バンコマイシン耐性

概要

バンコマイシン（vancomycin, VCM）とは、細胞壁合成を阻害するグリコペプチド系抗生物質であり、Amycolatopsis orientalis によりリボソームを経由せずに合成（非リボソーム合成）される。重篤な院内感染をもたらすメチシリン耐性黄色ブドウ球菌（methicillin resistant Staphylococcus aureus, MRSA）の治療に用いられてきたが、近年は、バンコマイシンに耐性のある腸球菌（vancomycin resistant enterococci, VRE）や黄色ブドウ球菌（vancomycin resistant Staphylococcus aureus, VRSA）の出現が問題となっている。
バンコマイシン耐性は、細胞壁を構成するペプチドグリカンの構造変化により、バンコマイシンの結合が阻害されることで生じる。

機能に関する知見

機能を示すメカニズム

バンコマイシンは、ペプチドグリカン前駆体末端のD-アラニル-D-アラニンに結合して細胞壁合成を阻害する（図1A）。
これに対して、バンコマイシン耐性は、D-アラニル-D-乳酸リガーゼ（またはD-アラニル-D-セリンリガーゼ）の作用により、D-アラニル-D-アラニンのカルボキシ末端側のD-アラニンが、D-乳酸（又はD-セリン）に置換されることによる。その結果、ペプチドグリカン前駆体末端へのバンコマイシンの親和性が劇的に低下し、細胞壁合成阻害は阻止される（図1B）。

図1. (A) バンコマイシンの作用メカニズム
(B) VanA型バンコマイシン耐性のメカニズム
（Lessard *et al*. (1999). Figure 1より引用）

機能に関する遺伝子・酵素情報

バンコマイシン耐性は、リガーゼ遺伝子の種類によって、これまでにA～Nの耐性型が報告されている。各耐性型の特徴を表1にまとめた。これらのうち、MiFuPでは、VanF型のリガーゼ以外について検出条件の検討を行った。

表1.バンコマイシン耐性の型分類
耐性型	リガーゼ遺伝子	標的部位のアミノ酸置換	耐性の強度	主な分離菌種
VanA	vanA	D-Ala-D-Lac	+++	Enterococcus faecalis, Enterococcus faecium, Staphylococcus aureus, Streptomyces toyocaensis, Amycolatopsis orientalis
VanB	vanB	D-Ala-D-Lac	+++	Enterococcus faecalis, Enterococcus faecium
VanC	vanC1	D-Ala-D-Ser	+	Enterococcus gallinarum
	vanC2	D-Ala-D-Ser	+	Enterococcus casseliflavus
	vanC3	D-Ala-D-Ser	+	Enterococcus flavescens
VanD	vanD	D-Ala-D-Lac	++	Enterococcus faecium, Enterococcus faecalis
VanE	vanE	D-Ala-D-Ser	+	Enterococcus faecalis
VanF	vanF	D-Ala-D-Lac	+++	Paenibacillus popilliae
VanG	vanG	D-Ala-D-Ser	+	Enterococcus faecalis
VanG	vanGcd	D-Ala-D-Ser	+	Clostridium difficile
VanL	vanL	D-Ala-D-Ser	+	Enterococcus faecalis
VanM	vanM	D-Ala-D-Lac	+++	Enterococcus faecium
VanN	vanN	D-Ala-D-Ser	+	Enterococcus faecium

① D-乳酸（D-lactate）置換型の耐性機構

リガーゼ（D-alanine-D-lactate ligase）であるVanA（もしくは、VanB、VanD、VanM）は、D-アラニンとD-乳酸から -D-Ala-D-lactateを末端に持つペプチドグリカン前駆体を形成する。
D-乳酸は、還元酵素であるVanH（D-specific alpha-keto acid dehydrogenase）によって、ピルビン酸から生産される。また、VanX（D-alanyl-D-alanine dipeptidase）は、正常なジペプチドであるD-Ala-D-Alaを分解して、バンコマイシン感受性のペプチドグリカン前駆体の産生を抑え、耐性に寄与する。

D-alanine--D-lactate ligase (vanA, vanB, vanD, vanM NRULE_0265)
D-specific alpha-keto acid dehydrogenase (vanH NRULE_0266)
D-alanyl-D-alanine dipeptidase (vanX NRULE_0267)

