に寄与することが示されたため、この知見は他の細菌種におけるアミノグリコシド耐性メカニズムの理解に貢献する可能性があります。他の細菌種における同様の研究を通じて、本研究の知見がさらに拡大され、広範な抗生物質耐性メカニズムの理解に寄与することが期待されます。