细胞内の确率的な遗伝子発现が引き起こす适応现象の解明 抗生物质に対するバクテリアの「パーシスタンス现象」
マイクロ流体デバイス中で観察されるマイコバクテリアの小集団 © Yuichi Wakamoto
成长动态だけでなく、蛍光タンパク质を利用し内部の生存関连因子の発现量を同时に観察している。
バクテリアのクローン细胞集団（遗伝情报に细胞ごとのばらつきがなく均一な集団）に、抗生物质などの致死的なストレスを与えると、ほとんどの细胞が死ぬ一方で、遗伝的には同じ情报を持つにもかかわらずごく少数の一部の细胞が长期间生き残り、抗生物质がなくなると再び増殖するという现象が一般的に起こります。この现象は「パーシスタンス」と呼ばれ、结核などの感染症治疗では投薬効率の低下と関连する重要な现象であるにもかかわらず、パーシスタンスがなぜ起こるのかについては、これまでほとんど解明されていませんでした。これは、细胞集団の中で起こる、ひとつひとつの细胞の状态変化を调べる技术がなく、解析できなかったためです。従来は「パーシスタンス现象は、集団内に成长も分裂もしないドーマント细胞が含まれていて、これが抗生物质投与下で生き延びるために生じる」という「ドーマント细胞仮説」が多くの研究者によって信じられてきました。
东京大学大学院総合文化研究科附属复雑系生命システム研究センターの若本祐一准教授（闯厂罢さきがけ研究者兼任）らは、クローン细胞集団に含まれるひとつひとつの细胞の抗生物质への応答を観察できるマイクロ流体デバイスを作製し、これを用いて、结核菌の近縁种であるMycobacterium smegmatisのパーシスタンス现象を1细胞レベルで解明することに成功しました。
その结果、抗生物质イソニアジドに対するパーシスタンス现象では、细胞の生存确率と细胞の成长率のあいだに相関はありませんでした。このことから、従来多くの研究者が信じてきた「ドーマント细胞仮説」を否定する结果を得ました。さらに、このパーシスタンス现象の原因が、イソニアジドの働きに必要な酵素碍补迟骋が细胞ごとに确率的に発现することから、碍补迟骋をほとんど持たない细胞が集団内に一定数现れるためであることを见出しました。
ドーマント细胞仮説を前提とした创薬の研究は今も行われていますが、この研究で得られた、细胞内で一般的に见られる确率的な遗伝子発现が、细胞の生存や集団の适応に重要であることを示唆するとともに、この结果を応用することで、感染症治疗の効率化や投薬设计の改善などにも役立つことが期待されます。
（闯厂罢ウェブサイト）
论文情报
Yuichi Wakamoto, Neeraj Dhar, Remy Chait, Katrin Schneider, Francois Signorino-Gelo, Stanislas Leibler, John D. McKinney,
“Dynamic persistence of antibiotic-stressed mycobacteria”,
Science Online Edition: 2013/1/4 (Japan time), doi:10.1126/science.1229858
