レジオネラ・ニューモフィラ

レジオネラ・ニューモフィラ
L. pneumophilaのカラー走査型電子顕微鏡写真
科学的分類
ドメイン：	細菌
門:	シュードモナドタ
クラス：	ガンマプロテオバクテリア
注文：	レジオネラ
家族：	レジオネラ科
属:	レジオネラ
種：	L.ニューモフィラ
二名法名
レジオネラ・ニューモフィラ ブレナー DJ、シュタイガーウォルト AG、マクデイド JE 1979

レジオネラ症の主な原因菌であるレジオネラ・ニューモフィラは、好気性、多形性、鞭毛性、非胞子形成性のグラム陰性細菌である。 [ 1 ] [ 2 ]^{レジオネラ・} ニューモフィラは、土壌アメーバや淡水原生動物に優先的に感染して増殖する細胞内寄生虫である^{。 [3] [4]レジオネラ}・ニューモフィラは水中で繁殖する能力があるため、水ろ過システムで増殖し、蛇口、シャワー、その他の設備に影響を及ぼす可能性がある。これらの設備から発生したレジオネラ・ニューモフィラを含むエアロゾル化した水滴は、人間が吸入する可能性がある。 ^[5]人間の呼吸器系に入ると、 レジオネラ・ニューモフィラは人間の肺胞マクロファージに感染し、増殖することができる。 ^[4]これにより、レジオネラ症としても知られるレジオネラ症の発症が引き起こされます。 ^[4]感染した人間は、発熱、せん妄、下痢、肝臓や腎臓の機能低下などの症状を示すことがあります。 ^[6] L.ニューモフィラ感染症は、尿抗原検査で診断できます。 ^{[7] [8]}この細菌による感染症は、フルオロキノロン系およびアジスロマイシン系の抗生物質で治療できます。 ^[7]

L. pneumophilaは球菌です。^[9]グラム陰性の好気性細菌で、発酵しません。オキシダーゼとカタラーゼは陽性です。^[10] L. pneumophila のコロニーの形態は、灰白色で、質感のあるカットガラスのような外観をしています。また、繁殖にはシステインと鉄が必要です。 ^[11]緩衝炭酵母エキス寒天培地や水道水などの湿った環境でも「オパールのような」コロニーを形成します。 ^[11]

L. pneumophilaは細胞内細菌である。細胞内寄生虫として、L. pneumophilaは細菌の貯蔵庫となる原生動物と優先的に寄生関係にある。^[12]アメーバや繊毛虫などの原生動物の捕食者はL. pneumophilaの自然宿主であるが、ヒトは偶発的な宿主であり、 L. pneumophilaのヒトからヒトへの感染例は1件しか報告されていないことからもそれが明らかである。伝染による拡散ではなく、エアロゾルとして吸入されたときにヒトの肺胞マクロファージに感染する。^{[13] [14]}

微生物は特別な特性により、様々な淡水環境などの細胞外環境で繁殖することができます。これは、伝播型と複製型の2つの形態によって実現されます。この2つの形態間の遷移は、現在の環境における代謝/栄養資源の利用可能性の変化によって活性化されます。伝播型は細菌が宿主に感染しているときに想定され、複製型は増殖を行うために続きます。^[14]

レジオネラ・ニューモフィラはグラム陰性細菌である。リポタンパク質、リン脂質、その他のタンパク質からなる独特の外膜がレジオネラ属菌の特徴である。レジオネラ属菌は、外細胞膜の外膜葉から伸びる独特のリポ多糖類（LPS）を有し、これが病原性と宿主細胞への接着に関与している。リポ多糖類は、レジオネラ・ニューモフィラを含むすべてのレジオネラ属菌の主要な表面抗原である。^[15]

この生物の体細胞抗原特異性の基盤は、細胞壁の側鎖にあります。これらのLPS側鎖の化学組成は、さまざまな糖の成分と配置の両方に関して、体細胞またはO抗原決定基の性質を決定します。これは、多くのグラム陰性細菌を血清学的に分類する重要な手段です。L . pneumophilaは、そのLPS構造に他のグラム陰性細菌と区別される独特の化学的特徴を示します。^[16]このユニークな属性は、その血清学的アイデンティティと生物学的機能の重要な要因です。^[16]

