[スポンサーリンク]

化学者のつぶやき

緑膿菌の代謝産物をヒトの薬剤に

[スポンサーリンク]

緑膿菌の代謝産物であるPseudomonas quinolone signal(PQS)を有機合成化学によって構造最適化をすることで、Maraxella catarrhalisに強力な活性と種選択性をもつ新規抗生物質が開発された。

緑膿菌とPQS, HHQ

ヒトの病原体である緑膿菌(Pseudomonas aeruginosa)は様々なアルキル鎖や不飽和度をもつ多様な2-アルキル-4-キノロンを代謝産物として生産する。中でも、クオラムセンシングシグナル分子であるPseudomonasキノロンシグナル(PQS)とその生合成前駆体である2-へプチル-4-キノロン(HHQ)は緑膿菌の有毒因子であることがわかっている(図1A)(1)。このクオラムセンシングを通じて、緑膿菌は細菌間での情報授受を行い様々な機能・活性を発現している。その一例として、PQSやHHQはグラム陽性菌の一種黄色ブドウ球菌やグラム陰性桿菌の阻害作用をもち、これら外部の菌と緑膿菌は競合することができる。活性ベースタンパク質プロファイリングから、PQS, HHQが緑膿菌中の多くの推定標的タンパク質と相互作用することがわかっているものの、具体的にPQSやHHQがどのように機能・活性発現をしているかは未解明である(2,3)。これはすなわち、PQSやHHQの構造を基盤として様々な構造類縁体を合成し、これらの機能を解明することで新たな抗生物質の創生につながるチャンスが大きいとも捉えられる。実際に、今回の論文著者であるコンスタンツ大学のBöttcherらは、これまでに2-アルキル-4-キノロンN-オキシドがブドウ球菌に対する抗生剤となることを見いだしている(4)。
今回コンスタンツ大学のBöttcherらはPQSのグラム陰性菌に対する抗菌活性を調査した。その結果PQSはグラム陰性病原菌Moraxella catarrhalis選択的に活性を示すことが判明した。著者らはさらなる活性の向上を目指し、PQSのキノロン骨格を改変した誘導体を合成した(図1B)。その結果、キノロン骨格をチオクロメノン骨格(1-S-PQS)とすることで活性が大きく向上した(図1C)。この1-S-PQSの構造活性相関(SAR)研究を行うことで、強力な活性と種選択性をもつ新規抗生剤の開発に成功した。

図1. PQS, HHQとPQS誘導体の活性評価 (一部論文より引用)

 

“A thiochromenoneanitibiotic derived from Pseudomonas quinolone signal selectivity targets the Gram-nagative pathogen Maraxella catarrhalis”
Szamosvári, D.; Schuhmacher, T.; Hauck, C.; Böttcher, T. Chem.Sci. 2019, Advance article
DOI: 10.1039/c9sc01090d

論文著者の紹介


研究者:Thomas Böttcher
研究者の経歴:
–2006 B.S.,LMU Munish, Germany
2006–2009 Ph.D., LMU Munich (Prof. Stephan A. Sieber)
2010 Postdoctoral research, LMU Munich (Prof. Stephan A. Sieber)
2011 Co-founder of AVIRUGmbH and project leader of the EXIST
2011–2014 Postdoctoral research, Harvard Medical School (Prof. Jon Clardy)
2014– Independent research group, University of Konstanz, Germany
研究内容:細菌代謝産物のケミカルバイオロジー

論文の概要
著者らはPQSのチオクロメノン改変体(1-S-PQS)のSARを通じて、C3位の水酸基が必須であることと、C2に長鎖アルキル基(デシル基)をもつ化合物1がM. catarrhalisに対して高い抗菌活性をもつことを明らかにした(図2A)。1のM. catarrhalisに対する抗菌作用は全ての臨床分離株(血液培養体や傷口から採取した固体など)において確認された(図2B)。特筆すべき事に、1の抗菌活性は、M. catarrhalisに密接に関連した他の共生種には活性を示さなかった(図2B)。この高い種選択的な抗菌活性はグラム陰性病原体には珍しく、前例はない。一方で、1のヒトの細胞(肺がん細胞および腎臓がん細胞)に対する毒性を評価したところ、その細胞毒性はM. catarrhalisに対する抗菌活性よりはるかに低いものであった。これは、1がM. catarrhalisによって引き起こされる感染症の強力な薬剤候補となりうることを示唆する。
次に1のM. catarrhalisに対する作用機序を調査した。まず、3H標識されたチミジン、ウラシル、ロイシンの取り込み実験により、1がDNA、RNA、タンパク質の生合成を阻害するか確認した。その結果、1の処理によっていずれの放射線前駆体の取り込み量も減少し、1がDNA、RNA、タンパク質全ての生合成を阻害することが示唆された(図2C)。続いて、1を暴露させた細菌の生存率を調べたところ、2.5 µM以上の濃度において細菌数が著しく減少した。この結果から1は静菌剤ではなく殺菌剤であると考えられる。また、1を高濃度で処理すると、M. catarrhalisは小型のコロニーを形成した。この現象は電子伝達系の異常やATPの枯渇と関連していることが知られている(5)。実際、1を添加して培養したM. catarrhalisのATP濃度は、暴露した1の濃度に依存して減少した(図2D)。このことから著者らは、1がATP産生に関わる因子を阻害することで抗菌活性を示したと結論づけた。
以上、緑膿菌の代謝産物を起点として、強力な活性と顕著な種選択性をもつ抗生物質1が発見された。今後、1が薬剤や微生物研究のための化学的ツールとして利用されることが期待される。

