クロストリディオイデス・ディフィシル

クロストリディオイデス・ディフィシル
血液寒天培地上のクロストリジウム・ディフィシルのコロニー
細菌の電子顕微鏡写真
科学的分類
ドメイン：	細菌
門:	バシロタ
クラス：	クロストリジウム
注文：	真正細菌目
家族：	ペプトストレプトコッカス科
属:	クロストリディオイデス
種：	クロストリジウム・ディフィシル
二名法名
クロストリディオイデス・ディフィシル （ホール＆オトゥール、1935年）ローソン＆レイニー、2016年
同義語
バチルス・ディフィシリス ホール&オトゥール、1935年[1] クロストリジウム・ディフィシル (ホール&オトゥール、1935年)プレヴォ、1938年[2] ペプトクロストリジウム・ディフィシル [3]

クロストリディオイデス・ディフィシル（同義語： クロストリジウム・ディフィシル）は、重篤な下痢性感染症を引き起こすことで知られる細菌であり、大腸癌を引き起こすこともある。 ^{[4] [5]} C. difficile、またはC. diff ( / s iː d ɪ f / )としても知られ、グラム陽性 菌の胞子形成菌である。 ^[6] クロストリディオイデス属菌は嫌気性で運動性のある細菌であり、自然界に遍在し、特に土壌中に多く見られる。その栄養細胞は桿体形で多形性であり、対になってまたは短い鎖状に生じる。顕微鏡下では、末端が膨らんだ（亜末端胞子を形成する）長く不規則な（多くの場合、ドラムスティック形または紡錘形）細胞として現れる。グラム染色では、クロストリディオイデス・ディフィシル細胞はグラム陽性であり、酸素のない体温の血液寒天培地上で最適に増殖する。クロストリディオイデス・ディフィシルはカタラーゼおよびスーパーオキシドディスムターゼ陰性であり、最大3種類の毒素（エンテロトキシンA、サイトトキシンB、クロストリディオイデス・ディフィシルトランスフェラーゼ）を産生する。 ^[7] ストレス条件下では、細菌は活性細菌が耐えられない極端な条件に耐えることができる胞子を生成する。 ^[8]

クロストリディオイデス・ディフィシルは重要な新興ヒト病原体であり、米国CDCによると、2017年には米国で入院患者の症例が223,900件、死亡者が12,800人でした。^[9]クロストリディオイデス・ディフィシル は病院関連病原体および抗生物質関連病原体としてよく知られていますが、病院での感染者からの伝染に起因する感染はせいぜい3分の1であり、 ^{[10]クロストリディオ}イデス・ディフィシル感染症（CDI）の発症リスクの上昇と直接関連する抗生物質は、バンコマイシン、クリンダマイシン、フルオロキノロン、セファロスポリンなど、ごくわずかです。^{[11] [12] [13]感染の大部分は病院外で発生し、ほとんどの抗生物質は、}便軟化剤の使用や浣腸などの多くの非抗生物質リスク要因と同等の感染リスク上昇をもたらします。 [ ^14]

クロストリディオイデス・ディフィシルは、病気を引き起こすことなくヒトの大腸に定着することもある。^[15]初期の推定では、クロストリディオイデス・ディフィシルは成人人口の2～5％に存在するとされていたが、^{[8]最近の研究では、定着は}食中毒や下剤乱用などの無関係な下痢性疾患の病歴と密接に関連していることが示唆されている。^[16]胃腸障害の病歴のない人が無症候性キャリアになる可能性は低いと思われる。これらのキャリアは感染の主要なリザーバーであると考えられている。^[17]

この種は2016年にクロストリジウム属からクロストリディオイデス属に移され、二名法ではクロストリディオイデス・ディフィシルとなった。^{[18] [19] [20]この新しい名前は、この種と}クロストリジウム属のメンバーとの分類学上の相違を反映しているが、一般名はC. diffのままである。^[19] 2018年現在、この新属にはクロストリディオイデス・マンジェノティ（旧称クロストリジウム・マンジェノティ）のみが存在する。^{[21][アップデート]}

