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クロストリジウム・パーフリンゲンスは、1891 年にウィリアム・H・ウェルチ博士によって発見されました。 [ 1 ]当初はバチルス・アエロゲネス・カプスラタスとして知られていましたが、その後バチルス・ウェルチイとなり、最終的に現在の名称が確立されました。 [ 1 ] C. パーフリンゲンスは、グラム陽性、桿菌（棒状）、嫌気性、芽胞形成性のクロストリジウム属の病原性細菌です。 [ 2 ] [ 3 ] C. パーフリンゲンスは自然界に存在し、腐敗した植物、海洋堆積物、ヒトやその他の脊椎動物の腸管、昆虫、土壌の通常の構成要素として見られます。チオグリコール酸培地での世代時間は6.3 分で、報告されている生物の中で最も短いものです。 [ 4 ]
クロストリジウム・パーフリンゲンスは、ノロウイルス、サルモネラ菌、カンピロバクター、黄色ブドウ球菌と並んで、米国で最も一般的な食中毒の原因菌の1つです。[ 5 ]しかし、摂取しても害を及ぼさない場合もあります。[ 6 ]
C. perfringensによって引き起こされる感染症は、組織壊死、菌血症、気腫性胆嚢炎、およびガス壊疽（クロストリジウム性筋壊死とも呼ばれる）に関連しています。[ 7 ]種小名のperfringensは、ラテン語のper（「貫通」を意味する）とfrango （「破裂」を意味する）に由来し、ガス壊疽中に発生する組織の破壊を指しています。[ 8 ]ガス壊疽は、α 毒素またはα-毒素によって引き起こされ、この毒素は細胞の形質膜に埋め込まれ、膜構造を変化させることによって正常な細胞機能を阻害します。[ 9 ]研究によると、C. perfringens は多菌種嫌気性感染症に関与する能力があることが示唆されています。[ 10 ]感染症では、常在菌叢の構成要素としてよく見られます。この場合、疾患におけるその役割は小さいです。[ 11 ]
C. perfringens の毒素は、隣接細胞のプラスミドの水平遺伝子伝達の結果である。[ 12 ]ゲノム構成の変化はこの細菌種では一般的であり、新たな病原性に寄与する。[ 13 ]主要な毒素は、C. perfringensの特定の集団で異なって発現し、これらの集団は発現する毒素に基づいて株に分類される。[ 14 ]これは特に食品産業に影響を与え、この微生物を制御することは食中毒の予防に重要である。[ 13 ]暫定的に非運動性と考えられていたC. perfringens の過剰運動性に関する新たな発見も発見されている。 [ 15 ]代謝プロセスに関する発見は、C. perfringens の病原性に関するより多くの情報を示している。 [ 16 ]
クロストリジウム・パーフリンゲンスのゲノムは290万～410万塩基対である。[ 17 ]この病原体には遺伝的多様性が非常に高いため、C. perfringensのゲノムに関する情報はまだ限られている。 [ 17 ]これは最も変異の多いグラム陽性細菌の一つであり、病原体を構成するコア遺伝子はわずか12.6%しかない。[ 17 ]菌株間の多様性にもかかわらず、C. perfringensは16S rRNA領域は、すべての株で高度に保存されている（つまり、ほぼ同一である）ことがわかった。[ 17 ]
クロストリジウム・パーフリンゲンスによる食中毒の原因となる毒素は、CPE（クロストリジウム・パーフリンゲンス・エンテロトキシン）cpe遺伝子である。[ 18 ]すべてのクロストリジウム・パーフリンゲンス株がcpe遺伝子を持っているわけではないが、すべての株がこの遺伝子を持つ可能性がある。cpe遺伝子は、プラスミド媒介性cpe（p-cpe）株または染色体性cpe（c-cpe）株に存在する。[ 19 ] cpe遺伝子の位置の違いは、どのような種類の感染症が発生する可能性があるかの手がかりとなる。染色体性cpe（c-cpe）株は食品サンプルからのみ分離されるが、p-cpe株は食品以外のサンプルで見られる。c-cpe株は耐熱性胞子を産生するが、p-cpe株は熱に弱い胞子を産生する。[ 19 ]クロストリジウム・パーフリンゲンスの腸管毒素産生株は、クロストリジウム・パーフリンゲンス全体の集団のごく一部（約1～5%）であることが確認されている。[ 20 ]プラスミドDNAは細胞病原性において不可欠な役割を果たし、クロストリジウム・パーフリンゲンス腸管毒素を含む主要な毒素をコードしていることが示されている。[ 12 ]