L. pneumophilaは多様な環境条件で生息可能で、0℃～63℃の温度、5.0～8.5のpH範囲、0.2～15.0mg/リットルの溶存酸素濃度に耐えることができます。しかし、増殖できる温度範囲は25℃～42℃と狭いです。^[17]

L. pneumophilaは、水系病原菌の制御に一般的に使用される塩素誘導体に対して顕著な耐性を示します。この耐性により、標準的な消毒プロセスが採用されている場合でも、水道システムへの浸透と持続が可能になります。 ^[5]給水ネットワークはL. pneumophila汚染の主な発生源であり、この微生物は冷却塔、病院、ホテル、クルーズ船の給水システムなどの場所でよく見られます。^[18]注目すべきことに、この細菌は水道システムのパイプ内でバイオフィルムを形成して生息するため、蛇口、シャワー、スプリンクラーなどの設備を通じてエアロゾル化される可能性があります。これらのエアロゾルにさらされると、感受性の高い人が感染する可能性があります。^[19]

バイオフィルムは、細菌、藻類、原生動物など、1つまたは複数の微生物で構成される特殊な表面付着コミュニティです。^[17]これらの保護マトリックスにより、微生物は栄養分の少ない環境や殺生物剤の存在下で長期間生存することができます。^[10]配管システムや給水システム上の多種バイオフィルムは、淡水原生動物の存在により、L. pneumophilaの増殖を促進します。 ^{[17] [20]}

L. pneumophilaは、自由生活性の原生生物やアメーバの様々な種に感染し、増殖する能力がある。この細菌は、バイオフィルム内の細菌を餌とすることが多いアカンサメーバ、ベルマメーバ、ネグレリアなどの原生動物属に感染し、生存することができる。^{[12] [5]} L. pneumophilaが人工水システムで存続できるのは、環境中の原生動物やアメーバ内で増殖するためである。シスト形成原生動物のおかげで、 L . pneumophilaは塩素、紫外線、オゾン処理、熱処理などの厳しい環境条件でも生存することができる。^[21]

L. pneumophila は解糖系、エントナー・ドゥドロフ(ED) 経路、ペントースリン酸経路(PP)、クエン酸回路(TCA)を利用する。そのゲノムにはこれらすべての経路の遺伝子が含まれているが、糖新生における重要な酵素であるタイプ I～III フルクトース 1,6-ビスホスファターゼをコードする遺伝子が欠けている。L . pneumophila は依然として糖新生を実行できるが、フルクトース 6-リン酸アルドラーゼなどの代替酵素を使用する。ED 経路と PP 経路は、この生物におけるグルコース代謝の主な経路である。 [ ^22]グルコースは主なエネルギー源ではないが、ED 経路を介してポリ-3-ヒドロキシ酪酸 (PHB) を生成する。^[23]これらの経路に加えて、セリンはピルビン酸に変換される能力があるため、主要な栄養素であることがわかりました。ピルビン酸はL. pneumophilaの代謝経路における重要な中間体です。トランスクリプトーム解析によると、グリセロールも基質として使用されています。^[22]

炭水化物や複合多糖類はほとんど代謝されないのに対し、アミノ酸はL. pneumophilaの主な炭素源およびエネルギー源です。^{[24]輸入されたアミノ酸は}、L. pneumophilaによってTCA回路（クレブス回路）を介してエネルギーを生成するために、また炭素源および窒素源として使用されます。^[23]

レジオネラは、システイン、ロイシン、メチオニン、バリン、スレオニン、イソロイシン、アルギニンの7種類のアミノ酸に対して栄養要求性がある。液胞内では栄養素の利用可能性は低く、アミノ酸の高い需要は宿主細胞質にある遊離アミノ酸の輸送では賄えない。アミノ酸の利用可能性を高めるため、寄生虫は宿主のプロテアソーム分解機構を促進する。これにより、 L. pneumophilaに感染した細胞の細胞質内に過剰な遊離アミノ酸が生成され、寄生虫の液胞内増殖に利用できる。アミノ酸は、中性アミノ酸トランスポーターB(0)などのさまざまなアミノ酸トランスポーターを介してLCVに輸入される。^[25] L. pneumophilaは主にアミノ酸を炭素源として使用するが、細菌には代謝のために多糖類をグルコースモノマーに加水分解するLamBなどの複数のアミラーゼが含まれている。^[23]

アミノ酸をリサイクルするためのタンパク質分解と多糖類の加水分解は、L. pneumophilaが宿主から炭素源とエネルギー源を得る唯一の方法ではありません。タイプII分泌分解酵素は、炭素源とエネルギー源を生成するための追加の戦略を提供する可能性があります。L . pneumophilaは、タイプII分泌システム（セクレトーム）を持つ唯一の既知の細胞内病原体です。 ^{[26] [27]}

