抗菌性

抗菌剤とは、微生物を殺す（殺菌剤）か、その増殖を止める（静菌剤）薬剤である。 ^[1]抗菌薬は、主に作用する微生物によって分類することができる。例えば、抗生物質は細菌に対して使用され、抗真菌薬は真菌に対して使用される。また、機能によって分類することもできる。感染症を治療するための抗菌薬は⠀⠀抗菌化学療法として知られ、感染症を予防するための抗菌薬は抗菌予防法として知られている。^[2]

抗菌剤の主な種類は、病気の蔓延を防ぐために非生物表面のさまざまな微生物を殺す消毒剤（漂白剤などの非選択的薬剤）、防腐剤（生体組織に塗布され、手術中の感染を減らすのに役立つ）、および抗生物質（体内の微生物を破壊する）である。抗生物質という用語は、もともと生きた微生物から抽出された製剤のみを指していたが、現在ではスルホンアミドやフルオロキノロンなどの合成剤にも適用されている。この用語はかつては抗菌剤に限定されていたが（医療専門家や医学文献では抗菌剤の同義語としてよく使用されている）、その文脈はすべての抗菌剤を含むように広がっている。抗菌剤はさらに、細菌を殺す殺菌剤と、細菌の増殖を遅らせたり停止させたりする静菌剤に分けられる。これに応じて、抗菌技術のさらなる進歩により、微生物の増殖を単に阻害する以上の解決策が生まれている。代わりに、接触した微生物を殺すための特定のタイプの多孔質媒体が開発されました。^[3]ヒト、動物、植物における抗菌剤の誤用と過剰使用は、薬剤耐性病原体の発生の主な原因です。^[4]細菌の抗菌剤耐性（AMR）は、2019年に世界で127万人の死に直接関係し、495万人の死に寄与したと推定されています。 ^[4]

抗菌剤の使用は少なくとも2000年前から一般的に行われてきました。古代エジプト人や古代ギリシャ人は感染症の治療に特定のカビや植物抽出物を使用していました。^[5]

19世紀には、ルイ・パスツールやジュール・フランソワ・ジュベールなどの微生物学者が、いくつかの細菌間の拮抗作用を観察し、医療においてこれらの相互作用を制御することの利点について議論しました。^[6]ルイ・パスツールの発酵と自然発生に関する研究は、嫌気性細菌と好気性細菌の区別につながりました。パスツールによって得られた情報により、ジョセフ・リスターは手術器具の滅菌や創傷の清拭などの消毒方法を外科手術に取り入れるようになりました。これらの消毒技術の導入により、外科手術に関連する感染症とそれに伴う死亡者数が大幅に減少しました。ルイ・パスツールの微生物学に関する研究は、炭疽菌や狂犬病などの命に関わる病気に対する多くのワクチンの開発にもつながりました。^[7] 1928年9月3日、アレクサンダー・フレミングは休暇から戻り、ブドウ球菌で満たされたペトリ皿が抗菌菌ペニシリウム・ルーベンスによってコロニーに分離されていることを発見した。フレミングと彼の同僚は抗菌剤の分離に苦労したが、1929年に英国実験病理学誌でその治療効果について言及した。^[8] 1942年、ハワード・フローリー、エルンスト・チェイン、エドワード・エイブラハムはフレミングの研究成果を用いてペニシリンを精製・抽出し、医療に利用したことにより1945年のノーベル医学賞を受賞した。^[9]

抗菌薬は細菌感染症の治療に用いられる。抗生物質は一般的にベータラクタム、マクロライド、キノロン、テトラサイクリン、アミノグリコシドに分類される。これらのカテゴリー内での分類は、抗菌スペクトル、薬力学、化学組成によって決まる。^{[10]特定の抗菌薬を長期間使用すると}腸内細菌の数が減少し、健康に悪影響を及ぼす可能性がある。プロバイオティクスの摂取と適度な食事は、破壊された腸内細菌叢を補充するのに役立つ可能性がある。長期にわたる抗生物質治療からの回復が困難な患者、例えば再発性クロストリディオイデス・ディフィシル感染症患者には、便移植が考慮されることがある。^{[11] [12]}