クロストリジウム・パーフリンゲンスは水平遺伝子伝達を利用する。接合を利用することで、C. パーフリンゲンスはプラスミドを介して抗生物質耐性遺伝子を拡散させることができる。[ 21 ] pCW3プラスミドは、C. パーフリンゲンスにおける抗生物質耐性を生み出す主要な接合プラスミドである。さらに、pCW3プラスミドは、C. パーフリンゲンスの病原性株に見られる複数の毒素もコードしている。[ 22 ]これまでに観察された抗生物質耐性遺伝子には、テトラサイクリン耐性、排出タンパク質、アミノグリコシド耐性などがある。[ 23 ]
食品生産などの産業分野では、病原性C. perfringens株のゲノム配列決定が研究分野として拡大している。C . perfringensの抗生物質耐性株が一般的になりつつあるため、家禽生産はこの傾向から直接的な影響を受けている。 [ 13 ]
Clostridium perfringens は暫定的に非運動性であると特定されています。鞭毛を欠いていますが、最近の研究では、一部の培養株では滑走が運動の一形態であると示唆されています。[ 24 ] [ 25 ]この細菌の運動性の高い変異株は、わずかなヌクレオチド多型によって形成され、CpAL/VirSR システムやカタボライト制御タンパク質 A などのさまざまなシステムによって制御されています。[ 25 ] [ 26 ]これらの制御因子が組み合わさることで、栄養密度の低い領域での運動性を高め、移動に伴って毒性を高めることにより、C. perfringensの拡散を助けます。 [ 26 ]
寒天培地培養では、SM101のような運動性変異を持つ細菌がコロニーの境界付近に頻繁に出現する。これらの変異体のビデオ画像では、運動を可能にする細長いフィラメントの形成が示される。この運動性表現型とその直系の子孫の原因は、ゲノムシーケンスを使用して発見された。SM101株とSM102株、SM124株とSM127株の運動性変異を持つ子孫は、それぞれ親株と比較して10個と6個のヌクレオチド多型（SNP）を持っていた。運動性変異を持つ株は、細胞分裂に関連する共通の形質遺伝子変異も示す。[ 24 ]
筋壊死など、C. perfringensによって引き起こされる一部の疾患に必要な毒素は、 VirSR 二成分系を介してC. perfringens Agr 様 (CpAl) 系によって制御されます。この CpAL/VirSR 系は、他の病原性クロストリジウムによってコード化されているクオラムセンシングシステムとして機能します。研究により、この CpAL/VirSR 系はC. perfringens の滑走運動も制御することが示されています。この CpAL/VirSR 系の多機能性は、運動性が毒素産生の増加と正の相関関係にあり、病原体が広がるにつれて感染力が悪化するという関係を表しています。[ 25 ]
研究では、グルコース濃度とクロストリジウム・パーフリンゲンスの運動率の間に相関関係があることも示されています。グルコース濃度が上昇すると、カタボライト制御タンパク質Aを介してIV型線毛形成を助ける遺伝子であるpilTとpilDが抑制され、滑走運動が低下することが観察されました。この関係により、C.perfringensはヒトの腸管などの糖濃度が低い領域から他の領域に広がり、感染を悪化させるのに役立ちます。[ 26 ]
実験による遺伝子操作法には、C. perfringensの遺伝子形質転換を引き起こすことが示されている2つの方法がある。1つ目はプロトプラスト形質転換、2つ目はエレクトロポレーションである。1つ目の方法は細胞壁が損傷したC. perfringensの変異株を用いるのに対し、2つ目の方法は電気とC. perfringensの栄養増殖株を用いる。
C. perfringensにおける最初の形質転換の報告は、細胞壁が除去された細菌であるプロトプラストのポリエチレングリコールを介した形質転換に関するものでした。この形質転換手順では、高濃度のポリエチレングリコールの存在下でプロトプラストにプラスミド DNA を添加しました。最初のプロトプラスト形質転換実験では、0.4m スクロースの存在下でペニシリン処理によりC. perfringensのL 相変異体、細胞壁欠損バージョンが使用されました。しかし、形質転換手順が完了した後、形質転換された細胞はすべて L 相変異体の形で止まり、細胞壁を再生できませんでした。対照的に、オートプラスト、すなわち自己分解(細菌自身の酵素を使用して細菌の細胞壁を自然に分解すること) から得られたプロトプラストは、再生して細胞壁を持つ桿菌を生成し、C. perfringensプラスミド DNA で形質転換できることが観察されました。[ 27 ]
