超硫黄分子がもたらす細菌の新規薬剤耐性機構の解明

システインパースルフィドはアミノ酸であるシステインのチオール基（-SH）に過剰にイオウが付加した分子であり、近年様々な生理活性を持つことが明らかになっている。最近、我々は細菌が産生するシステインパースルフィドが、βラクタム系抗菌剤を強力に分解することで、薬剤耐性に寄与することを明らかにした（Ono et. al., ACS Chem. Bio., 2021）。システインパースルフィドと反応した薬剤は、βラクタム環が開環しイオウが付加した、βラクタムカルボチオ酸という新規化合物であり、菌体内で産生した後、菌体外へと積極的に排出されることが分かっている。しかしながら、その反応機構の詳細や薬剤耐性化との関連性には不明な点が数多く残されている。そこで本研究課題では、システインパースルフィドによるβラクタム系抗菌剤の反応機構の詳細な解析を行い、この新規薬剤耐性化機構の詳細な解明を目的としている。2022年度は、細菌の薬剤耐性とシステインパースルフィド量の相関の検討を行うために、研究室で保持する薬剤耐性緑膿菌の薬剤耐性化強度とシステインパースルフィド量を定量し、それらの相関関係を検討した。薬剤耐性菌の薬剤耐性化強度の検討では、βラクタム系（ピペラシリン、メロペネム）のみならず、アミノグリコシド系（カナマイシン）やテトラサイクリンキノロン系（オフロキサシン）に対する感受性を微量液体希釈法を用いて検討した。また、システインパースルフィドの定量はβ-(4-hydroxyphenyl)ethyl iodoacetamide (HPE-IAM)誘導体化による質量分析を用いた。その結果、高度に薬剤耐性化した株において、特に高いシステインパースルフィド量と反応産物であるカルボチオ体産生が確認された。このことから、薬剤耐性化とシステインパースルフィド量には相関関係が認められた。

システインパースルフィドはアミノ酸であるシステインのチオール基（-SH）に過剰にイオウが付加した分子であり、近年様々な生理活性を持つことが明らかになっている。最近、我々は細菌が産生するシステインパースルフィドが、βラクタム系抗菌剤を強力に分解することで、薬剤耐性に寄与することを明らかにした（Ono et. al., ACS Chem. Bio., 2021）。システインパースルフィドと反応した薬剤は、βラクタム環が開環しイオウが付加した、βラクタムカルボチオ酸という新規化合物であり、菌体内で産生した後、菌体外へと積極的に排出されることが分かっている。しかしながら、その反応機構の詳細や薬剤耐性化との関連性には不明な点が数多く残されている。そこで本研究課題では、システインパースルフィドによるβラクタム系抗菌剤の反応機構の詳細な解析を行い、この新規薬剤耐性化機構の詳細な解明を目的としている。2022年度は、細菌の薬剤耐性とシステインパースルフィド量の相関の検討を行うために、研究室で保持する薬剤耐性緑膿菌の薬剤耐性化強度とシステインパースルフィド量を定量し、それらの相関関係を検討した。薬剤耐性菌の薬剤耐性化強度の検討では、βラクタム系（ピペラシリン、メロペネム）のみならず、アミノグリコシド系（カナマイシン）やテトラサイクリンキノロン系（オフロキサシン）に対する感受性を微量液体希釈法を用いて検討した。また、システインパースルフィドの定量はβ-(4-hydroxyphenyl)ethyl iodoacetamide (HPE-IAM)誘導体化による質量分析を用いた。その結果、高度に薬剤耐性化した株において、特に高いシステインパースルフィド量と反応産物であるカルボチオ体産生が確認された。このことから、薬剤耐性化とシステインパースルフィド量には相関関係が認められた。