② D-セリン（D-serine）置換型の耐性機構

リガーゼ（D-alanine-D-serine ligase）であるVanC（もしくは、VanE、VanG、VanL、VanN）は、D-アラニンとD-セリンから -D-Ala-D-Serineを末端に持つペプチドグリカン前駆体を形成する。
D-セリンは、膜結合型セリンラセマーゼVanT（Serine/alanine racemase）によりL-セリンから合成される。また、VanXY（D-alanyl-D-alanine dipeptidase/D-alanyl-D-alanine carboxypeptidase）は正常なジペプチドD-Ala-D-Alaを分解して、もしくは、前駆体であるUDP-tripeptide-D-Ala-D-Alaから末端のD-Alaを切り離して、バンコマイシン感受性のペプチドグリカン前駆体の産生を抑え、耐性に寄与する。

D-alanine--D-serine ligase (vanC, vanE, vanL, vanN NRULE_0268) (vanG NRULE_0271)
Serine/alanine racemase (vanT NRULE_0269 NRULE_0272)
D-alanyl-D-alanine dipeptidase/D-alanyl-D-alanine carboxypeptidase (vanXY NRULE_0270 NRULE_0273)

③ 耐性発現誘導をもたらす調節系遺伝子（regulatory system genes）

バンコマイシン耐性遺伝子の多くは、耐性遺伝子クラスター内のvanR 、vanS 遺伝子産物で構成される二成分制御機構によって転写調節を受ける。MiFuPでは、これらについても検出条件の検討を行った。

Two-component system response regulator (vanR NRULE_0279 NRULE_0280 NRULE_0281 NRULE_0282 NRULE_0283 NRULE_0284)
Two-component system histidine kinase (vanS NRULE_0285 NRULE_0286 NRULE_0287 NRULE_0288 NRULE_0289 NRULE_0290)

④ 耐性を支持、又は拡大するアクセサリー遺伝子（accessory genes）

バンコマイシン耐性遺伝子クラスターには、耐性の支持、又は拡大に寄与するアクセサリー遺伝子が存在する。MiFuPでは、これらについても検出条件の検討を行った。

D-alanyl-D-alanine carboxypeptidase (vanY NRULE_0274 NRULE_0275 NRULE_0276 NRULE_0277 NRULE_0278)
Teicoplanin resistance protein (vanJ NRULE_0295) (vanZ NRULE_0291)
Putative vancomycin resistance protein (vanW NRULE_0292 NRULE_0293)
Putative transcriptional regulator (vanU NRULE_0294)
Glycyltransferase VanK (vanK NRULE_0296)
UDP-N-acetylmuramoyl-tripeptide--D-alanyl-D-lactate ligase (murF2 NRULE_0297)

その他の情報

VanD型ではvanR 又はvanS に変異があり、耐性に必須な遺伝子が恒常的に発現される。
グリコペプチド系抗生物質産生細菌やStreptomyces coelicolor は、D-乳酸置換型の耐性機構を持つ。S. coelicolor では、vanK もバンコマイシン耐性に必須な遺伝子のひとつである。
Clostridium difficile（ディフィシル菌）は、クリンダマイシン、リンコマイシン、ペニシリン系抗生物質に誘発されて偽膜性大腸炎を起こし、治療にはバンコマイシンが使用される。C. difficile の多くの株は、vanG -like gene cluster を所有するが、バンコマイシン耐性に寄与しないことが報告されている。