電気穿孔法は、栄養細菌細胞に非常に短い時間だけ高電圧の電場を印加するものである。この技術は、食品中で栄養細胞または休眠胞子として存在することが多いC. perfringensの遺伝子形質転換において大きな進歩をもたらした。 [ 28 ]電気パルスは細菌細胞膜に孔を作り、DNA分子の受動的な流入を可能にする。この方法は、手順が簡単で収量が多いことから、前述のプロトプラスト形質転換よりも効率的であることがわかった。[ 27 ]
C. perfringens は、土壌やヒトの腸管などさまざまな環境に生息する好気性耐性嫌気性細菌です。[ 16 ] C. perfringens は、生合成に必要な遺伝子がないため、複数のアミノ酸を合成することができません。[ 16 ]その代わりに、この細菌は酵素や毒素を産生して宿主細胞を分解し、分解中の細胞から栄養素を取り込みます。[ 16 ]
C. perfringens は、解糖とグリコーゲン代謝のための完全な酵素セットを持っています。発酵経路では、ピルビン酸はピルビン酸フェレドキシン酸化還元酵素によってアセチル-CoAに変換され、二酸化炭素ガスと還元フェレドキシンが生成されます。[ 29 ]還元フェレドキシンからの電子は水素化酵素によってプロトンに伝達され、その結果、CO2とともに細胞から放出される水素分子 ( H2 )が形成されます。ピルビン酸は乳酸脱水素酵素によって乳酸にも変換され、一方、アセチル-CoA はさまざまな酵素反応によってエタノール、酢酸、酪酸に変換され、 C. perfringensの潜在的な主要エネルギー源として機能する嫌気性解糖が完了します。C. perfringens は、フルクトース、ガラクトース、グリコーゲン、ラクトース、マルトース、マンノース、ラフィノース、デンプン、スクロースなどのさまざまな糖類と、解糖系酵素のさまざまな遺伝子を利用します。これらのさまざまな酵素と糖分子のアミノ酸は、プロピオニル-CoAを介してプロピオン酸に変換され、エネルギーが生産されます。[ 29 ]
膜損傷酵素、孔形成毒素、細胞内毒素、および加水分解酵素は、C. perfringensの機能カテゴリーである。病原性因子は分類される可能性がある。これらの病原性因子をコードする遺伝子は、染色体と大型プラスミド上に見られる。[ 14 ]
ヒトの消化管は、粘液を分泌し、病原体、毒素、有害物質に対する防御機構として機能する腸粘膜で覆われています。粘液は、微生物を認識して周囲にバリアを形成し、微生物が内皮細胞に付着して感染するのを防ぐ、いくつかのO結合型グリカン糖タンパク質を含むムチンで構成されています。 [ 30 ] [ 31 ] C. perfringensは、腸粘膜内のムチンやその他のO-グリカンを分解するのに役立つさまざまな炭水化物活性酵素（CAZymes）を分泌することができます。これらの酵素には、さまざまなグリコシドヒドロラーゼファミリーに属するシアリダーゼ、ヘキソサミニダーゼ、ガラクトシダーゼ、フコシダーゼが含まれます。[ 31 ]
シアリダーゼ（ノイラミニダーゼとも呼ばれる）は、脱シアリル化の過程を経てタンパク質内の末端シアリン酸残基を加水分解することにより、ムチンを分解する働きをする。C . perfringens は、グリコシドヒドロラーゼファミリー 33 (GH33)に属する 3 つのシアリダーゼ、NanH、NanI、および NanJ を持っている。これらの 3 つのシアリダーゼは、通常、 C. perfringensのすべての株によってコードされている。[ 31 ] [ 32 ]
C. perfringens は、各タンパク質上に存在する分泌シグナルペプチドを介して NanI と NanJ を分泌することができます。研究によると、NanH は分泌シグナルペプチドを含まないため、C. perfringensの細胞質内で機能していると考えられます。NanH は触媒ドメインのみを含みますが、NanI と NanJ は触媒ドメインに加えて、触媒活性を補助する追加の炭水化物結合モジュール(CBM) を含みます。N末端に位置する NanI は CBM40 を含み、NanJ は CBM40 と CBM32 の両方を含みます。NanI の三次元構造を解析した研究に基づくと、その活性部位はポケット状の配向をしており、腸粘膜のシアロムチンからシアル酸残基を除去するのに役立ちます。[ 31 ]