病原性のクロストリジウム・ディフィシル株は、複数の毒素を産生する。^[22]最もよく特徴付けられているのは、エンテロトキシン（クロストリジウム・ディフィシル毒素A）と細胞毒素（クロストリジウム・ディフィシル毒素B）であり、どちらも感染患者に下痢と炎症（クロストリジウム・ディフィシル大腸炎）を引き起こす可能性があるが、それらの相対的な寄与については議論されている。下痢は、数日間の腸液喪失から、結腸の激しい炎症と腸粘膜表面の偽膜形成を伴う、生命を脅かす偽膜性大腸炎まで及ぶ可能性がある。 ^{[8]これは、患者を結腸穿孔、敗血症、およびショックのリスクにさらす可能性のある重度の結腸膨張である中毒}性巨大結腸症に進行する可能性がある。毒素Aと毒素Bは、 GTPaseのRhoファミリーを標的とし、不活性化するグルコシルトランスフェラーゼである。毒素B（細胞毒素）は、低分子量GTP結合Rhoタンパク質のADPリボシル化の減少と相関するメカニズムによってアクチンの脱重合を誘導する。 ^[23]バイナリ毒素（AB毒素）も存在するが、その疾患における役割は完全には解明されていない。^[24]

追加の毒性因子には、ヒトの大腸細胞への結合を媒介する接着因子とヒアルロニダーゼが含まれる。^{[25]この細菌は}パラクレゾールという化学物質も生成し、これが周囲の他の微生物の増殖を阻害し、正常なヒトの腸内細菌叢に打ち勝つことを可能にする。^[26]

C. diff感染症の抗生物質治療は、抗生物質耐性と細菌の生理学的要因（胞子形成、偽膜の保護効果）の両方のために困難な場合があります。^{[8]シプロフロキ}サシンやレボフロキサシンなどのフルオロキノロン系抗生物質に耐性のあるC. difficileの新しい非常に毒性の高い株の出現が、北米で地理的に分散した流行を引き起こしていると言われており、2005年に報告されました。^[27]アトランタの米国疾病予防管理センターは、毒性、抗生物質耐性、またはその両方が増加した流行株の出現について警告しました。^[28] CDIの治療における抗菌薬の第一選択であるメトロニダゾールなどの他の抗生物質に対する耐性は、臨床分離株の最大12％で観察されているため、さまざまな抗生物質による治療が継続されるにつれて、より多様で強力な耐性がC. difficile集団で進化し続け、効果的な治療の試みをさらに複雑にすることが予想されます。^[29]

病院内の表面の消毒も、 C.difficile胞子が高濃度の漂白剤を含む多くの消毒剤に耐性があるため、困難な場合があります^[30]。^[31]

クロストリディオイデス・ディフィシルは、糞便中に排出される糞口経路によって人から人へ、または動物から人へ感染する。この菌は耐熱性で空気耐性のある胞子を形成するが、この胞子はアルコールベースの手指洗浄剤や日常的な表面洗浄では死滅しないため、臨床環境で長期間生存する。^{[32]糞便で汚染されたあらゆる表面、機器、または材料（トイレ、浴槽、電子直腸温度計など）は、}クロストリディオイデス・ディフィシル胞子のリザーバーとなる可能性があり、クロストリディオイデス・ディフィシル胞子は表面上で長期間生存することができる。^[33]このため、この細菌はほぼあらゆる表面から培養することができる。胞子は摂取されると、耐酸性のため無傷で胃を通過する。胞子は胆汁酸にさらされると結腸で発芽し、栄養細胞に増殖する。そのため、世界保健機関は、胞子の拡散を抑えるためにアルコール溶液に加えて石鹸の使用を推奨しています。^[34] C. difficileのDNAメチルトランスフェラーゼCamAを不活性化すると、胞子形成が大幅に減少することが示されており、 ^[35]この細菌を特定の方法で阻害する可能性のある薬剤の開発の可能性が高まっています。

定着しやすくなるのは、食中毒、クローン病、下剤の乱用などの下痢性疾患が原因のようです。下痢性疾患の病歴がない人がクロストリジウム・ディフィシル胞子にさらされても、必ずしも保菌者になるわけではありません。^[16]いったんクロストリジウム・ディフィシルに定着すると、1年にわたって保菌者のままになりますが、クロストリジウム・ディフィシルの日々の量は大きく変動します。検出限界以下から、ある日と次の日には高いレベルの排出まで変動します。保菌者の消化管障害は、排出増加期間を引き起こすようで、これが感染の重要な要因である可能性があります。^[要出典]

