コリネバクテリウム

コリネバクテリウム（/kɔːˈraɪnəbækˌtɪəriəm , -ˈrɪn- /）はグラム陽性細菌の属であり、そのほとんどは好気性である。桿菌（棒状）であり、生活史のある段階では、より具体的には棍棒状になることから 、属名（ coryneformは「棍棒状」を意味する）が付けられた。

これらは動物の微生物叢（ヒトの微生物叢を含む）に広く分布しており、ほとんどが無害で、宿主と共生関係にあることが最も一般的です。 ^{[ 3 ]} C. glutamicumなど、商業的および工業的に有用なものもあります。^{[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]}その他は、ヒトの病気を引き起こす可能性があり、最も有名なのはC. diphtheriaeによって引き起こされるジフテリアです。微生物叢のさまざまな種（ Arcanobacterium 属およびTrueperella属の近縁種を含む）と同様に、通常は病原性はありませんが、組織への非定型的なアクセス（傷口経由）や宿主の防御力の低下を機会に利用することがあります。

コリネバクテリウム属は、ジフテリアの原因となる桿菌を含む分類群として、1896年にレーマンとノイマンによって創設されました。この属は形態学的特徴に基づいて定義されました。16S rRNAの研究に基づき、高G : C含量グラム陽性真正細菌の亜群に分類され、アルスロバクター、マイコバクテリウム、ノカルジア、ストレプトマイセスと近縁な系統発生関係にあります。^{[ 8 ]}

この用語はギリシャ語のκορύνη、korýnē「棍棒、棍棒、杖、こぶのある植物の芽または新芽」^{[ 9 ]}と βακτήριον、baktḗrion 「小さな棒」 ^{[ 10 ]}に由来します。 「ジフテリア様菌」という用語は、病原性のないコリネバクテリウムを表すために使用され、たとえば、C. diphtheriaeは除外されます。ジフテリア様菌という用語は、ギリシャ語の διφθέρα、 diphthérā「加工された皮、革」^{[ 11 ] [ 12 ]}に由来します。

コリネバクテリウム属のゲノムの比較解析により、この属に特有の保存された特徴的な挿入・欠失（CSI）がいくつか同定された。CSIの2つの例として、ホスホリボース二リン酸：デカプレニルリン酸ホスホリボシルトランスフェラーゼ酵素の保存領域における2アミノ酸の挿入と、酢酸キナーゼにおける3アミノ酸の挿入があり、これらはいずれもコリネバクテリウム属にのみ見られる。これらの挿入・欠失は、コリネバクテリウム属の種の分子マーカーとして機能する。さらに、コリネバクテリウム属に特有の16個の保存された特徴的なタンパク質が同定されている。これらのうち3つは、コリネバクテリウム属に最も近縁な属と考えられているディエツィア属に相同体が存在する。連結タンパク質配列または16S rRNAに基づく系統樹では、コリネバクテリウム属は明確なクレードを形成し、その中に明確なサブクレードであるクラスターIが存在する。このクラスターは、C. diphtheriae、C. pseudotuberculosis、C. ulcerans、C. aurimucosum、C. glutamicum、およびC. efficiensの種から構成される。このクラスターは、LepAにおける2アミノ酸の挿入やRpoCにおける7アミノ酸または8アミノ酸の挿入など、いくつかの保存された特徴的な挿入欠失によって区別される。また、21の保存された特徴的なタンパク質は、クラスターIのメンバーにのみ見られる。C . jeikeiumとC. urealyticumからなる別のクラスターが提案されており、これはこれら2種に固有の19の異なる保存された特徴的なタンパク質の存在によって支持されている。^{[ 13 ]}コリネバクテリウムは46～74モル％の高いG+C含有量を持つ。^{[ 14 ]} 

コリネバクテリウム属の主な特徴は、1986年にコリンズとカミンズがコリン・テイラーのために記述した。^{[ 15 ]}これらはグラム陽性、カタラーゼ陽性、非胞子形成性、非運動性の桿菌で、まっすぐかわずかに湾曲している。^{[ 16 ]}通常、メタクロマチック顆粒が存在し、これは貯蔵リン酸領域を表している。大きさは長さ2～6μm、直径0.5μmである。細菌は特徴的な方法で集まり、その形態は「V」、「柵状」、「漢字」などと表現されている。楕円形に見えることもある。好気性または通性嫌気性の化学有機栄養生物である。ライフサイクルを通じて多形性を示し、さまざまな長さで存在し、周囲の条件に応じて両端に肥厚が見られることが多い。^{[ 17 ]}

