ニンニクからの天然の抗菌防御物質であるアリシンは、細菌のDNAジャイラーゼ活性を阻害します

アリシン（dialylthiosuffinate）は、病原体や害虫に対する防御として傷つけたときにニンニク組織によって生成される強力な抗菌物質です。アリシンは、グルタチオンおよびタンパク質でアクセス可能なシステインを酸化する反応性硫黄種（RSS）です。細菌プロテオームのアリシンターゲットを識別するために、微分同位体標識法（oxicat）を使用しました。サブタルアリシン曝露の後、アリシン感受性Pseudomonas fluorescens PF0-1とアリシン耐性PFAR-1のプロテオームを比較しました。アリシンにさらされる前は、タンパク質が主に減少した状態にあり、タンパク質の約77％が20％未満のシステイン酸化を示していました。アリシンへの曝露後にタンパク質酸化が増加し、アリシン感受性PF0-1からのタンパク質の50％のみがわずか50％でしたが、アリシン耐性PFAR-1からの65％は20％未満のままでした。DNA Gyraseは、アリシン標的として識別されました。DNA GiraseサブユニットA（GYRA）のCys433は、未処理の細菌で約6％酸化されていました。アリシン治療後、Cys433の酸化の程度は、感受性PF0-1で55％に増加しましたが、耐性PFAR-1では10％しか増加しませんでした。アリシンは、ナリディクシン酸と同じ濃度範囲でin vitroで大腸菌DNAジャイラーゼ活性を阻害しました。精製されたPFAR-1 DNAガイラーゼは、PF0-1酵素よりもin vitroでアリシンによって大幅に阻害されました。PFAR-1 GYRAをPF0-1に置き換えると、交換変異体はPF0-1の野生型よりもアリシンの影響を受けやすくなりました。まとめると、これらの結果は、GyraがPFAR-1 GYRAサブユニットがPF0-1 Gyraサブユニットよりもアリシンによる酸化の影響を受けにくいのではなく、アリシン耐性PFAR-1バックグラウンドでin vivoで保護されたことを示唆しています。DNA Giraseは、医学的に重要な抗生物質の標的です。したがって、アリシンとその類似体は、単独または他の治療薬と組み合わせて、ジャイラーゼ阻害剤として発達する可能性があるかもしれません。

Allicin (diallylthiosulfinate) is a potent antimicrobial substance, produced by garlic tissues upon wounding as a defence against pathogens and pests. Allicin is a reactive sulfur species (RSS) that oxidizes accessible cysteines in glutathione and proteins. We used a differential isotopic labelling method (OxICAT) to identify allicin targets in the bacterial proteome. We compared the proteomes of allicin-susceptible Pseudomonas fluorescens Pf0-1 and allicin-tolerant PfAR-1 after a sublethal allicin exposure. Before exposure to allicin, proteins were in a predominantly reduced state, with approximately 77% of proteins showing less than 20% cysteine oxidation. Protein oxidation increased after exposure to allicin, and only 50% of proteins from allicin-susceptible Pf0-1, but 65% from allicin-tolerant PfAR-1, remained less than 20% oxidised. DNA gyrase was identified as an allicin target. Cys433 in DNA gyrase subunit A (GyrA) was approximately 6% oxidized in untreated bacteria. After allicin treatment the degree of Cys433 oxidation increased to 55% in susceptible Pf0-1 but only to 10% in tolerant PfAR-1. Allicin inhibited E. coli DNA gyrase activity in vitro in the same concentration range as nalidixic acid. Purified PfAR-1 DNA gyrase was inhibited to greater extent by allicin in vitro than the Pf0-1 enzyme. Substituting PfAR-1 GyrA into Pf0-1 rendered the exchange mutants more susceptible to allicin than the Pf0-1 wild type. Taken together, these results suggest that GyrA was protected from oxidation in vivo in the allicin-tolerant PfAR-1 background, rather than the PfAR-1 GyrA subunit being intrinsically less susceptible to oxidation by allicin than the Pf0-1 GyrA subunit. DNA gyrase is a target for medicinally important antibiotics; thus, allicin and its analogues may have potential to be developed as gyrase inhibitors, either alone or in conjunction with other therapeutics.