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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」またはECMと呼ばれ、ゼリー状の粘稠度を持ち、保護層および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がウースター工科大学と共同で実施した、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、シュウ酸またはその他の単純酸が存在する場合にのみゲルを形成します。googletag.cmd.push(function() { googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2′); });
細胞外マトリックス（ECM）は、抗生物質耐性から配管の詰まり、医療機器の汚染に至るまで、あらゆること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の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る。
「私は以前から微生物の細胞外マトリックス（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の微生物学教授であり、この論文の筆頭著者であるバリー・グッデル氏は語る。「人々はECMを、微生物を保護する不活性な外層だと考えることが多いのですが、栄養素や酵素が微生物細胞に出入りするための通路としても機能するのです。」
このコーティングにはいくつかの機能がある。粘着性があるため、個々の微生物が集まってコロニーや「バイオフィルム」を形成することができ、十分な数の微生物が集まると、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る。
しかし、殻は透過性も持たなければなりません。多くの微生物は、ECMを通して、食べたり感染させたりしたい物質（腐った木材や脊椎動物の組織など）にさまざまな酵素やその他の代謝物を分泌し、酵素が消化作業を終えると、栄養素をECMを通して移動させます。化合物は体内に再吸収されます。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、グッデルらが実証したように、微生物はECMの粘着性、ひいてはその透過性を制御する能力を持っているようです。では、どのようにしてそれを行っているのでしょうか？ 写真提供：B. グッデル
キノコの場合、分泌物はシュウ酸であると考えられている。シュウ酸は多くの植物に自然に存在する一般的な有機酸である。グッデル氏らが発見したように、多くの微生物は分泌したシュウ酸を炭水化物の外層に結合させ、粘着性のあるゲル状の細胞外マトリックスを形成しているようだ。
しかし、研究チームが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、その「調節」にも関わっていることが分かった。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多いほど、ECMの粘度が高くなるのだ。ECMの粘度が高くなると、大きな分子が微生物に出入りするのを阻害する一方、小さな分子は環境から微生物へ、また微生物から環境へ自由に出入りできるようになる。
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、これらの微生物から環境中にどのよう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るものです。グッデル氏らは、場合によっては、微生物は生存や感染のために依存し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可能性があると示唆しました。
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、小さな分子の分泌も病原性において大きな役割を果たす可能性があることを意味する。
「微生物が酸性度を制御して特定の環境に適応し、酵素などの大きな分子を保持しつつ、小さな分子が細胞外マトリックスを容易に通過できるようにする、中間的な状態が存在するようだ」とグッデル氏は述べた。
シュウ酸による細胞外マトリックス（ECM）の調節は、微生物が抗菌剤や抗生物質から身を守るための手段の一つである可能性がある。なぜなら、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からである。ECMを操作して透過性を高めることで、抗生物質や抗菌剤の効果を高めることができるため、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かもしれない。
「特定の微生物におけるシュウ酸などの低分子酸の生合成と分泌を制御できれば、微生物が取り込むものも制御できるようになり、多くの微生物性疾患をより効果的に治療できるようになる可能性がある」とグッデル氏は述べた。
詳細情報：Gabriel Perez-Gonzalez et al.、「シュウ酸塩と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物輸送への影響」、iScience（2023）。DOI：10.1016/j.isci.2023.106851
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