コリネバクテリウム属菌の中には親油性のものもある（ CDCコリネフォーム群F-1およびG、C. accolens、C. afermentans subsp. lipophilum、C. bovis、^{[ 18 ]} C. jeikeium、 C. macginleyi 、C. uropygiale、^{[ 19 ]}およびC. urealyticumなど）が、医学的に重要なコリネバクテリウム属菌は通常そうではない。^{[ 20 ]}非親油性細菌は、発酵性細菌（C. amycolatum、C. argentoratense 、 C. diphtheriaeグループのメンバー、 C. glukuronolyticum、 C . glutamicum、C. matruchotii、C. minutissimum、C. striatum、およびC. xerosis など）または非発酵性細菌（C. xerosisなど）として分類されます。C.アフェルメンタンス亜種アフェルメンタンス、C.アウリス、C.シュードジフテリティクム、およびC.プロピンクム）。^{[ 18 ]}

コリネバクテリウム属の中には細胞壁にテイコ酸を持つ種もあるが、植物病原性種にはない。^{[ 21 ]}コリネバクテリウムの細胞外被には、ペプチドグリカン壁に共有結合したエステル化された短鎖α分岐およびβ-ヒドロキシ脂肪酸があり、ミコリル-ペプチドグリカン複合体を形成している。これがコリネバクテリウムのストレス耐性および病原性に寄与している。^{[ 14 ]}ほとんどの植物病原性コリネバクテリウムは、植物の損傷または傷によって感染を引き起こし、全身感染も引き起こす可能性がある。^{[ 21 ]} C. fascians は多年生植物に見られ、葉や球根の変形、芽の変形、増殖萎凋を引き起こす可能性がある。C . flaccumfaciens ssp. Flaccumfaciensは、ソラマメで萎凋を引き起こす可能性がある。ビートの Betae は葉の銀化と萎凋を引き起こし、アメリカン ホーリーのC. ilicis は枝枯れを引き起こし、小麦のC. iranicumは葉、花序、葉斑の黄色い粘液を引き起こします。トマト ペッパーのC. michiganense ssp. Michiganense は萎凋と果実斑を引き起こし、アルファルファのC. michiganense ssp. Insidiosum は萎凋と生育阻害を引き起こし、小麦のC. tritici は葉と花序の黄色い粘液を引き起こします。^{[ 21 ]}一部のCorynebacterium種は、病気の動物との接触により人間に伝染する人獣共通感染症の原因菌と考えられています。^{[ 22 ]}

コリネバクテリウム属は、土壌、水、植物、食品など自然界に広く分布しています。^{[ 3 ] [ 16 ]}ジフテリア菌以外のコリネバクテリウム属は、ヒトや動物の粘膜や正常な皮膚常在菌叢にも見られます。^{[ 3 ] [ 16 ]}鳥の尾脂腺など、珍しい生息地が最近、 Corynebacterium uropygialeで報告されています。^{[ 19 ]}一部の種は、ヒトや他の動物に病原性があることで知られています。おそらく最も注目すべきは、バクテリオファージと相互作用した後にのみジフテリア毒素を産生する能力を獲得するC. diphtheriaeです。^{[ 27 ] [ 28 ]}ヒトに病原性のある他の種には、C. amycolatum、C. striatum、C. jeikeium、C. urealyticum、C. xerosisなどがあります。^{[ 29 ] [ 30 ] [ 31 ] [ 32 ] [ 33 ]}これらはすべて、免疫抑制患者における病原体として重要である。他の動物における病原性種には、C. bovisおよびC. renaleが含まれる。^{[ 34 ]}この属は、ヒトの唾液マイクロバイオームの一部であることがわかっている。^{[ 35 ]}

ヒトの感染症で最も有名なのは、 C. diphtheriaeによって引き起こされるジフテリアです。これは、扁桃腺と喉の奥の周りに死んだ上皮細胞、白血球、赤血球、フィブリンの偽膜が形成されることを特徴とする急性伝染性感染症です。^{[ 36 ]}先進国ではまれな病気で、特に学齢期の子供、高齢者、好中球減少症または免疫不全の患者、人工心臓弁、シャント、カテーテルなどの人工デバイスを使用している人など、ワクチン未接種者に発生する傾向があります。発展途上国ではより一般的です。^{[ 37 ]}傷、外陰部、結膜、中耳に感染することがあります。病院内で広がる可能性があります。^{[ 38 ]}毒性が強く毒素産生能を持つ株は、 2つのポリペプチド鎖からなる外毒素を産生するが、これは細菌がβプロファージ由来の遺伝子によって形質転換されたときに産生される。^{[ 27 ] [ 28 ]}

