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細胞外高分子物質（EPS）は、微生物が環境に分泌する高分子量の天然ポリマーです。 [1] EPSはバイオフィルムの機能的および構造的完全性を確立し、バイオフィルムの物理化学的特性を決定する基本的な成分であると考えられています。[2]バイオフィルムのマトリックス中のEPSは、微生物群集を過酷な環境から構成的にサポートし、保護します。[3] EPSの成分は、多糖類、脂質、核酸、タンパク質、リポ多糖類、ミネラルなど、さまざまなクラスになります。
コンポーネント
EPS は主に多糖類（細胞外多糖類）とタンパク質で構成されていますが、 DNA 、脂質、腐植物質などの他の高分子も含まれています。 EPS は細菌集落の建設材料であり、細胞の外表面に付着したままになるか、成長培地に分泌されます。これらの化合物はバイオフィルムの形成と細胞の表面への付着に重要です。 EPS はバイオフィルムの全有機物の 50% ～ 90% を占めます。[2] [4] [5]
細胞外多糖類
エキソ多糖類（ EPSと略されることもある、以降EPS糖類と略される）は、EPSの糖ベースの部分である。微生物は、細胞内多糖類、構造多糖類、細胞外多糖類またはエキソ多糖類を含む、多機能多糖類を広範囲に合成する。 [6]エキソ多糖類は一般に、単糖類といくつかの非炭水化物置換基（酢酸、ピルビン酸、コハク酸、リン酸など） で構成される。
細胞外多糖類は、微細藻類を含む微生物が成長または繁殖する過程で周囲の環境に分泌される。 [7]細胞壁に緩く付着している場合もあれば、環境中に排出される場合もある。[8] [ 9]多くの微細藻類、特に紅藻類やシアノバクテリアは、構造的に多様な細胞外多糖類を生産する。さらに、細胞外多糖類は細胞間相互作用、接着、バイオフィルム形成に関与している。 [10] [11]
エキソ多糖類は食品業界で増粘剤やゲル化添加剤として広く使用されており、食品の品質と食感を改善します。[12]現在、エキソ多糖類は抗菌性、抗酸化性、抗癌性があることから大きな注目を集めており、有望な医薬品候補の開発につながっています。[13] [14]エキソ多糖類は培養培地に放出されるため、簡単に回収して精製することができます。[15]経済的な抽出やその他の下流処理に使用されるさまざまな戦略については、参考文献の章で説明されています。[16]
環境や細菌によって制御されるバイオミネラリゼーションプロセスの結果であるミネラルも、エキソ多糖類の必須成分です。それらはバイオフィルムマトリックスに構造的完全性を提供し、せん断力や抗菌化学物質から細菌細胞を保護する足場として機能します。 [17] EPSのミネラルは、細菌の形態形成とマトリックスの構造的完全性に寄与することがわかっています。たとえば、枯草菌、マイコバクテリウムスメグマティス、および緑膿菌バイオフィルムでは、方解石（CaCO 3）がマトリックスの完全性に寄与しています。ミネラルは医学的状態とも関連しています。プロテウスミラビリス、プロテウスブルガリス、プロビデンシアレットゲリのバイオフィルムでは、ミネラルのカルシウムとマグネシウムがカテーテルの付着を引き起こします。[18]
構成員
2013 年のレビューでは、120 種の海洋微細藻類によって合成された硫酸化多糖類について説明されており、そのほとんどは EPS です。これらのヘテロポリマーは、ホモポリマーであるGyrodinium impudicumのものを除き、主にガラクトース、グルコース、キシロースから構成されています。 [19]シアノバクテリア由来の EPS のほとんどは、6 ～ 10 種類の異なる単糖、1 つ以上のウロン酸、メチル、酢酸、ピルビン酸、硫酸基、タンパク質などのさまざまな官能基を含む複雑なアニオン性ヘテロポリマーでもあります。[20]たとえば、 Arthrospira platensis由来の EPS は、タンパク質 (55%) 部分と複雑な多糖組成を持つヘテロポリマーであり、グルコース、ラムノース、フルコース、ガラクトース、キシロース、アラビノース、マンノースの 7 つの中性糖と、ガラクツロン酸とグルクロン酸の 2 つのウロン酸が含まれています。[21]
