バンコマイシン耐性エンテロコッカスにおけるBac43の台頭

バンコマイシン耐性腸球菌、通称VREは、病院で見つかる細菌だよ。表面から広がったり、ひとからひとに感染したりして、毎年たくさんの感染や死者を出してる。VREの感染は主に2種類の細菌、E. faecalisとE. faeciumからきてるんだ。E. faeciumは他の細菌よりも病院で広がりやすいって知られてる。VREは病院内でよく見られるから、治療を受けているときに感染することがあるんだ。VREが初めて患者に感染すると、病気を引き起こす前に腸内で増殖するかもしれない。でも、VREが腸内でどのように定着して広がるのかはよくわかってないんだ。

#バクテリオシンって何？

バクテリオシンは、細菌が作る他の細菌を殺すことができるタンパク質なんだ。このタンパク質は、混ざり合った環境の中で細菌同士が競争するのを助ける。腸球菌を含む多くの乳酸菌は、このタンパク質を作るんだ。科学者たちは、バクテリオシンが細菌が腸内で広がり、定着するのを助けるかもしれないと考えてるけど、病院ではまだ十分に研究されてない。腸内では、腸球菌が他の細菌と激しく競争してる。マウスの研究では、特定のバクテリオシンを生産するE. faecalisがそれを生産しない他の株に勝つことができるってわかったんだ。バクテリオシンを作る株は、腸内に長く留まることもできる。

腸内に定着するのがVREが感染を引き起こすための第一歩なんだ。腸内にたくさんのVREがいる患者は、それを環境に広げちゃって、他の人を感染させるチャンスを増やしちゃう。だから、バクテリオシンの生成がVREが腸内で広がって感染を引き起こすのを助けるかもしれない。でも、どの特定のバクテリオシンがそれをするかについては詳しい情報が足りないんだ。

#研究概要

この研究では、ある病院システムから6年間で集めたE. faeciumの大規模なサンプルを調べたんだ。このグループには、血液と直腸スワブから取った2,428のE. faeciumサンプルが含まれてた。研究者たちはこの大きなサンプルを通じて、さまざまなバクテリオシン遺伝子を探して、これらの遺伝子が時間とともにどう変化したかを見たかったんだ。これにより、バクテリオシンがE. faeciumが病院で広がるのにどう役立つかを理解しようとしたの。

研究の結果、多くの知られたバクテリオシンがサンプルに見つかったけど、大部分は珍しいか、一貫した活性を示さなかった。bac43というバクテリオシンは約58%のサンプルに見つかって、研究期間中にその存在が増えたんだ。bac43が入ってるサンプルには、他の細菌の成長を抑制できる証拠があったし、異なる遺伝的グループにわたってbac43が見つかったことから、細菌間で共有されていることを示唆してる。

#サンプル収集プロセス

E. faeciumのサンプルは、2016年から2021年までの間に病院で集められたよ。研究者たちは、VREのスクリーニングプログラムの一環として、患者から直腸スワブを取ったんだ。患者は、病院の高リスクエリアに入院したときにテストされ、その後、滞在中に毎週テストされた。E. faeciumによる感染があった患者からは血液サンプルも取った。

臨床微生物学ラボは、直腸スワブサンプルを特別なプレートに塗ってVREのチェックをした。ポジティブサンプルを見つけるたびに、1つの孤立コロニーが選ばれて研究ラボに送られたんだ。それから、その細菌は追加の寒天プレートで培養された。血液サンプルも同様に扱われて、孤立コロニーがさらなる分析のために保存された。

#サンプルの分析

サンプルからDNAが抽出されて、先進的な技術を使ってシーケンスされた。研究者たちは、DNAリードを処理し、組み立てて、遺伝情報を注釈付けするためのパイプラインを使ったんだ。これにより、さまざまなE. faeciumの株とその遺伝的特徴を特定できた。

研究者たちは短いリードと長いリードの両方を使ってハイブリッドアセンブリも作ったよ。これは、2種類のシーケンシングデータを組み合わせて遺伝情報の質を向上させることを意味してる。彼らは、バクテリオシン遺伝子を特定のデータベースを使って組み立てられたゲノムの中から探したんだ。