クロストリディオイデス・ディフィシルは豚、子牛、人間に感染し、土壌、家畜や人間の糞便、下水、人間の腸管、小売肉などの自然の貯蔵庫に生息します。^[36]

2015年のCDCの調査では、 2011年にC.diffが約50万人のアメリカ人を苦しめ、29,000人の死者を出したと推定されています。この研究では、症例の40％が介護施設や地域の医療現場で始まり、24％が病院で発生したと推定されています。^[37]

クロストリディオイデス・ディフィシルは人間の消化器系によく見られる。しかし、競争相手としては劣っており、消化器系内の他の細菌に栄養分を奪われることが多い。そのため、クロストリディオイデス・ディフィシルは管理可能な数に抑えられている。抗生物質の突然の導入によりマイクロバイオームが破壊されると、競争相手の多くが死滅した結果としてクロストリディオイデス・ディフィシルが増殖する可能性がある。抗生物質関連下痢症の抗生物質治療後、潜伏期間は5～10日で、1日から数週間の範囲である。さらに、高レベルの毒素を保有するクロストリディオイデス・ディフィシルは幼児によく見られるが、病気になることはまれである。一方または両方の毒素の生成が症状を引き起こすのに十分であるとは限らない。^[38]

クロストリジウム・ディフィシル感染症の症状には、下痢（ 1日3回以上の軟便） 、脱水、重度の腹痛、食欲不振、吐き気などがあります。^[39]

C. difficile は経口糞便経路で伝染し、多くは胞子によって繁殖します。これらの胞子の発芽は、肝臓でタウロコール酸などの一次胆汁酸を感知する能力に依存しており、これは発芽受容体 CspC によって感知されます。二次胆汁酸は、結腸でこれらのプロセスを阻害する可能性があります。胞子は、抗生物質によって宿主微生物叢が変化することで、腸内で増殖し、定着する可能性があります。C. difficile は、結腸粘膜を分解するために CWp84 などの粘液溶解酵素を分泌します。これらの胞子は、結腸細胞に付着することもできます。さらに、C. difficile は運動性細菌であり、運動期と固着期の両方を切り替えることができ、このプロセスはサイクリックジグモイドタンパク質によって制御されます。それに加えて、C. difficile はバイオフィルムを形成し、細胞間シグナル伝達を行うことができます。^[40]クロストリジウム・ディフィシルは、医療従事者の手や病院全体の環境を介して他の患者から感染することが多く、病原体を摂取することで感染します。胞子は胃酸に抵抗し、小腸で栄養型に発芽します。クロストリジウム・ディフィシルは、無症状から重度の大腸炎や死亡まで、幅広い臨床症状を引き起こす可能性があります。^[41]そのため、クロストリジウム・ディフィシルは米国で最も蔓延している医療感染症であり、深刻な健康リスクと多大な医療費をもたらしています。^[42]

C. difficile が分泌する毒素 A (TcdA) と B (TcdB) には、抗体と T 細胞によって認識される免疫原性抗原が含まれています。しかし、抗 TcdA および -TcdB IgG 抗体のレベルでは、健康な個人とC. difficile感染症の患者を区別することができず、臨床での使用が限られています。^{[43] [44]最近の研究では、これらの毒素はヘルパー CD4+ T 細胞、主に}T _h 17 ヘルパー細胞によっても認識されることが示されています。ヘルパー細胞は健康な腸内環境の維持に重要ですが、重度の感染症の患者ではこれらの細胞が損傷されています。^[45]興味深いことに、重度のC. difficile感染症の患者は、軽度の感染症の患者と比較して、毒素特異的 T 細胞が有意に多く、T 細胞がこの感染症との戦いで重要な役割を果たしていることが示されています。この免疫応答は、マイクロ RNA の発現をさらに調節不全にする可能性があります。^[46]これは、重症患者の糞便微生物移植後に毒素特異的Th17細胞とマイクロRNA発現が回復したことからもさらに証明されている。 ^{[46] [47]}新たな研究結果によると、インターロイキン-10の喪失はインターロイキン-22のレベルの上昇と関連しており、これはC.difficile感染に対する宿主の反応に重要であることがわかっている。したがって、IL-10の欠乏は病原体に対する宿主の防御力を高める可能性がある。これは将来の治療法研究において特に興味深いものとなる可能性がある。^[48]

