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細菌学の特別講義（3）最終回
Special lecture of bacteriology (3) The last lecture.

北里大学

大学院感染制御科学府

細菌感染制御学研究室

教授

阿部章夫

AKIO ABE Ph.D
Laboratory of Bacterial Infection, Graduate School of Infection Control Sciences, Kitasato University

1．はじめに1.
特別講義（3）のポイント

しなければならなかった。決定的なのはボルチモアから腸管病原性大腸菌の感染実験系を立ち上げるためを示さないことであった。ボルチモアでの2ヶ月間の実験に、留学先のカナダから米国ボルチモアの大学に短期

結果は、今まで作製してきた変異株を全部捨てて、再留学を決行。しかし、実験はことごとく失敗し何のデータ度新たな菌株で変異株を作製することを意味した。
しかも持ち帰ることもなく、失意のなかでカナダに戻りました。

し、それ以外に選択肢はなかった。これについてはボス

今回は失敗の連続からどのようにリカバリーしたのかにも了承してくれて、何とか研究を継続することができた。

ついて述べるとともに、腸管病原性大腸菌のⅢ型分泌問題はウサギに感染する腸管病原性大腸菌をどうやっ装置に依存した病原性発症機構について詳細に解説て選択するのかについてであった。文献を調べた結果、します。

ウサギの腸管病原性大腸菌の研究は、ヨーロッパでさ分与を受けた菌株 1）は、ウサギに投与しても何ら病原性かんであることがわかった。私はいくつかの研究機関に1．はじめに2.
ボルチモアからの撤退手紙を送り、最終的にベルギーの研究機関から腸管病原性大腸菌を入手した。ボルチモアで習得した感染実

私はどのようにボルチモアから引き揚げたのか、今と験系を立ち上げ、ベルギーより分与された菌株の病原なってはその記憶も定かではない。ただ電車に揺られ、性を確認したところ、ウサギに下痢を惹起したのでこれどこかの駅に止めてあった錆びついたコンテナ列車をを親株として変異株を作製した。

眺めながら、「もう二度とこの土地には来ることはない」と思ったのである。バンクーバー国際空港に降り立つと、久しぶりの妻がそこにいた。空港から妻が運転する車1．はじめに
3.
病原因子排出システムとしての分泌装置で、四条という寿司屋に直行した。ボルチモア滞在の私の留学先での研究テーマは、腸管病原性大腸菌2ヶ月間で酒は浴びるほど飲んだが、日本食は一度も食の下痢惹起のメカニズムを解明することであった。培養べていなかった。バンクーバーの日本料理店は、アジア細胞を用いた感染実験系で、腸管病原性大腸菌の保系移民が経営している場合が多いが、四条の板前さん持するⅢ型分泌装置が病原性に重要な役割を果たしは腕が確かな日本人であった。寿司を食べながら、問ていることが推察されていたが、実際の動物実験でそ題は山積しているものの治安の悪いボルチモアから生れを確認した研究者はいなかった。感染実験でⅢ型分きて帰れたことに感謝した。

泌装置の機能をはっきりさせるのが私の役目であった。

翌日、憂鬱な気持ちで教授室のドアをノックした。ボル

結論を先に述べてしまうと、Ⅲ型分泌装置欠損株で感チモア行きは1ヶ月という期間をボスから言い渡されてい染したウサギは下痢を惹起しなかったことから、本分泌たが、それを振り切って2ヶ月滞在した理由をボスに説明

装置は腸管病原性大腸菌の下痢発症に関与している

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ことが明らかとなった 2）。欠損株を作製して感染実験でよって分泌されるタンパク質EspAが重合して形成される