L. pneumophilaには14の血清群が知られていますが、血清群1がレジオネラ症の原因物質として最も一般的に知られています。^[28] 2004年に3つの株、L. pneumophila Philadelphia 、L. pneumophila Paris 、およびL. pneumophila Lens が分離され、細菌の分子生物学を理解する道が開かれました。亜種は通常、地理的な場所によって定義されますが、そのゲノムの約80％を共有し、株間の変異が亜種間の毒性の違いを説明します。ゲノムは約3.5メガ塩基対（mbp）と比較的大きく、より多くの遺伝子を反映しており、レジオネラが異なる宿主や環境に適応する能力に対応しています。真核生物様タンパク質（ELP）をコードする遺伝子が比較的豊富です。 ELP は、細菌の真核宿主を模倣して病原性を高めるのに有益です。L . pneumophilaの他の遺伝子は、レジオネラ特有の液胞、排出トランスポーター、アンキリン反復タンパク質、その他多くの毒性関連特性をコードしています。 ^[29] bffA遺伝子はバイオフィルム形成に関連しており、この遺伝子を持たない株はより速くより厚いバイオフィルムを形成し、環境ストレスに対する抵抗力を高めることが分かっています。^{[30] 180 の}レジオネラ株の遺伝子含有量を調べるために DNA アレイを使用した詳細な比較ゲノム解析により、高いゲノム可塑性と頻繁な水平遺伝子伝達イベントが明らかになりました。^[29]水平遺伝子伝達により、 L. pneumophila は急速に進化し、一般的に薬剤耐性と関連しています。^[31]

L. pneumophila はヒトの肺胞マクロファージに侵入し、その中で増殖することができる。細菌の細胞内への取り込みは貪食作用またはコイル状貪食作用によって起こると考えられており、Dot/Icm タイプ 4B 分泌システム ( T4BSS ) に依存している。細胞内への取り込みが完了すると、Dot/Icm システムは細菌エフェクタータンパク質を分泌し始め、これが宿主因子をレジオネラ含有液胞 (LCV) にリクルートする。このプロセスにより、LCV が細菌を分解するリソソームと融合するのを防ぐ。宿主細胞の粗面小胞体の小胞が LCV に引き寄せられ、これらの液胞が LCV に必要な脂質とタンパク質を供給する。 ^{[13] LCV 膜の完全性には、細胞コレステロールやシス一価不飽和脂肪酸である}パルミトレイン酸などの宿主脂質の安定した供給が必要である。 ^{[33] [34]} L. pneumophila の複製は LCV 内で起こる。栄養素が枯渇すると、細菌は鞭毛と細胞毒性を獲得します。宿主細胞から脱出するために、L. pneumophilaはLCVを溶解し、細胞質に留まります。細胞質内で、L. pneumophilaは細胞小器官と細胞膜の機能と構造を阻害し、最終的に宿主細胞の浸透圧溶解につながります。^[35]

L. pneumophila は、分岐脂肪酸が密集し、O -アセチル基とN -アセチル基のレベルが高いため、疎水性が高いユニークなリポ多糖類(LPS) 構造を示します。この構造は、一般的な LPS 免疫システム共受容体 CD14 との相互作用を防ぐのに役立ちます。また、高分子量の LPS とファゴソーム - リソソーム融合の阻害との間にも相関関係があります。^[36] L. pneumophila は、さまざまな長さの線毛を生成します。2 つの線毛タンパク質、PilE とプレピリンペプチダーゼ(PilD) は、IV 型線毛の生成と、それに続く細胞内増殖に関与しています。^[37] L. pneumophila は、細胞の運動性、接着、宿主侵入、およびバイオフィルム形成に使用される単一の極性鞭毛を持っています。鞭毛を制御する同じ制御因子が、リソソーム回避と細胞毒性も制御します。^[36]マクロファージ感染増強因子は、宿主細胞の侵入と細胞内複製のもう一つの重要な成分である。MIPはペプチジルプロリルシス/トランスイソメラーゼ（PPIase）活性を示し、これはマクロファージ内での生存と肺上皮バリアを越えた移行に重要である。^{[36] [37]}

L. pneumophilaのもう一つの重要な毒性因子は鉄の獲得であり、この微生物は鉄の摂取に 2 つの方法を利用しています。鉄は、タンパク質 FeoB として知られる内膜タンパク質を含む輸送システムを使用して収集されます。この輸送システムにより、アメーバとマクロファージでの最適な細胞内感染が達成されます。鉄を含む 2 番目の摂取方法は、鉄キレート剤であるレジオバクチンを介して行われます。これは、微生物が低鉄の化学的に設計された培地で培養されているときにL. pneumophilaによって分泌されます。 ^[38]