ドナリエラ・サリナは、優れた耐塩性を持つ単細胞緑藻である。 [22]塩ストレスは、 D. salinaからの細胞外高分子物質の分泌を誘発する。高多糖含有量の高分子ポリ電解質の複雑な混合物の放出は、さまざまな塩濃度でのD. salinaの生存戦略に寄与していると推測されている。塩ストレス下のD. salinaからの EPS 加水分解物中に、4 つの単糖類 (ガラクトース、グルコース、キシロース、フルクトース) が検出された。 [23] [24]対照的に、クロレラ・ピレノイドサによって放出される水溶性多糖類には、ガラクトース、アラビノース、マンノース、リボース、キシロース、フコース、ラムノースが含まれており、それらの放出は細胞の光合成活性と生殖状態に依存する。 [25]
EPS利回り向上戦略
微細藻類由来の EPS には多くの潜在的な用途がありますが、その収量が低いことが、産業におけるスケールアップの大きな制約の 1 つです。特定の微細藻類培養から得られる EPS の種類と量は、培養システムの設計、栄養および培養条件、回収および精製プロセスなど、いくつかの要因によって異なります。したがって、生産システムの構成と最適化は、用途のさらなる開発にとって重要です。
EPS利回りの向上に成功した例には、
- 最適化された培地（クラミドモナス・ラインハルティ用）[15]
- 塩分濃度と窒素濃度が高い場合の栄養条件の検討（ボツリオコッカス・ブラウニの場合）[15]
- 培養培地に硫酸塩とマグネシウム塩を添加する（P. cruentum）[26]
- クロレラとスピルリナを担子菌トラメテス・バーシカラーと共培養した例[27]
- 新たな突然変異誘発ツール（大気圧常温プラズマ、ARTP）により、EPS生産量が最大34％増加しました（体積収量1.02 g/L）。[28]
微生物は不利な条件下での戦略としてEPSを分泌することで相互作用相手に反応する可能性があるため、微細藻類と他の微生物の共培養はEPSの生産を増やす技術としてより普遍的に使用できることが示唆された。[29] [30]
細胞外多糖類（EPS）のリスト
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- アセタン（アセトバクターキシリナム）
- アルギン酸（アゾトバクター・ヴィネランディ、シュードモナス属）
- セルロース（アセトバクターキシリナム）
- キトサン（Mucorales属）
- カードラン( Alcaligenes faecalis var. myxogenes )
- cyclosophorans (アグロバクテリウム属、リゾビウム属、キサントモナス属)
- デキストラン（ロイコノストック・メセンテロイデス、ロイコノストック・デキストランイカム、ラクトバチルス・ヒルガルディ）
- エマルサン（アシネトバクター・カルコアセティカス）
- ガラクトグルコ多糖類（Achromobacter spp.、Agrobacterium radiobacter、Pseudomonas marginalis、Rhizobium spp.、Zooglea spp.）
- ガラクトサミノガラクタン（アスペルギルス属）
- ジェラン( Aureomonas elodeaおよびSphingomonas paucimobilis )
- グルクロナン（シノリゾビウム・メリロティ）
- N-アセチルグルコサミン（表皮ブドウ球菌）
- N-アセチルヘパロサン（大腸菌）
- ヒアルロン酸（ストレプトコッカス・エクイ）
- インディカン( Beijerinckia indica )
- ケフィラン（ラクトバチルス・ヒルガルディ）
- レンチナン（Lentinus elodes）
- レバン（アルカリゲネス・ビスコサス、ザイモモナス・モビリス、バチルス・サブチリス）
