カミカゼ細菌が爆発して致死性の毒素を爆発させる

脳を持たない生命体は、驚くべきことを行うことができます。 SF の悪夢の燃料のように聞こえるかもしれませんが、一部の細菌は神風化学戦争を行うことができます。

病原菌は毒素を分泌して私たちを病気にします。 より小さな毒素分子の放出はよく理解されていますが、より大きな毒素分子を放出する方法はこれまでほとんど解明されていませんでした。 マックス・プランク分子生理学研究所所長のステファン・ラウンザー研究員と彼のチームは、昆虫の病原体がどのようにして発生するのかをついに突き止めた。 エルシニア・エントモファーガ （カブトムシを攻撃する）は高分子毒素を放出します。

彼らは、指定された「兵士細胞」が自らを犠牲にし、爆発して犠牲者の体内に毒を展開することを発見した。 「YenTcは、この新たに確立されたタイプの分泌システムを使用した抗真核生物毒素の最初の例と思われる」と研究者らは最近Natureに掲載された研究で述べた。

静かで致命的

Y. エントモファーガ の一部です エルシニア ペスト菌の親戚であり、Tc毒素として知られるものを産生する属。 それらの分子は細菌毒素としては巨大ですが、ほとんどの小さな毒素分子と同様に、宿主にダメージを与えるために脱出する前に細菌の 3 つの細胞膜を通過する必要があります。 ラウンザー氏は以前の研究で、Tc毒素分子が細菌の外部に存在することをすでに発見していた。 彼が次に見たかったのは、それらを作るバクテリアからいつ、どのようにして外に出るかということでした。

どのような環境が理想なのかを知るために Y. エントモファーガ YetC を放出するために、細菌を酸性 (PH 7 未満) およびアルカリ性 (PH 7 以上) 培地に置きました。 酸性培地では細菌はあまり放出されませんでしたが、アルカリ性培地の高い PH では細菌が増殖し、PH が上昇するとさらに多くの毒素が放出されました。 甲虫のより高い PH 環境は腸の中端付近にあるため、細菌がその領域に到達するとほとんどの毒素が放出されると現在では考えられています。

YenTc がどのようにリリースされるかを決定するのはさらに困難でした。 研究チームが質量分析法を使用して毒素を詳しく調べたところ、何かが欠けていることがわかりました。タンパク質が細菌の外に輸送される必要があることを細菌に示すシグナル配列が存在しなかったのです。 シグナルペプチドとしても知られるシグナル配列は、分泌用の組み込みタグのようなものです。 それらは、タンパク質（毒素はタンパク質です）を細胞膜の最も内側にある複合体に接続し、タンパク質を押し出す役割を担っています。 しかし、YenTC は明らかにその毒素を宿主に輸送するためにシグナル配列を必要としない。

爆発寸前

では、この殺虫剤はどのようにして最も恐ろしい毒素である YenTc を放出するのでしょうか? 最初のテストは消去法でした。 YenTc にはシグナル配列がありませんが、細菌はそれが放出する他の毒素に対して異なる分泌システムを持っています。 ラウンサー氏は、遺伝子編集を用いてこれらの分泌系をノックアウトすれば、どれがYenTcの分泌に関与しているのかを解明できる可能性があると考えた。 あらゆる分泌系 Y. エントモファーガ 細菌は残存しなくなるまでノックアウトされましたが、細菌は依然として YenTc を分泌できました。

次に研究者らは蛍光顕微鏡を使用して、細菌が毒素を放出する様子を観察した。 彼らは蛍光タンパク質をコードする遺伝子を毒素遺伝子に挿入し、毒素を作るときに細菌が光るようにした。 全部ではありませんが、 Y. エントモファーガ YenTc を生成する細胞は、YenTc を生成する (そして発光する) 細胞はより大きく、より鈍くなる傾向がありました。 分泌を誘導するために、PH をアルカリ性レベルに上げました。 非産生細胞は正常に動作しましたが、YenTc 発現細胞は崩壊して毒素を放出するまでに数分しかかかりませんでした。

これは溶解性分泌システムと呼ばれるもので、細胞壁または細胞膜の破壊を伴い毒素を放出します。

「細菌における自己破壊的な協力のこの主要な例は、YenTc放出が典型的な分泌プロセスではなく、厳密に毒素放出に特化した制御された溶解の結果であることを示しており、非典型的な細胞外タンパク質についての我々の最初の当惑した観察を説明している」と研究者らは論文で述べた。同じ勉強。

エルシニア 人類に壊滅的な被害をもたらした病気である結核や腺ペストを引き起こす病原菌も含まれます。 さて、一つの分泌メカニズムは エルシニア ラウンサー教授は、他の種類の病原体とともにそれらの病原体をさらに研究し、毒素を放出する同じ溶解機構を使用する特攻隊員の細胞を持っている細胞が他にも存在するかどうかを確認したいと考えている。

の発見 Y. エントモファーガの細胞の爆発は、最終的にはカミカゼ細胞を標的とした人間の治療を意味する可能性があります。 それまでの間、私たちはカブトムシではないので少なくとも安心できます。

Nature Microbiology、2024 年。DOI: 10.1038/s41564-023-01571-z