抗菌剤

抗菌薬は細菌感染症の治療に使用されます。抗生物質は一般的に、 β-ラクタム系、マクロライド系、キノロン系、テトラサイクリン系、アミノグリコシド系に分類されます。これらのカテゴリー内での分類は、抗菌スペクトル、薬力学、化学組成によって決まります。^{[ 10 ]}特定の抗菌薬を長期間使用すると、腸内細菌の数が減少し、健康に悪影響を及ぼす可能性があります。プロバイオティクスの摂取と健康的な食事は、破壊された腸内細菌叢の補充に役立つ可能性があります。ただし、再発性クロストリジオイデス・ディフィシル感染症など、長期にわたる抗生物質治療からの回復が困難な患者には、便移植が検討される場合があります。^{[ 11 ] [ 12 ]}

20世紀における抗菌薬の発見、開発、使用により、細菌感染症による死亡率は減少した。抗生物質の時代は、1936年のスルホンアミド系薬剤の治療への応用から始まり、その後、1945年から1970年頃にかけて、構造的に多様で非常に効果的な薬剤が多数発見・開発された「黄金時代」が続いた。1980年以降、臨床使用のための新しい抗菌薬の導入は減少しているが、これは新しい薬剤の開発と試験にかかる莫大な費用が一因となっている。^{[ 13 ]}同時に、細菌、真菌、寄生虫、および一部のウイルスが、既存の複数の薬剤に対して抗菌薬耐性を驚くほど増加させている。^{[ 14 ]}

抗菌薬は、例えばウイルス性呼吸器感染症において、医師によって最も一般的に使用され、誤用されている薬剤の一つです。抗菌薬の広範かつ不適切な使用の結果、抗生物質耐性病原体の出現が加速し、世界的な公衆衛生に対する深刻な脅威となっています。耐性の問題は、現在の抗菌薬に耐性を持つ病原性細菌に対して有効な抗菌剤を探すための新たな努力を必要としています。この目標に向けた戦略としては、多様な環境からのサンプリングの増加、メタゲノミクスの適用による現在未知で培養されていない微生物によって産生される生物活性化合物の特定、および細菌標的に合わせた低分子ライブラリーの開発などが考えられます。^{[ 15 ]}

抗真菌薬は、真菌を殺したり、それ以上の増殖を防いだりするために使用されます。医学では、水虫、白癬、鵞口瘡などの感染症の治療に使用され、哺乳類細胞と真菌細胞の違いを利用して作用します。細菌とは異なり、真菌とヒトはどちらも真核生物です。したがって、真菌細胞とヒト細胞は分子レベルで類似しているため、宿主生物にも存在しない抗真菌薬の標的を見つけることがより困難になります。その結果、これらの薬にはしばしば副作用があります。これらの副作用の中には、薬が適切に使用されない場合、生命を脅かすものもあります。^{[ 16 ]}

抗真菌剤は、医療用途に加えて、湿気や水のある住宅建材の室内カビを抑制するためによく求められています。表面に吹き付ける重曹（炭酸水素ナトリウム）は抗真菌剤として作用します。重曹を吹き付けた後、または吹き付けずに塗布される別の抗真菌溶液は、過酸化水素と薄い表面コーティングの混合物で、カビを中和し、表面をカプセル化して胞子の放出を防ぎます。浴室や台所などの高湿度エリアで使用するために、抗真菌剤を添加して製造された塗料もあります。その他の抗真菌表面処理には、通常、カビの増殖を抑制することが知られている金属の変種、例えば銅、銀、亜鉛を含む顔料や溶液が含まれています。これらの溶液は毒性があるため、一般には入手できません。^{[ 17 ]}

抗ウイルス薬は、ウイルス感染症の治療に特化して使用される薬剤の一種です。抗生物質と同様に、特定の抗ウイルス薬は特定のウイルスに使用されます。これらは、体外でウイルス粒子を積極的に不活性化する殺ウイルス薬とは区別されるべきです。 ^{[ 18 ]}

