ライム病菌が利用するマンガンの二面性(Manganese is Lyme Disease’s Double-Edge Sword)

ad

2025-11-13 ノースウェスタン大学

Lyme病(Lyme disease)を引き起こす細菌 Borrelia burgdorferi において、マンガン(Mn)は細菌の防御機構として機能する一方で、過剰または枯渇すると致命的な弱点にもなるという新たな知見が得られた。北西大学とUniformed Services University の共同研究で、電子スピン共鳴(EPR)および電子核二重共鳴(ENDOR)分光を用い、細胞内マンガンの動態と防御機構を詳細に解析した。Borreliaは鉄を使わずマンガンを用いて宿主の活性酸素から身を守るが、マンガンのバランスが崩れると防御システムが破綻しやすい。研究では、酵素MnSODとマンガン代謝プールという二段階防御機構が明らかとなり、適切なマンガン量が細菌にとって“鎧”となる一方、過剰では毒性を引き起こす“弱点”となる。これにより、マンガンを標的にした新たな治療戦略の可能性が示された。

<関連情報>

EPR分光法はライム病病原体ボレリア・ブルグドルフェリにおける抗酸化マンガン防御を明らかにする EPR spectroscopy reveals antioxidant manganese defenses in the Lyme disease pathogen Borrelia burgdorferi

Andrés F. Londoño, Ajay Sharma, Venkatesan Kathiresan, Jared Sealy, Robert P. Volpe, Cene Gostinčar, Utpal Pal, J. Stephen Dumler, Brian M. Hoffman, Michael J. Daly
mBio  Published:13 November 2025
DOI:https://doi.org/10.1128/mbio.02824-25

ライム病菌が利用するマンガンの二面性(Manganese is Lyme Disease’s Double-Edge Sword)

ABSTRACT

Oxidative stress defense in aerobic bacteria relies on Mn-superoxide dismutase (MnSOD) and antioxidant Mn-metabolite complexes (H-Mn) to quench superoxide radicals (O2•-). We investigated these antioxidant systems in Borrelia burgdorferi, the Mn-accumulating, Fe-independent Lyme disease pathogen. Using electron paramagnetic resonance (EPR) and electron-nuclear double resonance (ENDOR) spectroscopies, we tracked Mn²+ partitioning between enzyme-bound (L-Mn) and metabolite-bound (H-Mn) pools in spirochetes at exponential and stationary phases. Results show that MnSOD neutralizes extracellular O2•- generated by γ-irradiation (a model for host immune attack); H-Mn neutralizes cytoplasmic O2•- and is a reservoir of labile Mn²+ for metalating Mn-dependent enzymes. MnCl2 supplementation in log phase B. burgdorferi restored radioresistance in ΔMnSOD mutants via H-Mn hyperaccumulation but induced toxicity in older, stationary phase cells as metabolites became depleted. These findings support an expanded oxidative-stress model in which H-Mn complements MnSOD and positions Mn homeostasis as a therapeutic target. Our approach highlights the utility of EPR and ENDOR in studying Mn-dependent pathogens.

医療・健康
ad
ad
Follow
ad
タイトルとURLをコピーしました