20 世紀における抗菌剤の発見、開発、使用により、細菌感染による死亡率は低下しました。抗生物質の時代は、1936 年にスルホンアミド薬が治療に応用されたことで始まり、その後、1945 年から 1970 年頃にかけて、構造的に多様で非常に効果的な薬剤が数多く発見、開発された「黄金の」発見の時代が続きました。1980 年以降、臨床使用のための新しい抗菌剤の導入は減少していますが、これは新薬の開発と試験に莫大な費用がかかることが一因です。^{[13]それと並行して、細菌、真菌、寄生虫、一部のウイルスの複数の既存薬剤に対する}抗菌剤耐性が驚くほど増加しています。^[14]

抗菌薬は最も一般的に使用されている薬剤の一つであり、例えばウイルス性呼吸器感染症において医師が乱用することが多い薬剤の一つである。抗菌薬の広範囲かつ無分別な使用の結果、抗生物質耐性病原体の出現が加速し、世界的な公衆衛生に対する深刻な脅威となっている。耐性の問題は、現在の抗菌薬に耐性のある病原細菌に有効な抗菌剤を探すための新たな取り組みを要求している。この目的に向けた可能な戦略としては、多様な環境からのサンプル採取の増加、現在未知で培養されていない微生物によって生成される生物活性化合物を特定するためのメタゲノミクスの適用、および細菌標的向けにカスタマイズされた小分子ライブラリの開発などがある。^[15]

抗真菌薬は真菌を殺すか、真菌のさらなる成長を防ぐために使用されます。医学では、水虫、白癬、カンジダ症などの感染症の治療に使用され、哺乳類細胞と真菌細胞の違いを利用して作用します。細菌とは異なり、真菌もヒトも真核生物です。したがって、真菌細胞とヒト細胞は分子レベルで類似しており、宿主生物に存在しない抗真菌薬の攻撃対象を見つけることはより困難です。その結果、これらの薬剤の一部には副作用がしばしばあります。これらの副作用のいくつかは、薬剤が適切に使用されない場合、生命を脅かす可能性があります。^[16]

抗真菌剤は、医療用途だけでなく、湿気の多い家屋の素材に生えるカビを抑制するためにも頻繁に利用されています。表面に吹き付ける重曹は、抗真菌剤として機能します。ソーダ吹き付け後または吹き付けなしで塗布される別の抗真菌溶液は、過酸化水素と薄い表面コーティングの混合物で、カビを中和し、表面を包み込んで胞子の放出を防ぎます。バスルームやキッチンなどの湿度の高い場所での使用のために、抗真菌剤を添加して製造された塗料もあります。その他の抗真菌表面処理には通常、カビの繁殖を抑えることが知られている金属の変種、たとえば銅、銀、亜鉛を含む顔料または溶液が含まれています。これらの溶液は毒性があるため、一般には入手できません。^[17]

抗ウイルス薬は、ウイルス感染症の治療に特化した薬剤の一種です。抗生物質と同様に、特定の抗ウイルス薬は特定のウイルスに使用されます。体外でウイルス粒子を積極的に不活性化する殺ウイルス薬とは区別する必要があります。 ^[18]

多くの抗ウイルス薬は、 HIVを含むレトロウイルスによる感染症の治療を目的としている。重要な抗レトロウイルス薬には、プロテアーゼ阻害剤のクラスが含まれる。口唇ヘルペスや性器ヘルペスの原因として最もよく知られているヘルペスウイルスは、通常、ヌクレオシド類似体アシクロビルで治療される。ウイルス性肝炎は、 5つの無関係な肝向性ウイルス（AE）によって引き起こされ、感染の種類に応じて抗ウイルス薬で治療される場合がある。一部のインフルエンザA型およびB型ウイルスは、オセルタミビルなどのノイラミニダーゼ阻害剤に耐性を持つようになり、新しい物質の探索が続けられている。^[19]

