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志賀毒素産生性大腸菌（STEC）とベロ毒素産生性大腸菌（VTEC ）は、志賀毒素（またはベロ毒素）を産生する大腸菌の株です。 [ a ] これらの株のうち、ヒトに病気を引き起こすのはごく一部です。[ 2 ]病気を引き起こす株はまとめて腸管出血性大腸菌（EHEC）と呼ばれ、食中毒の主な原因となっています。ヒトの大腸に感染すると、胃腸炎、腸炎、血便（そのため「腸管出血性」という名前が付けられています）を引き起こすことが多く、溶血性尿毒症症候群（HUS）と呼ばれる重篤な合併症を引き起こすこともあります。 [ 3 ] [ 4 ]牛は、EHECの重要な自然宿主です。なぜなら、EHECに感染した成体の反芻動物は無症状だからです。これは、志賀毒素の標的受容体の血管発現が欠如しているためである。[ 5 ]このグループとそのサブグループはさまざまな名前で知られている。腸管病原性大腸菌の他の株、例えば腸管毒素原性大腸菌（ETEC）、腸管病原性大腸菌（EPEC）、腸管侵入性大腸菌（EIEC）、腸管凝集性大腸菌（EAEC）、拡散付着性大腸菌（DAEC）などとは区別される。[ 6 ]
志賀毒素産生性大腸菌は、牛や羊の消化管に存在し、ヒトに感染する可能性があるため、人獣共通感染症病原体である。これらは世界中に分布する細菌である。 [ 7 ]
これらの菌株の中で最もよく知られているのはO157:H7ですが、O157以外の菌株は米国で年間推定36,000人の病気、1,000人の入院、30人の死亡を引き起こしています。[ 8 ]食品安全の専門家は、「ビッグシックス」菌株、O26、O45、O103、O111、O121、O145を認識しています。[ 8 ] 2011年にドイツで発生したアウトブレイクは、別のSTECであるO104:H4によって引き起こされました。この菌株は腸管凝集性と腸管出血性の両方の特性を持っています。O145菌株とO104菌株の両方が溶血性尿毒症症候群（HUS）を引き起こす可能性があります。前者の菌株は、既知のHUS症例の2%から51%を占めることが示されています。そのような症例の推定56%はO145によって引き起こされ、14%は他のEHEC菌株によって引き起こされています。
ヒトにおける臨床症状は、軽度で合併症のない下痢から、激しい腹痛を伴う出血性大腸炎まで 多岐にわたる。血清型O157:H7は、100個以下の細菌細胞で感染を引き起こす可能性がある。104:H4などの他の株も、2011年にドイツでアウトブレイクを引き起こした。感染は、暖かい時期や5歳未満の子供に最も多く見られ、通常は加熱調理されていない牛肉や未殺菌の牛乳やジュースから感染する。細菌が回腸末端、盲腸、結腸の上皮に付着した後、患者には最初は血便を伴わない下痢が発症する。その後の毒素の産生が血便を引き起こす。小児では、合併症として溶血性尿毒症症候群（HUS）が起こり、腸管内の細胞を細胞毒素が攻撃し、細菌が血液中に漏れ出して、グロボトリアオシルセラミド（Gb3）に結合することで腎臓などの部位の内皮損傷を引き起こすことがあります。 血便を伴う下痢を引き起こす腸管出血性大腸菌（EHEC）は、症例の10%でHUSを引き起こします。下痢後HUSの臨床症状には、急性腎不全、微小血管性溶血性貧血、血小板減少症が含まれます。ベロ毒素（志賀毒素様毒素）は、腎臓細胞と内皮細胞を直接損傷する可能性があります。血小板減少症は、血小板が凝固によって消費されることで起こります。溶血性貧血は、血管内フィブリン沈着、赤血球の脆弱性の増加、および断片化によって生じます。 [ 6 ]
抗生物質は効果が疑わしく、明確な臨床的利点は示されていません。フルオロキノロンなどのDNA合成を阻害する抗生物質は、 Stx保有バクテリオファージを誘導し、毒素の産生増加を引き起こすことが示されています。[ 9 ]リボソームタンパク質合成を標的とする抗菌薬で毒素産生を阻害する試みは、概念的にはより魅力的です。血漿交換は議論の余地はあるものの、おそらく有効な治療法です。10歳未満の子供や高齢患者では、腸管運動抑制剤（腸管通過を遅らせて下痢を抑制する薬）の使用は、EHEC感染によるHUSのリスクを高めるため避けるべきです。[ 6 ]
グループとそのサブグループの名前には、次のものがあります。[ 10 ]多義性が関係しています。同じ色を持つことで、不変の同義性が示されます。それ以外にも、より広いが可変的な同義性があります。最初の 2 つ (紫) は、最も狭い意味では、一般的に他の (赤と青) の上位語として扱われますが、より厳密でない使用法では、赤と青は紫の同義語として扱われることがよくあります。少なくとも 1 つの文献では、「EHEC」は「VTEC」および「STEC」と相互に排他的であるとされていますが、[ 3 ]これは一般的な使用法とは一致しません。多くの出版物では、後者すべてを前者とまとめて扱っているからです。
