細菌の持続性に及ぼす影響を解明するための化学化合物のハイスループットスクリーニング

細菌培養は、異常に高いレベルの抗生物質に対して一時的に耐性があるパーシスター細胞の小さな亜集団を含む。パーシスター細胞は、抗生物質感受性の親族と遺伝的に同一であり、その生存は一過性の増殖阻害に起因する^1。パーシスター細胞はグラディスホビー²によって最初に発見されたが、ペニシリン処理ブドウ球菌培養³でそれらを同定したときにジョセフ・ビガーによって最初に使用された。Balabanら⁴が発表した精巧な研究では、主に定常相を通過して形成されるタイプI変異体と、指数成長の間に連続的に生成されるII型の2つのパーシスタータイプが発見された。パーシスターは、抗生物質治療中に様々な間隔で培養サンプルを採取し、洗浄し、典型的な成長培地上でメッキし、抗生物質の不在時にコロニー形成できる生き残った細胞を数えるクロノジェニック生存アッセイによって検出される。細胞培養におけるパーシスターの存在は、初期指数崩壊が抗生物質感受性細胞の死を示す二額殺し曲線^4、5によって評価される。しかし、殺死傾向は時間の経過とともに減少し、最終的には生き残ったパーシスター細胞を表す高原領域につながる。

パーシスター細胞は、結核^6、嚢胞性線維症^7、カンジダ症⁸および尿路感染症⁹などの様々な疾患に関連している。これまでに試験されたほとんどすべての微生物が、結核菌の高病原性抗酸菌^6、黄色ブドウ球^菌10、緑膿菌⁷およびカンジダ・アルビカンス⁸を含むパーシスター表現型を生成することが判明した。最近の研究はまた、パーシスター亜集団^11、12からの多剤耐性変異体の上昇の証拠を提供する。この分野での多くの努力は、持続性メカニズムが非常に複雑で多様であることを明らかにしました。SOS応答^13、14、活性酸素種(ROS)15、毒素/抗毒素(TA)系^16、オートファジーまたは自己消化¹⁷およびppGpp関連ストリンジェント応答¹⁸に関連する確率的および決定的因子の両方が、パーシスター形成を促進することが知られている。

持続性表現型の理解において有意な進歩を遂げたにもかかわらず、浸透性の細菌性持続性に及ぼす影響は十分に理解されていない。最適な浸透圧の維持は細胞の成長、適切な機能および生存のために必要であるため、浸透圧の詳細な研究は、抗姉妹戦略の潜在的な標的につながる可能性がある。面倒な、ハイスループットスクリーニングは、持続性表現型^19、20において重要な役割を果たす代謝産物および他の化学物質を同定するための非常に効果的なアプローチである。本研究では、マイクロアレイ、すなわち、各種浸透量体(例えば、塩化ナトリウム、尿素、亜硝酸ナトリウム、塩化カリウム)を含む96個のウェルプレートを用いた、大腸菌の持続性に大きな影響を与える浸透性を同定する方法¹⁹を紹介する。