抗生物質ロラマイシンが腸内細菌叢にダメージを与えることなく危険な細菌を殺すことが発見された。

ネイチャー誌に掲載された最近の研究によると、米国の科学者らが、グラム陰性細菌のリポタンパク質輸送系を標的とする、ロラマイシンと呼ばれる新たな選択的抗生物質を開発・発見したことが明らかになった。研究者らは、ロラマイシンが多剤耐性グラム陰性病原体に対して有効であり、マウス感染モデルにおいて有効性を示し、腸内細菌叢を維持し、二次感染を予防することを発見した。

抗生物質は腸内マイクロバイオームを破壊し、クロストリジウム・ディフィシルなどの病原体に対する感受性を高め、消化管、腎臓、血液系の問題のリスクを高めます。グラム陽性菌であれ広域スペクトルであれ、ほとんどの抗生物質は腸内常在菌に悪影響を与え、腸内細菌叢の乱れを引き起こします。グラム陰性菌のみに作用する抗生物質は希少であるため、マイクロバイオームへの影響は明らかではありません。抗生物質の標的の多くはグラム陽性菌とグラム陰性菌の両方に共通しているため、検出が困難です。腸内マイクロバイオームには多くのグラム陰性菌が存在するため、コリスチンなどの雑種抗生物質は重大な腸内細菌叢の乱れを引き起こす可能性があり、その使用は制限されています。

グラム陰性細菌の持続感染による新規抗菌剤の需要が高まっているにもかかわらず、過去50年間、米国食品医薬品局（FDA）は新たな抗菌剤を承認していません。グラム陰性細菌の複雑な膜構造と排出ポンプにより、その発見は困難を極めています。マイクロバイオームを保護するグラム陰性細菌専用の抗生物質を開発するには、病原性細菌と常在細菌の間に大きな相同性の違いがある、グラム陰性細菌特有の重要なタンパク質を標的とする必要があります。本研究では、様々なグラム陰性病原体にとって重要なペリプラズムリポタンパク質Lol輸送システムを標的とするロラマイシンと呼ばれる新規抗生物質を開発し、報告しました。

本研究では、グラム陰性細菌のLolシステムの主要構成要素であるLolCDEを標的とした。このシステムの潜在的阻害剤を探索するためのスクリーニングを実施し、その後、これらの阻害剤を合成・評価した。ロラマイシンの有効性は、多剤耐性大腸菌、肺炎桿菌、およびE. cloacaeの臨床分離株に対して試験された。ロラマイシンと他の化合物を用いた感受性試験も実施した。

ロラマイシン耐性変異株を開発し、適応度を比較した。ロラマイシンの殺菌活性は成長曲線を用いて研究した。共焦点顕微鏡を用いて標的細菌の表現型変化を観察した。分子モデリング、動的シミュレーション、アンサンブルドッキング、クラスター分析を用いて、ロラマイシン阻害の結合部位とメカニズムを調べた。

さらに、マウスにピリジンピラゾール（化合物1）とロラマイシンを3日間腹腔内投与した。ロラマイシンのバイオアベイラビリティを評価するため、薬物動態試験を実施した。感染モデルを用いて、ロラマイシンと化合物1の肺炎および敗血症治療における有効性を比較した。ロラマイシンは経口投与も行った。マウスの糞便サンプルを用いて、16SリボソームRNAシークエンシングによりマイクロバイオームを解析した。さらに、抗生物質投与マウスをC. difficileに曝露させ、病原体を自力で排除する能力を評価した。

ロラマイシンは、LolCDE複合体の阻害剤であり、特定のグラム陰性病原菌に対して高い活性を示し、大腸菌への蓄積性は低い。ロラマイシンは選択性を示し、グラム陽性菌とグラム陰性菌の両方の常在細菌に対して毒性を及ぼさなかった。哺乳類細胞に対する毒性は最小限で、ヒト血清存在下でも効果を維持した。ロラマイシンは、大腸菌、肺炎桿菌、およびエンテロコッカス・クロアカエの多剤耐性臨床分離株に対して高い活性を示した。ロラマイシンは、最小発育阻止濃度の範囲が狭く、多剤耐性株に対する有効性も優れている点で、他の化合物よりも優れていた。

耐性株におけるlolCDEの配列解析により、ロラマイシン耐性に関連する変異は認められず、有望な抗生物質候補としての可能性が示唆されました。ロラマイシンは株間で耐性頻度が低かった。LolCおよびLolEタンパク質が標的として特定され、耐性に関連する特定の変異が同定されました。ロラマイシンは、試験した細菌に対して殺菌活性または静菌活性を示しました。ロラマイシン処理細胞では腫脹が観察され、リポタンパク質輸送の障害が示唆されました。ロラマイシン耐性変異体は、処理に対する表現型の反応が変化し、LolCおよびLolEの関与が確認されました。

ロラマイシンはBS1およびBS2への結合を競合的に阻害することでリポタンパク質輸送を阻害した。疎水性相互作用が優勢であることが判明し、これが第一級アミンを含む化合物の有効性低下の原因となった。耐性を付与する変異はロラマイシンの結合親和性に影響を与え、結合部位の不安定化に関与していることが示唆された。ロラマイシンは、大腸菌AR0349、肺炎桿菌（K. pneumoniae）、エンテロコッカス・クロアカエ（E. cloacae）などの多剤耐性菌を用いた感染モデルにおいて、化合物1と比較して細菌負荷量の低減と生存率の上昇において優れた有効性を示した。

ロラマイシンの経口投与は、コリスチン耐性大腸菌に感染したマウスにおいて、優れたバイオアベイラビリティと有効性を示し、細菌負荷を減少させ、生存率を向上しました。ロラマイシンは、アモキシシリンやクリンダマイシンと比較して、腸内細菌叢の豊かさと多様性を維持しながら、腸内細菌叢への影響を最小限に抑えました。ロラマイシンを投与されたマウスと対照群では、クロストリジウム・ディフィシルの定着は最小限でした。一方、アモキシシリンまたはクリンダマイシンを投与されたマウスでは、クロストリジウム・ディフィシルの排除は見られず、実験期間を通して高い定着率を示しました。

結論として、この先駆的な研究は、ロラマイシンが腸内細菌叢の損傷を最小限に抑え、二次感染を予防する可能性のある特異的な抗生物質であることを示しています。本剤の臨床応用性を確認するには、さらなる研究と臨床試験が必要です。将来的には、ロラマイシンの腸内細菌叢保全効果は、臨床現場において既存の広域スペクトル抗生物質に対して大きな利点をもたらし、患者の転帰と全体的な健康状態を改善する可能性があります。