アミノグリコシド系抗生物質耐性

概要

アミノグリコシド系抗生物質とは、アミノ糖又はアミノサイクリトールを含む配糖体抗生物質の総称であり、細菌のタンパク質合成を阻害する。
アミノグリコシド系抗生物質としては、カナマイシン（kanamycin）、ゲンタマイシン（gentamicin）、ストレプトマイシン（streptomycin）がよく知られている。
アミノグリコシド系抗生物質耐性は、（1）修飾酵素による薬剤の不活性化、（2）排出ポンプによる薬剤の細胞外への排出、（3）細胞膜構造の変化による薬剤透過性の低下、及び（4）16S rRNA の点変異もしくはメチル化による薬剤作用点の構造変化、によるものが報告されている。

機能に関する知見

機能を示すメカニズム

アミノグリコシド系抗生物質は、細菌のリボソームの 30S サブユニットの 16S rRNA に結合してポリペプチド鎖合成の開始反応を阻害する。その作用は殺菌的であり、グラム陰性とグラム陽性細菌の両方に抗菌活性を示す。
これに対する耐性機構としては、上記（1）～（4）のしくみが報告されているが、MiFuPでは、（1）のアミノグリコシド修飾酵素によるアミノグリコシド系抗生物質の不活性化について、遺伝子の検出条件の設定を検討した。アミノグリコシド修飾酵素による耐性機構としては以下の3つの機構が知られている。

①アセチル基転移酵素による耐性機構: アセチル基転移酵素がアセチルCoAをアセチル基供与体とし、アミノグリコシドのアミノ基（-NH₂）をアセチル化して、アミノグリコシドを不活性化する。
②ヌクレオチド転移酵素による耐性機構: ヌクレオチド転移酵素がATPをAMPの供与体とし、アミノグリコシドの水酸基（-OH）をアデニリル化して、アミノグリコシドを不活性化する。
③リン酸転移酵素による耐性機構: リン酸転移酵素がATPをリン酸供与体とし、アミノグリコシドの水酸基（-OH）をリン酸化して、アミノグリコシドを不活性化する。

機能に関する遺伝子・酵素情報

アミノグリコシド修飾酵素ファミリーには、反応機構の異なる3種類の機能酵素（アセチル基転移酵素、ヌクレオチド転移酵素、リン酸転移酵素）があり、それぞれ修飾部位の異なる酵素が知られている（表1参照）。

表1. アミノグリコシド修飾酵素ファミリーに属する酵素
酵素一般名称	酵素名	略称
アセチル基転移酵素 (aminoglycoside N-acetyltransferase (AAC))	aminoglycoside 1-N-acetyltransferase	AAC(1)^*1
	aminoglycoside 3-N-acetyltransferase	AAC(3)
	aminoglycoside 2'-N-acetyltransferase	AAC(2')^*1
	aminoglycoside 6'-N-acetyltransferase	AAC(6')
ヌクレオチド転移酵素 (aminoglycoside O-nucleotidyltransferase (ANT))	aminoglycoside 6-nucleotidyltransferase	ANT(6)
	aminoglycoside 4'-nucleotidyltransferase	ANT(4')
	aminoglycoside 2''-nucleotidyltransferase	ANT(2'')
	aminoglycoside 3''-nucleotidyltransferase	ANT(3'')
	aminoglycoside 9-nucleptidyltransferase	ANT(9)
リン酸転移酵素 (aminoglycoside O-phosphotransferase (APH))	aminoglycoside 4-phosphotransferase (hygromycin-B 4-O-kinase)	APH(4)
	aminoglycoside 6-phosphotransferase	APH(6)
	aminoglycoside 9-phosphotransferase	APH(9)^*1
	aminoglycoside 3'-phosphotransferase	APH(3')
	aminoglycoside 2''-phosphotransferase	APH(2'')^*1
	aminoglycoside 3''-phosphotransferase	APH(3'')
	aminoglycoside 7''-phosphotransferase (hygromycin-B 7''-O-kinase)	APH(7'')

^*1 MiFuPでは、アセチル基転移酵素：AAC(1)とAAC(2')及びリン酸転移酵素：APH(9)とAPH(2'')については、遺伝子定義を作成していない。

実用化例

遺伝子クローニングの際の選択マーカー (商品名: pHSG298, pHSG299 タカラバイオ株式会社)
Tn903由来カナマイシン耐性遺伝子（aminoglycoside 3'-phosphotransferase 遺伝子) が利用されている。
遺伝子クローニングの際の選択マーカー (商品名: pTK-Hyg, Clontech Laboratories, Inc)
ハイグロマイシン耐性遺伝子（Hygromycin-B 4-O-kinase遺伝子) が利用されている。

参考文献

Garneau-Tsodikova, S. and Labby, K. J. (2016). Mechanisms of resistance to aminoglycoside antibiotics: overview and perspectives. Medchemcomm. 7 (1): 11-27. PMID: 26877861
Ramirez, M. S. and Tolmasky, M. E. (2010). Aminoglycoside modifying enzymes. Drug Resist Updat. 13 (6): 151-71. PMID: 20833577

MiFuPへのリンク

NFUNC_0041 Aminoglycoside resistance (by aminoglycoside N-acetyltransferase)
NRULE_0149 Aminoglycoside N(3')-acetyltransferase
NRULE_0150 Aminoglycoside N(6')-acetyltransferase
NFUNC_0042 Aminoglycoside resistance (by aminoglycoside O-nucleotidyltransferase)
NRULE_0151 Aminoglycoside 6-adenylyltransferase
NRULE_0152 Kanamycin nucleotidyltransferase
NRULE_0153 2''-aminoglycoside nucleotidyltransferase
NRULE_0154 Streptomycin 3''-adenylyltransferase
NFUNC_0043 Aminoglycoside resistance (by aminoglycoside O-phosphotransferase)
NRULE_0155 Streptomycin 6-kinase
NRULE_0156 Aminoglycoside 3'-phosphotransferase
NRULE_0157 Hygromycin-B 7''-O-kinase
NRULE_0174 Hygromycin-B 4-O-kinase
NFUNC_0052 Kanamycin resistance
NRULE_0149 Aminoglycoside N(3')-acetyltransferase
NRULE_0150 Aminoglycoside N(6')-acetyltransferase
NRULE_0152 Kanamycin nucleotidyltransferase
NRULE_0153 2''-aminoglycoside nucleotidyltransferase
NRULE_0156 Aminoglycoside 3'-phosphotransferase
NFUNC_0053 Gentamicin resistance
NRULE_0149 Aminoglycoside N(3')-acetyltransferase
NRULE_0153 2''-aminoglycoside nucleotidyltransferase
NFUNC_0054 Streptomycin resistance
NRULE_0151 Aminoglycoside 6-adenylyltransferase
NRULE_0154 Streptomycin 3''-adenylyltransferase
NRULE_0155 Streptomycin 6-kinase
NRULE_0156 Aminoglycoside 3'-phosphotransferase
NFUNC_0055 Hygromycin resistance
NRULE_0157 Hygromycin-B 7''-O-kinase
NRULE_0174 Hygromycin-B 4-O-kinase

（更新日 2014-03-12）