抗寄生虫薬は、線虫、条虫、吸虫、感染性原生動物などの寄生虫によって引き起こされるリーシュマニア症、マラリア、シャーガス病などの感染症の治療に適応される薬剤の一種である。抗寄生虫薬には、メトロニダゾール、ヨードキノール、アルベンダゾールなどがある。^[10]すべての治療用抗菌薬と同様に、抗寄生虫薬は宿主に深刻な損傷を与えることなく感染生物を殺さなければならない。^[20]

広域スペクトル治療薬は複数のクラスの病原体に対して有効である。このような治療薬はパンデミックの緊急治療薬としての可能性が示唆されている。^{[21] [より良い情報源が必要]}

抗菌剤としては、さまざまな化学物質や天然化合物が使用されています。有機酸とその塩は、乳酸、クエン酸、酢酸など、食品の原料や消毒剤として広く使用されています。例えば、牛の死骸には酸を噴霧し、その後すすいだり蒸したりすることで、大腸菌の蔓延を減らすことがよくあります。^[22]

Hg ²⁺やPb ²⁺などの重金属陽イオンは抗菌活性を有するが、毒性を持つこともある。近年、配位化合物の抗菌活性が研究されている。^{[23] [24] [25] [26]}

伝統的な薬草療法では、感染症の治療に植物が使われてきました。これらの植物の多くは抗菌作用について科学的に研究されており、一部の植物製品は病原微生物の増殖を阻害することが示されています。 ^[27]これらの薬剤の多くは、現在使用されている抗生物質とは異なる構造と作用機序を持っているようで、すでに使用されている薬剤との交差耐性は最小限である可能性があります。^[28]

銅合金の表面には天然の抗菌性があり、大腸菌やブドウ球菌などの微生物を殺すことができます 。^{[29] [30]}米国環境保護庁は、感染症を制御するために通常の清掃と消毒に加えて使用するための抗菌銅合金表面の登録を承認しました。 ^{[30] [31]}抗菌銅合金は、公衆衛生対策として一部の医療施設や地下鉄交通システムに設置されています。^[30]銅ナノ粒子は、その固有の抗菌作用で注目を集めています。^[32]

ハーブ薬局方に含まれる多くのエッセンシャルオイルは抗菌作用があるとされており、ベイ、シナモン、クローブ、タイムのオイルは、食中毒の細菌性病原体に関する研究で最も強力であると報告されています。^{[33] [34]}ココナッツオイルも抗菌作用があることで知られています。^{[35]有効成分には、}テルペノイドと二次代謝物が含まれます。^{[36] [37]}代替医療で広く使用されているにもかかわらず、エッセンシャルオイルは主流の医療での使用は限られています。医薬品化合物の25〜50％は植物由来ですが、抗菌剤として使用されているものはありませんが、この方向の研究は増加しています。^[38]主流の医療での使用増加の障壁には、不十分な規制監督と品質管理、誤ったラベルまたは誤認の製品、限られた投与方法などがあります。^{[39] [27]}

米国環境保護庁（EPA）によると、連邦殺虫剤・殺菌剤・殺鼠剤法の定義によると、抗菌性農薬は、消毒、衛生管理、または発育抑制を通じて微生物の増殖を制御し、細菌、ウイルス、真菌、原生動物、藻類、または粘液による汚染、汚れ、劣化から無生物、産業プロセスまたはシステム、表面、水、またはその他の化学物質を保護するために使用されます。^[40] EPAは、病院や家庭で使用される消毒剤/殺菌剤などの製品を監視して、有効性を確認しています。^[41]したがって、飲料水、プール、食品衛生、およびその他の環境表面に使用される製品を含む、公衆衛生を目的とした製品は、この監視システムの対象となります。これらの農薬製品は、適切に使用された場合、人体または環境に不当な副作用を示さないという前提で登録されています。特定の製品が市場に出回った後も、EPAはそれらの製品が公衆衛生の保護に有効であるかどうかを確認するために監視と評価を続けます。^[42]

