細菌が細胞を放出して生き残る新たな仕組みを発見(Eject! Bacteria Discovered with the Ability to Jettison Cells as a Survival Mechanism)

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20026-07-07 カリフォルニア大学サンディエゴ校(UCSD)

米国カリフォルニア大学サンディエゴ校(UC San Diego)の研究チームは、細菌バイオフィルムが寿命の終わりや栄養不足などの危機に直面すると、一部の細胞を勢いよく放出して新たなコロニー形成を図る「細胞射出(ejection)」機構を世界で初めて発見した。研究では、枯草菌(Bacillus subtilis)を対象に単一細胞レベルの高解像度イメージングと数理モデル解析を行い、細胞外マトリックス内でポリγ-グルタミン酸(γ-PGA)がハイドロゲルを形成し、大量の水を吸収して膨張することで内部の運動性細胞を外部へ押し出すことを明らかにした。この仕組みにより、バイオフィルム全体が死滅しても放出された細胞が新たな環境へ移動・定着し、集団を維持できると考えられる。さらに、γ-PGAを過剰産生させることで人工的にバイオフィルムを破壊できることも実証された。薬剤耐性の高いバイオフィルムを抗生物質を用いずに崩壊させる新たな制御技術への応用が期待されるほか、細胞集団の分散やがん転移などの理解にも新たな視点を提供する成果である。

<関連情報>

自己生成ハイドロゲルが細菌細胞を排出し、局所的なバイオフィルム分散を実現する Self-generated hydrogel ejects bacterial cells for localized biofilm dispersion

Todd Kwang-Tao Chou,Alejandra Dau-Martinez,Júlia Vicens-Figueres,Arvind Gouttumukkala,Leticia Galera-Laporta,Jordi Garcia-Ojalvo & Gürol M. Süel
Nature Microbiology  Published:07 July 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41564-026-02413-4

細菌が細胞を放出して生き残る新たな仕組みを発見(Eject! Bacteria Discovered with the Ability to Jettison Cells as a Survival Mechanism)

Abstract

Bacteria residing in biofilms are embedded in an extracellular matrix. Whereas biofilm formation is well studied, less is known about biofilm dispersion, although enzymatic extracellular matrix degradation is suspected to play a key role. Here we show that Bacillus subtilis biofilms can alternatively eject a specific cell type, locally and anisotropically, using mechanical forces arising from a self-generated hydrogel. Single-cell resolution imaging combined with mathematical modelling, and chemical and genetic perturbations, show that the production of the extracellular poly-γ-glutamic acid (γ-PGA) polymer is necessary to drive this cell ejection. Specifically, osmotic pressure from the γ-PGA hydrogel propels interior cells through the outer layers to break free from the biofilm. We demonstrate control over this process through γ-PGA modulation such that biofilm dispersion can be either inhibited or promoted. Forceful ejection driven by γ-PGA has so far only been described in marine organisms such as jellyfish. Our discovery of biofilm cell ejection via γ-PGA thus reveals not only a previously uncharacterized biofilm dispersion mechanism but also an unexpected mechanistic parallel to evolutionarily distant Cnidaria.

生物化学工学
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