レジオネラがマクロファージや原生動物の中で生き残るためには、レジオネラ含有液胞（LCV）と呼ばれる特殊な区画を作る必要がある。 ^[39] Dot/Icm分泌システムの作用により、細菌は通常のエンドソーム輸送経路による分解を防ぎ、代わりに複製することができる。内部移行後まもなく、細菌は小胞体由来の小胞とミトコンドリアをLCVに特異的にリクルートし、Rab5aやRab7aなどのエンドソームマーカーのリクルートを防ぐ。液胞の形成と維持は病原性にとって非常に重要であり、Dot/Icm分泌システムを欠く細菌は病原性がなく、細胞内で複製できないが、Dot/IcmエフェクターSdhAが欠失すると液胞膜が不安定になり、細菌の複製ができなくなる。^{[40] [41]}

抗血清は、スライド凝集反応研究と蛍光標識抗体による免疫蛍光法を用いた組織内の細菌の直接検出の両方に使用されています。患者の特異的抗体は、間接蛍光抗体検査によって決定できます。ELISAおよび微小凝集反応検査も効果的に適用されています。^[8]この疾患を検出するために使用されてきた一貫した方法は、尿抗原検査です。^[7]

レジオネラ肺炎に有効な抗生物質治療には、フルオロキノロン（レボフロキサシンまたはモキシフロキサシン）またはアジスロマイシンがあります。レジオネラ肺炎の治療にフルオロキノロンまたはアジスロマイシンを使用することで有意差は見つかりませんでした。リファンピシンとの併用治療は、単独治療中の抗生物質耐性への対応として試験されていますが、その有効性は不明です。^[7]

これらの抗生物質が最も効果を発揮するのは、L. pneumophila が細胞内病原体であるためである。^[42] レボフロキサシンとアジスロマイシンは細胞内活性が高く、レジオネラ感染細胞に浸透することができる。米国感染症学会は、レボフロキサシンで5～10日間、アジスロマイシンで3～5日間の治療を推奨しているが、免疫不全患者や重篤な疾患の患者では、治療期間の延長が必要になる場合がある。^[42]鉄取り込み経路の酵素も重要な薬剤ターゲットとして示唆されている。^[38]

レジオネラ・ニューモフィラはレジオネラ症の主な原因菌であり、米国における症例の90%以上を占めている。^[43]欧州連合（EU）では毎年10万人に約2人が感染しており、イタリアでは10万人に約5人が感染している。^[44]米国、EU、イタリアで最も多くの症例が報告されているのは、50歳以上の男性である。 ^{[44] [43]} レジオネラ・ニューモフィラは質の悪い水源を介して人に感染することが多い。報告されているレジオネラ症症例の約20%は、レジオネラ・ニューモフィラに汚染された水にさらされた医療施設、高齢者向け住宅、旅行施設で発生している。 ^{[43]また、個人の井戸は規制されておらず、自治体の水道システムほど厳密に消毒されていないことが多いため、そこからレジオネラ}・ニューモフィラに感染するリスクが高まる可能性がある。^[45]公衆温水浴槽の水温が細菌の増殖に最適であったため、レジオネラ症の大規模な流行が何度か発生した。^{[46] [47]}

レジオネラ症は、 1976年にペンシルベニア州フィラデルフィアのホテルで発生した後、世界的に知られるようになりました。このアウトブレイクの原因物質はL. pneumophilaで、ホテルの空調用水を汚染し、微生物がホテルの環境中に拡散しました。この病気の主な感染経路は、汚染された水のエアロゾルを吸入することです。^[43]このアウトブレイクでは、合計182人の症例が報告され、29人が死亡しました。^[44]この事件は、病気の原因となる細菌に関する研究と、汚染の予防策の研究の先駆けとなりました。^[43]

さらに最近では、 2022年11月から2024年6月の間に2隻のクルーズ船の乗客の間でレジオネラ症の流行が2回発生したことが米国疾病予防管理センター（CDC）によって報告されました。温水浴槽が感染源である可能性が高いと特定され、クルーズ会社は清掃頻度や塩素処理の強化などの変更を加えて運営を変更しました。^[48]

• 主要トピック「レジオネラ・ニューモフィラ」：PubMed で全文無料公開されている記事
• レジオネラ症とポンティアック熱の原因物質であるレジオネラ・ニューモフィラ（MetaPathogen）
• BacDive の Legionella pneumophila の標準株 - 細菌多様性メタデータ