EPAによって規制されている公衆衛生製品は3つのカテゴリーに分けられます。^[40]

• 消毒剤: 微生物 (細菌、真菌、ウイルス) を破壊または不活性化しますが、胞子駆除剤としては機能しない場合があります (胞子駆除は最も破壊しにくいため)。EPA は有効性データに基づいて、消毒剤を限定的、一般/広域スペクトル、または病院用消毒剤に分類します。
• 消毒剤: 微生物の数を減らしますが、すべてを殺したり除去したりできるわけではありません。
• 殺菌剤（殺胞子剤）：すべての細菌、真菌、胞子、ウイルスを除去します。

抗菌性農薬は薬剤耐性の主な要因となる可能性がある。^[43]世界保健機関などの組織は、これに対抗するため、世界中で抗菌性農薬の使用を大幅に削減するよう呼びかけている。^{[44] 2010年の}疾病予防管理センターの報告書によると、医療従事者は抗菌性農薬への曝露に対する安全対策を改善するための措置を講じることができる。労働者は手袋や安全メガネなどの個人用保護具を着用して、これらの薬剤への曝露を最小限に抑えるよう勧告されている。さらに、EPAが安全に使用できるとみなしている取り扱い手順に従って正しく使用することも重要である。従業員は健康被害について教育を受け、曝露が発生した場合は医療を受けるよう奨励されるべきである。^[45]

オゾンは空気、水、プロセス機器内の微生物を殺すことができ、厨房の換気扇、ゴミ置き場、グリーストラップ、バイオガス工場、廃水処理場、繊維製造、醸造所、酪農場、食品・衛生製品、製薬産業、瓶詰め工場、動物園、自治体の飲料水システム、プール、スパ、衣類の洗濯、室内のカビや悪臭の処理などの現場で使用されています。^{[46] [47]}

抗菌スクラブはスクラブの臭いや汚れの蓄積を軽減し、耐久性を向上させます。また、これらのスクラブにはさまざまな色とスタイルがあります。抗菌技術は急速に進歩しているため、これらのスクラブは簡単に入手でき、より高度なバージョンが毎年市場に登場しています。^[48]これらの細菌は、オフィスのデスク、休憩室、コンピューター、その他の共有テクノロジーに広がる可能性があります。これはMRSAなどのアウトブレイクや感染症につながる可能性があり、その治療には医療業界に年間200億ドルの費用がかかります。

塩素、ヨウ素、フッ素、臭素などの元素は、性質上非金属であり、ハロゲン族を構成します。これらのハロゲンはそれぞれ異なる抗菌効果を持ち、pH、温度、接触時間、微生物の種類などのさまざまな要因によって影響を受けます。塩素とヨウ素は、最も一般的に使用されている2つの抗菌剤です。塩素は、水処理場、医薬品、食品業界で消毒剤として広く使用されています。廃水処理場では、塩素は消毒剤として広く使用されています。塩素は可溶性汚染物質を酸化し、細菌やウイルスを殺します。また、細菌胞子に対しても非常に効果的です。作用機序は、これらの微生物に存在する結合を破壊することです。細菌酵素が塩素を含む化合物と接触すると、その分子の水素原子が置換され、塩素に置き換えられます。これにより酵素機能が変化し、細菌が死滅します。ヨウ素は、殺菌や傷口の洗浄に最もよく使用されます。ヨウ素を含む 3 つの主要な抗菌化合物は、アルコールヨウ素溶液、ヨウ素水溶液、およびヨウ素フォアです。ヨウ素フォアは殺菌効果が高く、皮膚に塗布しても刺激が少ないため、防腐剤として使用されます。一方、細菌胞子はヨウ素では殺せませんが、ヨウ素フォアによって阻害できます。ヨウ素が細胞に浸透してタンパク質、遺伝物質、脂肪酸を酸化すると、微生物の増殖が抑制されます。臭素も効果的な抗菌剤で、水処理プラントで使用されます。塩素と混合すると、S. faecalis などの細菌胞子に対して非常に効果的です。^[49]

