科学系ポッドキャストの日と抗生物質のテーマ
あいじぇむわせだの、バイオな毎日は、
あいじぇむわせだのメンバーが、iGEM大会やサークル活動を語るポッドキャストです。
本日は、えいとと、まなかがお送りします。
はい、ということで、前回のお知らせでお伝えしたかなと思うんですけど、
【科学系ポッドキャストの日】という、毎月やっているイベントというか、ものに参加しますということで、
はい。
今回の共通テーマというのは、
効果ですよね。
効果、はい。
共通テーマが毎月設定されて、その共通テーマに対して参加しているポッドキャストが、
それぞれ、自由に解釈してポッドキャストを撮るというようなイベントが、
【科学系ポッドキャストの日】となっております。
なので、他のポッドキャスターの方とかも、この効果について話している番組がたくさんありますので、
ぜひそっちも聞くと楽しいかなというふうに思いますね。
僕たちは、効果、何を話していこうか。
私たちが注目するトピックとしては、
構成物質にフォーカスを当てて、
構成物質が効果があることは、いろんな人が知っているとは思うんですけど、
その作用基準って実は何種類かあって、そこについてお話ししていければいいかな。
効果はあるけど、それはもうみんな分かっていることだけど、
その効果はどういう作用基準で働いているものなのか。
うん。
それは、物によって違うってことですか。
物によって違っていろんな種類があるよっていうところを紹介していけたらいいですね。
はい。
抗生物質の基本的な効果と指標
じゃあまずは、その効果っていうものについて、ちょっとだけ最初前提を話しておくと、
そもそも構成物質、どういう効果があるかっていうと、
細菌の増殖を抑制する、阻止するってことですね。
ちなみに結構問題になっているウイルスってあるじゃないですか。
はい。
作用基準をお話ししたら分かるかなとは思うんですけど、
ウイルスには構成物質は効かないんですよね。
そうですね。
あくまで細菌を殺していく、もしくは細菌の増殖を抑制するといったものになっていますね。
そうですね。っていうのが構成物質ですね。
で、実際にどんだけ効果があるのかみたいなのを測る際の指標として、
MICっていうものがあるんですね。
最小発育阻止濃度っていうのがあって、
例えば大腸菌って私たちがよく実験で使っているじゃないですか。
あれをいっぱい大腸菌を置いておいて、構成物質の濃度をどんどん変えて一緒に入れていく。
この濃度からは大腸菌が育たなかったとかっていう時の構成物質の濃度がMICで測れるよっていう。
ギリギリ効果のある。
発育を阻止できる最低濃度を測って、それをMICとして、
一個の定量的な効果を示す指標として使われているってことですね。
そうですね。
その効果を示すための作用基準っていうのがいくつかあるので、
その作用基準で分類して話していこうかなと思います。
抗生物質の作用機序：3つの分類
私たちは大きく3つに分類して作用基準を話していこうかなと思います。
3つに分けたんですけど、細菌が生きていく上で必要な過程っていっぱいあると思うんですよ。
例えば、自分が必要なタンパク質を合成するだとか。
体はタンパク質でできてますからね。
そうですね。代謝を行うとかっていうことをすると思うんですけど、
細菌が育たなくなるようにするのが構成物質だから、
アプローチする場所がいろいろ違うっていうので、一応3個に分類してるんですけど、
1個目は細菌って細胞壁を持ってるんですよね。
人間とかだと細胞壁はなくて細胞膜とかで包まれてるだけなんですけど、
細菌だと植物みたいな感じで細胞壁っていう固めの
細胞膜の外側にあるやつがあるんですけど、
それを破壊する。
破壊するというか、合成できなくするっていうのが1個目。
なるほど。
じゃあ2個目。
2個目はタンパク質の合成を阻害する。
そもそも作らせない。
作らせない。
タンパク質って体を作る一番大きいというか、一番大事な物質だと思うんですよ。
いろんな種類はあるけど。
それが合成できないってことは困る。
3つ目っていうのは、生き物ってDNAとかを持っていると思うんですよ。
あれを総称して核酸って言うんですけど、
核酸を合成するのを阻害する。
だから増えられないっていう3つに分けられる。
作用機序1：細胞壁合成の阻害
じゃあまずは1個目。
細胞壁の合成を阻害するものについて詳しく見ていきましょうか。
はい。
じゃあまず細胞壁の合成を阻害する抗生物質っていうと、具体的にどういったものなんですか。
種類にはなるんですけど、フィニシリン系とかセフミン系とかっていうのが細胞壁の合成を阻害する抗生物質になっていて、
例えば私たちが実験でよく使うのだと、アンプシリンっていうのがありますよね。
アンプってリアクスやつですね。
そうですね。
AMPって書く。
AMPです。
で、これらは細胞壁、細胞壁ってすごい強固な分厚い体を守る殻みたいなものだから、
これが作れなくなったら浸透圧とかで細菌自体が生きることができない。
そうですね。
無防備な状態になるので。
細菌からすると骨組みというか、外側の骨組みがなくなるようなものだから困るよね。
結構代表的な抗生物質としてフィニシリンはよく出てくるけど、フィニシリン系とかそういったやつは細胞壁の抗生素材なんですね。
フィニシリンって高校科学とかでよく出てくると一番多分有名な。
そうですね。青カビから発見したみたいなセレンリピティみたいな話はよく出てきますね。
出てきますね。
で、じゃあ2個目。
作用機序2：タンパク質合成の阻害
タンパク質合成を阻害するもの。
そうですね。タンパク質っていろんな機能を持ってるじゃないですか。
それを作るのってリボゾームっていうものがやってると思うんですよ。
だからそいつをターゲットにして抗生を阻害していくっていう感じ。
タンパク質がなくなるとどう困りますか?
