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赤痢菌の遺伝変異の追跡

赤痢菌の隆盛の背後にある素早い進化



研究者たちは細菌の一種に競争力を与えた一連の遺伝的変異を追跡する。

Sarah Zhang

30 September 2013


ホーチミン市(ベトナム)の運河はShigella sonneiの伝染に関係しているだろう。

赤痢を引き起こす細菌、Shigella sonneiはベトナム中に広まっている。この国の衛生が大きく改善し、経済発展しているにもかかわらずだ。いま科学者たちはその理由が分かったと考えている。

たった15年前のうちに、S. sonneiは多数の抗生物質に耐性をつけ、競合細菌の多くを一掃する毒を作るように変異してきた、という調査が今日米国科学アカデミー紀要(Proceedings of the National Academy of Sciences)に発表された。この研究は、1995年から2010年のあいだにベトナムの入院患者から集めた263サンプルの配列を読んで、細菌の小進化を追跡している(引用1)。

この遺伝データはベトナムにおける抗生物質耐性の進展も教えてくれる。この国では抗生物質などの薬が処方箋なしに使うことができる。単一の共通祖先が抗生物質耐性のS. sonneiを生んだ。それはベトナムで赤痢の主要な原因菌として、近縁種のShigella flexneriと完全に入れ替わった。抗生物質耐性のための遺伝子に加えて、S. sonneiは他の細菌を殺す毒素のための遺伝子も獲得した。

遺伝的ボトルネック
メリーランド大学医学部(ボルティモア)の微生物学者、アイリーン・バリー(Eileen Barry)は、この分析を驚くべきものだという。「とても先進的なシーケンシング技術を使って15年もの期間にわたるサンプルを調べているのはユニークだ」

S. sonneiは世界中で毎年記録される1億6000万件以上の赤痢の症例のうち、6分の1を引き起こしている。血性下痢を起こす他の細菌より致死性は少ないけれども、とりわけ東南アジアでますます当たり前になりつつある。

オックスフォード大学医学研究ユニット(ベトナム、ホーチミン市)のスティーヴン・ベイカー(Stephen Baker)と彼の共同研究者たちは、シーケンシングの結果に基づいてモデルを作った。そのモデルによって、S. sonneiがベトナムに出現した年が1982年と特定された。この細菌はおそらく、ホーチミン市の人口密度の高い領域で発生し、運河システムによって広がり、そして4つの「遺伝的ボトルネック」を経験した。それらのボトルネックで、この種の小さなサブセットで生じた変異が急速に一般化した。それぞれのボトルネックが感染率の増大と同時に起こっているため、ベイカーのチームはこれらのイベントによって抗生物質耐性や他の競争的優位性がS. sonneiに授与されるのが促進されたと主張している。

1994年にあった1回目のボトルネックは、Shigella属の他種やEscherichia coliを殺す毒素の一種である、コリシンのための遺伝子の広がりと同時に起こった。研究者たちはS. sonneiがある個人の消化管に感染したときに、それ作ったコリシンが他の腸内細菌を打ち負かすのを助けたと考えている。

2006年にあったもっとも最近のボトルネックは、S. sonneiが基質特異性拡張型βラクタマーゼ(ESBL)を産生する能力を発達させたとおよそ同時期に起こった。ESBLはペニシリンや他のよく使われる経口抗生物質に対する耐性を授与する酵素だ。

これらの広範な遺伝変化の獲得に加えて、ベトナムの他の地域のS. sonneiは他の抗生物質に耐性を持つように進化し始めていた。異なった遺伝子セットを持つにもかかわらず、別個の株が似た耐性パターンを示す。「あなたも同じことをする違う遺伝子を持っている」とベイカーはつけ加えた。それは単に耐性がどれだけ簡単に出現するかを立証しているに過ぎない。

こうしてるあいだにも、他の研究者たちは抗生物質なしにS. sonneiの拡散を回避するための研究をしている。Shigellaワクチンは今年の前半に第I相臨床試験に入ったところだ。

元記事
Nature News
Rapid evolution behind Shigella's rise
Sarah Zhang, 30 September 2013
Nature doi:10.1038/nature.2013.13844

原論文
Kathryn E. Holt, Tran Vu Thieu Nga, Duy Pham Thanh, Ha Vinh, Dong Wook Kim, My Phan Vu Tra, James I. Campbell, Nguyen Van Minh Hoang, Nguyen Thanh Vinh, Pham Van Minh, Cao Thu Thuy, Tran Thi Thu Nga, Corinne Thompson, Tran Thi Ngoc Dung, Nguyen Thi Khanh Nhu, Phat Voong Vinh, Pham Thi Ngoc Tuyet, Hoang Le Phuc, Nguyen Thi Nam Lien, Bui Duc Phu, Nguyen Thi Thuy Ai, Nguyen Manh Tien, Nguyen Dong, Christopher M. Parry, Tran Tinh Hien, Jeremy J. Farrar, Julian Parkhill, Gordon Dougan, Nicholas R. Thomson, and Stephen Baker
Tracking the establishment of local endemic populations of an emergent enteric pathogen
PNAS September 30, 2013 Published online before print September 30, 2013
doi: 10.1073/pnas.1308632110
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