アルコールは、消毒剤や防腐剤として一般的に使用されています。アルコールは、栄養型細菌、ほとんどのウイルスや真菌を殺します。エチルアルコール、n-プロパノール、イソプロピルアルコールが最も一般的に使用されている抗菌剤です。^[50]メタノールも消毒剤ですが、非常に有毒であるため一般的には使用されません。大腸菌、サルモネラ菌、黄色ブドウ球菌は、アルコールによって成長を阻害できる細菌です。アルコールはエンベロープウイルスに対して高い効率性があります（60〜70％エチルアルコール）70％イソプロピルアルコールまたはエタノールは抗菌剤として非常に効果的です。水の存在下では、70％アルコールはタンパク質の凝固を引き起こし、微生物の成長を阻害します。アルコールは胞子に対してはあまり効率的ではありません。作用機序は、タンパク質を変性させることです。アルコールは、タンパク質構造に存在する水素結合を妨害します。アルコールは微生物に存在する脂質膜も溶解します。^{[51] [52]}細胞膜の破壊は、細胞死を助けるアルコールのもう一つの特性です。アルコールは安価で効果的な抗菌剤です。製薬業界で広く使用されています。アルコールは、手指消毒剤、防腐剤、消毒薬によく使用されます。

フェノールは石炭酸としても知られ、抗菌剤として使用された最初の化学物質の1つです。高い防腐作用があります。濃度0.1%～1%で静菌性、1%～2%で殺菌・抗真菌性があります。5%溶液は48時間で炭疽菌胞子を死滅させます。^[53]フェノールは、口腔洗浄剤や家庭用洗浄剤に最もよく使用されています。広範囲の細菌、真菌、ウイルスに対して活性があります。今日では、フェノールに比べて毒性が低いため、チモールやクレゾールなどのフェノール誘導体が使用されています。これらのフェノール化合物は、ベンゼン環と-OH基が構造に組み込まれています。それらはより高い抗菌活性を持っています。これらの化合物は、タンパク質を沈殿させて変性させ、微生物の細胞膜に浸透してそれを破壊することによって微生物の増殖を阻害します。フェノール化合物は、酵素を不活性化し、微生物細胞内のアミノ酸を損傷することもあります。抗菌・抗真菌剤であるフェンティクロールなどのフェノールは、真菌感染症の経口治療薬として使用されています。トリスクロサンは、グラム陽性菌とグラム陰性菌の両方に非常に効果的です。ヘキサクロロフェン（ビスフェノール）は界面活性剤として使用されます。その防腐作用のため、石鹸、ハンドウォッシュ、皮膚製品に広く使用されています。また、殺菌剤としても使用されます。クレゾールは効果的な抗菌剤であり、マウスウォッシュや咳止めドロップに広く使用されています。フェノールは、表皮ブドウ球菌や緑膿菌などの細菌に対して高い抗菌活性を持っています。 ^[54] 2-フェニルフェノール水溶液は、果物を梱包するために浸漬処理するために使用されます。 （ただし、包装材には使用されていない。）イルロフとカリツキ（1961）は、この方法で加工された果物の皮に、微量だが測定可能な量の残留物があることを発見した。^{[55] ：193}

これらは細菌、真菌、ウイルスに対して非常に効果的です。アルデヒドは外膜を破壊することで細菌の増殖を抑制します。外科用器具の消毒や滅菌に使用されます。毒性が強いため、防腐剤としては使用されていません。現在、他の多くのアルデヒドが優れた抗菌活性を持つことが実証されているにもかかわらず、グルタルアルデヒド、ホルムアルデヒド、オルトフタルアルデヒド（OPA）の3種類のアルデヒド化合物のみが消毒用生物殺生物剤として広く実用化されています。^[56]ただし、接触時間が長いため、他の消毒剤が一般的に好まれています。

