結核菌の「異常な成長」発見—免疫回避と耐性の謎に迫る

本研究は、細菌の細胞生物学における根本的な考え方を覆すものであり、結核菌がなぜ免疫系を巧みにすり抜け、抗生物質に対して高い耐性を示すのかを理解する手がかりとなる可能性がある。

結核菌は「細胞成長のルール」を無視する？

「細菌の最も基本的な研究テーマは、いかにして細胞が成長し、分裂するかという点です。しかし、我々の研究は、結核菌が一般的なモデル生物とは全く異なるルールに従っていることを示しました」と、タフツ大学医学部の分子生物学・微生物学教授であり、バイオメディカルエンジニアリング教授でもある ブリー・オルドリッジ博士（Bree Aldridge, PhD） は語る。本研究の共同責任著者には、イスラエル・ワイツマン科学研究所の アリエル・アミール博士（Ariel Amir, PhD） も名を連ねている。

結核菌の成功の秘訣は、その特殊な生存戦略にある。感染した宿主内で一部の細胞が急速に進化し、治療を回避する能力を獲得するのだ。そのため、結核の治療には複数の抗生物質を組み合わせ、長期間にわたる治療が必要となるが、それでも完治率は85%にとどまる。この現象の背後にある基礎的な生物学的メカニズムを理解することが、新たな治療法の開発を加速する鍵となる。

3年にわたる観察で明らかになった異常な成長パターン

この研究は、慎重かつ精密な観察を必要とする作業であった。タフツ大学医学部の博士研究員であり、本論文の筆頭著者の一人である クリスティン（ウンソン）・チョン博士（Christin Eun Seon Chung, PhD） は、結核菌の個々の細胞の挙動を解析するため、3年間にわたり高リスク病原体の取り扱いが可能な特別な施設で研究を行った。

結核菌は約24時間ごとに分裂するが（一般的なモデル細菌の分裂時間は約20分）、その長い増殖サイクルのため、観察には新たな顕微鏡技術が必要だった。オルドリッジ博士の研究チームは、結核菌の増殖を1週間にわたり撮影し、チョン博士がその映像を分析。結核菌は非常に小さく、動き回るため、自動解析では正確なデータを得ることができず、手作業による追跡が必要だった。

この観察により、結核菌の成長パターンが従来の細菌とは根本的に異なることが明らかになった。一般的な細菌は 「指数関数的成長」 を示し、細胞が小さいほど成長速度が遅くなる。しかし、結核菌は 「線形成長」 を示し、出生直後の小さな状態でも、細胞分裂直前の大きな状態でも成長速度が一定であることが分かった。

新たな成長機構の発見

「これまでに報告されたどの生物も、このような成長パターンを持っていません」とチョン博士は指摘する。通常、細胞の成長速度は リボソーム（タンパク質合成の場） の活動によって決定されると考えられていた。しかし、結核菌ではこの従来の理論が当てはまらない可能性があり、全く新しい成長制御の仕組みが存在することを示唆している。

さらに、研究チームは結核菌が 「二方向から成長する」 という意外な現象も発見した。通常、細菌は母細胞から分裂した直後は、切断面とは反対側の端から成長を開始する。しかし、結核菌は 母細胞から切り離された両端のどちらからでも成長を始める ことが確認された。この発見は、細胞の分裂と成長に関する従来の理解を大きく揺るがすものである。

結核菌の多様性と治療への影響

今回の研究成果から、結核菌は 遺伝的・表現型的多様性を意図的に高めることで、厳しい環境に適応している ことが示唆される。この戦略により、一部の細胞が免疫系の攻撃を逃れたり、抗生物質に耐性を持つようになったりするのだ。

「多くの微生物学研究は、増殖速度の速いモデル生物を対象に行われています。しかし、それらは代表的な細菌というわけではありません」とオルドリッジ博士は強調する。「自然界には膨大な種類の細菌が存在し、我々はその基礎的な特性さえ十分に理解できていません。本研究は、病原菌そのものを直接研究する必要性を示す重要な例です。」

本研究には、ハーバード大学の プラティサ・カー博士（Prathitha Kar, PhD） や、タフツ大学医学部に所属していた マリワン・カムカエウ（Maliwan Kamkaew） らも貢献した。

詳細な研究手法、資金提供者、利益相反に関する情報は、オープンアクセスで公開されている論文に記載されている。

写真：ブリー・オルドリッジ博士（Bree Aldridge, PhD）

[News release] [Nature Microbiology article]