プラスミドの役割
プラスミドは、バクテリアの細胞質内で独立して存在する小さな環状のDNA分子である。これらはバクテリアの生存に必須ではないが、抗生物質耐性のような優位性を提供することがある。この耐性は、プラスミド上にコードされた遺伝子によってもたらされ、バクテリア間で容易に交換される。この交換プロセスは水平遺伝子転移と呼ばれ、バクテリア集団における耐性の急速な拡散に重要な役割を果たす。
水平遺伝子転移
水平遺伝子転移は、親から子へ遺伝子が伝えられる垂直遺伝子転移とは異なり、関連のないバクテリア間での遺伝物質の交換を可能にする。これは主に、形質転換、トランスダクション、接合の3つのメカニズムによって行われる。接合はプラスミドにおいて最も一般的なメカニズムであり、特殊な細胞間接触を介してプラスミドを1つのバクテリアから別のバクテリアに直接転送する。
形質転換、トランスダクション、接合
形質転換は、バクテリアが環境中の自由なDNAを取り込むプロセスである。トランスダクションは、バクテリオファージが1つのバクテリアから別のバクテリアにDNAを運ぶプロセスによって媒介される。接合は異なるバクテリア細胞間の物理的接触を必要とし、プラスミドがピルスと呼ばれる構造を介して転送される。これらのメカニズムは、バクテリアの遺伝的多様性と適応能力に寄与し、耐性遺伝子が交換されると臨床的に問題となる可能性がある。
多剤耐性E. coli
大腸菌（Escherichia coli）は、人間や動物の腸内に通常存在するバクテリアである。しかし、一部の株は病原性を持ち、重篤な感染症を引き起こすことがある。多剤耐性E. coli株は特に懸念されており、複数の抗生物質に耐性を持ち、治療オプションを制限する。これらの耐性は、さまざまな耐性メカニズムの遺伝子を運ぶプラスミドによって媒介されることが多い。
抗生物質耐性のメカニズム
抗生物質耐性は、さまざまな方法で発生する可能性がある。一般的なメカニズムは、抗生物質を不活性化する酵素の産生である。例えば、β-ラクタマーゼはペニシリンやセファロスポリンのようなβ-ラクタム抗生物質を分解する。他のメカニズムには、抗生物質の標的構造の修飾、抗生物質を細胞外に排出するエフラックスポンプ、抗生物質の侵入を防ぐための細胞膜透過性の変化が含まれる。
プラスミドの拡散経路
バクテリア集団におけるプラスミドの拡散は、さまざまな経路を通じて行われる。主な経路の1つは、接合のような直接的な細胞接触による伝達である。さらに、プラスミドは水、土壌、食品などの環境要因を介しても拡散する可能性がある。これらの環境経路は、特に農業の文脈では問題であり、抗生物質が予防的に使用されることが多く、選択圧をかける。
農業への影響
農業では、抗生物質が病気の動物の治療だけでなく、成長促進や病気予防のためにも頻繁に使用される。これは動物の腸内マイクロバイオームにおける選択圧を高め、耐性バクテリアの拡散を促進する。この耐性バクテリアは、肥料、水、または直接接触を通じて環境に移行し、さらに拡散する可能性があるため、こうした耐性の制御が困難になる。
制御のための対策
多剤耐性バクテリアの拡散を制御するためには、さまざまな対策が必要である。これには、人間および動物の医療における抗生物質の使用の削減、新しい抗生物質と代替治療戦略の開発、感染症の監視と管理の改善が含まれる。公衆の認識と教育もまた、抗生物質の責任ある使用を促進するために重要な役割を果たす。
代替治療戦略
新しい抗生物質の開発に加えて、細菌感染症に対抗するための代替アプローチが注目されている。これには、バクテリオファージを使用してバクテリアを標的にするファージ療法や、自然のマイクロバイオームを強化するためのプロバイオティクスおよびプレバイオティクスの使用が含まれる。これらの戦略は、その有効性と安全性を保証するためにさらに研究が必要である。
Plasmid-Übertragung und Ausbreitungswege multiresistenter E. coli