アーカイブ: 2022年5月16日

Molecular Plant Physiology, Institute of Botany, University of the Punjab, Lahore, Pakistanらのグループは、小麦の根圏土壌における根圏細菌集団とその呼吸に及ぼすスルホンアミドの影響について報告しています。
https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0264476

スルホンアミドは畜産で広く使用されており、様々な細菌感染症の治療に使用されています。しかし、管理が不十分なため、処理後に土壌に排泄され、非常に危険です。スルホンアミドは、数百mg/Lの濃度で植物、葉、根の成長を損なう可能性もあります。スルホンアミドを含むさまざまな抗生物質の蓄積は、微生物の機能と活性を害し、土壌の酵素活性を低下させます。土壌中の抗生物質は、生物や植物に絶え間ない変化をもたらし、根圏細菌に有害な影響を与える可能性があるのです。

この研究は、小麦品種「Chakwal-50」の根圏から分離された根圏細菌に対する4つの新しく合成されたスルホンアミドの影響を推測するために実施されました。本研究では、小麦の根圏土壌における根圏細菌の感受性と微生物呼吸に焦点を合わせた研究を行っています。

スルホンアミド：2-（フェニルスルホニル）ヒドラジンカルボチオアミド（TSBS-1）、N、2-ビスフェニルヒドラジンカルボチオアミド（TSBS-2）、アミノカルボニルベンゼンスルホンアミド（UBS-1）、およびN、N’-カルボニルジベンゼンスルホンアミド（UBS- 2）を、小麦の根圏から分離されました5つの細菌株、すなわちAC（Actinobacter spp）、RS-3a（Bacillus spp）、RS-7a（Bacillus subtilis）、RS-4a（Enterobacter spp）およびRS-5a（Enterobacter spp）に適用しています。TSBS-1を除いて、すべてのスルホンアミド誘導体は、試験した細菌株に対して抗菌活性を示しました。これらのスルホンアミド誘導体の中で、UBS-1は最高濃度（4 mg/ml）で、RS-4aに対して最も強い阻害効果、阻害ゾーン（11.47±0.90 mm）を示しました。

図中の数字は、UBS-1の濃度（mg/mL）

このように、スルホンアミドは根圏細菌叢に悪影響を及ぼし、そのようなストレス要因に耐えられない根圏細菌もあるため、土壌の肥沃度と植物の成長に大きな影響を与えてしまいます。スルホンアミドによって媒介される根圏細菌の呼吸変化は、暴露の長さと濃度に依存おり、これら抗生物質を注意深く観察し、植物の成長に対する抗生物質の影響を将来的に調査してくことが必要です。

Department of Biochemistry, Stanford University School of Medicine, Stanford, CA, USAらのグループは、肺の間質内マクロファージがSARS-CoV-2感染の主たる標的となり、炎症を引き起こす中心になっていると報告しています。
https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.05.10.491266v1.full

本研究では、新しいSARS-CoV-2感染の実験モデルが提案され、ヒト肺組織における細胞レベルの分解能で、COVID-19の初期分子イベントと病原性メカニズムの体系的な調査が可能になりました。
ヒトの肺におけるSARS-CoV-2感染の初期のイベントを同定するために、治療的外科的切除または臓器提供者から得られた新鮮な肺組織から厚い切片（〜300-500 µm「スライス」）を調製し、DMEM/F12と10％FBSを含む培地で培養しました。次に、それらの組織スライスを感染多重度（MOI）1で、2時間SARS-CoV-2（USA-WA1/2020）に感染させ、感染を進行させるために培養を24時間または72時間続けました。

SARS-CoV-2感染中のウイルスおよび宿主遺伝子の発現を特徴づけるために、スライスを分離し、単一細胞RNAシーケンシング（scRNA-seq）によって分析しました。感染した肺スライスの多重単一分子蛍光insituハイブリダイゼーション（smFISH）も実行され、プラス方向鎖ウイルスRNA（S遺伝子プローブ）、マイナス方向鎖ウイルスRNA（複製中間体、Orf1ab遺伝子プローブ）、標準ウイルス感染受容体ACE2、およびscRNA-seqで検出された感染細胞タイプのマーカーを検出しました。

