TSUKUBA FUTURE #121：微生物が形成する社会を科学する
医学医療系 尾花 望 助教
地球上のあらゆる场所に生息している生き物、それが细菌です。深海や高山、地中はもちろん、ヒトをはじめとした动物の体内にもさまざまな细菌がすんでいて、多様な环境に适応しています。そうした细菌の生存戦略として注目されているのが、バイオフィルムという形态です。ひとことで言うと、细菌の集合体のことで、虫歯の原因になる歯垢もバイオフィルムの一种です。その中には虫歯菌や歯周病などの细菌が集まっています。この他、キッチンのシンクや浴槽、排水管のぬめりなどもバイオフィルムです。また、ヒトの肠内细菌も、多くがバイオフィルムとなって存在していると考えられています。
细菌といえば単细胞で、普段はバラバラに生活しているように思われがちですが、地球上の8割以上の微生物がバイオフィルムの状态で生息しているという研究もあります。近年の研究で、バイオフィルム内では、同一种の细菌であっても役割分担がなされ、外部の环境や抗生物质などに対する抵抗性を高めていることが分かってきました。アリやハチなどの社会性昆虫と同様に细菌もある种の社会を形成し、生き残りを図っているのです。
尾花さんたちの研究チームは、食中毒の原因となる细菌の一种「ウェルシュ菌」が周囲の温度に応じて、异なるバイオフィルムを形成することを突き止めました。
ヒトの体内に生息する细菌は一般に、宿主であるヒトの体内温度（约37度）に応答して活动を调节していることが知られています。しかし、ウェルシュ菌の场合、ヒトの体温よりも低い约25度で生育した场合に限り、弾力性の高い膜状のバイオフィルムを形成することが分かりました。一方、约37度で生育した场合は、集団を形成するものの、弾力性のある膜は形成されません。その代わり、物质の表面に付着する力は25度で培养した细胞よりも高くなっていました。尾花さんたちはウェルシュ菌が弾力性あるバイオフィルムを形成するために必要な遗伝子も発见し、この遗伝子がコードするタンパク质を叠蝉补础と名付けました。叠蝉补础はウェルシュ菌の细胞の外部に放出されると、プラスチックのようにポリマー化して细胞を包み込み、界面活性剤や强酸にさらしても壊れないようになります。
ウェルシュ菌は大気レベルの酸素に触れると死灭してしまう「偏性嫌気性细菌」です。しかし、叠蝉补础ポリマーに覆われると、周辺に酸素があってもなかなか死灭せず、抗生物质（ペニシリン）に対する抵抗力も高まりました。さらに面白いことに、叠蝉补础ポリマー内のウェルシュ菌は叠蝉补础を产生する细胞と产生しない细胞に分かれており、叠蝉补础产生细胞は非产生细胞の上部を覆うように存在していました。
宿主の体外に排出されたウェルシュ菌は、体温より低い温度を感知して叠蝉补础ポリマーを产生し、外部环境から身を守る。その一方で、叠蝉补础非产生细胞が物质表面に张り付く役割を果たす。细胞のこのような分业が、宿主外における、ウェルシュ菌の生存戦略だったのです。嫌気性の肠内细菌が宿主の外でどのように生存するのか、その一端がこの研究で明らかになりました。肠内细菌の生存戦略やバイオフィルムの形成メカニズムの解明が进めば、肠内细菌が関わる病気の予防や治疗につながることが期待されます。
学生たちには「実験に失败したと言わず、出た结果の理由を考える。それが新発见につながる」とよく话す。ウェルシュ菌の研究も、培养温度の设定ミスが出発点だった。
尾花さんを中心とした国际研究チームは今年3月、肠内细菌に関する新しい知见を発表しました。注目したのは、抗菌薬が効きにくい「ディフィシル菌」という细菌でした。
ヒトの肠の中には、さまざまな细菌がバランスを取りながら生息しています。しかし、抗菌薬を服用したりすると、そのバランスが崩れ、抗菌薬に强い菌だけが异常に増殖することがあります。その典型例の一つが、ディフィシル菌が异常に増殖し、下痢などの症状を発症する「ディフィシル感染症」（颁顿滨）です。研究チームはさまざまな细菌のゲノム情报をコンピューターで解析し、ディフィシル菌を含む幅広い肠内常在细菌が、抗菌薬への耐性に関係する「础搁贰-础叠颁贵遗伝子」を持っていることを突き止めました。
嫌気性细菌の培养は无酸素ケースの中で行う
更に、ディフィシル菌が保有する础搁贰-础叠颁贵遗伝子（cplR）には、リンコサミド系とプレウロムチリン系の抗菌薬に対する耐性を付与する働きがあることも明らかにしました。これらの抗菌薬は、细胞内のタンパク质合成装置である「リボソーム」に结合し、タンパク质の合成を阻害することで细菌の生育を抑制します。ところが、ディフィシル菌の场合、リボソームに抗菌薬が结合していると、cplRが発现し、リボソームから抗菌薬を解离する働きをすることが分かりました。
今回の解析では、cplRはウェルシュ菌や高病原性のボツリヌス菌などでも保存されていることも明らかになりました。その働きの解明が更に进めば、颁顿滨の予防?治疗法开発はもちろん、新たな薬剤耐性菌の出现対策にも贡献するに违いありません。
尾花さんは幼い顷から生き物が好きで、筑波大生物学类に进学。大学院では、遗伝子の働きを调节するメカニズムに注目して研究に取り组みました。博士课程修了后に所属した研究室で、微生物も「社会」を形成することを知って感动し、研究の幅を広げて来ました。「地球上の谁も知らないことを、最初に知ることができる。それが、研究の醍醐味であり、楽しみでもある」と言います。肠内细菌と免疫の関係など、研究対象を更に広げる尾花さんの今后の成果が待たれます。
（文責：広報局 サイエンスコミュニケーター）