海洋細菌、バイオフィルムを破壊するアルギン分解酵素の供給源に

Marine Bacteria, A Source for Alginolytic Enzyme to Disrupt Biofilms.

• Said M Daboor
• Renee Raudonis
• Alejandro Cohen
• John R Rohde
• Zhenyu Cheng

抄録

バイオフィルムは、典型的には嚢胞性線維症（CF）患者の慢性肺感染症に関連しており、治療のための主要な課題を表している。この日和見細菌性病原体は、そのバイオフィルムの主要な構成要素の一つである多糖類であるアルギン酸を分泌する。この主要なバイオフィルム成分を標的とすることは、バイオフィルム関連細菌感染症に取り組むための魅力的な治療戦略として浮上しています。海洋微生物群集の遺伝的多様性の巨大な可能性は、アルギン酸の分解に責任を持つアルギン分解活性を含む代謝プロセスの広い範囲に責任を持つ採掘活動のための貴重な資源になります。36個の細菌のコレクションは、そのアルギン酸分解活性に基づいて海洋水から精製されました。これらの分離株は、16S rRNA 遺伝子配列に基づいて同定された。sp. 1400が産生した精製アルギン酸リアーゼ（AlyP1400）は、タンパク質電気泳動ゲル上で23 KDaのバンドを示し、ポリマンヌロン酸分解とポリグルクロン酸分解の両方に対して二官能性リアーゼ活性を示した。このゲルバンドを液体クロマトグラフィー-タンデム質量分析法で分析したところ、多糖リアーゼファミリー18のアルギン酸リアーゼと高い類似性が確認された。精製されたアルギン酸リアーゼは、30℃の微酸性条件下で最大の相対活性を示した。それは、アルギン酸ナトリウムの粘度を90％以上減少させ、24時間のインキュベーション後に（株PA14）のバイオフィルムを69％減少させた。また、AlyP1400とカルベニシリンやシプロフロキサシンとの併用により、フローセル系でのバイオフィルムの厚さ、バイオボリューム、表面積を減少させた。本研究では、AlyP1400と従来の抗生物質を併用することで、AlyP1400とカルベニシリンやシプロフロキサシンが産生するバイオフィルムを破壊することが明らかになり、有望な組み合わせ治療戦略として利用できることが示された。

biofilms are typically associated with the chronic lung infection of cystic fibrosis (CF) patients and represent a major challenge for treatment. This opportunistic bacterial pathogen secretes alginate, a polysaccharide that is one of the main components of its biofilm. Targeting this major biofilm component has emerged as a tempting therapeutic strategy for tackling biofilm-associated bacterial infections. The enormous potential in genetic diversity of the marine microbial community make it a valuable resource for mining activities responsible for a broad range of metabolic processes, including the alginolytic activity responsible for degrading alginate. A collection of 36 bacterial isolates were purified from marine water based on their alginolytic activity. These isolates were identified based on their 16S rRNA gene sequences. sp. 1400 showed the highest alginolytic activity and was further confirmed to produce the enzyme alginate lyase. The purified alginate lyase (AlyP1400) produced by sp. 1400 showed a band of 23 KDa on a protein electrophoresis gel and exhibited a bifunctional lyase activity for both poly-mannuronic acid and poly-glucuronic acid degradation. A tryptic digestion of this gel band analyzed by liquid chromatography-tandem mass spectrometry confirmed high similarity to the alginate lyases in polysaccharide lyase family 18. The purified alginate lyase showed a maximum relative activity at 30 °C at a slightly acidic condition. It decreased the sodium alginate viscosity by over 90% and reduced the (strain PA14) biofilms by 69% after 24 h of incubation. The combined activity of AlyP1400 with carbenicillin or ciprofloxacin reduced the biofilm thickness, biovolume and surface area in a flow cell system. The present data revealed that AlyP1400 combined with conventional antibiotics helped to disrupt the biofilms produced by and can be used as a promising combinational therapeutic strategy.