レジストーム

レジストームは、似ているようで異なる 2 つの概念を説明するために使用されています。

  • 病原性細菌と非病原性細菌の集団におけるすべての抗生物質耐性 遺伝子。[1]
  • 生物中のすべての耐性遺伝子、それらがどのように遺伝するか[2]、そしてウイルスや細菌などの病原体から身を守るためにそれらの転写レベルがどのように変化するか[3] 。

発見と現在のデータ

レジストームは、抗生物質の効果を妨げる細菌の耐性能力を説明するために最初に使用されました。[4] [5] 抗生物質とそれに付随する抗生物質耐性遺伝子は自然の生息地に由来しますが、次世代シーケンシング以前は、抗生物質耐性の研究のほとんどは実験室に限られていました。[6]全ゲノムおよびメタゲノム次世代シーケンシング技術の利用可能性の向上により、臨床現場以外にも抗生物質耐性菌の重要なリザーバーが明らかになりました。 [4] [7] [8] [9]土壌メタゲノムの反復テストにより、都市、農業、森林環境では、胞子形成土壌細菌は、起源に関係なく、ほとんどの主要な抗生物質に対して耐性を示しました。[4]この研究では、シーケンスされた細菌で約200の異なる耐性プロファイルが観察され、細菌の標的や天然または合成起源に関係なく、テストされた抗生物質に対する多様で強力な反応を示しました。[4]抗生物質耐性菌は、水処理施設などの非臨床環境や口腔などのヒトマイクロバイオームにおけるメタゲノム調査を通じて観察されています。 [5] [8] [10]現在、抗生物質耐性菌は地球上のあらゆる環境ニッチに存在することが分かっており、古代の永久凍土の配列は、抗生物質耐性がヒトが合成した抗生物質が導入される数千年前から存在していたことを明らかにしています。[9]

包括的抗生物質研究データベース（CARD）は、急速に利用可能になりつつある細菌ゲノムデータから耐性遺伝子のデータベースを構築するために作成されました。[7] CARDは、配列データと、注釈なしのゲノム配列における耐性遺伝子の同定をまとめたものです。[7]このデータベースには、「注釈なしの生の配列アセンブリコンティグを含む、全ゲノムまたは部分ゲノム配列データから抗生物質耐性遺伝子を同定することを可能にするバイオインフォマティクスツールが含まれています」。[7]これは、耐性遺伝子（resistome）の理解を深め、医療、環境、農業のデータセットをリンクすることを目的としたリソースです。[7]

ResistomeDBは、タラ海洋プロジェクトのメタゲノミクスサンプルに基づいて、世界の海洋Resistome [11]を保存するために2020年に公開されました。

ヒト病原体

環境レジソームをめぐる大きな疑問は、「病原細菌はどのようにして環境から抗生物質耐性遺伝子を獲得するのか（そしてその逆も）？」ということです。この疑問に答えるには、水平遺伝子伝達（HGT）[12]のメカニズムと、環境細菌とヒト病原体との様々な接触機会を考慮する必要があります。[要出典]

土壌中の抗生物質耐性細菌群集では、耐性を付与する遺伝子が可動性遺伝要素上に見つかっている。[4]同様に、水処理施設のレジストームの分析では、プラスミドやその他のタンパク質をコードする可動性遺伝要素が濾過のすべてのレベルに存在し、これらの可動要素が耐性遺伝子を保持していた。[5]これらの土壌および水ベースの耐性群集はリザーバーとして知られており、そこから耐性が病原細菌に伝わる可能性がある。[12]メタゲノム配列決定とショートリードベースのアセンブリにより、非病原性の環境土壌細菌と臨床病原体の間で抗生物質耐性遺伝子が交換されていることが明らかになった。[13]土壌細菌の部分は、いくつかの多様なヒト病原体のアイデンティティと完全に一致し、 5つのクラスの抗生物質に対する耐性カセットを含んでいる。[13]これらの耐性カセットには、最近の遺伝子水平伝播を反映する配列も含まれており、その伝播がどのように起こったかのメカニズムが提供される。[13]これらの抗生物質耐性遺伝子は、元の宿主の環境から完全に除去された後でも機能性を保持しており、病原体を含む広範囲の宿主との適合性が強調されています。[13]興味深いことに、耐性遺伝子の同一性が高い保存性は、ヒトの腸内微生物叢でも観察されました。[13]ヒトの腸内微生物叢と耐性病原体の平均アミノ酸類似性は約30.2～45.5%に過ぎませんでしたが、それらの耐性遺伝子は病原細菌のものと完全に一致しており、ヒトの消化管、土壌、臨床病原体のレジストームがすべて関連していることを示唆しています。[13]ただし、伝播のリスクは、集団内のレジストーム遺伝子の豊富さから単純に外挿することはできず、もたらされるリスクを十分に理解するためには、リスク分析への多面的なアプローチを考慮する必要があることに注意する必要があります。[12]例えば、抗生物質耐性遺伝子の移動性は、集団が病原性があるかどうかに依存することが観察されており、病原体集団では移動性遺伝子要素の割合がはるかに高い。[14]