これらの結果から、SARS-CoV-2の最も感染性の高い肺細胞標的と炎症中心が活性化された間質性マクロファージであることが示されました。この新たに特徴づけられた肺マクロファージのサブタイプでは、ウイルスRNA増幅により、宿主細胞の全細胞トランスクリプトームの最大60％がウイルス転写物により乗っ取られていました。乗っ取りの間、同種の受容体（CCL8、CCL2、CCL13、CXCL10）を発現する内在性自然免疫細胞をリクルートできるケモカインの誘導を含み、インターフェロンに支配される炎症反応の細胞自律的な活性化が起こります。この乗っ取りは、また、サイトカインストームの中心となる強力な炎症性分子であるサイトカインIL6の発現を誘導します。このようにして、SARS-CoV-2感染と間質性マクロファージの乗っ取り、およびインターフェロンに支配されるこの一連のケモカインとサイトカインの誘導は、肺の炎症と免疫浸潤中心を形成し、COVID-19肺炎の誘発から急性呼吸器不全への移行を加速するのです。

ヒト肺マクロファージへのSARS-CoV-2侵入のメカニズムを調査するために、改変された組換えスパイク疑似型レンチウイルスシステムが適用されました。精製された肺マクロファージをヒドロキシクロロキン、リソソームプロテアーゼ阻害剤、またはサイトカラシンDで処理しても、広範囲の濃度でレンチウイルスによる感染は阻止されませんでした。これは、スパイクを介した肺マクロファージへの侵入が食作用を必要としないことを示しています。次に、3つの強力な抗スパイクモノクローナル抗体用いた中和アッセイを評価しました。これらの中和抗体は、nM濃度でHeLa-ACE2/TMPRSS2のレンチウイルス感染を強力に阻害しましたが、精製された肺マクロファージのレンチウイルス感染を減少させるものはありませんでした。従って、これのことは、肺マクロファージへのSARS-CoV-2の侵入が、食作用またはSARS-CoV-2スパイクタンパク質のACE2受容体結合モチーフを必要としない潜在的に新規なメカニズムによって起こることを意味しているようです。

Division of Immunology, Transplantation and Infectious Diseases, IRCCS San Raffaele Scientific Institute, San Raffaele Via Olgettina 58, 20132, Milan, Italyらのグループは、入院患者におけるキチナーゼ-3様タンパク質-1（CHI3L1）のレベルがCOVID-19の重症度を予測すると報告しています。
https://www.nature.com/articles/s41598-022-11532-x

年齢、性別、併存疾患、入院時の呼吸不全および全身性炎症の程度など、すべてのCOVID-19の臨床転帰に関連する事柄とは独立に、高レベルのCHI3L1が、ICUへの転棟や死亡を含め、COVID-19の重症化のリスクと相関ししていることが示されました。

理想的なバイオマーカーというのは、全体的な炎症の状態を反映するだけでなく、血管の炎症や肺のリモデリングなど、有害な疾患の進展の原因となる事柄を反映している必要があります。更に、抗原提示細胞とT細胞の相互作用がCOVID-19の結果の重要な決定要因であるため、このプロセスに関与する分子が適切な候補となる可能性があります。グリコシド加水分解酵素ファミリーのメンバーであるキチナーゼ-3様タンパク質-1（CHI3L1）は、これらの要件を満たしています。 CHI3L1はキチンに結合しますが、タンパク質を切断する能力はありません。また、ヒアルロン酸やヘパリンなどの他の基質にも結合します。細胞外マトリックスの変化、細胞および組織の損傷、サイトカインおよび成長因子への応答など、COVID-19の初期段階で活性化される様々なシグナルは、組織細胞および炎症性白血球による合成を誘発します。そして更に、CHI3L1は、肺上皮細胞および血管細胞におけるACE-2およびウイルススパイクタンパク質プライミングプロテアーゼの発現を刺激します。

CHI3L1は腎障害の認識されたバイオマーカーであるため、CHI3L1レベルは少なくとも部分的に腎障害を反映している可能性がありますが、更に調査される必要があります。

Verna and Marrs McLean Department of Biochemistry and Molecular Biology, Baylor College of Medicine, Houston, TX USAらのグループは、ロタウイルスのSpikeタンパク質VP4のフォールディング構造とその糖鎖結合特異性について報告しています。
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC9072675/

ロタウイルスは、10の異なる種またはグループ（A〜J）に分類されており、グループA、B、C、およびHのロタウイルスは、人間と動物の両方に感染します。疫学的には、グループA、B、およびCが最も良く研究されています。グループAロタウイルス（RVA）および（程度は低いが）グループCロタウイルス（RVC）は、世界中のほとんどの胃腸感染症の原因病原体であり、グループBロタウイルス（RVB）は、幾つかの国における散発的な感染症の原因になっています。

ロタウイルスのゲノムは、6つの構造ウイルスタンパク質（VP）と6つの非構造タンパク質をコードする二本鎖RNAの11の分節で構成されています。ウイルス粒子は、VP2で作られたコア層、VP6で作られた中間層、および糖タンパク質VP7で作られた外殻からなる3層構造を持っています。プロテアーゼ感受性タンパク質で作られた60個のSpikeタンパク質VP4が、外殻のVP7シェルから伸びています。