粘液層は、N-アセチルグルコサミン（GlcNAc）やN-アセチルガラクトサミン（GalNAc）などのヘキソサミンを含む腸粘液糖鎖、糖脂質、糖タンパク質から構成されています。C . perfringensは、粘液中のヘキソサミンを分解する8つのヘキソサミニダーゼをコードしています。これらのヘキソサミニダーゼは、GH36、GH84、GH89、GH123の4つのグリコシドヒドロラーゼファミリーに属しています。[ 31 ]
C. perfringens はグリコシドヒドロラーゼファミリー 36 (GH36)に属する AagA ( Cp GH36A ) とCp GH36Bをコードしています。AagA は O-グリカンから GalNAc を除去し、Cp GH36B は AagA と同様の構造を持つと予想されますが、その機能の特異性は不明です。グリコシドヒドロラーゼファミリー 84 (GH84) に属する NagH、NagI、NagJ、および NagK は、基質補助消化機構を使用して末端 GlcNAc 残基を切断します。グリコシドヒドロラーゼファミリー 89 (GH89)に属するAgnC ( Cp GH89 ) は、ムチングリカン末端から GlcNAc を切断し、胃ムチンにも作用します。グリコシドヒドロラーゼファミリー123（GH123）に属するCp Nga123はGalNAcを切断するが、分泌シグナルペプチドがないため、C. perfringensに取り込まれたグリカンのみを分解することが研究で示唆されている。 [ 31 ]
C. perfringens は、グリコシドヒドロラーゼファミリー 2 (GH2)に属する4 つのガラクトシダーゼ、Cp GH2A、Cp GH2B、Cp GH2C、およびCp GH2D を持っています。研究によると、これらの酵素は、CBM51 を使用してガラクトースに結合する能力を持ち、コア ムチン グリカン構造を分解するのに効果的です。しかし、 C. perfringensにおけるガラクトシダーゼの具体的な機能に関する研究はほとんどありません。[ 31 ]
フコース単糖はコアO結合型グリカンの末端に位置します。C . perfringensは、2つのグリコシドヒドロラーゼファミリーに属する3つのフコシダーゼをコードしています。グリコシドヒドロラーゼファミリー29（GH29）のAfc1とAfc2、およびグリコシドヒドロラーゼファミリー95（GH95）のAfc3です。Afc3はC末端CBM51を含み、C. perfringensにおいて炭水化物結合モジュールを含む唯一のフコシダーゼです。フコシル残基はグリカン末端を覆い、酵素消化から保護する傾向があるため、研究によると、フコシダーゼが複雑で多様なフコシル結合を切断する能力は、ムチンの近傍で持続したC. perfringensの長期適応によるものと考えられています。[ 31 ]
クロストリジウム・パーフリンゲンスによって産生される主要な毒素は 5 つあります。アルファ、ベータ、イプシロン、エンテロトキシンは細胞の透過性を高めてイオンバランスの崩れを引き起こす毒素であり、イオタ毒素は細胞のアクチン細胞骨格を破壊します。[ 33 ]主要な「型別」毒素が産生されるかどうかに基づいて、C. パーフリンゲンスはA、B、C、D、E、F、G の 7 つの「毒素型」に分類できます。[ 34 ]
C. perfringens のアルファ毒素は、細菌の主要な病原性因子であり、筋壊死性疾患であるガス壊疽の主な原因です。 [ 33 ]アルファ毒素は、 C. perfringensの 5 種類すべてによって産生されます。ホスホリパーゼ C およびスフィンゴミエリナーゼ活性を持ち、それによって真核細胞膜のリン脂質を加水分解します。[ 36 ]膜のリン脂質の加水分解は、筋細胞の溶血および壊死につながる可能性があります。[ 37 ]
アルファ毒素の構造は、N末端ドメイン（1～250残基）とC末端ドメイン（251～370残基）の2つのドメインから構成されている。Nドメインはリン脂質の分解のための亜鉛含有触媒部位からなり、Cドメインは脂質二重層への膜結合を担っている。[ 37 ]