環境中に抗生物質耐性が存在する場合、ヒト病原体がどのように相互作用し、あるいは環境と一体化しているか、そして抗生物質耐性がどのように交換されているかを考慮することが重要です。例えば、口腔細菌は消化器系や血液系を介して体の他の部位に到達し、唾液は容易に細菌を他の人に感染させます。そのため、口腔マイクロバイオーム中の抗生物質耐性細菌は、耐性遺伝子を他の潜在的に病原性のある細菌群集に容易に伝達する方法が複数存在します。[10]さらに、土壌レジストームと病原性レジストームは明確に区別できないことが観察されているため、ヒト病原体との相互作用 の可能性が高い水環境やその他の環境における環境耐性を理解することが不可欠です。[13]高度抗生物質耐性緑膿菌（Pseudomonas aeruginosa）においては、環境ストレスがレジストームの発現の鍵となります。固有の、獲得された、そして適応的な耐性遺伝子発現は、異なる環境圧力下で発生し、それに応じた効果的な治療法の開発に大きな課題をもたらします。[15]

非臨床環境において、人間が抗生物質耐性に対するさらなる正の選択圧をどのように作り出すのかを理解することは、これまで以上に重要になっています。[4] [5]抗生物質耐性の増加は抗生物質の有効性を著しく低下させ、医薬品開発と公衆衛生の維持の分野で深刻な懸念を引き起こしています。[9]抗生物質は様々な濃度で存在し、防御機構とシグナル伝達機構の両方として機能し、環境中で自然に抗生物質耐性を選択するため、自然界では人間が製造した抗生物質だけが抗生物質耐性圧の要因ではありません。 [6]このため、天然の抗生物質と自然界で自然に発生する抗生物質耐性のパターンを研究することは、臨床現場における抗生物質耐性の予測と対応に役立つ可能性があります。[6]メタゲノム配列データの解析は、人間の影響が耐性遺伝子の拡散にどのように影響するかを理解するための有用なツールです。[13]環境に高濃度の人工抗生物質が導入されると、天然の抗生物質生産がない場合でも抗生物質耐性が促進されます。[4]重金属汚染などの二次的なストレス条件は、ストレス反応としてHGTの上昇を引き起こし、抗生物質耐性遺伝子の拡散にも寄与している可能性が高い。[6]また、適切な廃水処理が行われていない人口の急速な増加は、ヒト病原体が環境中の耐性菌と接触する機会を増やすため、[6] HGTの発生源として廃水処理に注目することが重要である。[10]

感染抵抗性

レジストームは、感染に抵抗するために使われる遺伝子の遺伝的セットを指すこともあります。[3] [2]この概念は自然免疫とも呼ばれ、レジストーム内の耐性遺伝子は免疫応答に異なる機能を提供し、異なる転写を受けます。[3]興味深いことに、シロイヌナズナの研究では、細菌とウイルスの両方に対する耐性のための染色体上の活性化領域が一緒にクラスター化しており、おそらくそれらは共制御されていることを意味します。[3]

生殖細胞系列における様々な変異を比較することで、遺伝性免疫応答を付与する遺伝子群であるレジストームの大きさと位置を特定するのに役立ちます。[2]変異のため、汎マイクロバイオームの概念に類似した、すべてのマウスに共通する抵抗性遺伝子群である「ユニバーサルレジストーム」は、おそらく非常に小さいでしょう。[ 2]

参考文献

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