血液培養物から分離された二酸化炭素依存性大腸菌小コロニー変異体の分子解析

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Int. J. Med. Microbiol..2020 Jul;310(5):151431. S1438-4221(20)30041-2. doi: 10.1016/j.ijmm.2020.151431.Epub 2020-05-27.

血液培養物から分離された二酸化炭素依存性大腸菌小コロニー変異体の分子解析

Molecular characterization of a carbon dioxide-dependent Escherichia coli small-colony variant isolated from blood cultures.

Takehisa Matsumoto
Masayuki Hashimoto
Ching-Hao Teng
Po-Chuen Hsu
Yusuke Ota
Masaru Takamizawa
Ryosuke Kato
Tatsuya Negishi

PMID: 32654769 DOI: 10.1016/j.ijmm.2020.151431.

抄録

胆管炎患者の血液培養物から二酸化炭素依存性大腸菌SH4888の小コロニー変異体が分離された．臨床分離株における二酸化炭素依存性表現型の形成に至る分子機構はこれまでほとんど知られていないが，炭酸ガス無水酵素の異常が二酸化炭素自己萎縮を引き起こすと考えられている．本研究では、二酸化炭素依存性大腸菌SH4888株の炭酸脱水酵素をコードするcan遺伝子座のDNA配列解析を行った結果、本菌はcanの3'末端領域からヒポキサンチンホスホリボシルトランスフェラーゼをコードするhptの3'末端領域に325-bpの欠失を有していることを明らかにした。大腸菌 SH4888 の二酸化炭素依存性 SCV 表現型が can 変異によるものであることを確認するために、無傷の can を担持したプラスミドを用いて相補性試験を行い、正常な表現型を回復させた。しかし、マウス感染モデルでは、大腸菌SH4888はcanを相補した大腸菌SH4888と比較して病原性が増加していた。結論として、これらのデータは、炭酸脱水酵素の機能低下が大腸菌SH4888の二酸化炭素依存性SCV表現型の原因となり、感染の面でフィットネスの優位性を提供することを確認した。

A carbon dioxide-dependent small-colony variant of Escherichia coli SH4888 was isolated from blood cultures of a patient with cholangitis. To date, little is known regarding the molecular mechanisms leading to formation of carbon dioxide-dependent phenotypes in clinical isolates, but abnormalities in the carbonic anhydrase are thought to cause carbon dioxide autotrophy. In this study DNA sequence analysis of the carbonic anhydrase-encoding can locus in the carbon dioxide-dependent E. coli SH4888 revealed that the isolate had a 325-bp deletion spanning from the 3'-terminal region of can to the 3'-terminal region of hpt, which encodes a hypoxanthine phosphoribosyltransferase. To confirm that the carbon dioxide-dependent SCV phenotype of E. coli SH4888 was due to the can mutation, we performed a complementation test with a plasmid carrying an intact can that restored the normal phenotype. However, E. coli SH4888 had increased virulence compared to the can-complemented E. coli SH4888 in a murine infection model. In conclusion, these data confirm that impaired carbonic anhydrase function can cause a carbon dioxide-dependent SCV phenotype in E. coli SH4888 and provides a fitness advantage in terms of infection.