病原細菌サルモネラは宿主ポリアミンを利用し、病原因子III型分泌装置を構築することにより、感染する --ポリアミンの制御は、細菌感染を抑制する可能性を発見 --北里大学

北里大学薬学部微生物学教室の三木剛志講師、大阪大学大学院生命機能研究科の南野徹准教授、近畿大学生物理工学部食品安全工学科の栗原新准教授、城西大学薬学部生体分析化学研究室の植村武史准教授の研究グループは、病原細菌サルモネラが宿主のポリアミンを利用し、病原因子III型分泌装置を構築することにより、感染することを明らかにしました。




　ポリアミンは、アミノ基を2つ以上持つ炭化水素であり、代表的なものにはプトレッシン、スペルミジン、スペルミンがあげられます。生体にある"アミン"というとヒスタミンやアセチルコリンなどの微量で強い生理活性を持つホルモンや神経伝達を連想する人が多いのではないでしょうか。実は、ほとんどの細胞に最も多く存在する生体アミンは、ポリアミンです。ポリアミンは生理的なpHの環境では、その構造的な特徴により正電荷を持つため、細胞内において負電荷を持つ核酸やリン脂質などと結合することによって、多様な生体反応に影響を及ぼしています。ポリアミンは病原細菌の病原性発現に関与することが報告されていましたが、その全貌については十分に理解されていませんでした。
　本研究では、腸管系病原細菌であるサルモネラ（ネズミチフス菌）とそのマウス感染モデルを用いて、ポリアミンが多くの病原細菌において主要な病原因子であるIII型分泌装置の構築に関わることによって、感染を促進することを明らかにしました。細菌のポリアミン量は厳密に制御されていますが、外界、すなわち宿主からのポリアミンの取り込みが重要であり、その恒常性が失われたネズミチフス菌は、マウスに対する感染能が著しく低下しました。また、それは、主要な病原因子であるIII型分泌装置を構築できないことが理由であることを発見しました。宿主のポリアミン合成の律速酵素の阻害薬であるエフロルニチンを飲水したマウスでは、ネズミチフス菌の感染菌数が減少し、一方、スペルミジンを飲水したマウスにおけるネズミチフス菌の感染能は上昇しました。ネズミチフス菌の感染はL-アルギニンをL-オルニチンと尿素に加水分解するアルギナーゼの活性を亢進させ、宿主のポリアミン量を上昇させることにより、感染に有利な環境を作り上げていることがわかりました。本研究結果は、宿主のポリアミン合成の阻害が病原細菌の感染を制御する可能性を示唆するものであります。さらに、III型分泌装置はグラム陰性の病原細菌に共通した病原因子であることから、ポリアミンによるIII型分泌装置制御メカニズムを理解することは、細菌感染症に対する新たな薬剤開発の分子基盤になることが大いに期待されます。
　本研究成果は、2024年8月5日付で、国際科学誌『PLOS Biology』にオンライン掲載されました。