微生物は、生育するのに最低温度、最適温度、最高温度を有する。^[57]低温だけでなく高温も、物理的な制御手段として使用される。異なる生物は、熱や温度に対する耐性や感受性の度合いが異なり、細菌胞子などの一部の生物はより耐性が高いのに対し、栄養細胞は耐性が低く、低温で簡単に死滅する。^[58]熱を使用して微生物を殺す別の方法は、部分的殺菌である。このプロセスでは、数日間、それぞれ1時間、100℃の温度にさらす。^{[59]部分的殺菌は、チンダル化とも呼ばれる。この方法を使用して、細菌胞子を殺すことができる。乾熱と湿熱の両方が、微生物の生命を除去するのに効果的である。たとえば、}ジャムなどの保存食を保存するために使用される瓶は、従来のオーブンで加熱して殺菌することができる。熱は低温殺菌にも利用され、牛乳、チーズ、ジュース、ワイン、酢などの食品の腐敗を遅らせる方法である。これらの製品は一定時間一定の温度に加熱され、有害な微生物の数が大幅に減少する。低温は微生物の代謝を遅くすることで微生物の活動を抑制するためにも使用される。^[60]

食品は、有害な病原体を殺すために放射線照射されることが多い。^[61]微生物の増殖を抑制するために使用される放射線には、電離放射線と非電離放射線の2種類がある。^[62]食品の殺菌に使用される一般的な放射線源には、コバルト60（ガンマ線放出体）、電子線、X線などがある。^[63]紫外線は、小規模な個人用システムと大規模なコミュニティ浄水システムの両方で、飲料水の消毒にも使用されている。^[64]

乾燥は脱水とも呼ばれます。極度の乾燥状態、または極度の乾燥の過程です。細菌、酵母、カビなどの微生物は成長に水を必要とします。乾燥により水分が乾燥し、微生物の成長が抑制されます。水が利用可能になると細菌は成長を再開するため、乾燥によって細菌の成長が完全に抑制されるわけではありません。このプロセスを実行するために使用される機器はデシケーターと呼ばれます。このプロセスは食品業界で広く使用されており、食品保存の効率的な方法です。乾燥は、ワクチンやその他の製品を保管するために製薬業界でも広く使用されています。^[65]

抗菌表面は、微生物の増殖能力を阻害するか、化学的プロセス（銅毒性）または物理的プロセス（細胞壁を破壊するマイクロ/ナノピラー）によって微生物にダメージを与えるように設計されています。これらの表面は、ヘルスケア業界にとって特に重要です。^[66]効果的な抗菌表面を設計するには、初期の微生物表面接着メカニズムを深く理解する必要があります。これらのメカニズムを調査するために、通常、分子動力学シミュレーションとタイムラプスイメージングが使用されます。^[67]

浸透圧とは、溶媒が半透膜を通って高濃度領域から低濃度領域へ通過するのを防ぐために必要な圧力である。溶解物質または溶質の濃度が細胞内外よりも高い場合、細胞は低張環境にあると言われ、水が細胞内に流入する。^[57]細菌を高張溶液に置くと、原形質分離または細胞収縮を引き起こし、同様に低張溶液では細菌は原形質分裂または膨張状態になる。この原形質分離と原形質分裂は浸透圧の変化を引き起こすため、細菌を死滅させる。^[68]

抗菌薬耐性 ヒト、動物、植物における抗菌薬の誤用や過剰使用は、薬剤耐性病原体の発生の主な原因です。^[4]細菌の抗菌薬耐性（AMR）は、2019年に世界で127万人の死に直接関係し、495万人の死に寄与したと推定されています。 ^[4]

• 殺生物剤
• 抗ウイルス薬

• ヨーロッパ諸国における耐性と疾病の負担 – ヨーロッパの病院における抗生物質耐性の経済的負担を推定する EU プロジェクト
• Cochrane創傷抗菌薬リスト (PDF)
• https://courses.lumenlearning.com/microbiology/chapter/using-physical-methods-to-control-microorganis
• 国立農薬情報センター
• プラスチック用途における抗菌剤の使用の概要
• 抗菌インデックス – 科学文献に記載されている抗菌剤のリスト（植物抽出物とペプチドを含む）を継続的に更新します