図2. 1-S-PQS誘導体とその活性評価 (一部論文より引用)

以上、緑膿菌の代謝産物を起点として、強力な活性と種選択的性をもつ抗生物質1が発見された。今後、1が薬剤や微生物研究のための化学的ツールとして利用されることが期待される。

参考文献

用語の説明

  • 緑膿菌(Pseudomonas aeruginosa)

生活環境に広く分布している代表的な常在菌の1つである。ヒトに対して病原性をもつものの、健常者に感染しても発症させることはほとんどない。抗菌薬に耐性を示す傾向が強い。

  • クオラムセンシング

細菌が放出する化合物の濃度を感知することで、周囲に存在するその細菌の個体数を認識する機能。名前は定足数(quorum)にちなむ。

  • M. catarrhalis

モラクセラ属の真正細菌の1つで、ヒトの肺炎・気管支炎などの呼吸器感染症の起炎菌として知られる。薬剤耐性を示すことが多い

Avatar photo

山口 研究室

投稿者の記事一覧

早稲田大学山口研究室の抄録会からピックアップした研究紹介記事。

関連記事

  1. 鉄、助けてっ(Fe)!アルデヒドのエナンチオ選択的α-アミド化
  2. 金属イオン捕捉とタンパク質フォールディング促進の二刀流でストレス…
  3. 分子構造を 3D で観察しよう (2)
  4. 第31回光学活性化合物シンポジウム
  5. キラル超原子価ヨウ素試薬を用いる不斉酸化
  6. 研究テーマ変更奮闘記 – PhD留学(後編)
  7. 余裕でドラフトに収まるビュッヒ史上最小 ロータリーエバポレーター…
  8. 連続アズレン含有グラフェンナノリボンの精密合成

注目情報

ピックアップ記事

  1. マイクロ波を用いた合成プロセス技術と実用化への道【終了】
  2. 第37回 糖・タンパク質の化学から生物学まで―Ben Davis教授
  3. 金よりも価値のある化学者の貢献
  4. 【2021年卒業予定 修士1年生対象】企業での研究開発を知る講座
  5. 求電子剤側で不斉を制御したアミノメチル化反応
  6. 鉄錯体による触媒的窒素固定のおはなし-2
  7. 日本の海底鉱物資源の開発状況と課題、事業展望【終了】
  8. デルゴシチニブ(Delgocitinib)のはなし 日本発の非ステロイド系消炎外用薬について
  9. 新車の香りは「発がん性物質」の香り、1日20分嗅ぐだけで発がんリスクが高まる可能性
  10. 多環式分子を一挙に合成!新たなo-キノジメタン生成法の開発

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2019年7月
月 火 水 木 金 土 日
1234567
891011121314
15161718192021
22232425262728
293031  

注目情報

最新記事

光前駆体法の活用によって、ヘプタセンで初の一重項分裂を観測!

第725回のスポットライトリサーチは、京都大学大学院 理学研究科化学専攻 有機元素化学研究室(山田研…

【スタッフ・寄稿募集】Chem-Stationで、化学を「伝える側」になりませんか?

Chem-Station(ケムステ)は2000年に開設された国内最大の化学ポータルサイトです。大学・…

第17回大津会議―とある参加者の記録―

2026年9月28日~29日に開催された第17回大津会議についての、とある参加者の記録です。この記事…

第17回大津会議 -Otsu Conference- 2026 開催報告 ~新体制で紡ぐ「有機合成の夢」~

第17回大津会議が2026年9月28日(月)〜9月29日(火)びわ湖大津プリンスホテルにて開催されま…

有機合成化学協会誌2026年10月号:医薬品プロセス開発・σ芳香族性・含窒素複素環・メロテルペノイド二量体・高歪み化合物

有機合成化学協会が発行する「有機合成化学協会誌」2026年10月号がオンラインで公開されています。…

時代は水だ! セメントのように水と混ぜるだけで成形・硬化できる「水硬性」高分子

第724回のスポットライトリサーチは、東京科学大学物質理工学院(大塚研究室)博士前期課程2年の徳満玲…

複雑さを設計して、結晶の動きをプログラムする

第723回のスポットライトリサーチは、高知工科大学大学院工学研究科(林研究室) 博士後期課程3年の樋…

ハロゲンの力で強力な結合を切断!天然物クマリンから医薬品・機能性材料原料のクマラノン類へ

第 722 回のスポットライトリサーチは、立命館大学大学院薬学研究科薬学専攻 精密合…

観察を写真で残す!カメラ内蔵リアクタ EasyMax 102i を使ってみた

反応の温度も、攪拌(かくはん)も、滴下も、サンプリングもいまや自動で記録される時代になりました。とこ…

ケムステ人気新着記事 トップ 5【2026年9月版】

2026年9月にケムステでは21本の新しい記事を公開しました。この記事では、その新着記事の中から、ペ…

実験器具・用品を試してみたシリーズ

スポットライトリサーチムービー

PAGE TOP