悪臭のある下痢からC. difficile感染が疑われることが多いが、患者がCDIに罹患しているかどうかはこれでは確定しない。CDIを確定するには、細胞毒素アッセイで糞便溶出液中の細胞の毒素B（ToxB）の細胞毒性を検出する。C. difficile毒素の存在は、抗毒素抗体が細胞毒性効果を中和することで確認される。細胞毒素アッセイを行う前に、C. difficile株を培養することもできる。これらの培養により、毒素を産生するC. difficile株が検出される。^[49]しかし、これらの酵素免疫測定法は、所要時間が短く、コストが低く、簡便であるため、より広く使用されている。さらに、毒素産生便培養法よりも感度が低い。PCRアッセイは、毒素産生便培養法よりも所要時間が短く、感度範囲が広い。PCRベースのアッセイを使用すると、無症状の患者の検出を回避するのに役立つ。^[41]

症状が出始めたときに抗生物質による治療を受けている患者は、可能であれば服用を中止すべきである。抗生物質療法を中断することで、症状が自然に治まることもある。広域スペクトル抗生物質の服用中止に反応しない患者は、C. difficile胞子を殺菌できる抗生物質で治療する必要がある。一次感染は、通常、バンコマイシンで治療され、通常用量は 6 時間ごとに 125 mg である。^[50]バンコマイシン療法は、その優れた有効性、安全性プロファイル、および再発率の低さから、従来のメトロニダゾールの使用に取って代わった。バンコマイシンに耐えられない患者の場合、フィダキソマイシンは、バンコマイシンと同等の有効性があり、再発率もバンコマイシンよりさらに低いため、許容できる選択肢である。^[51]劇症 CDI の場合、非経口メトロニダゾールと経口バンコマイシンまたはフィダキソマイシンの併用による補助療法が推奨される。^[52]

メトロニダゾールまたはバンコマイシンによる一次感染の治療を無事に完了した患者の約 15～30% ^[53]が再発を経験します。これらの患者の約 40% は、再発性クロストリジウム・ディフィシル感染症を患い続けます。クロストリジウム・ディフィシルの最初の再発は、通常、一次感染の治療に使用したのと同じ抗生物質で治療されます。その後の感染症はメトロニダゾールで治療すべきではありません。場合によっては、標準的な 10 日間の経口バンコマイシン投与が効かないことがあります。このような場合は、バンコマイシンの漸減療法が推奨されます。患者は、感染の重症度に応じて、最大 3 か月かけてバンコマイシンの用量を減らしながら服用します。^[39]

クロストリジウム・ディフィシル感染症の再発は、再発前の感染症よりも重症化する傾向があります。プロバイオティクス、特にサッカロミセス・ボウラディを補充したバンコマイシンの漸減療法による長期治療は、より高い成功率と関連しています。^[54]

3回の再発後、患者は狭域スペクトル抗生物質である経口フィダキソマイシンで治療される場合がある。通常の投与量は1日2回200 mgを10日間経口投与する。フィダキソマイシンは重度のCDIに対してバンコマイシンよりも優れていると考えられている。 ^[55]フィダキソマイシンによる治療の主な欠点は薬剤費である。10日間の治療コースの費用は最大3,500米ドルになる可能性がある。^[要出典]患者の状態が悪化したり、重篤な合併症に進行したりした場合は、静脈内チゲサイクリンの追加を検討する価値がある。^{[56] [57]}再発リスクの高い患者は、標準治療にモノクローナル抗体ベズロトクスマブを追加することでも利益を得られる可能性がある。 ^[58]

従来の抗生物質療法が効かない患者は、糞便微生物移植（FMT）の対象となる可能性がある。医療従事者は、健康な人の便を再発性CDI患者の大腸に移植することができる。この処置は、重度のCDIに対する最も効果的な治療法であり、治癒率は約93％である。糞便移植は、小児および若年成人に対しても効果的かつ安全な治療選択肢であることがわかっている。^[59] FMT治療を受けた患者のCDI再発率は一般に約19％と低く、慢性CDI症例の治療に非常に効果的である。しかし、場合によっては、炎症性腸疾患の再発が治療の副作用となる可能性がある。^[60]微生物叢に基づく治療が感染を治すのに成功するかどうかを考える場合、宿主の免疫系の状態が重要である。^[61] FMTの長期的影響は不明である。この処置は2013年以降に再発性CDIに対してFDA承認されたばかりであり、実施された処置は比較的少ない。移植が不可能な場合は、結腸の感染部分を切除することでCDIを治癒できる。^{[55] [39]}

