歯垢形成のメカニズムにクライオ電子顕微鏡で迫る~歯周病関連細菌がどのように付着するのか?付着器官の立体構造を明らかに~

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2026-06-30 沖縄科学技術大学院大学

沖縄科学技術大学院大学(OIST)、鳥取大学、広島大学、長崎大学の共同研究グループは、歯周病原因菌 Porphyromonas gingivalis が歯垢(バイオフィルム)を形成する際に用いる付着器官「Mfa線毛」の三次元構造を、クライオ電子顕微鏡により原子レベルに近い3.0 Åの分解能で解明しました。Mfa線毛はMfa1タンパク質が「ストランド交換」と呼ばれる独特の結合様式で重合して形成され、線毛が根元から伸長する仕組みが明らかになりました。また、線毛内にカルシウムイオンが結合していることを確認し、これが細菌の免疫回避や感染持続に関与する可能性が示されました。さらに、コンピュータシミュレーションにより、口腔内細菌 Streptococcus gordonii との分子レベルでの相互作用も可視化し、歯垢形成機構の理解を深めました。本成果は、線毛形成や細菌間相互作用を阻害する新たな創薬標的を提供し、歯周病だけでなく、肺炎、糖尿病、アルツハイマー病など P. gingivalis が関与するとされる疾患の治療法開発にも貢献すると期待されます。

歯垢形成のメカニズムにクライオ電子顕微鏡で迫る~歯周病関連細菌がどのように付着するのか?付着器官の立体構造を明らかに~
研究チームはクライオ電子顕微鏡を用いて、重合したMfa1の3次元構造を可視化した。図には、Mfa線毛内のMfa1タンパク質サブユニット4分子の連結が示されている。© Shibata et al., Communications Biology, 2026.

<関連情報>

歯周病原菌Porphyromonas gingivalis由来の天然型MfaタイプV線毛のクライオ電子顕微鏡構造 Cryo-EM structure of the native assembled Mfa type V pilus from the periodontal pathogen Porphyromonas gingivalis

Satoshi Shibata,Hideyuki Matsunami,Kazuhisa Ouhara,Yuri Taniguchi,Makoto Tokoro Schreiber,Alejandro Villar-Brillones,Koji Nakayama,Mikio Shoji & Matthias Wolf
Communications Biology  Published:24 June 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s42003-026-10515-2  Unedited version

Abstract

Porphyromonas gingivalis is a primary pathogen causing periodontal disease. The cell has two kinds of type V pili, the Fim pilus and the Mfa pilus, both of which play essential roles in colonization, biofilm formation, and pathogenicity. The functional polymerized structure of the Fim pilus is known, whereas the structure and assembly mechanism of the Mfa pilus remain unclear. Here, we show the structure of the polymerized recombinant Mfa1 stalk pilin determined by cryo-electron microscopy at 3.0 Å resolution. The atomic model of the Mfa1 filament reveals that Mfa1 pilins polymerize by protease-mediated strand exchange and retain a Ca2+ ion in the metal-binding pocket, which modulates immune recognition of the Mfa pilus by human cells. Furthermore, we elucidated the three-dimensional architecture of the streptococcal-binding region on the Mfa pilus. Our results further strengthen evidence that protease-mediated strand exchange is the universal assembly mechanism of type V pili. Our structure of the polymerized Mfa pilus, which represents the functional state on the cell surface, provides targets for antimicrobial drug design to treat periodontal disease and P. gingivalis-related systemic diseases.

医療・健康
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