抗生物質が細菌の防御壁を貫通する様子を鮮明に可視化(Amazing images show how antibiotics pierce bacterial armour)

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2025-09-29 インペリアル・カレッジ・ロンドン(ICL)

UCLとインペリアル・カレッジ・ロンドンの研究チームは、抗生物質ポリミキシンBが大腸菌の外膜をどのように破壊するかを原子間力顕微鏡で可視化した。研究では、抗生物質が細胞表面に突起を生じさせ、細胞自身に外膜(アーマー)の過剰産生と脱落を誘発し、その結果、防御に隙間が生じて薬剤が侵入し細胞死に至ることを明らかにした。ただし、この現象は細胞が活動状態にある場合のみ発生し、休眠状態の細菌では薬剤は外膜に結合しても効果を示さなかった。糖を与えて休眠細胞を再活性化すると、薬剤効果が回復することも実証された。結果はポリミキシンが「細菌自身の代謝を利用して作用する」ことを示し、耐性菌治療戦略に新たな視点を提供する。

抗生物質が細菌の防御壁を貫通する様子を鮮明に可視化(Amazing images show how antibiotics pierce bacterial armour)Bacteria response to antibiotics (Credit: XXX)

<関連情報>

ポリミキシンBの致死にはエネルギー依存的な外膜破壊が必要 Polymyxin B lethality requires energy-dependent outer membrane disruption

Carolina Borrelli,Edward J. A. Douglas,Sophia M. A. Riley,Aikaterini Ellas Lemonidi,Gerald Larrouy-Maumus,Wen-Jung Lu,Boyan B. Bonev,Andrew M. Edwards &Bart W. Hoogenboom
Nature Microbiology  Published:29 September 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41564-025-02133-1

Abstract

Polymyxin antibiotics target lipopolysaccharides (LPSs) in both membranes of the bacterial cell envelope, leading to bacterial killing through a poorly defined mechanism. Here we demonstrate that metabolic activity is essential for the lethality of clinically relevant doses of polymyxin B (PmB) and leverage this insight to determine its mode of action. PmB killed exponential-phase Escherichia coli but did not eliminate stationary-phase cells unless a carbon source was available. Antibiotic lethality correlated with surface protrusions visible by atomic force microscopy and LPS loss from the outer membrane via processes that required LPS synthesis and transport but that were blocked by the MCR-1 polymyxin resistance determinant. While energy-dependent outer-membrane disruption was not directly lethal, it facilitated PmB access to the inner membrane, which the antibiotic permeabilized in an energy-independent manner, leading to cell death. This work reveals how metabolic inactivity confers tolerance of an important, membrane-targeting antibiotic.

有機化学・薬学
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