その病原性を確認する単純な研究テーマであったが、ことが明らかとなった5,6）。腸管上皮細胞の微絨毛は厚この実験を論文にまとめるために3年を要した。

さ0.5µmほどの糖衣で覆われ、微絨毛と異物の接触をⅢ型分泌装置については現在多くのことが明らかに防いでいるが、鞘状構造は糖衣のバリアー構造を越えされているが、当時はその高次構造も含めて断片的なるに十分な長さを有していた。一方、サルモネラや赤痢情報しか得られていなかった。Ⅲ型分泌装置はグラム菌はパイエル板のM細胞からトランスサイトーシスによっ陰性病原菌の多くが保持する病原因 子排出システムて宿主に取り込まれるので、生体のバリアーを越えるようで、菌体外に針状構造を形成する（図1）。また、基部な鞘状構造を必要としない。このように感染形態の違い構造はべん毛のそれと類似しており、外膜リング、内膜から、分泌装置の菌体外構造も大きく異なることが明ら

リング、ネック領域から構成される3）。基部構造はペリプかとなっている。

ラスム領域を貫通するチャネルとして機能し、菌体外に突出した針状構造と連結している。サルモネラ属細菌、

1．はじめに4.
エフェクターの宿主移行

エルシニア属細菌、赤痢菌などの針状構造は一定の長さを保っており、その先端にはチップ複合体が付着してエフェクターは細菌内で産生された後、Ⅲ型分泌装いる。エルシニア属細菌のチップ複合体は、タンパク質置を通過して宿主内に移行する（図1）。エフェクターのLcrVが5量体を形成することで構築されることが明らか

菌体外移行にはATP（アデノシン三リン酸）の加水分解になっている4）。腸 管 病 原 性 大 腸 菌のⅢ型 分 泌 装 置によるエネルギーとプロトン駆動力が関与している。Ⅲ型は、サルモネラや赤痢菌の分泌装置と同じような構造を分 泌 装 置の基 部 付 近にはATPase（ ATP 加 水 分 解 酵

もつと推察されていたが、針状構造の先端には伸長可素）の6量体からなる複合体が局在しており、エフェク能な鞘状構造が付随していた（図1）。免疫電子顕微

ターはATPの加水分解エネルギーによって分泌装置基鏡像による解析から、この鞘状構造はⅢ型分泌装置に部に装填される7）（図1）。エフェクターが針状構造内を通過し菌体外に分泌されるためには高次構造の巻き戻しが必要であり、これにはプロトン駆動力が関与している8,9）。エフェク
ターの菌体外分泌にはⅢ型分泌装置のみで完了するが、さらに宿主細胞内に移行するためには、宿主形質膜に孔を形成する因子（トランスロコン）の介在が必要である3）（図 1）。エフェクターの宿 主 移 行に先立ちトランスロコンが宿主細胞膜上に移行することで細胞膜に孔が形成され、エフェクターの宿主内移行が可能となる。
Ⅲ型分泌装置とトランスロコンの働きによってエフェクターが細胞内に直接移行するモデルがこれまでの主流である3）。最近になって、1）エフェクターは宿主内に移行する前に菌体表層に移行すること、2）精製YopHエフェクターを菌体にコートするとⅢ型分泌装置依存的に宿主細胞内に移図1 Ⅲ型分泌装置によるエフェクターの宿主移行
グラム陰性病原菌の多くはⅢ型分泌装置によってエフェクターを宿主細胞内に移行させる。

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行すること、が実験的に証明された10）。これにより「エフェクターは一旦菌体外に輸細菌学の特別講義（3）最終回送された後に、宿主細胞内に移行する」という2ステップモデルが新たに提唱され、従来のワンステップ移行説に異論を唱えるものである

で台座様構造を形成する。
一方、O157に代表される腸管出血性大腸菌は、異。新たなモデルについてはさなったメカニズムで台座様構造を形成する。腸管出血

らなる検証が必要であるが、エフェクターの移行システ性大腸菌のTirは感染時にリン酸化されず、台座様構

ムについては再検討が必要な時期にきている。

造の形成にNckを必要としない18）。腸管出血性大腸菌

10）ではEspF UエフェクターがN-WASPと相互作用している
1．はじめに
5.
腸管病原性大腸菌のエフェクターの機能が、EspF UとTirは直接結合しておらず、これら因子を結宿主に移行したエフェクターは、宿主側因子と相互研究で、insulin receptor tyrosine kinase substrate