多くの抗ウイルス薬は、 HIVを含むレトロウイルス感染症の治療を目的として設計されています。重要な抗レトロウイルス薬には、プロテアーゼ阻害剤のクラスが含まれます。口唇ヘルペスや性器ヘルペスを引き起こすことで最もよく知られているヘルペスウイルスは、通常、ヌクレオシド類似体であるアシクロビルで治療されます。ウイルス性肝炎は、互いに関連性のない5種類の肝向性ウイルス（AE）によって引き起こされ、感染の種類に応じて抗ウイルス薬で治療される場合があります。インフルエンザA型およびB型ウイルスの一部は、オセルタミビルなどのノイラミニダーゼ阻害剤に対して耐性を持つようになり、新しい物質の探索が続けられています。^{[ 19 ]}

抗寄生虫薬は、線虫、条虫、吸虫、感染性原虫などの寄生虫によって引き起こされるリーシュマニア症、マラリア、シャーガス病などの感染症の治療に用いられる薬剤の一種です。抗寄生虫薬には、メトロニダゾール、ヨードキノール、アルベンダゾールなどがあります。^{[ 10 ]}すべての治療用抗菌薬と同様に、宿主に深刻な損傷を与えることなく、感染した生物を殺さなければなりません。^{[ 20 ]}

広範囲スペクトル治療薬は、複数の種類の病原体に対して活性を示します。このような治療薬は、パンデミックに対する潜在的な緊急治療薬として提案されています。^{[ 21 ]}

抗菌剤としては、幅広い種類の化学化合物や天然化合物が使用されています。有機酸とその塩は、乳酸、クエン酸、酢酸など、食品の成分または消毒剤として広く使用されています。例えば、牛肉の枝肉は、大腸菌の発生率を減らすために、酸を噴霧してからすすぎ洗いまたは蒸されることがよくあります。^{[ 22 ]}

Hg ²⁺やPb ²⁺などの重金属カチオンは抗菌活性を持つが、毒性を持つ可能性がある。近年、配位化合物の抗菌活性が研究されている。^{[ 23 ] [ 24 ] [ 25 ] [ 26 ]}

伝統的な薬草療法士は、感染症の治療に植物を使用してきました。これらの植物の多くは抗菌活性について科学的に研究されており、一部の植物製品は病原性微生物の増殖を阻害することが示されています。^{[ 27 ]}これらの薬剤の多くは、現在使用されている抗生物質とは異なる構造と作用機序を持っているようで、既に使用されている薬剤との交差耐性は最小限である可能性があります。^{[ 28 ]}

オゾンは空気、水、プロセス機器中の微生物を殺菌することができ、厨房排気換気、ゴミ室、グリーストラップ、バイオガスプラント、廃水処理場、繊維生産、醸造所、酪農場、食品および衛生用品製造、製薬業界、瓶詰め工場、動物園、自治体の飲料水システム、スイミングプールおよびスパ、衣類の洗濯、屋内のカビや臭いの処理などの場面で使用されています。^{[ 43 ] [ 44 ]}

抗菌スクラブは、スクラブの臭いや汚れの蓄積を減らし、結果としてスクラブの寿命を延ばすことができます。これらのスクラブは、さまざまな色やスタイルでも販売されています。抗菌技術は急速に発展しており、これらのスクラブは容易に入手可能で、毎年より高度なバージョンが市場に出回っています。^{[ 45 ]}これらの細菌は、オフィスの机、休憩室、コンピューター、その他の共有テクノロジーに広がる可能性があります。これにより、メチシリン耐性黄色ブドウ球菌などの感染症の発生や感染につながる可能性があり、その治療には医療業界が 年間200億ドルを費やしています。

