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真菌や細菌の粘着性のある外層は「細胞外マトリックス」（ECM）と呼ばれ、ゼリー状の粘稠性を持ち、保護層や殻として機能します。しかし、マサチューセッツ大学アマースト校とウースター工科大学が共同で行った、iScience誌に掲載された最近の研究によると、一部の微生物のECMはシュウ酸などの単純な酸が存在する場合にのみゲルを形成することが分かりました。googletag.cmd.push(function() { googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2′); });
ECM は抗生物質耐性からパイプの詰まり、医療機器の汚染まであらゆる問題に重要な役割を果たしているため、微生物が粘着性のあるゲル層をどのように操作するかを理解することは、私たちの日常生活に幅広い影響を与えます。
「私はずっと微生物のECMに興味を持っていました」と、マサチューセッツ大学アマースト校微生物学教授で、本論文の筆頭著者であるバリー・グッデル氏は述べています。「ECMは微生物を保護する不活性な外層だと思われがちですが、実は微生物細胞内外の栄養素や酵素を導管として機能しているのです。」
このコーティングにはいくつかの機能があります。その粘着性により、個々の微生物が集まってコロニー、つまり「バイオフィルム」を形成できますが、十分な数の微生物がこれを実行すると、パイプを詰まらせたり、医療機器を汚染したりする可能性があります。
しかし、殻は透過性も備えていなければなりません。多くの微生物は、細胞外マトリックスを通して様々な酵素やその他の代謝産物を、摂食または感染させたい物質（腐った木材や脊椎動物の組織など）に分泌し、酵素が消化を終えると、栄養素を細胞外マトリックスを通して移動させます。そして、その化合物は体内に吸収されます。細胞外マトリックス。
これは、ECMが単なる不活性な保護層ではないことを意味します。実際、グッデル氏らが実証したように、微生物はECMの粘着性、ひいては透過性を制御する能力を持っているようです。どのようにしてそれが可能になるのでしょうか？写真提供：B. グッデル
キノコの分泌物はシュウ酸のようです。これは多くの植物に自然に存在する一般的な有機酸です。グッデル氏らが発見したように、多くの微生物は分泌するシュウ酸を使って炭水化物の外層に結合し、粘着性のあるゲル状の細胞外マトリックス（ECM）を形成しているようです。
しかし、研究チームがさらに詳しく調べたところ、シュウ酸はECMの生成を助けるだけでなく、それを「制御」していることを発見しました。微生物が炭水化物と酸の混合物に加えるシュウ酸の量が増えるほど、ECMの粘性が高まりました。ECMの粘性が高まるほど、大きな分子が微生物に出入りするのを阻害する一方で、小さな分子は環境から微生物に出入りでき、逆もまた同様でした。
この発見は、真菌や細菌が放出する様々な種類の化合物が、実際にはどのようにしてこれらの微生物から環境中に放出されるのかという従来の科学的理解に疑問を投げかけています。グッデル氏らは、微生物が生存や感染の基盤となっている基質や組織を攻撃するために、非常に小さな分子の分泌に頼らざるを得ない場合もあると示唆しています。
これは、より大きな酵素が微生物の細胞外マトリックスを通過できない場合、小分子の分泌も病因に大きな役割を果たす可能性があることを意味します。
「中間的な方法があるようです」とグッデル氏は言う。「微生物は特定の環境に適応するために酸性度を制御し、酵素などの大きな分子の一部を保持しながら、小さな分子がECMを容易に通過できるようにするのです。」
シュウ酸による細胞外マトリックス（ECM）の調節は、微生物が抗菌薬や抗生物質から身を守る手段となる可能性があります。これらの薬剤の多くは非常に大きな分子で構成されているためです。このカスタマイズ能力こそが、抗菌療法における大きな障害の一つを克服する鍵となる可能性があります。ECMを操作して透過性を高めることで、抗生物質や抗菌薬の有効性を高めることができるからです。
「特定の微生物におけるシュウ酸などの小さな酸の生合成と分泌を制御できれば、微生物に取り込まれるものも制御でき、多くの微生物性疾患をより効果的に治療できる可能性がある」とグッデル氏は述べた。
詳細情報：Gabriel Perez-Gonzalez他「シュウ酸とβ-グルカンの相互作用：真菌の細胞外マトリックスおよび代謝産物の輸送への影響」iScience (2023). DOI: 10.1016/j.isci.2023.106851
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