- プルラン(アウレオバシジウム プルランス)
- スクレログルカン( Sclerotium rolfsii、Sclerotium delfinii、Sclerotium glucanicum )
- シゾフィラン（Schizophyllum commune）
- スチュワルタン ( Pantoea stewartii subsp. stewartii )
- サクシノグリカン ( Alcaligenes faecalis var. myxogenes、Sinorhizobium meliloti )
- キサンタン(キサントモナス カンペストリス)
- ウェラン（アルカリゲネス属）
外酵素
細胞外酵素は、細菌や真菌などの微生物が細胞の外で機能するために分泌する酵素です。これらの酵素は、環境中の大きな分子を、微生物が吸収（細胞内に輸送）して成長やエネルギーに利用できる小さな分子に分解するために不可欠です。
いくつかの研究により、水生微生物生態学における細胞外酵素の活性は藻類由来であることが実証されている。[31] [32]微細藻類から放出されるこれらの細胞外酵素には、アルカリホスファターゼ、キチナーゼ、β-d-グルコシダーゼ、プロテアーゼなどがあり、微生物の成長、化学シグナル伝達、生態系における生物地球化学循環に影響を与える可能性がある。[33]これらの細胞外酵素の研究は、養殖における栄養補給戦略の最適化に役立つ可能性がある。しかし、単離・精製された酵素はごくわずかである。引用文献では、選択された主要な酵素クラスが強調表示されている。[34]
細胞外プロテアーゼ
緑藻類のクラミドモナス・コッコイデスとドゥナリエラ属[35]およびクロレラ・スファエルキ（単細胞の海洋性緑藻類）は、細胞外プロテアーゼを産生することがわかった。[35]珪藻類のキートセロス・ディディムスは、培地中に多量のプロテアーゼを放出する。この産生は、溶解細菌のコルディア・アルギシダの存在によって誘導され、この細菌の影響に対するこの藻類の耐性と関連している。[36]一部のプロテアーゼは、ウイルスのライフサイクルにおいて機能的に重要であるため、医薬品開発の魅力的なターゲットとなっている。[37]
フィコエリトリン様タンパク質
フィコビリプロテインは、シアノバクテリアやいくつかの藻類によって生成される水溶性の光捕捉タンパク質です。これらの色素は、蛍光タグ、食品着色剤、化粧品、免疫診断剤として研究されてきました。これらの色素のほとんどは細胞内で合成され、蓄積されます。例外として、シアノバクテリアのOscillatoriaとScytonema sp.は、細胞外フィコエリトリン様250kDaタンパク質を放出します。この色素は緑藻類のChlorella fuscaとChlamydomonasの成長を阻害し、藻類駆除剤として使用できる可能性があります。[38]
細胞外フェノールオキシダーゼ
フェノールは、その毒性と持続性から、重要なエコトキシン群である。[39]多くの微生物が芳香族汚染物質を分解し、エネルギー源として利用することができる。[40]また、微細藻類がフェノール化合物を含む多数の芳香族化合物を分解する能力がますます認識されている。クラミドモナス属、クロレラ属、セネデスムス属、アナベナ属などの一部の微細藻類は、ペンタクロロフェノール、p-ニトロフェノール、ナフタレンスルホン酸などのさまざまなフェノールを分解することができる。[41] [42]代謝分解経路は完全には解明されていないが、フェノール酸化酵素ラッカーゼ（EC 1.10.3.2）などの酵素やラッカーゼ様酵素が芳香族基質の酸化に関与している。[43] [44] [45]これらの細胞外酵素は、フェノール汚染物質の環境分解に応用できる可能性がある。
プロテアーゼ阻害剤
プロテアーゼ阻害剤は、プロテアーゼ（タンパク質のペプチド結合を切断する酵素）の活性を阻害する化合物の一種です。プロテアーゼは消化、免疫反応、血液凝固、細胞シグナル伝達など、数多くの生理機能において重要な役割を果たすため、これらの阻害剤はさまざまな生物学的プロセスや治療用途において極めて重要です。
