Nature Communications に掲載された新しい研究は、ファージ療法—人に害を及ぼさずに細菌を殺すウイルスの利用—が、再発性感染を減らすのに役立つ可能性があることを示しています。これは、尿路感染症（UTI）の原因菌が膀胱の組織内に「隠れる」ことで発生する再発を指します。
UTI は世界で最も一般的な感染症の一つで、年間約4億件にも及びます。痛みを伴い日常生活を乱すことがあり、多くの人々にとって抗生物質の治療後に感染が再発することがあります。研究者たちは、なぜこれが起こるのかを理解するため、人間の三次元マイクロ膀胱モデルを新たに設計しました。このモデルには流れる尿を取り入れ、人間の膀胱に見られる環境を再現しています。
We discovered that urine flow substantially changes how bacteria behave and respond to treatment, suggesting that many conventional laboratory tests may be missing important aspects of the infection process
Ramon Garcia Maset
この研究は、Beyond Antibiotics Programme Grant の一部として実施され、Engineering and Physical Science Research Council (EPSRC) の資金提供を受けました。この膀胱モデルを用いてUTI細菌に対するファージ療法を評価したところ、膀胱壁の奥深くに潜む細菌を排除できることが分かりました。研究者たちはこれを「リザーバー」と称し、通常の抗生物質では触れることができません。
本研究の責任著者であるロンドン大学インペリアル・カレッジ・ロンドンの Jennifer Rohn 教授は、「再発するUTIは患者にとって非常に苛立たしいもので、細菌が膀胱壁の保護されたリザーバーに潜むことで抗生物質を回避して生き残ることが原因です。マイクロ膀胱を構築することで、実際の尿路の条件を再現でき、標準的な実験室テストで強力に見える抗生物質がしばしば不足する理由を見極めることができました」と述べています。
研究チームは泌尿器系感染性大腸菌（UPEC）と呼ばれる大腸菌の一株に焦点を当てました。UPECは尿路感染を引き起こすよう適応した株で、UTI の大半の原因となります。病院では患者の尿中の細菌に対して、どの抗生物質が増殖を抑えるかを検査しますが、これらは通常、静止した栄養豊富な液体中で行われます。現実の膀胱は違います。尿は常に動いており、細菌は膀胱の内膜と相互作用します。
現実的な膀胱モデルを日常の実験室手順で運用するのは非常に複雑です。これを解決するため、オックスフォード大学の Dr. Ramón García Maset らは、標準的な細胞培養とともに使用できる装置を開発し、尿サイクルの流れ条件を再現できるようにしました。
マイクロ膀胱モデルへUPECを導入すると、細菌は膀胱表面への付着能力が高まり、膀胱内膜へ侵入し、膀胱細胞内に隠れた保護的なリザーバーを形成する可能性が高くなることが分かりました。これらは到達が難しく、感染の再発を招く温床となり得ます。
続く実験では、UTI に一般的に用いられるニトロフラントインを試験しました。標準的な実験室の検査ではこの薬が良く効くことが多いですが、マイクロ膀胱環境下では感染を完全に排除するのに苦労しました。研究チームはまた、ファージのカクテル—細菌を感染させて破壊するウイルスの混合—を試しました。単独では流動環境下の細菌を排除するのは難しかったものの、ファージと抗生物質を組み合わせると成績が向上し、単独治療より効果的である可能性が示唆されました。
重要な発見の一つは、抗生物質とは異なり、ファージ治療が膀胱壁内部の保護されたリザーバーの数を減らすことができた点です。これらのリザーバーは将来の感染の温床となり得るため、数を減らすことは再発を防ぐうえで重要な一歩となり得ます。
リード著者の Garcia Maset 博士は次のように述べています。「特に有望なのは、ファージ療法がこの隠れた細菌のリザーバーに到達し、感染の原因を根絶できたことです。尿の流れが細菌の挙動と治療への反応を著しく変えることも新たに分かりました。これにより、多くの従来の実験室テストが感染過程の重要な側面を見逃している可能性が示唆されます。」
この研究はさらなる利点も示しました。ファージは膀胱組織の初期防御反応を促進するように見え、炎症を調節し、感染部位へ免疫細胞を導くサイトカインやケモカインといった免疫シグナルの増加が観察されました。
レスター大学の Becky Mayer Centre for Phage Research 所長であるマーサ・クロキー教授は「この研究は、ファージを人間の体を真に反映する条件で評価することの重要性を示しています。現実的な流れを持つマイクロ膀胱モデルとファージおよび抗生物質治療を組み合わせることで、既存の薬とファージを組み合わせて患者の転帰をより良くする方法を理解し始めることができます」と述べています。
ファージ療法はまだUTI の標準的な治療にはなっておらず、効果の程度、最適な投与法、そしてどの患者が最も恩恵を受けやすいかを確認するために、さらなる研究が必要です。しかしこの研究は、再発性UTIを抱える人々に長期的な緩和を提供する有望な道を示しています。
本研究で用いられた装置の設計と画像解析ツールは、実験室間での普及を促すために自由に利用できるよう公開されています。これらが流れによる機械刺激が生物学的システムへ及ぼす影響に焦点を当てた研究で、より広い適用が進むことが期待されています。
出典: University College London
