微生物学：抗生物質の短期使用はヒト腸内細菌を低コスト耐性に導く

抗生物質使用と薬剤耐性進化の間の関係を理解することは、効果的な抗菌薬適正使用支援に極めて重要である。しかし、動物モデルやin vitro実験では、リアルワールドの状況をほとんど再現できない。今回我々は、耐性がin vivoで進化する仕組みを調べるために、60人の参加者にシプロフロキサシンを曝露し、縦断的な糞便試料と新しい計算方法を用いて、参加者内に存在する共生細菌種5665集団のゲノムアセンブリを行った。230万の多型塩基配列バリアントの解析から、選択的一掃を受けた513集団が明らかになった。また、DNAジャイレースへの集中的な収斂進化と、他のゲノム座位への分散的な選択圧の証拠が見つかった。感受性細菌集団の約10％は、ジャイレースの特定のアミノ酸置換を伴う一掃により耐性を進化させた。ジャイレースの進化は、曝露の過程で相対的な存在量が減少した大規模集団と関連していた。ほとんどの場合、一掃は10週以上持続し、1年以内には元に戻らないと予測された。標的増幅法により、ジャイレースの変異は参加者内でde novoに生じたことが明らかになったが、測定可能な適応度コストは見られなかった。これらの知見から、シプロフロキサシンへの短期間曝露が腸内共生細菌において耐性の進化を促し、曝露後も変異は長期間にわたり持続することが明らかになった。この研究は、ヒトの腸が耐性の進化を促進する能力を浮き彫りにし、また、in vivoで細菌の適応を形作る重要なゲノム要因および生態学的要因を明らかにしている。

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