作用することで、宿主のシグナル伝達系を撹乱する11）。

（IRTKS）がTirのC末端に結合すること、さらにIRTKS

その結果、生体の恒常性が破綻し、宿主を感染に至らのS H3ドメインはE s p F Uと結 合することが明らかとなっしめる。すなわちエフェクターの宿主内での機能を解析た 20）（図2）。以上、腸管出血性大腸菌ではIRTKSがすることで、Ⅲ型分泌装置を介した病原性発揮の全体

TirとEspF Uのアダプタータンパク質として機能しているこ像が見えてくる。とが明らかになった20）。

合させる分子については長い間不明であった。最近の腸管病原性大腸菌は腸管に付着する過程で微絨

腸 管 病 原 性 大 腸 菌と腸 管 出 血 性 大 腸 菌は、Tir-毛を破壊し、菌の付着下部に台座様構造（pedestal-Intiminの相互作用によって腸管上皮に強固に付着すlike structure）を形成する12）（図2）。付着に伴う組織病ることで、Tir以外のエフェクター群を宿主内に持続的理学的壊変はA/E（attaching and effacing）傷害と定に移行させる。我々のグループではEspG、EspG2エフェ義されている。A/E傷害の形成に必要な遺伝子は染クターが低分子物質の細胞間透過性を上昇させること色体上の病原性遺伝子塊LEE（locus of enterocyteを明らかにしている21）。これらのエフェクターは宿主細effacement）14）にコードされ、Ⅲ型分泌装置、Intimin、胞に移行後、微小管を破壊する。微小管の破壊にともTi（tr r a n s l o c a t e d I n t i m i n r e c e p t o r）、E s p（ E P E C -ない微小管に局在していたGEF-H1が遊離し、遊離型secreted protein）などを含む。Tirは台座様構造に関

GEF-H1 は 活 性 化 型 に 変 換され る 22）。活 性 化 型与するエフェクターで、Ⅲ型分泌装置によって宿主に移GEF-H1はRhoAを特異的に活性化するので、RhoA-行後、細胞膜上に局在する15）（図2）。Tirは2つの細胞ROCKのシグナル伝達系の活性化によりアクチン繊維膜貫通領域を有しており貫通領域で囲まれたループ領束の過形成が誘導される。また、GEF-H1は細胞間の域は細 胞 外に露出しているこのループ領 域に菌の透過性を制御する因子であり23）、我々はEspG/EspG2外膜タンパク質であるIntiminが結合する16）。IntiminとがGEF-H1を利用することで細胞間透過性を上昇させTirが相互作用することでTirのクラスタリングが誘導さることを検証している21）。EspGによる細胞間透過性の

13）

16）

れ、Tirに宿主側因子が順次結合することでアクチンを主とする台座様構造が形成される12）。腸管病原性大腸菌のTirはSrcキナーゼファミリーのc-FynによってC末端側の474番目のチロシン残基がリン酸化される17）。宿主側のアダプタータンパク質であるNckは、Tirのリン酸化チロシン残基を中心として周辺の12アミノ酸残基を認識して結合する18）。Tirと結合したNckはN-WASP（neural-Wiskott-Aldorich syndrome protein）と相互作用し19）、N-WASPはそのC末端領域を介してアクチン重合核形成因子のArp2/3複合体と結合する。このように腸 管 病 原 性 大 腸 菌はリン酸 化 Tirを介してNck、N-WASP、Arp2/3複合体を付着下部に凝集させること

