コレラ菌：細菌性病因を研究するモデル生物 - インタビュー

私はEs.In MindUPに所属しており、非宿主環境におけるヒト病原体の生物学について研究しています。多くのヒト病原体は、ヒト宿主から出た後、別の宿主に感染するまで環境中で生存しなければなりません。したがって、私たちの目的は、環境中におけるヒト病原体の生存を制御するプロセスをより深く理解することです。

私たちの目標は、感染因子の伝播ダイナミクスをより深く理解することです。そのため、下痢性疾患であるコレラの原因菌であるVibrio choleraをモデル生物として使用しています。Vibrio choleraは条件的ヒト病原体であり、水圏でのライフサイクルを持っています。

したがって、これは自然環境におけるヒト病原体の生存を研究する絶好の機会となります。この生物を研究するためのツールは数多く存在します。ゲノムの全塩基配列が解明されており、ゲノム内のすべての遺伝子を網羅したマイクロアレイも構築されています。

さらに、この生物のゲノムを操作するためのツールが数多く存在します。私の研究プログラムでは、これらのツールを活用し、それらを統合させることで、コレラの水中ライフサイクルを研究しています。そのため、我々の実験では、この生物が生息する水圏環境を模倣するようにしています。

次に、この生物が栄養負荷、温度、塩分濃度、あるいはプランクトンやゾウリムシなどの他の生物学的ストレス因子に関する環境変動をどのように感知しているのかを明らかにしたいと考えています。水圏環境において、Vibrio choleraeは遊泳状態か、あるいは表面付着状態のいずれかで存在します。表面付着形態はバイオフィルムとして知られており、これは単に微生物と、その細胞外多糖類やタンパク質、時にはDNAからなる細胞外ポリマー物質で構成されています。

このマトリックスは接着剤として機能し、生物体をまとめて保持します。バイオフィルム形成モードで増殖した場合、これらの生物は環境の変動するパラメータに対して実際に耐性を持ち、例えばファージやプロテアソームによる攻撃などからより適切に保護されます。そして、これらは環境中における微生物の存在量を制御する要因となります。

我々の研究に寄与した最近の技術的進歩には、当該生物のゲノム配列の解読完了や、マイクロアレイ技術の開発があります。これらの技術を用いることで、栄養飢餓や温度変化といった環境の大きな変動に対し、この生物がゲノム全体レベルでどのように応答するかを明らかにすることができます。また、我々の主要な目標の一つは、これら全ゲノム発現解析の結果をネットワーク解析に統合することです。

したがって、変動する環境パラメータに対する応答を制御する遺伝子調節ネットワークを特定したいと考えています。環境中における生物の挙動をモデル化できることが目標です。また、環境内のいつ、誰とVibra Cideが相互作用するのかについても、まだ分かっていません。

この生物の生態についてはほとんど分かっておらず、また、実験室環境での生存に重要であると特定した遺伝子やプロセスが、実際の自然界においてどのような関連性を持つのかについても分かっていません。また、自然環境に Vibrio cholera が存在するときに、私たちが特定した遺伝子が発現しているのかどうかも不明です。さらに、Vibrio cholera は環境中で複雑な微生物コミュニティの一員であるため、Vibrio cholera が相互作用する生物を特定し、培養できるようにしたいと考えています。

したがって、自然環境におけるVibrio choleraの生物学的特性を理解することは、困難ではありますが、この生物の特性を解明するために極めて重要であると考えています。今後5年間で、バイオフィルムのop多糖類成分をより詳細に特性解析したいと考えています。例えば、Vibrio choleraにおいて、細胞同士を結合させているop多糖類の構造はまだ解明されていません。

また、バイオフィルム指標のすべての構成要素が解明されているわけではありません。将来的には、これらの生物の天然バイオフィルムにおいて、バイオフィルム指標の構成要素を定量化できるようになれば非常に有益であると考えています。もう一つの大きな課題は、自然環境におけるOCを研究することであると考えています。

そして、比較ゲノム研究を活用し、全ゲノム発現プロファイリングと比較ゲノム解析を組み合わせることで、病原体としてのIBRコレラの進化をより深く理解できることを期待しています。