どう困りますか?
タンパク質はいろんな機能を持ってて、代謝、エネルギーを作ったりしていく中で抗素っていうものも必要になってくるし、
体の骨格を作る上でもタンパク質必要だし、さまざまな機能があるので、
その抗素作れなくなったら代謝ができなくなるし、体の骨格も合成できなくなるとなるとどうしようもないってことですかね。
そうですね。タンパク質を作る向上をストップさせるみたいな、例えるならっていう感じです。
代表的なものだとマクロライド系とかテトラサイクリン系っていうのがあるんですけど、
私たちが実験で使うのだとカナマイシンとかクロラムフェニクオルとかがこれに入るのかなっていう感じですね。
KAN。
KAN。
カナマイシン、略すやつ。
とCM。
CM。結構略しすぎません?クロラムフェニクオルは。
そうだね。
CMだとなんだってなりますよね、最初は。
カナマイシンとクロラムフェニクオルの略が最初ごっちゃになってて、どっちがどっちだったか。
両方、KだかCだかは日本語からだとちょっとわかりにくいところがありますよね。
これがタンパク質合成を疎外するやつ。
作用機序3：核酸合成の阻害
ということで最後の3つ目。
3つ目は拡散の合成を疎外するって言ったんですけど、わかりやすく言うとDNA、生命の設計図ですよね。
の合成を疎外しちゃうっていうものになってて、ターゲットとしてはDNAとかを複製するときって酵素を使うんですよ。
だからその酵素をストップさせることでDNA増えられない夢っていうものになってます。
あくまでこれもDNA自体を壊していくっていうよりかは、DNAの複製を疎外するものが多いんですかね。
っていうことですかね。
なんでDNAが増えないと最近が困るかっていうと、細胞分裂をして増えていくわけじゃないですか。
細胞分裂するときには1個体だったものが2個体になるからDNAの量も1回倍に増やしてから分かれないとちゃんと機能する細胞が作れないよねっていうので
拡散が合成できないと細胞が増えられない。だから抗生物質の効果を果たすっていう。
抗生物質が人間に安全な理由
じゃあ今3つの作用基準出てきましたけど、この抗生物質ってその拡散の合成を疎外するとかタンパク質の合成を疎外するとかって人間に危なくないんですか。
って思うじゃないですか。そこら辺はちゃんとしてて。
一番わかりやすいのは1個目の細胞壁の合成の疎外。人間の細胞って細胞壁持ってない。細胞膜だけで包まれてる。
心格細胞。
心格細胞。で、このターゲットになる細菌たちっていうのは細胞壁を持ってて、だから細胞壁の合成を疎外する薬を人間に投与しても
人には別に何も何もっていうわけじゃないかもしれないけど、害はないけど細菌にとってはすごく困る。
なるほど。タンパク質合成はどうなんですか。これ結構危なさそうですけど。
危なさそうだと思うじゃないですか。めっちゃすごくて、やっぱり先人たちの研究はすごくて。
細菌と人間だとリボソームっていうタンパク質を合成する工場が違うんですよ。
種類が違うんですか。
種類が違ってちょっと違う、構造が違うとか、サイズが違うとかっていうのがあるんですけど、細菌の持ってるリボソームにだけちゃんと作用するような物質が合成物質として使われてる。
だから人間のリボソームには効かないとかっていうことですかね。
そのタンパク質の構造があってそこに結合していくんですよね。
結合して止めていくのかな。
そのリボソームっていう工場の機能にエッセンシャルな構造の部分に結合するとタンパク質を合成することができなくなるっていう流れ。
それの構造が人間と細菌だと違う。
だから人間のリボソームには効かない。
よくできてますね。
よくできてるんですよね。すごいですよね。
同じリボソームでも違う種類があるからこそ機能してる。
じゃあ拡散合成どうなんですか。これこそ危ないんじゃないですか。
これも危なそうですね。人間のDNAを複製できなくなるって思うんですけど。
細菌と人間では拡散を合成する酵素。酵素ってタンパク質の一種なんですけど。
酵素が違うんですよ。
さっき言ったようにこの3つ目の種類の抗生物質ってDNAを複製するときに使う酵素をストップさせるっていうものだったので。
その酵素自体が細菌と人間で違えば細菌にだけ効くような薬が抗生物質として使える。
具体的な名前を出してしまうと、細菌ではトポイソメラーゼに良いかなっていう酵素が働いてるみたいで。
