病原性細菌

病原性細菌とは、病気を引き起こす可能性のある細菌のことです。^{[ 1 ]}この記事では、ヒトに病原性を示す細菌に焦点を当てています。ほとんどの細菌種は無害で、多くは有益ですが、中には感染症を引き起こすものもあります。ヒトにおけるこれらの病原性細菌種の数は、100種未満と推定されています。^{[ 2 ]}対照的に、数千種が腸内細菌叢の一部と考えられており、数百種が各ヒトの消化管に存在しています。^{[ 3 ]}

人体は常に多くの種類の細菌にさらされており、その中には皮膚や粘膜に生息する有益な共生細菌や、主に土壌や腐敗物に生息する腐生細菌などが含まれます。血液や組織液には、多くの細菌の増殖を維持するのに十分な栄養素が含まれています。人体には、微生物の組織への侵入に抵抗し、多くの微生物に対する自然免疫または先天的な抵抗力を与える防御機構が備わっています。

病原性細菌は、通常の身体防御機構を克服するための特別な適応とメカニズムを備えており、通常は細菌が存在しない血液などの身体部位に侵入することができます。病原体の中には、表面上皮、皮膚、粘膜のみに侵入するものもあれば、より深く組織に侵入し、リンパ系や血流を介して全身に広がるものも多くあります。まれに、病原性微生物が全く健康な人に感染することもありますが、感染は通常、身体の防御機構が局所的な外傷や、傷、中毒、寒冷、疲労、栄養失調などの基礎疾患によって損傷を受けた場合にのみ起こります。多くの場合、感染と定着を区別することが重要です。定着とは、細菌がほとんど、あるいは全く害を及ぼさない状態を指します。

結核は、マイコバクテリウム結核菌によって引き起こされる、疾病負担が最も高い疾患の1つであり、2019年には主にサハラ以南のアフリカで140万人が死亡しました。^{[ 5 ]}病原性細菌は、ブドウ球菌、連鎖球菌、緑膿菌などの細菌によって引き起こされる肺炎や、赤痢菌、カンピロバクター、サルモネラ菌などの細菌によって引き起こされる食中毒など、世界的に重要な他の疾患にも寄与しています。病原性細菌はまた、破傷風、腸チフス、ジフテリア、梅毒、ハンセン病などの感染症も引き起こします。

病原性細菌は、発展途上国における乳児死亡率の高さの原因でもある。^{[ 6 ]} GBDの研究では、(33)細菌性病原体による世界的な死亡率を推定し、そのような感染症が8人に1人の死亡（約770万人の死亡）に寄与していることがわかった。これは、2019年に世界で2番目に大きな死因となる可能性がある。^{[ 7 ] [ 4 ]}

ほとんどの病原性細菌は培養が可能であり、グラム染色などの方法で同定できる。このようにして培養された細菌は、感染症の治療に有効な抗生物質を特定するためにしばしば試験される。これまで知られていなかった病原体については、微生物と疾患との因果関係を確立するための基準として、コッホの原則が用いられる。

それぞれの菌種は特有の作用を持ち、感染した人に症状を引き起こします。病原性細菌に感染しても症状が出ない人もいます。免疫不全の人は病原性細菌に感染しやすいです。^{[ 8 ]}

病原性感受性

病原性細菌の中には、皮膚の切り傷からの侵入、性行為、免疫機能の低下など、特定の条件下で病気を引き起こすものがある。^{[ 9 ] [ 10 ]}

連鎖球菌やブドウ球菌の一部は、正常な皮膚常在菌叢の一部であり、通常は健康な皮膚や鼻咽頭領域に生息しています。しかし、これらの菌種は皮膚感染症を引き起こす可能性があります。連鎖球菌感染症には、敗血症、肺炎、髄膜炎などがあります。^{[ 11 ]}これらの感染症は重篤化し、全身性炎症反応を引き起こし、大規模な血管拡張、ショック、死に至る可能性があります。^{[ 12 ]}

他の細菌は日和見病原体であり、主に免疫抑制状態または嚢胞性線維症の人に病気を引き起こします。これらの日和見病原体の例としては、Pseudomonas aeruginosa、Burkholderia cenocepacia、Mycobacterium aviumなどがあります。^{[ 13 ] [ 14 ]}

病原菌が宿主組織を損傷したり、その機能を阻害したりすることで、病気の症状が現れます。細菌は、宿主細胞を直接的または間接的に損傷する可能性があります。例えば、宿主細胞を損傷する免疫反応を誘発したり^{[ 28 ]} 、毒素を放出したりします ^{[ 29 ]}。