ベータ毒素（CPB）は、動物（B型）とヒト（C型）の両方で出血性壊死性腸炎と腸毒素症を引き起こすタンパク質であり、感染者の糞便が血便になり、腸が壊死します。 [ 33 ]トリプシンなどのタンパク質分解酵素はCPBを分解し、その効果を無効にします。したがって、初乳にトリプシン阻害剤が存在すると、CPBは哺乳類の仔にとって特に致命的になります。[ 38 ]
イプシロン毒素（ETX）は、 C. perfringensのB型およびD型株によって産生されるタンパク質です。この毒素は現在、既知の細菌毒素の中で3番目に強力です。[ 39 ] ETXは主にヤギとヒツジに腸毒素症を引き起こしますが、ウシも感受性を示すことがあります。マウスを用いた実験では、ETXのLD50は50～110 ng/kgであることがわかりました。[ 40 ] ETXの過剰産生は腸の透過性を高めます。これにより、脳や腎臓などの臓器に重度の浮腫が生じます。[ 41 ]
ETXのLD50が非常に低いことから、生物兵器として使用される可能性があるという懸念が生じている。米国疾病対策センター（CDC）と米国農務省（USDA）の特定病原体リストに掲載されていたが、2012年に削除された。この毒素に対するヒト用ワクチンはないが、動物用には有効なワクチンが存在する。[ 42 ]
イオタ毒素は、 C. perfringensの E 型株によって産生されるタンパク質です。イオタ毒素は、細胞上で多量体複合体を形成する 2 つの非連結タンパク質から構成されています。イオタ毒素は、線状アクチンの形成を阻害します。これにより、細胞の細胞骨格が破壊され、恒常性を維持できなくなるため、細胞死に至ります。[ 43 ]
この腸毒素は食中毒を引き起こします。腸管上皮細胞の細胞内クローディンタイトジャンクションを変化させます。この芽胞形成毒素は、試験管内でヒト回腸および結腸上皮に結合して壊死させることもできます。カスパーゼ-3経路を介して、この毒素は影響を受けた細胞のアポトーシスを引き起こすことができます。この毒素はF型株に関連していますが、C、D、およびE型の特定の株によっても産生されることがわかっています。[ 44 ]
クロストリジウム・パーフリンゲンスのエンテロトキシン遺伝子は、栄養不足状態にあるクロストリジウム・パーフリンゲンスが胞子形成中に発現することが知られています。食中毒の症状は、A型クロストリジウム・パーフリンゲンス・エンテロトキシン産生株の耐熱性胞子が不適切な調理を生き延び、胞子形成によって食品中で発芽し、病原体が多数の栄養細胞に増殖したときに発生することがよくあります。摂取されて腸壁内に存在する栄養細胞はエンテロトキシンを産生し始め、その後細胞が溶解してエンテロトキシンを体内に排出し、宿主に影響を与えます。[ 45 ]
壊死性腸炎B様（NetB）毒素は、鳥類の腸組織に影響を及ぼす病原性因子を持つタンパク質をコードしており、壊死性腸炎として知られる病気を引き起こします。この毒素は主にニワトリの腸で発見されており、腸管の内壁を損傷することが知られています。症状には、下痢、食欲不振、「トルコタオル」（鳥類の腸内壁を覆う厚い黄色または緑色の偽膜の外観を表す）などがあります。[ 46 ] NetB毒素は、コレステロールのない領域を見つけるのに役立つ孔を形成することによって作用します。これらの領域は、Na+、Cl-、Ca2+などのイオンの侵入を促進し、腸内壁の細胞が溶解し、腸壁と内壁全体が損傷します。[ 47 ]
TpeLは、B型、C型、G型の株に見られる毒素です[ 48 ] 。C . difficile毒素Aと同じタンパク質ファミリーに属しています[ 49 ]。B型およびC型の感染症の病原性には重要ではないようですが、G型の株の病原性に寄与する可能性があります。RhoおよびRas GTPaseをグリコシル化し、宿主細胞のシグナル伝達を阻害します[ 48 ] 。
パーフリンゴリシンO（PFO）は、コレステロール依存性細胞溶解素（CDC）ファミリーに属する孔形成溶血毒素です。宿主細胞膜のコレステロールに結合して孔を形成する能力があります。C . perfringensのほとんどの株はpfoA遺伝子を持っていますが、乳児関連株の系統Vなど、一部の系統ではその存在が減少していることが示されています。pfoA遺伝子の欠損は病原性の低下に対応しています。PFOは、子牛の筋壊死、壊死性腸炎、出血性腸炎、および早産児を含むヒトの敗血症などの疾患の病因に寄与する可能性があります。[ 50 ]