人間はちょっと違う酵素を使ってDNAを複製している。
抗生物質は細菌にだけ効くような構造をしている。だから人間にとっては安全。
じゃあタンパク質合成阻害のやつと拡散合成阻害の抗生物質っていうのはアプローチとしては似たような感じですかね。
そうですね。結局は酵素だったりリボソームとかのタンパク質の構造の違い。
人間と細菌の構造の違いを利用して特異性を出している。
タンパク質の特異性ってすっごい高いんですか。
本当に鍵と鍵穴ってよく説明されますけど、ちゃんとそこにはめ込まないといけない。
構造がちょっとだけ違ったり大きさが違ったりすると機能しにくくなる。そこで特異性が出るんですね。
すごいですね。
リボソームについて、ここでは詳しく話さないですけど、なかなかシステムとしてタンパク質を合成するシステム。
ちょっと巧妙すぎるんで。
そのうち話したいですね。
話したいですね。難しい内容にはなるけど。
なぜ抗生物質はウイルスに効かないのか
生物学とかをやってこなかった人にぜひ知ってほしい内容ですよね。すごいから。
体の中にある小さい構造だけどめちゃくちゃ精密で、それが全部体を作っているわけですから、すごいですよね。
今後もそういうテーマで話していきたいね。
そうですね。
最初にウイルスには効かないっていうキーハードを出した気がするんですけど、
そうですね。
ウイルスって細菌とかとは違う。というか反生命っていうふうによく言うと思うんですよ。
私は聞いたことがあるんですけど。
生物じゃない生物で結構物議を醸している。
そうそうそうそう。
なんでかっていうとウイルスって自分でタンパク質を合成するわけでもないし、自分の力で増えるわけでもない。
何をしているかっていうと、ウイルスってどうやって増えているか、どうやって生きているかっていうと、
例えば人間の細胞とかに感染します。
自分の持っている拡散を打ち込みます。
DNAとかRNA。
それってウイルスの設計図なわけじゃないですか。
人間のタンパク質合成のシステムを乗っ取って作ってもらうみたいな。
工場をハイジャックして。
ハイジャックしてる。
俺の設計図あるからこれ作れって言って作らせる。
作らせる。
で、DNAも増やさせる。
で、殻になるようなタンパク質、自分の外側になるようなタンパク質とDNA作らせたやつ一緒にして、
人間の細胞内でいい感じに増えたら細胞膜突き破って外に出てくるみたいなのがよくある気がする。
ってことはウイルスって自分で増えてないから、
タンパク質合成する工場も自分で持ってなければ、DNAも自分でも増やさないし。
なるほど、確かに。
その工場にアプローチしようとしても、その工場はそもそも人間のものだから。
そう。
そいつ止めちゃいけないんだ。
止めたら私たちが。
まずいから。
まずいから。
だからウイルスには抗生物質は効かない。
だから抗生物質処方されましたって言ったら、あれだよね。
細菌が感染してる、細菌というかバクテリアが感染してるっていうことだった。
うん、なるほど。
まとめと今後の展望
ということで、今回は抗生物質はなぜ効くのかについて話していきました。
今まで作用記錠みたいなところはあんまり注目せずに、
どうせ細菌をやっつけるんだろうぐらいの感じで、
皆さん、世の中的に広まっているところがあると思うから、
なんでウイルスに効かないのかとか人間に効かないのかみたいな、
そこもこの作用記錠を見れば分かってくれるんだなっていうのは、
いい学びになるかなというふうに思います。
はい。よかった。いい回でしたね。
ここまで抗生物質ってすごいんだなっていう感じのお話を
結構してきたと思うんですけど、
細菌自体もすごくて、
薬剤耐性菌って聞いたことあるのかな?
どこまで一般的な言葉なのかわからないけど、
薬剤耐性菌っていうのがいて、
抗生物質が効かなくなっちゃった細菌っていうのも世の中には出てきている。
効かなくなる?
効かなくなるんですよ。
散々すごい作用記錠を教えてくれたけど、
効かないやつもいるんですか?
効かなくなっちゃったやつらもいるんですよ。
マジか。
そうなんですよ。
次回とかに薬剤耐性菌についてのお話もしていけたら。
お願いします。そうしましょう。
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