細胞外システインプロテアーゼ阻害剤 ECPI-2 がクロレラ属の培養液から精製された。この阻害剤はパパイン、フィシン、キモパパインのタンパク質分解活性を阻害する効果があった。ECPI-2 には 33.6% の炭水化物残基が含まれており、これが中性または酸性条件下での酵素の安定性に関与している可能性がある。クロレラ由来のこれらの阻害タンパク質は、例えばウイルスや草食動物による攻撃から細胞を保護するために合成される可能性がある。[46]有機化合物と比較すると、ペプチド医薬品は人体に対する毒性が比較的低い。したがって、医薬品としてのペプチド阻害剤の開発は、現在の医薬品化学における魅力的な研究テーマである。[47]プロテアーゼ阻害剤は特定の疾患の治療において魅力的な薬剤である。例えば、エラスターゼは肺気腫などの疾患において極めて重要であり、これが医薬品開発における貴重なリード構造としての微細藻類プロテアーゼ阻害剤のさらなる研究を促している。[48]
バイオフィルム
バイオフィルムの形成
バイオフィルム形成の最初のステップは接着です。細菌が表面へ最初に接着するには、接着素と受容体の相互作用が関与します。マトリックス内の特定の多糖類、脂質、タンパク質が接着剤として機能します。EPS は細胞間の凝集（種間認識を含む）も促進し、微生物の凝集とバイオフィルムの形成を促進します。[49]一般に、EPS ベースのマトリックスは次のようにバイオフィルムの組み立てを媒介します。まず、接着部位で EPS の形成が起こり、細菌表面で生成されるか、付着表面に分泌されて、微生物のコロニー形成と細胞のクラスター形成を促進する初期のポリマー マトリックスを形成します。次に、EPS の連続生成により、細菌細胞のコアを形成しながらマトリックスが 3 次元的にさらに拡張されます。細菌のコアは支持フレームワークを提供し、3D クラスターの開発と微小コロニーの凝集を促進します。[50] P. aeruginosa、B. subtilis、V. cholerae、およびS. mutansに関する研究では、初期の細胞クラスター形成から微小コロニーへの移行は、さまざまなバイオフィルム形成モデル生物間で保存されているようだと示唆されている。[50]一例として、S. mutansはグルコシルトランスフェラーゼ（Gtf）と呼ばれる細胞外酵素を産生し、これは宿主の食事中の糖を基質としてグルカンを その場で合成する。GtfはGtfを合成しない細菌にも結合し、種間および界間の共接着を促進する。[51]
バイオフィルムにおける重要性
その後、バイオフィルムが確立されると、EPSは物理的安定性と機械的除去、抗菌剤、および宿主免疫に対する耐性を提供します。細胞外多糖類と環境DNA（eDNA）は成熟したバイオフィルムの粘弾性に寄与するため、持続的な流体せん断応力や高い機械的圧力下でも、バイオフィルムを基質から剥離することは困難です。[52]機械的耐性に加えて、EPSは抗菌剤に対する保護と薬剤耐性の向上も促進します。[53]抗菌剤はEPSバリアを透過できないため、バイオフィルムの深層への薬剤のアクセスが制限されます。[54]さらに、正に帯電した薬剤は負に帯電したEPSに結合し、バイオフィルムの抗菌耐性に寄与し、バイオフィルムマトリックスに存在する酵素による抗菌剤の不活性化または分解を可能にします。EPSは、発酵性多糖類などのさまざまな生体分子の局所的な栄養貯蔵庫としても機能します。[55] 2017年に行われたコレラ菌に関する研究では、コレラ菌バイオフィルム内の浸透圧差により微生物コロニーが物理的に膨張し、栄養価の高い表面との接触が最大化され、栄養素の吸収が促進されることが示唆された。[56]
微細藻類バイオフィルム
