タイプVI分泌システムが野生哺乳類腸内細菌叢における菌株維持を制御する
The type VI secretion system governs strain maintenance in a wild mammalian gut microbiome
哺乳類腸内に生息する細菌は、密なコミュニティを形成し、接触依存性の拮抗メカニズムが広く見られる。タイプVI分泌システム(T6SS)は、腸内バクテロイデス菌類に広く存在する細菌間毒素送達経路であるが、自然発生した細菌叢におけるその機能は不明確であった。本研究では、野生マウス由来の生理学的に関連性の高い腸内コミュニティ(WildR細菌叢)から得られたバクテロイデス菌におけるT6SSの役割を調査した。新たに開発された遺伝子ツールとWildRコミュニティ内での菌株機能置換戦略を用いて、WildR分離株であるB. acidifaciensが共存するバクテロイデス菌類を拮抗するためにT6SSを利用することを示した。また、T6SS機能の喪失は、初期定着には影響しないが、B. acidifaciensの長期維持を損なうことを示し、このシステムが菌株持続性の決定因子であることを確立した。同定されたT6SSは、統合・共役因子(ICE)上に存在する。標的配列決定アプローチであるICE-seqは、T6SS-ICEがWildR細菌叢内の選択されたバクテロイデス菌類およびムリバクラセア科種の間で分布しており、最近交換されたようであることを明らかにした。さらに、T6SS-ICEをWildR分離株Phocaeicola vulgatusに導入すると、マウスにおいて一時的な定着利益が得られるが、最終的な個体数減少と関連することが示された。本研究結果は、T6SSが複雑で共進化する腸内細菌叢内で特定の菌株の存在を安定化できることを示しているが、その価値は状況依存的であり、宿主コミュニティの生態学的および生理学的状況によって制約されることを示している。
- 野生マウス由来の生理学的に関連性の高い腸内コミュニティ(WildR細菌叢)を用い、バクテロイデス属 B. acidifaciens がタイプVI分泌システム(T6SS)で共存菌を拮抗排除することを新規遺伝子ツールと菌株機能置換戦略で示した。
- T6SS機能の喪失は初期定着には影響しないがB. acidifaciensの長期的維持を損ない、T6SSが菌株持続性の決定因子であることを確立した。
- 同定されたT6SSは統合・共役因子(ICE)上に存在し、標的配列決定アプローチ ICE-seq により、T6SS-ICEがWildR細菌叢内の一部バクテロイデス菌およびムリバクラセア科種の間でごく最近交換されたことが判明した。
- T6SS-ICEをWildR分離株 Phocaeicola vulgatus に導入するとマウスで一時的な定着利益が得られる一方、最終的な個体数減少と関連することが示された。
- T6SSは複雑に共進化する腸内細菌叢内で特定菌株の存在を安定化しうるが、その価値は宿主コミュニティの生態学的・生理学的状況に制約される状況依存的なものだと結論づけた。
腸内細菌叢を標的としたライブバイオセラピューティクス/マイクロバイオーム創薬にとって、菌株が長期的に定着し続けるかどうかは製品価値の根幹に関わる。本研究はタイプVI分泌システム(T6SS)が菌株維持の決定因子であり、しかもその定着利益が宿主コミュニティの生態学的状況に依存して最終的には減衰しうることを示した点が重要。単一菌株を投与するだけでは不十分で、競合排除機構やICE(接合性因子)による水平伝播まで設計に織り込む必要があることを示唆しており、菌叢改変型治療の有効性・再現性評価のハードルが高いことを投資家は認識しておくべき。技術ツール(ICE-seq等)の登場は研究開発の加速要因になる。