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正弦波トラップで隙間を埋める

抗生物質耐性菌感染症は、大きな社会的課題になりつつあります。この問題を解決するために、研究者たちは、耐性菌を作らずに細菌を殺す新薬や、細菌バイオフィルムの形成を防ぐ新素材の開発に取り組んでいます。バイオフィルムは耐性菌の源ですが、除去が非常に難しいことで知られています。最近、ポーランド科学アカデミー物理化学研究所の研究者は、表面を波型にすることで耐性菌の拡散を抑制できることを発見しました。 抗生物質の世界的な過剰使用により、耐性菌の発達が著しく加速し、耐性菌は世界中に急速に広がり、抗生物質感受性菌に取って代わっています。病原菌の一般的な菌株の多くは現在、複数の抗生物質に耐性があるため、細菌感染と闘う新しい方法を見つけることが急務となっています。望ましくない耐性菌の増殖を制限する方法を求めて、ディオスキュリ細菌物理化学センター (IPC PAS) の研究者は、さまざまな表面での抗生物質感受性および抗生物質耐性大腸菌の行動を調べています。研究者は、このような細菌集団がどのように増殖するかをよりよく理解することで、耐性の出現を防ぐ新しい抗菌コーティングの開発に役立つことを期待しています。 自然界でも人体でも、細菌はバイオフィルムと呼ばれる密接した表面に付着した集団を形成することがよくあります。バイオフィルム内の細菌は、その緻密な構造のため抗生物質が浸透できないため、部分的に抗生物質から保護されています。「死ななければ強くなる」という格言にあるように、これはバイオフィルム内で自然に出現する抗生物質耐性細菌の進化を促します。感染症などの抗生物質への曝露後、最初に出現した少数の耐性細菌は、抗生物質が殺菌できないため増殖し始めます。このプロセスが、尿カテーテルなどの平らな表面で成長するバイオフィルムで発生すると、耐性細菌が広がり、最終的には感受性細菌を乗っ取るのを防ぐことはできません。 IPC PAS の研究者らは、表面を波型にすることでこのプロセスを停止できることを実証しました。権威ある雑誌 PNAS に最近掲載された記事では、バイオフィルムの厚さよりもはるかに小さい表面の小さな波動でさえ、耐性変異体の拡散をバイオフィルム内の小さな「セクター」に制限するのに十分であることを示しています。 バルトロミエ・ヴァツワフ博士率いるチームは、正弦関数の形をした波形の底面を持つ微小なチャンバーで構成されたマイクロ流体デバイスで細菌バイオフィルムを培養しました。各チャンバーには、感受性と耐性の 2 種類の細菌でできたバイオフィルムがあり、最初は混合されていました。抗生物質にさらされた後、耐性細菌は感受性細菌よりも速く成長し始めました。しかし、平底チャンバーで起こったこととは対照的に、波形チャンバーでは耐性細菌が感受性細菌を乗っ取ることはありませんでした。代わりに、耐性細菌は波形パターンのポケット内にある小さなセクターに局在したままでした。 「私たちの研究結果は、バイオフィルム内の細菌の個体群動態は表面形状を操作することで制御できることを示唆しています。私たちは特に抗生物質耐性変異体でこれを実証しましたが、これは医学にとって興味深い意味を持つ可能性があります。パターン化された表面は、バイオフィルム形成防止の可能性についてすでに研究されています。私たちの研究は、そのような表面を使用するもう 1 つの根拠を提供します。つまり、耐性細菌の拡散を防ぐこともできるのです」と Wacław 博士は主張しています。 しかし、ワクロウ博士は、彼のグループで行われた基礎研究が実用化されるかどうかはまだ時期尚早であると強調している。しかし、博士は「このアプローチで抗生物質耐性の問題がなくなることは絶対にないが、入院患者の治療失敗のリスクを減らすのに役立つかもしれない。このような患者はカテーテル挿入されることが多く、院内に生息する抗生物質耐性菌による感染のリスクがかなり高い。このような細菌の拡散を遅らせることは、患者によっては生死を分けることになるかもしれない」と指摘している。 ワクラウ博士はまた、彼らの研究結果はより一般的なものであり、望ましくない細菌株が他の株よりも速く増殖するあらゆる状況に当てはまるとも述べている。「同様の効果は、廃水処理、バイオ燃料生産など、多くの産業プロセスで使用される微生物群集を安定化するために利用できる可能性がある。」 Postek W、Staśkiewicz K、Lilja E、Wacław B. 基質の形状は細菌バイオフィルム内の個体群動態に影響を与えます。 Proc Natl Acad Sci US A. 2024年4月23日;121(17):e2315361121. doi: 10.1073/pnas.2315361121 #正弦波トラップで隙間を埋める