EPS は、微細藻類バイオフィルムなどの他の微生物バイオフィルムのマトリックスに含まれています。バイオフィルムの形成と EPS の構造は、細菌のものと多くの類似点があります。バイオフィルムの形成は、浮遊細胞の表面への可逆的な吸収から始まります。EPS の生成が続き、吸着は不可逆的になります。EPS は水素結合で表面の細胞に定着します。初期の定着者の複製は、マトリックス内の有機分子の存在によって促進され、藻類細胞に栄養を提供します。定着者が繁殖するにつれて、バイオフィルムは成長し、3 次元構造になります。[57]微細藻類バイオフィルムは、90% の EPS と 10% の藻類細胞で構成されています。藻類 EPS は、細菌の EPS と同様の成分を持ち、タンパク質、リン脂質、多糖類、核酸、腐植物質、ウロン酸、およびリン酸、カルボキシル基、ヒドロキシル基、アミノ基などのいくつかの官能基で構成されています。藻類細胞は、エネルギーと炭素源として EPS を消費します。[58]さらに、EPS は細胞を脱水から保護し、細胞の表面への接着を強化します。藻類バイオフィルムでは、EPS には 2 つのサブカテゴリがあります。可溶性 EPS (sEPS) と結合 EPS (bEPS) で、前者は培地中に分布し、後者は藻類細胞に付着しています。[59]結合 EPS は、密結合 EPS (TB-EPS) と緩結合 EPS (LB-EPS) にさらに細分化できます。種、基質の種類、栄養素の利用可能性、温度、pH、光強度など、いくつかの要因が EPS の構成に寄与します。[60]
エコロジー
菌体外多糖類は、窒素固定細菌が植物の根や土壌粒子に付着するのを促進し、共生関係を仲介します。[61]これは、根や根圏のコロニー形成に重要であり、生態系における土壌食物網と栄養循環の重要な構成要素です。 また、菌体外多糖類は、宿主植物への侵入と感染を成功させることもできます。[61]細菌の細胞外高分子物質は、他の溶解物質の中でも金属陽イオンを吸着する能力があるため、重金属のバイオレメディエーションに役立ちます。 [62]バイオフィルムは銅、鉛、ニッケル、カドミウムなどの金属に結合して除去できるため、これは廃水処理システムの処理に役立ちます。[62] EPSの結合親和性と金属特異性は、ポリマーの組成だけでなく、濃度やpHなどの要因によっても異なります。[62]地球微生物学的観点から、EPSは鉱物、特に炭酸塩の沈殿に影響を及ぼすことが観察されている。[63] EPSはバイオフィルム懸濁液中の粒子に結合して捕捉することもあり、分散と元素循環を制限する可能性がある。[63] EPSは堆積物の凝集力、浸透性、浸食に影響を及ぼすため、堆積物の安定性を高めることができる。[63] EPSの接着力と金属結合能力は、環境面と産業面の両方で鉱物の浸出速度に影響を及ぼすという証拠がある。 [63] EPSと非生物環境とのこうした相互作用により、 EPSは生物地球化学的循環に大きな影響を与えることができる。バイオフィルムと土壌に生息する線虫Caenorhabditis elegansなどの細菌食動物との捕食者と被食者の相互作用は、広範に研究されてきた。粘着性マトリックスの生成と凝集体の形成を介して、エルシニア・ペスティスのバイオフィルムはC.エレガンスの口を塞いで摂食を妨げることができる。[64] さらに、緑膿菌バイオフィルムはC.エレガンスの這うような運動を阻害し、「泥沼表現型」と呼ばれる現象を引き起こし、C.エレガンスをバイオフィルム内に閉じ込め、感受性バイオフィルムを食べる線虫の探索を妨げます。[65]これにより捕食者の摂食能力と繁殖能力が大幅に低下し、バイオフィルムの生存が促進されます。
莢膜外多糖類は、病原細菌を乾燥や捕食から守り、病原性にも寄与する。[61] バイオフィルム内に固定・凝集した固着細菌は、漂流するプランクトン細菌に比べて脆弱性が低い。これは、EPSマトリックスが保護拡散バリアとして機能するためである。[66]細菌細胞の物理的・化学的特性はEPS組成の影響を受ける可能性があり、自然環境における細胞認識、凝集、接着などの要因に影響を与える。[66]
使用
これまで、バイオマスベースの産業用微細藻類の生産は、食品や飼料から医薬品や環境用途の高価値化学物質に至るまで、幅広い分野で応用されてきました。[67] [68] [69]
