金のナノ粒子で抗生物質の効果を増幅させる手法が開発される

世界的な問題になりつつある薬剤が効かない細菌「抗生物質耐性菌」について、新たに金の微粒子を用いることで細菌の増殖を阻害するのに必要な抗生物質の量を128分の1にまで低下させたという研究が発表されました。

Controlling the pyridinium–zwitterionic ligand ratio on atomically precise gold nanoclusters allowing for eradicating Gram-positive drug-resistant bacteria and retaining biocompatibility - Chemical Science (RSC Publishing)
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/SC/D1SC03056F

Going for gold to reduce antibiotic resistance
https://phys.org/news/2021-11-gold-antibiotic-resistance.html

バクテリア(細菌)には多種多様な種類があり、乳酸菌のように人類に有益なものもあれば、病原性大腸菌のように有害なものも存在します。人類は有害な細菌の発育を防ぐ「抗生物質」を開発しましたが、細菌側も進化の力で抗生物質に対する耐性を獲得。こうして人類と細菌は互いの生存を巡っていたちごっこを続けています。

抗生物質が効かない細菌は、その能力から「スーパーバグ」とも呼ばれます。スーパーバグはどのように誕生するのか、そしてどれくらい怖いのかについては、以下の記事で詳しく解説しています。

抗生物質が効かない悪魔のスーパーバグがどれくらい怖い存在なのか理解できるムービー「The Antibiotic Apocalypse Explained」 - GIGAZINE

細菌が抗生物質耐性を得ることで医療費が増加したり致死率が上昇したりといった重大な害が生じることから、世界保健機関が「抗生物質への耐性は今日の生活の向上に対する最大の脅威」と発表するほど、抗生物質耐性菌は喫緊の課題です。こうした抗生物質耐性菌について、抗菌作用を持つ「金」を用いるという研究をイギリスのリーズ大学と中国の南方科技大学・復旦大学の合同研究チームが発表しました。

研究チームが発表したのは、25個の金原子で構成されるナノ粒子で細菌の細胞壁を破壊するというもの。これまでにも特定の金ナノ粒子が示す抗菌作用が研究者の間で注目を集めてきましたが、既存の研究では「細菌に効果を持たせると人体にも害を与えてしまう」という問題が解決できませんでした。しかし、新たに発表された研究では、有害性を最小限に抑えながら細菌に対する効果を発揮する手法が開発されたとのこと。

研究チームが着目したのは、「細菌の細胞壁は哺乳類の細胞よりも強く負に帯電する」という点です。この点から強い正電荷が細菌に対して優先的に引きつけられると考えた研究チームは、金のナノ粒子を正に帯電した「リガンド」という物質で覆うことで、細菌に対する誘導効果を達成。しかしこの状態では健康な宿主細胞にも正に帯電したリガンドが引きつけられてしまうため、その上にさらに正負両方に帯電したリガンドをもう一層追加して、それぞれの比率を調節することで、細菌に対する有効性を確保しつつ金のナノ粒子が腎臓などの健康な器官を通過して体外に排出されやすいようにしました。

抗生物質が効かない多剤耐性遺伝子を有する黄色ブドウ球菌の一種「メチシリン耐性表皮ブドウ球菌(MRSE)」を用いて行われた実験では、開発された金ナノ粒子と抗生物質を組み合わせた場合、MRSEの増殖を阻害するのに必要な抗生物質の量を128分の1にまで低下させることができたとのこと。

今回の論文の指導教官を務めたリーズ大学のDejian Zhou教授は「細菌に有効なナノマテリアルに関する研究は幅広く行われていますが、大半の研究は生体適合性や安定して体外に排出されるか否かを無視しています。こうした要素は規制当局から承認を受けるために重要な要件です。今回の研究では、2種のリガンドの比率を体系的に調整することで、効果的な抗菌剤としてだけでなく効かなくなってしまった抗生物質の効果を増幅させるメカニズムとして金ナノ粒子を活用する方法を確立しました」とコメントしています。