細胞透過性，β-ラクタマーゼ活性および輸送性は，リソバクター酵素株のアンピシリン耐性の高レベル化に寄与していることが示唆された．

Cell permeability, β-lactamase activity, and transport contribute to high level of resistance to ampicillin in Lysobacter enzymogenes.

• Menghao Yu
• Youfu Zhao

抄録

環境微生物における多剤耐性（MDR）の発見は、抗生物質レジストームを明らかにするためのユニークなリソースを提供し、将来のMDR病原体の出現を予測するために不可欠である可能性がある。これまでの研究では，Lysobacter sp.が複数の抗生物質に対して高いレベルで耐性を示すこと，特にアンピシリンはグラム陽性菌とグラム陰性菌の両方を対象とした最初の広汎なβ-ラクタム系抗生物質であることが示されていた。しかし、リソバクター酵素株C3（LeC3）におけるアンピシリン耐性の基礎となる分子機構は未だ不明である。本研究では、LeC3のTn5トランスポゾン変異体ライブラリーをスクリーニングすることにより、アンピシリン耐性が低下した12の変異体を回収し、3つの変異体（tatC, lebla, lpp）を選択して、さらなる特性評価を行った。その結果、β-ラクタマーゼをコードする遺伝子（lebla）とβ-ラクタマーゼ輸送のためのツインアルギニン転座系（tatC）がアンピシリン耐性を付与する上で重要な役割を果たしていることが明らかになった。また、lpp遺伝子がβ-ラクタム系抗生物質に対する耐性に関与しているだけでなく、複数の抗生物質に対する耐性を付与していることも示された。また、透過性アッセイの結果、lpp遺伝子変異体のMDRの低下は、その細胞透過性の高さによるものであることが示された。さらに、LeC3とL. antibioticus株LaATCC29479のアンピシリン感受性の違いは、細胞透過性の違いによるものであり、β-ラクタマーゼ活性の違いによるものではないことが示された。

Discovery of multidrug resistance (MDR) in environmental microorganisms provides unique resources for uncovering antibiotic resistomes, which could be vital to predict future emergence of MDR pathogens. Our previous studies indicated that Lysobacter sp. conferred intrinsic resistance to multiple antibiotics at high levels, especially ampicillin, the first broad-spectrum β-lactam antibiotics against both Gram-positive and Gram-negative bacteria. However, the underlying molecular mechanisms for resistance to ampicillin in Lysobacter enzymogenes strain C3 (LeC3) remain unknown. In this study, screening a Tn5 transposon mutant library of LeC3 recovered 12 mutants with decreased ampicillin resistance, and three mutants (i.e., tatC, lebla, and lpp) were selected for further characterization. Our results revealed that genes encoding β-lactamase (lebla) and twin-arginine translocation (tatC) system for β-lactamase transport played a pivotal role in conferring ampicillin resistance in L. enzymogenes. It was also demonstrated that the lpp gene was not only involved in resistance against β-lactams but also conferred resistance to multiple antibiotics in L. enzymogenes. Permeability assay results indicated that decreased MDR in the lpp mutant was in part due to its higher cellular permeability. Furthermore, our results showed that the difference of LeC3 and L. antibioticus strain LaATCC29479 in ampicillin susceptibility was partly due to their differences in cellular permeability, but not due to β-lactamase activities.