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肺炎球菌の金属ホメオスタシスは細胞の代謝を変化させる
Streptococcus pneumoniae metal homeostasis alters cellular metabolism.
PMID: 32676626 DOI: 10.1039/d0mt00118j.
抄録
肺炎球菌はヒトの上咽頭粘膜をコロニー化し、市中肺炎、急性中耳炎、細菌性髄膜炎の主要な原因となっている。金属イオンの恒常性は、多様な生物学的部位にまたがるこの病原体の生存に不可欠であり、コロニー化と浸潤性疾患に大きく寄与している。マイクロアレイとqRT-PCR解析により、N,N,N,N',N'-テトラキス-(2-ピリジルメチル)エチレンジアミン(TPEN)による金属キレート処理を受けた肺炎球菌において、未同定のオペロン(SP1433-1438)のアップレギュレーションが明らかになった。また、TPEN処理後に亜鉛、コバルト、ニッケルを添加することで、誘導が有意に抑制された。BLASTP比較とタンパク質トポロジー解析から、この遺伝子座は多剤耐性に関与するATP結合カセット（ABC）トランスポーター（SP1434-1435）とエネルギー結合因子（ECF）トランスポーター（SP1436-1438）の構成要素をコードしていると予測された。また、誘導結合プラズマ質量分析法（ICP-MS）を用いて、Δ1434-8変異株の細胞内金属含有量を解析したところ、Δ1434-8変異株の細胞内金属含有量は、親株であるT4Rと比較して異なることが明らかになった。さらに、WT株とΔ1434-8株の分泌メタボロームを解析したところ、肺炎球菌の解糖代謝経路とアミノ酸代謝経路に有意な変化が認められ、混合酸発酵への移行が示唆された。さらに、プロテオミクス解析の結果、Δ1434-8変異株ではタンパク質の発現に差があり、そのうち約20％がグローバル異化抑制因子CcpAによって制御されていることが明らかになった。これらの知見に基づき、SP1433-1438がコードするトランスポーターが肺炎球菌の中枢代謝の調節に関与し、金属ストレス下での細菌の生存に寄与していることを提案する。
Streptococcus pneumoniae colonizes the human nasopharyngeal mucosa and is a leading cause of community-acquired pneumonia, acute otitis media, and bacterial meningitis. Metal ion homeostasis is vital to the survival of this pathogen across diverse biological sites and contributes significantly to colonization and invasive disease. Microarray and qRT-PCR analysis revealed an upregulation of an uncharacterized operon (SP1433-1438) in pneumococci subjected to metal-chelation by N,N,N',N'-tetrakis-(2-pyridylmethyl)ethylenediamine (TPEN). Supplementation of zinc, cobalt, and nickel following TPEN treatment significantly abrogated induction. BLASTP comparisons and protein topology analysis predicted this locus to encode components of ATP binding cassette (ABC) transporters involved in multidrug resistance (SP1434-1435) and energy-coupling factor (ECF) transporters (SP1436-1438). Inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) analysis identified differences in intracellular metal content in a Δ1434-8 mutant strain compared to parental T4R. Further, analysis of the secreted metabolome of WT and Δ1434-8 strains identified significant changes in pneumococcal glycolytic and amino acid metabolic pathways, indicating a shift towards mixed acid fermentation. Additionally, proteomic analysis revealed differentially expressed proteins in the Δ1434-8 mutant strain, with nearly 20% regulated by the global catabolite repressor, CcpA. Based on these findings, we propose that the transporters encoded by SP1433-1438 are involved in regulating the central metabolism of S. pneumoniae and contributing to bacterial survival during metal stress.