参考文献

富田治芳, 野村隆浩, 久留島潤, 谷本弘一. (2014).「バンコマイシン腸球菌」『日本臨床微生物学会雑誌』24 (3): 180-194.
Abadía Patiño, L. et al. (2002). vanE gene cluster of vancomycin-resistant Enterococcus faecalis BM4405. J Bacteriol. 184: 6457-64. PMID: 12426332
Ammam, F. et al. (2013). The functional vanGCd cluster of Clostridium difficile does not confer vancomycin resistance. Mol Microbiol. 89 (4): 612-25. PMID: 23782343
Courvalin, P. (2006). Vancomycin resistance in gram-positive cocci. Clin Infect Dis. 42 Suppl 1: S25-34. PMID: 16323116
Depardieu, F. et al. (2004). VanD-type vancomycin-resistant Enterococcus faecium and Enterococcus faecalis. Antimicrob Agents Chemother. 48 (10): 3892-904. PMID: 15388450
Depardieu, F. et al. (2009). New combinations of mutations in VanD-Type vancomycin-resistant Enterococcus faecium, Enterococcus faecalis, and Enterococcus avium strains. Antimicrob Agents Chemother. 53 (5): 1952-63. PMID: 19258279
Hong, H-J. et al. (2004). Characterization of an inducible vancomycin resistance system in Streptomyces coelicolor reveals a novel gene (vanK) required for drug resistance. Mol Microbiol. 52 (4): 1107-21. PMID: 15130128
Hong, H-J. et al. (2005). The role of the novel Fem protein VanK in vancomycin resistance in Streptomyces coelicolor. J Biol Chem. 280 (13): 13055-61. PMID: 15632111
Lessard, I. A. and Walsh, C. T. (1999). VanX, a bacterial D-alanyl-D-alanine dipeptidase: resistance, immunity, or survival function? Proc Natl Acad Sci U S A. 96 (20): 11028-32. PMID: 10500118
Peltier, J. et al. (2013). Genomic and expression analysis of the vanG -like gene cluster of Clostridium difficile. Microbiology. 159 (Pt 7): 1510-20. PMID: 23676437
Yim, G. et al. (2014). Glycopeptide antibiotic biosynthesis. J Antibiot (Tokyo). 67 (1): 31-41. PMID: 24220108

MiFuPへのリンク

NFUNC_0089 Vancomycin resistance (via D-Ala-D-Lac precursor)
NRULE_0265 D-alanine--D-lactate ligase
NRULE_0266 D-specific alpha-keto acid dehydrogenase
NRULE_0267 D-alanyl-D-alanine dipeptidase
NRULE_0274 D-alanyl-D-alanine carboxypeptidase
NRULE_0275 D-alanyl-D-alanine carboxypeptidase
NRULE_0276 D-alanyl-D-alanine carboxypeptidase
NRULE_0277 D-alanyl-D-alanine carboxypeptidase
NRULE_0278 D-alanyl-D-alanine dipeptidase/D-alanyl-D-alanine carboxypeptidase
NRULE_0279 Two-component system response regulator VanR
NRULE_0280 Two-component system response regulator VanR
NRULE_0282 Putative two-component system response regulator VanR
NRULE_0284 Two-component system response regulator VanR
NRULE_0285 Two-component system histidine kinase VanS
NRULE_0286 Two-component system histidine kinase VanS
NRULE_0288 Putative two-component system histidine kinase VanS
NRULE_0289 Putative two-component system histidine kinase VanS
NRULE_0290 Two-component system histidine kinase VanS
NRULE_0291 Teicoplanin resistance protein
NRULE_0292 Putative vancomycin resistance protein
NRULE_0295 Teicoplanin resistance protein
NRULE_0296 Glycyltransferase VanK
NRULE_0297 UDP-N-acetylmuramoyl-tripeptide--D-alanyl-D-lactate ligase
NFUNC_0090 Vancomycin resistance (via D-Ala-D-Ser precursor)
NRULE_0268 D-alanine--D-serine ligase
NRULE_0269 Serine/alanine racemase
NRULE_0270 D-alanyl-D-alanine dipeptidase/D-alanyl-D-alanine carboxypeptidase
NRULE_0271 D-alanine--D-serine ligase
NRULE_0272 Serine/alanine racemase
NRULE_0273 D-alanyl-D-alanine dipeptidase
NRULE_0281 Putative two-component system response regulator VanR
NRULE_0283 Putative two-component system response regulator VanR
NRULE_0287 Putative two-component system histidine kinase VanS
NRULE_0293 Putative vancomycin resistance protein
NRULE_0294 Putative transcriptional regulator

（更新日 2015/02/10）

本システムにおいて提供している情報については、万全を期しておりますが、機構は利用者が本システムの情報を用いて行う一切の行為について、何ら責任を負うものではありません。
本システムからリンクされているホームページの情報についての責任、その内容から発生する問題もしくは副次的にもたらされるあらゆる問題についての責任はすべて、リンク先のホームページそれぞれの管理者等が負っており、機構は一切責任を負いませんのでご了承下さい。
本システムは、予告なしに内容を変更または削除することがありますので、あらかじめご了承ください。

ホームページのご利用について