食中毒、ガス壊疽、クロストリジウム壊死性腸炎、菌血症、組織壊死、気腫性胆嚢炎、その他多くの病気が、C. perfringensに関連する感染症と関連付けられています。[ 9 ]また、研究によると、 C. perfringens は多菌種嫌気性感染症を引き起こす可能性があることも示唆されています。[ 51 ]
クロストリジウム・パーフリンゲンスは、米国でよく見られる食中毒の原因菌です。C . パーフリンゲンスは芽胞を生成し、この芽胞を摂取すると、下痢を引き起こす毒素を生成します。大量に調理され、安全でない温度（40°F～140°F）で保管された食品は、C. パーフリンゲンスによる食中毒の発生源であり、鶏肉、牛肉、豚肉などの肉類と関連付けられることが多いです。[ 52 ]芽胞が通常の調理温度でも生存できるため、 C. パーフリンゲンスは不適切に保管された食品で増殖する可能性があります。C . パーフリンゲンスのA型毒素（CPAとも呼ばれる）が食中毒の原因です。[ 53 ]
食中毒は、急性腹痛、下痢、場合によっては嘔吐を特徴とし、通常は汚染された食品の摂取後 6 ～ 24 時間後に発症します。他の多くの食中毒とは異なり、発熱は通常ありません。症状は通常自然に治まり、24 ～ 48 時間以内に解消しますが、大量の体液が失われた場合は重度の脱水症状が起こる可能性があります。脱水症状には、口渇、尿量の減少、めまい、疲労などがあります。48 時間以上続く下痢、水分を摂取できない、重度の脱水症状などの重篤な症状がある場合は、医療機関を受診する必要があります。[ 54 ]ほとんどの人は、治療を受けなくてもC. perfringens食中毒から回復できます。ただし、下痢を経験した人は、通常、水または経口補水液を飲むように指示されます。[ 55 ]
2017年1月、米国ニューヨーク州ロチェスターのレストランで、母親と息子がクロストリジウム・パーフリンゲンス菌に汚染された食品を食べた後に260人を含む260人が体調を崩したとして、同レストランを訴えた。「モンロー郡公衆衛生局の職員は、感謝祭の日にゴールデン・ポンズを訪れた客の4分の1以上が体調を崩したことを受け、同店を閉鎖した。検査の結果、ウォークイン冷蔵庫に食品のこぼれやカビ、ドアが閉まらない原因となる破損したガスケット、そして内部にカビが発生していることが判明した。」[ 56 ]
2018年7月、米国オハイオ州パウエルのチポトレ・メキシカン・グリルで食事をした647人が症状を訴えた。CDCが検査した便サンプルからはC. perfringensが検出された。[ 57 ]
2018年11月、アメリカ合衆国ノースカロライナ州コンコードで、教会のバーベキューでクロストリジウム・パーフリンゲンス菌が陽性反応を示した食品を食べた約300人が病気になった。[ 58 ]
2021年、アラスカ州ホーマーで発生した食中毒の集団感染により、サウスペニンシュラ病院の従業員約80人が感染し、職員の食事中に提供されたキューバサンドイッチが原因と判明した。アラスカ州保健社会福祉局は、原因菌をC. perfringensと特定した。入院者は報告されておらず、集団感染は病院職員に限定された。このような局地的な集団感染は、全国的な食中毒事件と関連しない限り、アラスカではまれであると考えられている。[ 59 ]
クロストリジウム・パーフリンゲンスは、クロストリジウム筋壊死症としても知られるガス壊疽の最も一般的な細菌性病原体である。[ 60 ]ガス壊疽は、細胞の形質膜に埋め込まれ、膜構造を変化させることで正常な細胞機能を阻害するα毒素によって引き起こされる。[ 9 ]
症状には、損傷部位の痛み、水疱、腫れ、変色、頻脈、発熱、黄疸などがあります。[ 60 ]変色は淡い赤から濃い赤または紫色まで様々で、水疱は大きく、悪臭のある液体で満たされています。毒素が広がると、皮膚や筋肉組織が急速に破壊され、広範囲の壊死組織、皮膚の下のガス溜まり（捻髪音）、赤血球の破壊による腎不全を引き起こす可能性があります。敗血症や敗血症性ショックも発生する可能性があり、これらは致命的となる可能性があります。[ 61 ]
クロストリジウム・パーフリンゲンス食中毒は、壊死性腸炎またはクロストリジウム壊死性腸炎（ピッグベルとも呼ばれる）として知られる別の疾患を引き起こすこともあります。これは、C. パーフリンゲンスC 型によって引き起こされます。この感染症はしばしば致命的です。大量のC. パーフリンゲンスが腸内で増殖し、外毒素を分泌します。この外毒素は、腸の壊死、さまざまなレベルの出血、および腸の穿孔を引き起こします。炎症は通常、小腸の中央部である空腸の一部で発生します。[ 62 ]