塩素、ヨウ素、フッ素、臭素などの元素は非金属元素であり、ハロゲン族を構成します。これらのハロゲンはそれぞれ異なる抗菌作用を持ち、その作用はpH、温度、接触時間、微生物の種類など様々な要因によって影響を受けます。塩素とヨウ素は、最も一般的に使用されている抗菌剤です。塩素は、浄水場、医薬品、食品産業において消毒剤として広く使用されています。廃水処理場では、塩素は消毒剤として広く使用されています。塩素は可溶性汚染物質を酸化し、細菌やウイルスを殺します。また、細菌胞子に対しても非常に効果的です。作用機序は、これらの微生物に存在する結合を切断することです。細菌の酵素が塩素を含む化合物と接触すると、その分子中の水素原子が置換され、塩素に置き換わります。これにより酵素の機能が変化し、最終的に細菌が死滅します。ヨウ素は、滅菌や創傷洗浄に最も一般的に使用されています。ヨウ素を含む主要な抗菌化合物は、アルコールヨウ素溶液、ヨウ素水溶液、およびヨードフォアの3種類です。ヨードフォアは殺菌作用が強く、皮膚に塗布しても刺激が少ないため、消毒剤として使用されます。一方、細菌胞子はヨウ素では死滅しませんが、ヨードフォアによって増殖が抑制されます。ヨウ素が細胞内に浸透してタンパク質、遺伝物質、脂肪酸を酸化すると、微生物の増殖が抑制されます。臭素も効果的な抗菌剤であり、浄水場で使用されています。塩素と混合すると、S. faecalisなどの細菌胞子に対して非常に効果的です。^{[ 46 ]}

アルコールは一般的に消毒剤および殺菌剤として使用されます。アルコールは栄養細菌、ほとんどのウイルス、および真菌を殺します。エチルアルコール、n-プロパノール、およびイソプロピルアルコールは、最も一般的に使用される抗菌剤です。^{[ 47 ]}メタノールも消毒剤ですが、非常に毒性が強いため、一般的には使用されません。大腸菌、サルモネラ菌、および黄色ブドウ球菌は、アルコールによって増殖が阻害される細菌です。アルコールはエンベロープウイルスに対して高い有効性があります（60～70%エチルアルコール）。70%イソプロピルアルコールまたはエタノールは、抗菌剤として非常に効果的です。水が存在すると、70%アルコールはタンパク質の凝固を引き起こし、微生物の増殖を阻害します。アルコールは胞子に関してはあまり効果的ではありません。作用機序は、タンパク質を変性させることです。アルコールは、タンパク質構造に存在する水素結合を妨害します。アルコールは微生物に存在する脂質膜も溶解します。^{[ 48 ] [ 49 ]}細胞膜の破壊は、細胞死を促進するアルコールのもう1つの特性です。アルコールは安価で効果的な抗菌剤です。製薬業界で広く使用されています。アルコールは、手指消毒剤、殺菌剤、消毒剤に一般的に使用されています。

フェノール（石炭酸とも呼ばれる）は、抗菌剤として使用された最初の化学物質の1つです。高い消毒作用を持ち、0.1%～1%の濃度では静菌作用、1%～2%の濃度では殺菌作用と殺真菌作用を示します。5%溶液は48時間で炭疽菌胞子を死滅させます。^{[ 50 ]}

フェノールは、口腔洗浄剤や家庭用洗剤に最も一般的に使用されています。^{[ 51 ]}これらは、幅広い細菌、真菌、ウイルスに対して活性があります。チモールやクレゾールなどのフェノール誘導体は、フェノールに比べて毒性が低いため使用されています。これらのフェノール化合物は、ベンゼン環と-OH基が構造に組み込まれています。これらはより高い抗菌活性を持っています。これらの化合物は、タンパク質を沈殿させて変性させること、および微生物の細胞膜に浸透して破壊することによって、微生物の増殖を阻害します。ヘキサクロロフェン（ビスフェノール）は界面活性剤として使用されます。その殺菌特性のため、石鹸、ハンドソープ、スキンケア製品に広く使用されています。また、殺菌剤としても使用されます。クレゾールは効果的な抗菌剤であり、マウスウォッシュや咳止めドロップに広く使用されています。