微生物学に基づく現在の「志賀様毒素」(SLT)または「ベロ毒素」の見解は、違いがごくわずかであるため、これらはすべて志賀毒素(の変種)と呼ぶべきであるというものです。この見解に従うと、すべての「VTEC」(青)は「STEC」(赤)と呼ばれるべきです。 [ 1 ] [ 11 ] : 2-3歴史的には、毒素が赤痢菌(Shigella dysenteriae)に見られるものと完全に同じではないため、異なる名前が使用されることもありましたが、この論理ではすべての「STEC」が「VTEC」になります。Stx1は志賀毒素に近いので、 Stx1産生株には「STEC」、 Stx2産生株には「VTEC」を使用するという線引きも可能です。実際には、言葉やカテゴリーの選択は、臨床的関連性の理解ほど重要ではありません。
EHEC株の感染性または病原性は、培地中のフコースの存在、この糖の感知、およびEHEC病原性アイランドの活性化など、いくつかの要因に依存します。
EHECは宿主の腸管に定着するために、大腸の上皮細胞に付着することに依存している。インティミンとその転座型インティミン受容体（Tir）からなるIII型分泌系（T3SS）が細胞膜上に発現しており、EHECが宿主細胞に密着することを可能にする。T3SSはTirを宿主細胞膜に分泌し、ペデスタルの形成を誘導し、その結果、上皮細胞に付着して病変を消失させる。T3SS関連遺伝子の発現はLEEによって制御され、ニコチンアミドの存在下でEvgSA二成分系を介して活性化される。[ 12 ]
志賀毒素はEHECの主要な病原性因子である。毒素は腸管上皮と相互作用し、循環系に入るとHUSや脳機能障害などの全身性合併症をヒトに引き起こす可能性がある。[ 13 ] EHECでは、志賀毒素は溶原性バクテリオファージによってコードされている。毒素は細胞表面の糖脂質受容体Gb3に結合し、細胞がエンドサイトーシスによって毒素を取り込むようにする。志賀毒素はリボソームRNAを標的とし、タンパク質合成を阻害してアポトーシスを引き起こす。[ 14 ]牛ではEHECが無症状である理由は、牛はヒトとは異なりGb3の血管発現を持たないためである。したがって、志賀毒素は腸管上皮を通過して循環系に入ることができない。[ 5 ]
EHECは、病原性アイランドにコードされた腸管上皮細胞破壊遺伝子（LEE）の発現によって病原性を獲得する。しかし、EHECが宿主内に存在しない場合、この発現はエネルギーと資源の無駄遣いとなるため、環境中の特定の分子が感知された場合にのみ活性化される。
QseCまたはQseEが相互作用するシグナル分子のいずれかと結合すると、自己リン酸化を起こし、そのリン酸基を応答調節因子に転移させる。QseCは、アドレナリン、ノルアドレナリン、およびミトコンドリアCOX1遺伝子（AI3）内の可動性グループIイントロンによってコードされるエンドヌクレアーゼI-SceIIIを感知する。一方、QseEは、アドレナリン、ノルアドレナリン、SO4、およびPO4を感知する。これらのシグナルは、細菌がもはや環境中に自由に存在するのではなく、腸内にいることを明確に示すものである。
その結果、QseCはQseB（鞭毛を活性化する）、KpdE（LEEを活性化する）、およびQseFをリン酸化する。QseEはQseFをリン酸化する。生成物であるQseBCとQseEFはFusKとFusRの発現を抑制する。FusKとFusRはLEE遺伝子の転写を抑制するシステムの2つの構成要素である。FusKは、フコースを含む多くの糖を感知できるセンサーキナーゼである。培地中にフコースが存在すると、FusKはFusRをリン酸化し、LEEの発現を抑制する。
したがって、EHECが腸管に入ると、QseCとQseFからのシグナルとFusKからのシグナルとの間で競合が生じる。前二者は病原性を活性化しようとするが、フコースの供給源である粘液層が腸上皮細胞を細菌から隔離し、病原性因子の合成を無効にしているため、FusKがそれを阻止する。しかし、細菌細胞が上皮の保護されていない領域を見つけるとフコース濃度が低下するため、LEE遺伝子の発現はFusRによって抑制されなくなり、KpdEがそれらを強く活性化する。要約すると、QseC/QseFとFusKRの複合効果により、LEE発現の微調整システムが実現し、エネルギーを節約し、成功の可能性が高い場合にのみ病原性メカニズムが発現される。LEE を持たないSTECはまれである。[ 15 ]