チーズの塊は真菌抗生物質にとって完璧な遊び場である

チーズの微細な力をご覧ください。この乳製品は、何世代にもわたって主食となってきましたが、微生物学者が自然界の微生物叢をより深く理解するのにも役立っています。5月10日にmBio誌に発表された研究で、研究者チームはチーズの皮を使用して、真菌抗生物質が微生物叢の発達にどのように影響するかを実証しました。

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菌類が生成する代謝産物は、人間の健康を改善することができます。一部の菌類はペニシリンを分泌し、それが精製されて抗生物質として使用されます。この研究では、科学者たちは、菌類が微生物群集の中で共存する微生物とどのように相互作用するかをより深く理解することを目指し、特に菌類と細菌の関係に焦点を当てています。

「私の研究室は、菌類が生息する微生物群集の多様性をどう形作るかに興味を持っています。菌類は土壌から私たちの体まで、多くの微生物生態系に広く分布していますが、より広く研究されている細菌と比べると、その多様性やマイクロバイオームにおける役割についてはあまりわかっていません」と、共著者でタフツ大学の微生物学者ベンジャミン・ウルフ氏は声明で述べた。「菌類の生態と細菌との相互作用を研究するために、私たちはチーズの皮をモデル微生物生態系として使い、これらの基本的な生物学の疑問を理解しています。」

チーズの皮自体は、ブリーチーズ、タレッジョ、チェダーチーズなどの自然に熟成したチーズの表面に形成される微生物群です。チーズが熟成するにつれて、チーズの表面に毛羽立った、時には粘着性のある微生物の層が形成されます。微生物はチーズが凝乳化するにつれてゆっくりと分解し、表面で増殖して、食料品店の高級コーナーにあるチーズに独特の特性を与える香りと色を作り出します。

ウルフ氏と彼のチームは、チーズ製造業者が抱える、チーズの表面に広がるカビがチーズの皮の正常な発育を阻害する問題の調査から始めた。カビがチーズの貯蔵庫に侵入すると、チーズの皮が消えていくように見える。彼らはウィスコンシン大学の微生物学者ナンシー・ケラー氏の研究室と協力し、このカビがチーズの皮の微生物にどのような影響を与えているのか、またカビがどのような化学物質を生成してチーズの皮を破壊しているのかを突き止めた。

研究者たちはまず、真菌が環境に分泌できる化学物質の発現を制御できるペニシリウム菌の遺伝子（laeA）を削除した。これらの化合物は特殊代謝物または二次代謝物と呼ばれる。

「多くの菌類が抗生物質の代謝産物を生成できることはわかっています。なぜなら、これらを人間の薬として使ってきたからです。しかし、真菌の抗生物質が自然界でどのように作用するかについては、驚くほどほとんどわかっていません」とウルフ氏は言う。「真菌は実際にこれらの化合物を使って他の微生物を殺すのでしょうか？ 真菌が生成したこれらの抗生物質は、細菌群集の発達にどのような影響を与えるのでしょうか？ 私たちは、通常のペニシリウムと laeA を欠失させたペニシリウムをチーズの皮の細菌群集に加え、laeA の欠失によって細菌群集の発達に変化が生じるかどうかを調べました。」

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laeA が削除されると、ペニシリウム菌の抗菌活性のほとんどが失われました。この発見により、研究チームは抗菌化合物を生成できる真菌ゲノムの特定の領域を絞り込むことができました。研究チームは、シューロチンと呼ばれる化合物の 1 つのクラスに絞り込みました。この代謝物は複数の種類の真菌によって生成され、免疫系を調整し、昆虫を殺し、細菌を抑制することができます。

研究では、シューロチンが菌類と一緒に生息する細菌群の成長と発達も制御できることが示されました。シューロチンは強力な抗菌作用があり、職人のチーズに見られるブドウ球菌、ブレビバクテリウム、ブラキバクテリウム、サイクロバクターなどの細菌の一部を阻害します。このプロセスにより、チーズの皮の微生物叢の構成が変化しました。

また、真菌が分泌する抗生物質は、ヒトのマイクロバイオームや土壌生態系など他の生態系にも代謝物が存在することから、マイクロバイオームの発達を制御できることも示されています。研究チームは、真菌と細菌の相互作用のこのようなメカニズムは、おそらく非常に広範囲に及ぶと予想しています。

「私たちの研究結果は、職人のチーズに含まれる厄介なカビ種が抗生物質を放出することで、チーズの正常な成長を妨げる可能性があることを示唆しています」とウルフ氏は言う。「これらの研究結果により、チーズ製造業者と協力して、どのカビが悪玉かを特定し、チーズの貯蔵庫でどのように管理するかを検討することができます。また、職人のチーズを食べるたびに、微生物がコミュニティ内で競争したり協力したりするために使用する代謝産物を摂取していることを理解する助けにもなります。」