アルデヒドは細菌、真菌、ウイルスに対して非常に効果的です。アルデヒドは外膜を破壊することで細菌の増殖を阻害します。外科用器具の消毒や滅菌に使用されます。毒性が非常に高いため、消毒剤には使用されません。現在、他の多くのアルデヒドが優れた抗菌活性を持つことが実証されているにもかかわらず、消毒用殺生物剤として広く実用化されているアルデヒド化合物は、グルタルアルデヒド、ホルムアルデヒド、オルトフタルアルデヒド（OPA）の3種類のみです。^{[ 52 ]}しかし、接触時間が長いため、他の消毒剤が一般的に好まれています。

微生物には、生育に適した最低温度、最適温度、最高温度があります。^{[ 53 ]}高温と低温は、物理的な制御手段として使用されます。さまざまな生物は、熱や温度に対する抵抗性や感受性が異なり、細菌の内生胞子などの一部の生物はより抵抗性がありますが、栄養細胞は抵抗性が低く、低温で簡単に死滅します。^{[ 54 ]}微生物を殺すために熱を使用するもう1つの方法は、分画滅菌です。このプロセスでは、数日間、1日1時間、摂氏100度の温度にさらします。^{[ 55 ]}分画滅菌は、チンダル滅菌とも呼ばれます。細菌の内生胞子はこの方法で死滅させることができます。乾熱と湿熱の両方が微生物の生命を死滅させるのに効果的です。たとえば、ジャムなどの保存食品を保存する瓶は、通常のオーブンで加熱することで滅菌できます。熱は、牛乳、チーズ、ジュース、ワイン、酢などの食品の腐敗を遅らせる方法である低温殺菌にも使用されます。これらの製品は一定の温度で一定時間加熱され、有害な微生物の数が大幅に減少します。低温は、微生物の代謝を遅らせることによって微生物の活動を抑制するためにも使用されます。^{[ 56 ]}

食品は有害な病原菌を殺すために放射線照射されることが多い。^{[ 57 ]}微生物の増殖を抑制するために使用される放射線には、電離放射線と非電離放射線の2種類がある。^{[ 58 ]}食品殺菌に使用される一般的な放射線源には、コバルト60（ガンマ線放出体）、電子ビーム、X線などがある。^{[ 59 ]}紫外線は、小規模な個人用システムと大規模なコミュニティ浄水システムの両方で、飲料水の消毒にも使用される。^{[ 60 ]}

乾燥は脱水とも呼ばれます。これは極度の乾燥状態、または極度の乾燥過程です。細菌、酵母、カビなどの一部の微生物は、成長に水を必要とします。乾燥は水分を蒸発させ、微生物の成長を阻害します。水が利用可能になると、細菌は成長を再開するため、乾燥は細菌の成長を完全に阻害するわけではありません。このプロセスを実行するために使用される装置はデシケーターと呼ばれます。このプロセスは食品業界で広く使用されており、食品保存の効率的な方法です。乾燥は、ワクチンやその他の製品を保管するために製薬業界でも広く使用されています。^{[ 61 ]}

抗菌表面は、微生物の増殖能力を阻害するか、化学的プロセス（銅の毒性）または物理的プロセス（細胞壁を破壊するマイクロ/ナノピラー）によって微生物に損傷を与えるように設計されています。これらの表面は、医療業界にとって特に重要です。^{[ 62 ]}効果的な抗菌表面を設計するには、微生物と表面の初期接着メカニズムを深く理解する必要があります。これらのメカニズムを調査するために、通常は分子動力学シミュレーションとタイムラプスイメージングが使用されます。^{[ 63 ]}

浸透圧とは、溶媒が半透膜を通して高濃度領域から低濃度領域へ移動するのを防ぐために必要な圧力のことです。細胞内の溶解物質または溶質の濃度が細胞外よりも高い場合、細胞は低張環境にあると言われ、水が細胞内に流入します。^{[ 53 ]}細菌を高張溶液に入れると、原形質分離または細胞収縮が起こりますが、同様に低張溶液では、細菌は原形質分離または膨圧状態になります。この原形質分離と原形質分離は浸透圧の変化を引き起こすため、細菌を死滅させます。^{[ 64 ]}