2023 年 4 月、FDA は再発性 CDI の治療薬として初の経口マイクロバイオーム治療薬 VOWST を承認しました。

C. difficileの再発予測は大きな関心を集めているが、有意に関連する危険因子についてはコンセンサスは得られていない。^[62]

クロストリジウム・ディフィシル感染症は、経口摂取と耐酸性胞子を介して糞口感染する。医療従事者の適切な手指衛生は胞子を除去するために不可欠であり、これには石鹸と温水で手を徹底的に洗うことが含まれる。さらに、急性下痢の患者を隔離することで、院内での胞子の拡散を防ぐことができる。^[63] クロストリジウム・ディフィシル患者と接する際には個人用保護具を着用することが、クロストリジウム・ディフィシル感染症を予防するもう1つの方法である。さらに、患者の部屋で毎日環境の胞子殺菌消毒を行うことで、クロストリジウム・ディフィシル感染症の伝播を防ぐことができる。また、抗生物質療法の期間を短縮することで、病院でのクロストリジウム・ディフィシル感染症の発生率を低下させることができる。^[64]

2005年、分子解析により、制限酵素分析ではグループBI 、パルスフィールドゲル電気泳動では北米パルスフィールド型NAP1 、リボタイプ027として特徴付けられるC. difficile株の型が特定されました。異なる用語は、疫学的分類に使用される主な技術を反映しています。この株はC. difficile BI/NAP1/027と呼ばれています。 ^[49]

2016年現在、ブリティッシュコロンビア州の一部の地域ではNAP1株が新しい株に置き換えられている。これらの新しい株にはNAP2とNAP4、およびNAP指定のない株が含まれる。これらの新しい株の頻度は、ある研究地域では2008年から2013年にかけて増加し、もともとより一般的で認識しやすいNAP1細菌に取って代わった。^[65]

2つの株、リボタイプRT078とRT027は、低濃度の糖トレハロースでも生存できます。2000年代初頭にトレハロースが食品添加物として導入され、食事中のトレハロースの摂取量が増加した後、両方の株がより一般的になりました。^[66]

クロストリジウム・ディフィシル株の最初の完全なゲノム配列は、 2005年に英国のサンガー研究所によって発表されました。これは、1982年にスイスで分離された毒性の強い多剤耐性株である株630のものでした。サンガー研究所の科学者は、454ライフサイエンスとイルミナの次世代シーケンシング技術を使用して、約30のクロストリジウム・ディフィシル分離株のゲノムを配列しました。^[67]

モントリオールのマギル大学の研究者らは、超高速シーケンシング技術を用いて、2005年に非常に毒性の強いケベック株のクロストリジウム・ディフィシルのゲノムを解読した。このテストでは、解読のために断片化された細菌ゲノムの40万回のDNA並列シーケンシング反応を行った。これらの配列はコンピューターで組み立てられ、完全なゲノム配列が形成された。^{[27] [68]}

2012年、オックスフォード大学の科学者たちは、イルミナ社の次世代シーケンシング技術を使用して、オックスフォードシャーで4年間に発生した486件のC.ディフィシルのゲノムを解析した。 ^[69]

クロストリディオイデス・ディフィシルは極めて多様なエピゲノムを持ち、これまでに17の高品質メチル化モチーフが報告されており、その大部分は6mA型に関係している。これらのモチーフの1つであるCAAAA Aのメチル化は、クロストリディオイデス・ディフィシルの病気の伝染における重要なステップである胞子形成、細胞の長さ、バイオフィルムの形成、宿主のコロニー形成に影響を与えることが示された。^[35]

少なくとも8種類の主に温帯性 バクテリオファージがC. difficileから分離されており、ゲノムサイズは約30kbpから約60kbpに及びます。 [ ^70]環境由来および臨床由来の C. difficile株はどちらも多様で普及しているプロファージ のセットを持っています。^[70]

• 病原体安全データシート：感染性物質 - クロストリジウム・ディフィシル^{[ permanent dead link ‍ ]}、カナダ公衆衛生庁、2014 年 9 月 10 日。
• Clostridium difficile の基準株、Bac Dive - 細菌多様性メタデータ。