VP4をタンパク質分解処理すると、VP8*とVP5*の2つのフラグメントが生成されます。ロタウイルスグループ間の構造タンパク質の配列比較から、Spikeタンパク質VP4のVP8*ドメインが最もグループ間で変動していることが分かります。広範な構造研究により、ヒトRVAおよびRVC（VP8*AおよびVP8*C）にはガレクチン様ドメインがあり、その遺伝子型に依存して様々な細胞糖鎖を認識することが示されています。 VP8*AおよびVP8*Cの最も典型的な糖鎖結合特異性は、それぞれH-抗原およびA-抗原であることが知られていました。

興味深いことに、VP8*BはVP8*AまたはVP8*Cのいずれとも配列同一性を共有していません。これは、構造だけでなく糖鎖結合特性にも異なる影響を与える可能性があります。著者らは、VP8*Bには、VP8*AまたはVP8*Cとは全く異なるα-ヘリックスを留めるねじれたβシートを持つフォールディング構造が存在することを発見しました。更に、糖鎖アレイを用いたクリーニングおよびin silico分子ドッキング解析から、VP8*BがLacNAc構造を含む糖鎖を特異的に認識することを示しました。

Lab Microbial Ecology of the Rhizosphere (LEMiRE), CEA, CNRS, BIAM, Aix Marseille Univ, Saint-Paul-Lez-Durance, Franceらのグループは、根圏微生物間、および植物とその根圏微生物間で起こっている多数の情報伝達分子を介した制御の複雑さに関して実験データを踏まえながら議論しています。
https://sfamjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/1751-7915.14023

このレポートでは、植物の根圏における善玉菌として知られるシュードモナス（Pseudomonas brassicacearum NFM421）が、他の2つの根圏細菌、即ち窒素固定菌であるKosakonia sacchari NO9、および細胞外高分子物質を産生する能力で知られるRhizobium alamii YAS34、と競合した場合の影響、特に、植物に対する有効性遺伝子であるphlD（DAPGの生成）、hcnA（シアン化水素の生成）、 acdS（ACCデアミナーゼ活性）の発現状態を様々な状況で評価しています。 P. brassicacearum NFM421の鉄の細胞内取り込み状態も、この菌株の鉄調節RNA prrF の発現を分析することによって評価されました。というのも、鉄が不足している場合、バクテリアは真菌から鉄を奪うことによって抗真菌剤として作用する可能性のあるシデロホアを産生することが知られているからです。 P. brassicacearum NFM421 wtとノックアウト変異株であるΔphlDおよびΔgacAの土壌伝染性植物病原菌であるFusarium culmorum、Fusarium graminearumおよびMicrodochium nivaleに対する拮抗作用も評価され、DAPGとHCNの抗真菌活性が比較されました。

シュードモナスは、植物の成長を促進し、HCNやDAPGなどの抗菌性二次代謝産物を産生します。 本実験では、phlDの発現はhcnAの1000倍であり、HCNが病原性真菌に対して有効であるとされてはいますが、P. brassicacearum NFM421によるHCNの発現レベルは真菌の増殖を阻害するには低すぎ、この研究で使用された植物病原菌の生物的防除のモードにおいては、二次代謝物であるDAPGが病原性真菌の阻害に関係している可能性が最も高いと考えられました。

P. brassicacearum NFM421wt、∆phlD、∆gacAらのFusarium culmorum (Fc)、Fusarium graminearum (Fg)、 Microdochium nivale (Mn)に対する抗菌作用を示す

CAA培地を用いたin vitro条件では、他の2つの株、N09とYAS34が共存する場合には、鉄分が豊富な条件下で、P. brassicacearum NFM421のphlD、hcnA、acdSの発現に有意な転写変化が生じました。
シュードモナスを単独で増殖させた場合、phlDは鉄によって正に調節され、鉄が豊富な条件下ではほぼ4倍に増加しました。しかし、競合菌株が存在する場合には、鉄が豊富な条件下でシュードモナスのphlDの発現を有意に（2倍）減少させましたが、鉄が枯渇した条件下では有意差は観察されませんでした。
興味深いことに、in vitro条件下で観察された結果とは対照的に、セイヨウアブラナの根圏でこれら菌株が共存している場合には、P. brassicacearum NFM421のphlD発現は変化しませんでした。

他の微生物や植物によるphl遺伝子発現の調節に加えて、鉄の重要性とそのprrF RNAによる調節も含んだ植物に対する有効性遺伝子の調整スキームが結果として提案されています。しかし、ある細菌集団が別の集団の遺伝子発現に干渉するメカニズムはまだ完全には理解されておらず、今後の課題です。