ペニシリンの作用機構の解明に成功

ペニシリンの作用機構の解明に成功 生物学

ペニシリンをはじめとするβ-ラクタム系抗生物質がMRSAを死滅させるメカニズムが初めて明らかになりました。

シェフィールド大学を中心とする国際研究チームは、β-ラクタム系抗生物質がMRSA(メチシリン耐性黄色ブドウ球菌)を殺すために、細胞壁に穴を開け、細胞が成長するにつれて拡大し、最終的に細菌を殺すことを発見しました。

この穴が大きくなると、細胞壁が破壊され、細菌が死滅します。

今回、科学者たちは、この事実を利用して、抗生物質に耐性のあるスーパーバグに対する新しい治療法を開発することを計画しています。

β-ラクタム系抗生物質は、細胞壁の成長を妨げることで作用することは知られていましたが、どのようにして細菌を死滅させるのかは、これまで謎でした。

シェフィールド大学バイオサイエンス学部のSimon Foster教授は次のように述べています。

「ペニシリンをはじめとする同種の抗生物質は、80年以上にわたって人類の医療の中心的存在であり、2億人以上の命を救ってきました。しかし、世界的な抗菌剤耐性の蔓延により、その使用は深刻な脅威にさらされています。今回の研究では、スーパーバグであるMRSAに焦点を当て、抗生物質が細胞壁を貫通する小さな穴を形成し、成長に伴うプロセスの一環として徐々に拡大し、最終的に細菌を死滅させることを明らかにしました。また、この穴の形成に関与する酵素の一部も明らかになりました。今回の発見は、既存の抗生物質がどのように作用するかを理解する上での核心に迫るものであり、世界的な大流行となっている抗菌剤耐性に直面している私たちに、さらなる治療法の開発に向けた新たな道筋を与えてくれます。」

この知識と、酵素がどのように制御されているかを理解した上で、科学者たちは、黄色ブドウ球菌に対する新しい併用療法の有効性も示しました。

研究チームは、細菌が成長・分裂する際に細胞壁がどのように拡張するかを示す単純なモデルを用いて
ペニシリンなどの抗生物質によって細胞壁が阻害されるとどうなるか、という仮説を立てました。

このモデルの予測は、高解像度の原子間力顕微鏡などの分子アプローチを組み合わせて検証されました。

このプロジェクトは、シェフィールド大学が主導し、中国のアモイ大学、チェコ共和国のマサリク大学、カナダのマクマスター大学のグループが参加した国際的な学際的な取り組みです。

1930年、シェフィールド大学のCecil George Paine氏(病理学)が、ペニシリンの治療法として初めて記録に残しました。

Paine氏は、ロンドンのセント・メアリーズ病院医学部に在学中、講師のAlexander Fleming氏から提供されたペニシリンを産生するカビの濾液を用いて、2人の乳児の眼感染症を治療しました。

Published by University of Sheffield. Demonstration of the role of cell wall homeostasis in growth and the action of bactericidal antibiotics, Proceedings of the National Academy of Sciences (2021). DOI: 10.1073/pnas.2106022118.