症状は広範囲にわたり、重症度も様々です。臨床症状は軽度の下痢から、激しい腹痛、嘔吐、血便、さらには敗血症性ショックなどのより重篤な症状まで多岐にわたります。[ 63 ]
パーフリンゴリシンO（pfoA）陽性のC. perfringens株は、早産児における壊死性腸炎の急速な発症とも関連していた。 [ 50 ]
C. perfringensは食中毒の原因菌として最もよく知られていますが、消化管から血流に移行して菌血症を引き起こすことがあります。C . perfringens菌血症は、毒素を介した血管内溶血や敗血症性ショックを引き起こす可能性があります。[ 64 ]これは、血流分離株の1%未満を占めるためまれですが、致死率が高く、報告されている死亡率は27%から58%です。[ 65 ]
C. perfringensの株が多発性硬化症(MS) の初期 (パターン III ) 病変に関与している可能性がある。 [ 66 ]マウスでの試験では、イプシロン毒素 (ETX) を産生する腸内C. perfringensの 2 つの株が脳に MS 様の損傷を引き起こすことが判明し、以前の研究では、MS 患者からこのC. perfringens株が特定されていた。 [ 67 ] [ 68 ] MS 患者は、健康な人よりもイプシロン毒素に対する免疫反応が 10 倍高いことが判明した。[ 69 ] MS 患者では、 B 型および D 型のC. perfringensによる腸内定着率が大幅に増加している。 [ 68 ]
組織ガスは、C. perfringens が死体に感染すると発生します。これは極めて急速な腐敗を引き起こし、死体を防腐処理することによってのみ止めることができます。組織ガスは、壊疽、大きな褥瘡、壊死性筋膜炎で死亡した人、またはC. perfringensで汚染された土壌、糞便、または水が開放創に押し込まれた人に最もよく発生します。[ 70 ]
クロストリジウム・パーフリンゲンス食中毒の診断は、患者の便検体または病気に関連する汚染食品中の細菌またはその毒素の検査室での検出に依存します。陽性便培養では、少なくとも 10 cfu/g の C. perfringensの増殖が認められます。便検査には、他の潜在的な病因を除外するために、白血球、卵、寄生虫が含まれます。ELISA検査は、CPA 毒素の検出に使用されます。C . perfringens食中毒の診断は、いくつかの理由から比較的まれです。[ 71 ]この食中毒にかかった人のほとんどは、医療機関を受診したり、検査のために便検体を提出したりせず、臨床検査室でC. perfringens のルーチン検査は通常行われません。さらに、公衆衛生研究所は、一般的に、アウトブレイクが発生した場合にのみこの病原体の検査を実施します。[ 72 ]
ガス壊疽の診断には、通常、感染を確認するためのいくつかの方法が含まれます。X線、CTスキャン、MRIなどの画像診断技術により、ガス気泡や筋肉損傷を示す組織の変化が明らかになります。さらに、創傷から採取した体液の細菌染色または培養により、クロストリジウム・パーフリンゲンスや感染の原因となる他の細菌を特定できます。場合によっては、生検が行われ、影響を受けた組織のサンプルが分析され、損傷や壊死の兆候が調べられます。[ 61 ]
クロストリジウム壊死性腸炎の診断は、主に患者の臨床症状に基づいて行われ、その症状には重度の腹痛、嘔吐、血便などが含まれます。さらに、便検体中のクロストリジウム・パーフリンゲンスC型毒素の存在を確認することが、正確な診断に不可欠です。[ 63 ]
クロストリジウム・パーフリンゲンスは、年間推定96万6000件の症例の原因となっており、これは病原体が特定された食中毒全体の約10.3%に相当します。[ 73 ]感染は通常、 C. パーフリンゲンスの胞子で汚染された食品を摂取することで起こり、細菌が腸内で毒素を産生して下痢を引き起こします。集団発生は、鶏肉、肉、グレービーソースなど、大量に調理され、 細菌が繁殖しやすい40～140°Fの危険な温度で保管された食品に関連していることが多いです。毎年、C. パーフリンゲンス感染症により約438人が入院し、26人が死亡しており、これは食中毒関連の入院の0.8%、関連死亡の1.9%に相当します。[ 73 ] C. perfringensの経済的負担は大きく、年間 3 億 4270 万ドルと推定されており、その内訳は医療費 5320 万ドル、生産性損失 6430 万ドル、死亡に関連する費用 2 億 2500 万ドルである。[ 73 ] [ 74 ]