微細藻類の商業栽培はますます普及しているが、藻類バイオマスのみが現在の製品に加工されており、流通培養やバッチ培養のバイオマス収穫後には、藻類を含まない培地が大量に未利用のままとなっている。培養コストを節約するための培地リサイクルは、成長阻害の大きなリスクに直面している。大量の使用済み培地は、培地を環境に直接廃棄すると、環境汚染や培養時の水と栄養の供給コストを引き起こす。したがって、使用済み培地から高価値製品を同時に生成するという動機によるリサイクル方法の適用は、商業的および環境的観点から可能性を秘めている。[70]
化粧品と医薬品
栄養補助食品業界では、アルスロスピラ（スピルリナ）とクロレラは、豊富なタンパク質、ビタミン、活性多糖類、その他の重要な化合物により、免疫システムの活性の強化、抗腫瘍効果、動物の成長促進など、さまざまな健康上の利点を持つ健康食品や栄養補助食品として商品化されている最も重要な種です。[71]ドナリエラ由来のβ-カロチンとヘマトコッカス由来のアスタキサンチンを含む微細藻類カロテノイドは、大規模なプロセスで商業的に生産されています。微細藻類由来製品は現在、化粧品や医薬品への使用に向けて開発が成功しています。[72] [73]例としては、パーソナルスキンケア製品に使用されるシアノバクテリア由来の多糖類や、肌の引き締めを促進するオリゴペプチドを含むクロレラ属の抽出物などがあります。 [74]製薬業界では、抗炎症、抗癌、抗感染作用を持つ候補薬が特定されています。[75]例えば、Phaeodactylum tricornutum由来のアデノシンは、頻脈の治療のための抗不整脈剤として作用し、緑藻代謝物であるカウレルピンは抗結核作用の研究で注目されている。[76] [77]
さらに、微細藻類由来の細胞外多糖類には抗腫瘍、抗炎症、抗ウイルスなどの様々な生理活性があり、医薬品への応用が期待されています。[78]
食料と飼料
イソクリシス・ガルバナ、ナンノクロル・オプシソクラタ、キートセロス・ミュレリ、キートセロス・グラシリス、P.トリコルヌタムなどの微細藻類は、養殖魚、貝類、エビの幼魚に優れた栄養状態を提供するために、養殖場で直接的または間接的に飼料源として長い間利用されてきました。[79] [80]
さらに、EPS層は栄養素のトラップとして機能し、細菌の増殖を促進します。[66] Lactococcus lactis subsp. cremorisなどの一部の乳酸菌株の菌外多糖類は、発酵乳製品（ Viiliなど）にゼラチン状の食感を与え、これらの多糖類も消化可能です。[81] [82]菌外多糖類の工業的利用の一例として、パン業界でのパネットーネやその他のパンへのデキストランの応用が挙げられます。[83]
B. subtilisは、そのバイオフィルムにより消化管内の好ましい微小環境を効果的に維持できるため、プロバイオティクス特性が注目されています。上部消化管を通過するために、B. subtilisは胃内の高酸性環境などのストレスの多い環境から身を守る細胞外マトリックスを生成します。[84]
エネルギー
油性微細藻類の生産は、再生可能バイオエネルギーの世界的な需要を満たす可能性のあるバイオ燃料の代替源として魅力的になりつつあります。[85]微細藻類の細胞外バイオポリマーを使用した石油回収の強化（EOR）は、今後の応用分野となる可能性があります。[86]
近年、海洋細菌由来のEPS糖が油流出の浄化を加速させることがわかっています。[87] 2010年のディープウォーターホライズン原油流出事故の際、これらのEPS産生細菌は急速に成長し、増殖することができました。[87]その後、EPS糖が油を溶解し、海面に油凝集体を形成し、浄化プロセスを加速させることがわかりました。[87]これらの油凝集体は、他の海洋微生物群集に貴重な栄養源も提供しました。これにより、科学者は油流出の浄化にEPS糖の使用を変更および最適化することができました。[87]
農業と除染
