The anti-biofilm effects of terrein against Pseudomonas aeruginosa biofilms vary between strains

微小な世界を、細菌たちが市民として暮らす、活気にあふれ混沌とした都市だと想像してみてください。時として、これらの市民は一人でさまよい歩くのをやめ、「バイオフィルム」と呼ばれる要塞化された近隣地域を建設することを決めます。バイオフィルムを、自分たちの排泄物や分泌物で作られた、粘着性のある、ぬるぬるとした城だと考えてください。これらはパイプや医療器具、あるいは肺などの表面に張り付きます。この城は非常に頑丈です。それは盾のような役割を果たし、標準的な抗生物質（感染症を浄化しようとする通常の「警察」）が中に入り込み、その役割を果たすことを非常に困難にします。

細菌がどのようにしてこれらの城を築く決断を下すのかを理解するために、科学者たちは主に2つの要素に注目します。第一に、「クォラムセンシング（菌数感知）」です。これは細菌のグループチャットのようなものです。細菌は化学的なメッセージを放出し、周囲にどれだけの数の仲間がいるかをカウントします。十分な数が集まると、彼らは全員で「徘徊モード」から「城建設モード」へと切り替えることに合意します。第二に、細胞内には「c-di-GMP」と呼ばれる小さな分子があり、これが各細胞内のマスタースイッチとして機能します。このスイッチが「上」に切り替わると、細菌はバイオフィルムに必要な粘着性の糊を作り始めます。現在、科学における大きな疑問は、細菌を実際に殺すことなく（殺してしまうと、戦うために進化してしまう可能性があるため）、これらの通信システムをハッキングしたり、そのスイッチを操作したりして、彼らの要塞建設を止めることができるか、という点です。

ここで、真菌（一種のカビ）によって生成される化学物質である「テレイン（terrein）」が登場します。これは、潜在的な「バイオフィルム・ハッカー」として目星をつけられている物質です。これまでの研究では、テレインは細菌のグループチャットや内部スイッチを撹乱することで、厄介で手強い細菌である「緑膿菌（Pseudomonas aeruginosa）」のバイオフィルム形成を阻止するヒーローであると示唆されてきました。しかし、ここにひねりがあります。イリエ・ヤスヒコ氏とエラ・アルソ氏によるこの新しい研究は、物語がそれほど単純ではないことを明らかにしました。彼らは、テレインが普遍的なヒーローではなく、相手次第で色を変える「ムードリング（気分によって色が変わる指輪）」のようなものであることを発見したのです。

研究者たちは、有名なラボ用系統であるPAO1やPA14、そして野生や患者から見つかったいくつかの系統を含む、さまざまな種類の緑膿菌に対してテレインのテストを行いました。彼らは、細菌が増殖し始めた直後（「初期段階」）、またはバイオフィルムがすでに構築されている状態（「成熟段階」）のいずれかのタイミングで、100 µMのテレインを投与しました。

結果はジェットコースターのようでした。PA14系統に対して、開始直後にテレインを加えた場合、それは期待通りに機能しました。バイオフィルムの形成が大幅に減少したのです。それは、ハッカーがグループチャットをうまくジャミングし、細菌が城の建設を開始できなかったかのようでした。しかし、全く同じことをPAO1系統に対して行ったところ、奇妙なことが起こりました。バイオフィルムは縮小するどころか、むしろ大きく成長したのです。テレインは、図らずもPAO1にさらに強力な要塞を築くよう促してしまったようです。

チームは、なぜこのようなことが起こるのかを突き止めるために深く掘り下げました。彼らは、PA14が城を築くためにPELと呼ばれる特定の種類の粘着性の糊に依存している一方で、PAO1はPELともう一つの種類であるPSLを組み合わせて使用していることを知っていました。彼らは、テレインがこれらの特定の糊に影響を与えているのかどうかを確かめるため、PEL、PSL、あるいはその両方を作る遺伝子を欠損させた変異型のPAO1を使用しました。驚いたことに、これらの糊がなくても、いくつかのケースではテレインによってバイオフィルムが増加しました。これは、テレインが細菌の複雑な制御システムの、全く別の部分に影響を与えている可能性を示唆しています。

テストを他の環境や病院から採取した他の系統へと拡大すると、事態はさらに複雑になりました。ある系統はPA14のように振る舞い（バイオフィルムが小さくなった）、ある系統はPAO1のように振る舞い（バイオフィルムが大きくなった）、そしてある系統は全く無関心でした。この研究は、テレインの効果は各細菌系統の特定の遺伝的配線に強く依存していることを示唆しています。

決定的なことに、研究者たちは、実験の最初からテレインが存在する場合にのみ、テレインが機能する（あるいは失敗する）ことを発見しました。もし彼らが、テレインを加える前に、9時間の実験のうち6時間経過するか、あるいは24時間の実験のうち18時間経過するまで待っていたとしたら、テレインは有意な影響を及ぼしませんでした。このことは、テレインが「解体」ツールではなく、「予防」ツールであることを物語っています。それは完成した城を壊すことはできず、建設作業員がスタートするのを止めることしかできません。しかも、その作業員が「正しい種類」である場合に限っての話です。

結局のところ、この論文は、すべての細菌のバイオフィルムを一掃するための魔法の弾丸を提示しているわけではありません。むしろ、テレインは諸刃の剣であることを示唆しています。特定の緑膿菌の系統に対しては優れた抗バイオフィルム剤となるかもしれませんが、他の系統にとっては問題を悪化させる可能性があります。著者たちは、ある化合物がすべての細菌に対して同じように作用すると決めつけることはできず、それが友なのか敵なのかを確認するために、多くの異なる系統でテストする必要があると結論付けています。これは、微小な世界においては、「万能な解決策（ワンサイズ・フィッツ・オール）」は滅多に存在しないということを思い出させてくれます。