C. perfringens の胞子は 59°F (15°C) から 122°F (50°C) の温度範囲で増殖することができます。[ 75 ] 細菌の増殖を防ぐため、残り物は調理後 2 時間以内に冷蔵庫に入れ、温度を 40 °F (4 °C)以下に冷やす必要があります 。肉を含む大量の食品は、均一に冷えるように、冷蔵庫に入れる前に小さな容器に小分けする必要があります。残り物を提供する前に、保存中に増殖した可能性のある細菌を死滅させるために、少なくとも 165°F (74°C) まで再加熱する必要があります。[ 76 ]缶詰の野菜、燻製または塩漬けの肉、塩漬けまたは燻製の魚には、さらに注意が必要です。[ 77 ]
ガス壊疽を予防するには、細菌感染を避けるための予防措置を講じる必要があります。医療従事者は、クロストリジウム・パーフリンゲンス菌によるものを含む感染症を予防するために厳格なプロトコルに従います。ガス壊疽のリスクを減らすには、傷口を石鹸と水で十分に洗浄し、深い傷や洗浄が困難な傷の場合は医療機関を受診する必要があります。また、皮膚の状態の変化や激しい痛みの発生がないか傷口を監視することも重要です。さらに、循環に影響を与えたり免疫系を弱めたりする基礎疾患を管理するために医療従事者と協力することで、感染のリスクをさらに減らすことができます。[ 61 ]
クロストリジウム・パーフリンゲンス感染症の治療は、病態の種類と重症度によって異なります。ガス壊疽（クロストリジウム性筋壊死）などの重篤な感染症の場合、主な治療法は患部の外科的デブリードマンです。この処置により、細菌が増殖する壊死組織が除去され、感染の拡大が抑制されます。抗菌薬療法は通常同時に開始され、ペニシリンが最も一般的に使用される薬剤です。[ 78 ]しかし、C. perfringens はさまざまな耐性パターンを示し、約 20% の株がクリンダマイシンに耐性があり、10% がメトロニダゾールに耐性があります。[ 79 ] C. perfringens は他の病原性クロストリジウムと比較してバンコマイシンに感受性が高いことが多く、場合によっては治療の代替選択肢となります。[ 78 ]
重度のクロストリジウム組織感染症には、高気圧酸素療法（HBOT）などの治療法も用いられることがあります。HBOTは感染組織への酸素供給を増加させ、 C. perfringensのような嫌気性細菌の増殖を阻害する環境を作り出します。HBOTは一般的には使用されていませんが、特定の場合には有益となる可能性があります。[ 80 ]
C. perfringensによる食中毒の場合、通常は治療は不要です。C . perfringensによる食中毒にかかった人のほとんどは、抗生物質を必要とせずに病気を克服します。下痢が治まるまで、水分を継続的に摂取する必要があります。[ 81 ]
C. perfringensは、特にヒトや動物由来の株において、多剤耐性の増加を示している。テトラサイクリン、エリスロマイシン、スルホンアミドなどの抗生物質に対して高い耐性レベルが認められた。遺伝的要因、抗生物質の誤用、細菌の進化がこの問題の原因である。[ 82 ]
マルチローカスシーケンスタイピング（MLST）と全ゲノムシーケンス（WGS）は、 C. perfringensの遺伝的多様性を見つけるために使用されてきた。これらの方法により、322 のゲノムから 25 のクローン複合体にグループ化された 195 の異なるシーケンスタイプが特定された。系統発生グループは、複数の異なる宿主および環境源でも見つかった。これは、細菌の種を超えた伝播の可能性と適応性を強調している。[ 83 ]
病原性クロストリジウム・パーフリンゲンスの研究の大部分は鳥類を対象としているが、水生生物を対象とした研究もいくつかある。この細菌を含む水生生物に関するこれまでの研究では、魚や貝が生息する汚泥からクロストリジウム・パーフリンゲンスの胞子が検出されており、理論的には水生生物が汚染される可能性があると説明されている。この新しい研究では、141の魚類と健康な水生生物のサンプルのうち、80のサンプルがクロストリジウム・パーフリンゲンス陽性であり、そのうち26の生アサリのサンプルが検査され、22が陽性結果を示し、15の調理済みアサリのサンプルが検査され、14がクロストリジウム・パーフリンゲンス病原体に対して陽性であることが判明した。[ 84 ]