成長中、微細藻類は酢酸やグリセロールなどの代謝産物を生成し、培地に分泌する。[88]微細藻類の細胞外代謝産物（EM）は重要な生態学的意義を持つ。例えば、海洋微細藻類は大量の溶存有機物質（DOS）を放出し、これは藻類と細菌の共生相互作用において従属栄養生物のエネルギー源となる。[89]細胞周囲空間への排泄物は、微細藻類と他の微生物との間のアレロパシー相互作用の過程を大きく左右する。 [90]微細藻類由来のアレロパシー化合物の中には、環境に優しい除草剤や生物防除剤として実現されており、バイオテクノロジーへの直接的な利用が期待されている。 [ 91 ]
B. subtilisでは、タンパク質マトリックス成分であるTasAと菌外多糖の両方が、アラビドプシスとトマト植物における効果的な植物根のコロニー形成に必須であることが示されている。[53] TasAは連鎖球菌との種間凝集を媒介する上で重要な役割を果たしていることも示唆されている。[92]
従来の廃棄物除去方法に代わる、より効率的で環境に優しい方法を見つける必要性が高まっているため、産業界はバイオレメディエーションにおける細菌とそのEPS糖の機能に注目し始めている。[93]
研究者らは、シアノバクテリア由来のEPS糖を廃水に加えると、銅、カドミウム、鉛などの重金属が除去されることを発見した。[93] EPS糖単独では、これらの重金属と物理的に相互作用し、バイオソープションによって取り込むことができる。[93]除去効率は、廃水に加える前にEPS糖をさまざまな酸または塩基で処理することで最適化できる。 [93]汚染された土壌の中には、多環芳香族炭化水素（PAH）の含有量が高いものがあり、細菌Zoogloea sp .および真菌 Aspergillus niger由来のEPSは、これらの有毒化合物の除去に効果的である。[94] EPSには、 PAHを分解できる酸化還元酵素や加水分解酵素などの酵素が含まれている。 [94] PAHの分解量は、土壌に加えたEPSの濃度に依存する。この方法は低コストで非常に効率的であることが証明されている。[94]
バイオフィルムを標的とする新たなアプローチ
ナノ粒子（NP）の応用は、その高い表面積対体積比、バイオフィルムのより深い層まで浸透する能力、および制御された方法で抗菌剤を放出する能力により、バイオフィルムを標的とする新しい有望な技術の1つです。NP-EPS相互作用を研究することで、より効果的なナノ粒子の開発方法についての理解を深めることができます。[3]バイオフィルムに浸透し、病原性微小環境によってトリガーされて薬剤または多機能化合物（アプタマー、デンドリマー、および生物活性ペプチドへの触媒ナノ粒子など）を送達できる「スマートリリース」ナノキャリアが、EPSおよび埋め込まれた細菌の生存能力または代謝活動を破壊するために開発されました。NPが抗菌剤をバイオフィルムに輸送する可能性を変えるいくつかの要因には、NPとEPS成分との物理化学的相互作用、EPSマトリックス内の水空間（細孔）の特性、およびEPSマトリックスの粘度が含まれます。[95] NPのサイズと表面特性（電荷と官能基）は、EPSへの浸透とEPSとの相互作用の主な決定要因です。[3]もう一つの潜在的な抗バイオフィルム戦略はファージ療法です。特定の細菌宿主細胞に侵入するウイルスであるバクテリオファージは、バイオフィルムを浸透するのに効果的な薬剤であることが示唆されています。[18]バイオフィルムを根絶するための最大の有効性に到達するために、治療戦略は、複雑なバイオフィルムの微小環境を標的とするために、バイオフィルムマトリックス成分と埋め込まれた微生物の両方を標的とする必要があります。[18]
参照
参考文献
この記事には、CC BY 4.0 ライセンスの下で利用可能な Lu Liu、Georg Pohnert、Dong Wei によるテキストが組み込まれています。
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外部リンク
- EPS、BioMineWiki 2021-01-08 にWayback Machineでアーカイブされました