直接

病原体が宿主細胞に付着すると、病原体は宿主細胞を栄養源として利用し、老廃物を生成するため、直接的な損傷を引き起こす可能性があります。^{[ 30 ]}例えば、歯垢の成分であるミュータンス連鎖球菌は、食事中の糖を代謝し、老廃物として酸を生成します。この酸は歯の表面を脱灰し、虫歯を引き起こします。^{[ 31 ]}

毒素生成

エンドトキシンは、グラム陰性細菌の細胞壁の外膜の一部であるリポ多糖の脂質部分です。エンドトキシンは細菌が溶解するときに放出されるため、抗生物質治療後、細菌が死滅してエンドトキシンを放出するため、最初は症状が悪化することがあります。エキソトキシンは、細菌が死んで細胞壁が壊れるときに周囲の培地に分泌または放出されます。^{[ 32 ]}

通常、同定は、最大48時間かかることもある広範囲の培養で微生物を培養することによって行われます。その後、培養された微生物は目視またはゲノム的に同定されます。培養された微生物は、種と株をさらに特定するのに役立つ反応を観察するために、さまざまなアッセイにかけられます。^{[ 34 ]}

細菌感染症は抗生物質で治療できます。抗生物質は、細菌を殺す場合は殺菌性、細菌の増殖を阻止するだけの場合は静菌性に分類されます。抗生物質には多くの種類があり、それぞれのクラスは、宿主とは異なる病原体のプロセスを阻害します。たとえば、抗生物質のクロラムフェニコールとテトラサイクリンは、細菌のリボソームを阻害しますが、構造的に異なる真核生物のリボソームは阻害しないため、選択毒性を示します。^{[ 35 ]}抗生物質は、人間の病気の治療と集約畜産における動物の成長促進の両方に使用されます。これらの使用はどちらも、細菌集団における抗生物質耐性の急速な発達に寄与している可能性があります。 ^{[ 36 ]}バクテリオファージを使用したファージ療法も、特定の細菌感染症の治療に使用できます。^{[ 37 ]}

注射器の針で皮膚を刺す前に皮膚を消毒するなどの消毒法や、留置カテーテルの適切な管理によって感染を防ぐことができます。外科用器具や歯科用器具も細菌感染を防ぐために滅菌されます。 ^{[ 38 ]}漂白剤などの消毒剤は、表面の細菌やその他の病原体を殺し、汚染を防ぎ、感染のリスクをさらに低減するために使用されます。^{[ 39 ]}食品中の細菌は、73 ℃（163 °F）以上の温度で調理することで死滅します。^{[ 40 ]}  

多くの属には病原性細菌種が含まれています。これらの細菌は、分類やグループ分けに役立つ特徴をしばしば備えています。以下はその一部です。

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  調査対象となった33の病原体に関する人口10万人当たりの年齢標準化死亡率、2019年^{[ 4 ]}
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  病原体および感染症候群別の世界の死亡者数（A）およびYLL（B）（2019年） ^{[ 4 ]}
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  病原体別、年齢別、性別グループ別の世界全体の死亡者数、2019年^{[ 4 ]}

これは、より一般的な属と種について、臨床的特徴と治療法とともに説明したものです。

臨床的特徴とともに表に記載されている 59 種のうち、11 種 (19%) は自然遺伝子形質転換能力があることが知られています。^{[ 91 ]}自然形質転換は、 DNAをある細胞から別の細胞へ 移すための細菌の適応です。このプロセスには、ドナー細胞からの外来 DNA の受容細胞への取り込みと、組換えによる受容細胞のゲノムへの組み込みが含まれます。形質転換は、受容細胞の DNA の損傷を修復するための適応であると考えられます。病原性細菌の間では、形質転換能力は生存と感染性を促進する適応として機能していると考えられます。^{[ 91 ]} 自然な遺伝子変換を実行できる病原性細菌（表に記載されているもの）は、Campylobacter jejuni、Enterococcus faecalis、Haemophilus influenzae、Helicobacter pylori、Klebsiella pneumoniae、Legionella pneumophila、Neisseria gonorrhoeae、Neisseria meningitidis、Staphylococcus aureus、Streptococcus pneumoniae、Vibrio cholerae である。

• ヒトマイクロバイオームプロジェクト
• 抗生物質のリスト
• 病原性ウイルス

• 細菌性病原体の発音（ニール・R・チェンバレン博士、ATスティル大学）
• PATRIC（NIAIDが資金提供するバイオインフォマティクスリソースセンター）には、病原性細菌のゲノムおよび関連情報が掲載されています。