図2 腸管病原性大腸菌と腸管出血性大腸菌における台座様構造の形成
腸管病原性大腸菌（EPEC）と腸管出血性大腸菌（EHCE）
はTirエフェクターによって台座様構造を形成するが、それぞれ異なった因子が関与する。

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9亢進 21）、ならびにEspFやMapによるタイトジャンクション

腸管粘膜固有層の宿主免疫系、特にIL-17を制御しての破壊 24）は下痢発症に関与すると推察されるが、宿主いる細菌として非常に注目されているが 26）、当時の我々に移行するエフェクターは多種多様であり、さらなる解にとってSFBの出現は悪夢であった。後の実験でSFBを析が必要である。

もつマウスは病原性細菌の感染に対して抵抗性を示すことが再確認され 26）我々の出した結論は正しかったこと

1．はじめに
6.
スパゲッティバグとの闘いが証明されている。しかしながら当時の私にはSFBの重ベルギーからの分与株を用いてⅢ型分泌装置が腸管に固執したかったので、別なプロジェクトに移行してしまっ病原性大腸菌の下痢発症に関与することを明らかにした。SFBは培養が困難でその解析は遅れているが、やがたが 2）、この強毒株でさえも実験結果が大きくばらつくこてはプロバイオティクスの領域で応用される日が近い。

要性が理解できなかったのと、何よりも病原細菌の研究とがあった。ウサギが腸管病原性大腸菌に感染すると感染後3〜4日で下痢を発症する。しかしながらある種のウサギにおいては、まったく下痢を発症しなかった。腸管1．はじめに7.
留学で学んだこと

病原性大腸菌に抵抗性を示したウサギについて組織病2年間の留学期間で帰国するはずであったが実験上理学的な解析を行った結果、腸管の表面にはびっしりとの様々な不運が重なり、結局私は4年間カナダに滞在す怪しげな細菌が付着していたのである （図3）。電子顕ることになった。しかし、今のアカデミックなキャリアがあ微鏡で解析してみるとその細菌はスパゲッティのような形るのも留学を通してのアウトプットがあったからだと思う。

態をしていたので、我々はスパゲッティバグと呼んでい日本と海外先進国の研究環境を比較した場合、日本がた。その後何度か感染実験を行い下痢を起こさなかった

劣っていることはなく、むしろ様々な面で整備されているウサギを解剖してみると、高頻度でこの細菌が腸管上皮ことに気づく。順当に業績を残したいのであれば、わざに観察されたので、ウサギがスパゲッティバグをもっていわざ留学というリスクをおかさなくても日本でやっていくこると腸管病原性大腸菌の感染に抵抗性を示すという結とは十分可能である。それでは何故留学が重要なのか論に達した。論文としてまとめるためにはスパゲッティというと、私は脳力の再構築にあるのだと思う。英語がバグでは具合が悪いので分類の専門家に尋ねたとこ

通じず何をするにも多くのエネルギーと忍耐力が必要でろ、segmented filamentous bacteria（ SFB）という立派な「自分だけでは何もできない」と、無力感を痛切に感じる名前をもっていることが明らかとなった。SFBについてはのも留学の醍醐味である。語学に堪能で、初めからコ25）

25）

ミュニケーションに問題がなければ、「苦労がともなわない＝得るモノも少なかった留 学」であったかもしれない。逆説的に言えば、英語はできなければできないほど留学から得られる経験は大きいと思う。これから留学を考えている若手の皆さんへの助言として、英語の勉強はほどほどにして留 学 することを強く勧めた
い。細菌学の特別講義はこれで最後になるが、細菌の病原性発揮における精緻なメカニズムを感じ取って頂けたならば筆 者として幸 甚で
図3 ウサギ回腸の走査型電子顕微鏡における解析19）
通常のウサギの回腸絨毛（A）とSFBをもつ回腸絨毛（B）を示す。図中のVは絨毛を示す。SFBは絨毛に強固に付着している（C, D）。

10

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＊15ページ、右欄へ続く（参考文献）