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。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しているかを理解することは、私たちの日常生活に広範な影響を及ぼします。

「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、微生物細胞内外の栄養素や酵素の導管としても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、殻は透過性も持たなければなりません。多くの微生物は、ECM を通してさまざまな酵素やその他の代謝産物を、食べたり感染したりしたい物質 (腐った木や脊椎動物の組織など) に分泌し、その後、酵素が働きを終えると、消化の作業、つまり ECM を通して栄養素を戻します。
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の粘度、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。どのようにしてそれが可能になるのでしょうか？
菌類の場合、分泌物は多くの植物に自然に存在する一般的な有機酸であるシュウ酸のようで、グッデルと彼の同僚が発見したように、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、粘着性のある物質、ゼリー状の ECM を形成するようです。
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、微生物が生存または感染するために依存しているマトリックス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、小さな分子の分泌も病原性に大きな役割を果たしている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」とグッデル氏は述べた。「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、小さな分子はECMを容易に通過させることができます。シュウ酸によるECMの調節は、微生物が抗菌剤や抗生物質から身を守る方法かもしれません。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、抗生物質や抗菌剤の効果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。
2022年12月、微生物学者の森田康氏は、結核のより効果的な新しい治療法の開発を最終目的とした研究を支援するため、国立衛生研究所から助成金を受け取りました。

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