コリネバクテリウム属菌の中には、病気の動物との接触によってヒトに感染する人獣共通感染症の原因菌とみなされるものがある。^{[ 39 ]}いくつかの菌種は動物に病気を引き起こし、特にC. pseudotuberculosisは乾酪性リンパ節炎を引き起こすが、ヒトにも病原性を示す菌種もある。健康な宿主を攻撃するものもあれば、免疫不全の宿主を攻撃する傾向のある菌種もある。感染の影響には、肉芽腫性リンパ節症、肺炎、咽頭炎、皮膚感染症、心内膜炎などがある。コリネバクテリウム心内膜炎は、血管内デバイスを使用している患者に最も多く見られる。^{[ 40 ]}コリネバクテリウム属菌のいくつかは、腋毛真菌症を引き起こす可能性がある。^{[ 41 ]} C. striatumは腋臭を引き起こす可能性がある。^{[ 42 ]} C. minutissimumは紅斑を引き起こす。

ほとんどの植物病原性コリネバクテリウムは、植物の損傷や傷によって引き起こされる植物の全身感染を引き起こし、全身感染を引き起こすこともあります。C . fascians は多年生植物に見られ、葉や球根の変形、芽の変形、増殖萎凋を引き起こすことがあります。C . flaccumfaciens ssp. Flaccumfaciensはインゲンマメで萎凋を引き起こし、C. flaccumfaciens ssp.  Betaeはビートで葉の銀化と萎凋を引き起こし、C. ilicisはアメリカンホーリーで枝枯れを引き起こし、C. iranicumはコムギで葉、花序、葉斑の黄色い粘液を引き起こすことが知られています。また、C. michiganense ssp. Michiganenseはトマトピーマンで萎凋と果実斑を引き起こし、C. michiganense ssp.アルファルファのInsidiosumは萎凋と生育阻害を引き起こし、コムギのC. triticiは葉と花序に黄色の粘液を引き起こす。^{[ 21 ]}

コリネバクテリウム属の非病原性種は、アミノ酸^{[ 43 ]}やヌクレオチドの生産、ステロイドの生物変換[ 44]、炭化水素の分解^{[ 45 ]}、チーズの熟成^{[ 46 ]} 、酵素の生産[47]など、^{重要な産業用途}に利用されている。一部の種は、抗生物質に類似した代謝産物、すなわちコリネシン-リノシン型のバクテリオシン^{[ 38 ] [ 48 ] [ 49 ]}、抗腫瘍剤^{[ 50 ]}などを生産する。最も研究されている種の1つはC. glutamicumで、その名前は好気性条件下でグルタミン酸を^生産する能力に由来する^{[ 51 ] 。}

L-リジン生産はC. glutamicumに特有のものであり、遺伝子工学によってコア代謝酵素が操作され、ペントースリン酸経路からのNADPHおよびL-リジン合成の律速段階であるL-4-アスパラチルリン酸の生産へと代謝フラックスが促進される。lysC 、dapA、dapC、およびdapF。これらの酵素は、代謝フラックスを増加させるのに十分な量のリジン前駆体が生産されるように、産業界で遺伝子工学によって上方制御されている。中間体の蓄積が起こると、スレオニンやアスパラギンなどの望ましくない副反応が発生する可能性があるため、科学者はPCR工学および化学的ノックアウトによってC. glutamicumの変異株を開発し、副反応酵素の生産が制限されるようにしている。産業界で行われている多くの遺伝子操作は、従来のクロスオーバー法または転写活性化因子の阻害によるものである。^{[ 52 ]}

機能的に活性なヒト上皮成長因子の発現はC. glutamicumで実現されており^{[ 53 ]}、ヒトタンパク質の工業規模生産の可能性を示している。発現されたタンパク質は、一般的な分泌経路またはツインアルギニン転座経路のいずれかを介して分泌されるように標的化することができる^{[ 54 ]}。

グラム陰性菌とは異なり、グラム陽性のコリネバクテリウム属菌は、ヒトにおいて抗原性エンドトキシンとして機能するリポ多糖類を欠いている。^{[ 55 ]}

コリネバクテリウム属には以下の種が含まれる：^{[ 56 ]}

• ブルコフスキー、アンドレアス編（2008）。コリネバクテリア：ゲノミクスと分子生物学。Caister Academic Press。ISBN 978-1-904455-30-1。
• Ryan KJ、Ray CG 編 (2004). Sherris 医学微生物学(第 4 版). McGraw Hill. ISBN 978-0-8385-8529-0。
• コリネバクテリウム属細菌の転写因子および制御ネットワークのデータベース
• ローリンズ、デビッド・M. メリーランド大学：病原微生物学：コリネバクテリウム
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