#バクテリオシン遺伝子に関する発見

研究者たちはサンプル内に17のバクテリオシン遺伝子のクラスターを発見した。4つのクラスターは、19%以上の孤立株に存在していたんだ。最も一般的なものは、enterocin A、bac43、そしていくつかの他のものが含まれてた。

enterocin Aはほぼすべてのサンプルに見つかったけど、多くの遺伝子は機能してなかった。機能するはずの配列の中で、他の細菌を抑制できることが示されたのはほんの一部だけだった。また、enterocin A遺伝子には変異があって、機能に影響を与える欠失や変異があったんだ。

bac43に関しては、構造遺伝子がかなりの部分のサンプルに見つかった。研究者たちは、ほとんどのbac43遺伝子が以前に特定されたバージョンに似ていることを発見した。時間が経つにつれて、サンプル内のbac43の存在が急激に増加して、E. faeciumが病院で広がるのに重要な要素かもしれないことを示している。

#バクテリオシン活性テスト

研究者たちは、いくつかの株がバクテリオシンを生成するかどうかをテストして、感受性のある株を抑制できるかどうかを調べたよ。いろんな株のバクテリオシン活性を決定するためにアッセイを実施したんだ。特定の配列が感受性株を殺すことができる一方で、他は耐性を示した。

enterocin Aについては、いくつかの配列をテストしたけど、その中にはの抑制と耐性を示したものもあった。ただ、他のバクテリオシンがこの活性に寄与してる可能性もあって、enterocin Aだけの正確な役割を特定するのは難しかったんだ。

bac43についても似たようなテストが行われて、ほとんどのテストされた株は感受性株を抑制することができ、bac43を生産する株にも耐性を示した。でも、いくつかの株にはバクテリオシン遺伝子に影響を与える変異があって、結果が異なることもあった。

#遺伝的変異の理解

孤立株間の遺伝的な違いを理解するために、研究者たちは系統解析を実施した。この解析で、bac43とenterocin Aの配列が互いにどれだけ関連しているかが示された。解析の結果、enterocin Aの配列は、共通の祖先から受け継がれたことを示唆するように、縦の伝播を示すようにグループ化される傾向があったんだ。

bac43については、似た配列が一緒にクラスター化する傾向があり、世代を通じて受け継がれた考えを支持してた。でも、同じ配列が異なるグループに現れることもあって、水平伝播が起こることもあることを示してるんだ。

#時間の経過による傾向

研究者たちは、bac43の存在が研究期間中にどのように変化したかも調べたよ。顕著な増加が見られて、bac43はサンプルの8%から2021年の終わりには91%にまで上昇した。bac43に関連する特定の遺伝的タイプ（MLST）も時間とともに変化して、特定のタイプがより一般的になったんだ。

対照的に、機能的なenterocin Aの存在は、そんなに明確な傾向を示さなかった。研究の初期に主に見られたけど、特定の遺伝的タイプとの強い関連はなかった。

#異なるサンプルソースの比較

研究者たちは、直腸スワブと血液サンプルでどれだけ機能的なenterocin Aが見つかるかを比較したよ。直腸スワブよりも血液サンプルに多くのenterocin Aが見られた。一方で、bac43は直腸スワブに多く見つかったんだ。でも、バンコマイシン耐性の孤立株に限って分析したときは、バクテリオシンの存在について2つのサンプルタイプ間で有意差はなかった。

#結論

腸球菌、特にE. faeciumは、さまざまな宿主種の腸内に見つかって、多くの他の種類の細菌と競争してるんだ。バクテリオシンはこの競争において効果的なツールだと考えられてるけど、臨床状況での役割についてはほとんど知られてない。

この研究では、臨床E. faeciumの孤立株で最も一般的で機能的なバクテリオシンであるbac43に焦点を当てたんだ。6年間の間に、病院内でのbac43の存在は大きく増加したよ。

bac43は数十年知られていたけど、最近の増加傾向は、E. faeciumが広がり、腸内で定着するのに重要な役割を果たしている可能性を示唆している。ただ、bac43がどのように機能するか、また、E. faeciumが臨床環境で本当に占有するのを助けているのかを理解するには、さらなる研究が必要だ。研究はまた、enterocin A遺伝子についての洞察も提供して、多くの株が非機能であることを明らかにし、いくつかが活性の兆候を示したんだ。

この研究は、腸球菌におけるバクテリオシンの詳細な調査を提供して、医療環境における耐性細菌の伝播に対する影響についてのさらなる研究の必要性を強調しているよ。