マイクロバイオーム - 寧波SCR触媒グループ株式会社

npj Biofilms and Microbiomes volume 8、記事番号: 70 (2022) この記事を引用

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メトリクスの詳細

マイクロバイオーム、特に第一胃マイクロバイオームは、その複雑さと多様性により、バイオテクノロジーの利用が盛んです。この研究では、ルーメンマイクロバイオーム (Lynronne 1、2、3、および P15) からの抗菌ペプチド (AMP) が、緑膿菌の 7 つの臨床株に対する治療可能性について評価されました。すべての AMP は、すべての菌株に対して抗菌活性を示し、最小発育阻止濃度 (MIC) の範囲は 4 ～ 512 μg/mL でした。 PAO1 および LES431 株に対する 3 倍の MIC 値でのすべての AMP のタイムキル動態は、10 分から 4 時間以内に完全に死滅することを示しましたが、P15 は PAO1 に対して殺菌性ではありませんでした。すべてのAMPはPAO1株およびLES431株によるバイオフィルム形成を有意に阻害し、耐性アッセイの誘導ではこれらの株に対する活性の低下は示されなかった。ヒト肺細胞に対する AMP の細胞毒性も最小限でした。作用機序の観点から見ると、AMP は PAO1 および LES431 細菌膜脂質に対して親和性を示し、緑膿菌膜を効率的に透過化しました。トランスクリプトームおよびメタボローム分析により、細胞膜での触媒活性の増加と脂肪酸のβ酸化の促進が明らかになりました。最後に、Galleria mellonella 感染モデルを用いて行われた試験では、Lynronne 1 および 2 が生体内で有効であり、それぞれ 32 mg/kg および 128 mg/kg での治療後の生存率が 100% であることが示されました。この研究は、緑膿菌感染症に対するマイクロバイオーム由来のAMPの治療的可能性を示しています。

マイクロバイオームは、その複雑さと多様性により、バイオテクノロジー利用のための新規生物活性物質というほとんど未開発の資源を提供します。第一胃はその代表的な例であり、そこでは細菌、真菌、原生動物、ファージが共生的に相互作用して、摂取した飼料からエネルギーを収集します1。しかし、ほとんどのマイクロバイオームと同様、生存のために回復力が必要な状況では、第一胃微生物も競争行動を示します。最近、反芻胃微生物による新規抗菌薬の生産が実証されており、これらは競争力の向上に役立つ可能性があります 2,3,4,5,6。これらの抗菌剤の多くは抗菌ペプチド (AMP) として分類されており、さまざまな病原性細菌に対して効果的であることも示されており、ルーメンマイクロバイオームの機能維持における役割と並んで医療への応用の可能性が示されています 2,3。実際、2016 年のオニールによる総説では、AMP を含む多剤耐性細菌感染症を治療するために研究を必要とする 6 つの可能な戦略が概説されています 7。

AMP は通常カチオン性であり、短いペプチド配列で構成される構造的に多様な分子グループを構成し、潜在的な病原性細菌に対して有効であると同時に、自然防御と炎症過程を調節することができます 8。広範囲の生物学的活性を持つ AMP の数が増えており、炎症誘発性反応を制御し、細胞増殖を刺激し、細胞遊走を調節することで創傷治癒を促進するなどの作用があるため、潜在的な生物医学的応用に大きな期待が寄せられています9。カチオン性 AMP の抗菌メカニズムは独特で、従来の抗生物質と組み合わせて使用すると、その範囲と治療効果が拡大する可能性があります 10。カチオン性 AMP はさまざまな生物に自然に存在し、自然免疫系の主要な構成要素を構成し 11、継続的に発見されており、戦略的に開発されれば薬剤耐性感染症の治療を前進させる可能性があります。

実際、多剤耐性 (MDR) が増加し、その結果、MDR 細菌感染症の治療能力が低下する中、新規抗菌薬の戦略的開発はかつてないほど重要になっており、世界保健機関 (WHO) は、2050 年までに MDR 細菌に関連した死亡者数が増加すると予測しています。癌による死亡よりも多い。 WHOはまた、ESKAPE病原体（エンテロコッカス・フェシウム、黄色ブドウ球菌、肺炎桿菌、アシネトバクター・バウマンニ、緑膿菌、エンテロバクター属）が膨大なMDRを示し、世界中でほとんどの院内感染や創傷感染の原因となっているため、最も懸念されるものとして特定した12。 ESKAPE 病原体は、酵素の不活化、バイオフィルム形成、細胞透過性の変化、薬物標的の修飾など、さまざまな抗菌薬耐性メカニズムを備えています 13。実際、微生物バイオフィルムは、多くの抗生物質治療や宿主免疫系の構成要素を無効にする可能性があります14。さらに、緑膿菌による複雑なバイオフィルム形成は、慢性創傷における創傷治癒の遅延の主な原因であるとされており 15、40 年以上にわたり、嚢胞性線維症患者における慢性緑膿菌感染はバイオフィルム指向の感染症であると考えられてきました 14。その結果、緑膿菌感染症の治療に利用できる新しい抗生物質はほとんどなく、バイオフィルム感染と戦うための新しい戦略を開発することは、多額の医療費を削減し、患者の罹患率を減らすために最も重要です16。

8 Log CFU/mL reduction) against the LES431 strain. Similar patterns emerged with Lynronne 1 and 2 exhibiting relatively slower reductions in CFU/mL against PAO1 in comparison with LES431. Levofloxacin had the expected bactericidal activity against both PAO1 and LES431 with ≥3 log CFU/mL reduction in cell count18. However, in comparison with Lynronne 1 and 2, Levofloxacin took approximately three times longer to exhibit a similar reduction in CFU/mL. Polymyxin B showed a >8 Log CFU/mL reduction against PAO1 but was unable to reduce the Log CFU/mL of LES431 in the assay time limit./p>

50 min for PAO1. No melanisation or death was observed in the larvae inoculated with PBS. Additionally, larvae treated with Lynronne 1 and Lynronne 2 showed no melanisation after 96 h (Fig. 8c). The death of larvae treated with P15s was followed by melanisation during the days of evaluation (Fig. 8c)./p>=2 was used to make the volcano plots, ShinyGO 0.76 was used for GO Enrichment Analysis figures./p> 104 killed all the larvae before 24 h after inoculation. After the injections, the larvae were maintained at 37 °C in the dark. The LD50 and LD were determined by linear regression. To evaluate the efficacy of peptides in G. mellonella infected with P. aeruginosa 104 and 103 CFU/larvae was used and the bacteria inoculum and the peptides solutions were mixed and immediately inoculated in the larvae (<1 min). Larvae injected with PBS and bacteria were used as negative and positive controls, respectively. The larvae were maintained at 37 °C in the dark, and their survival was monitored and analysed as above. The Kaplan–Meier method was used to plot the survival curves. Differences in survival were calculated using the log-rank test using the software R, version 2.13.0./p>