肺炎球菌

肺炎球菌
脊髄液中の肺炎球菌。FA染色（デジタル着色）。
科学的分類
ドメイン：	細菌
門:	バシロタ
クラス：	バチルス
注文：	乳酸菌
家族：	連鎖球菌科
属:	連鎖球菌
種：	肺炎球菌
二名法名
肺炎球菌 （クライン 1884）チェスター 1901

肺炎球菌（ Streptococcus pneumoniae）は、グラム陽性球菌で、連鎖球菌属のα溶血性メンバー。 ^[1]肺炎球菌の細胞は通常、ペア（双球菌）で存在し、胞子を形成せず、運動性もありません。 ^[2]重要なヒト病原性細菌である肺炎球菌は、 19世紀後半に肺炎の主な原因として認識され、多くの体液性免疫研究の対象となっています。 ^[要出典]

肺炎球菌は健康な保菌者の中では無症状のまま存在し、通常は呼吸器、副鼻腔、鼻腔に定着します。しかし、高齢者や幼児など免疫力が弱い感受性の高い人の場合、細菌が病原性を発揮し、他の部位に広がって病気を引き起こす可能性があります。呼吸器からの飛沫を介して直接人から人へ接触することで広がるほか、上気道に細菌を保有している人が自己接種することで広がります。^[3]新生児感染症の原因となることもあります。^[4]

肺炎球菌は、小児および高齢者の市中肺炎および髄膜炎の主な原因であり^[5]、HIV感染者の敗血症の主な原因である。この細菌は、肺炎以外の多くの種類の肺炎球菌感染症も引き起こす。これらの侵襲性肺炎球菌性疾患には、気管支炎、鼻炎、急性副鼻腔炎、中耳炎、結膜炎、髄膜炎、敗血症、骨髄炎、化膿性関節炎、心内膜炎、腹膜炎、心膜炎、蜂窩織炎、脳膿瘍などがある^[6]。

肺炎球菌はオプトチン感受性であるため、オプトチン試験を用いて、同じくα溶血性の緑連鎖球菌と区別することができる。また、肺炎球菌は胆汁溶解性試験と呼ばれる、胆汁に対する感受性に基づいても区別することができる。莢膜を有するグラム陽性球菌は、グラム染色で特徴的な形態を示し、ランセット型の双球菌となる。この菌は、微生物の毒性因子として働く多糖類莢膜を有する。100 種類を超える血清型が知られており、これらの型は毒性、蔓延、薬剤耐性の程度が異なる。

莢膜多糖類（CPS）は、宿主免疫系に対する重要な防御機構として機能します。莢膜多糖類は、 S. pneumoniaeの莢膜株の最外層を構成し、通常は細胞壁のペプチドグリカンに付着しています。^[7]これは、細胞壁に共有結合で結合した繰り返しオリゴ糖単位からなる高分子ポリマー由来の粘性物質です。S . pneumoniaeのさまざまな株の毒性と侵襲性は、その血清型によって異なり、その血清型は化学組成と CPS の産生量によって決まります。S . pneumoniaeのさまざまな株間の変異は、病原性に大きく影響し、細菌の生存と侵襲性疾患を引き起こす可能性を決定します。^[8]さらに、CPS は顆粒球が細胞壁にアクセスするのを防ぐことで貪食を阻害します。^[9]

1881年に、肺炎の原因となることから1886年に肺炎球菌^{[10]として知られるようになったこの生物は、アメリカ陸軍の}医師 ジョージ・スターンバーグ^[11]とフランスの化学者ルイ・パスツール[12]によって同時に独立して初めて分離されました。^[12]

この細菌は、グラム染色した痰の特徴的な外観から、1920年から肺炎球菌と名付けられました^{[13] 。1974年に連鎖}球菌に非常に類似していたため、肺炎球菌と改名されました^{[10] [14]。}

肺炎球菌は遺伝物質がDNAで構成されていることを実証する上で中心的な役割を果たした。1928年、フレデリック・グリフィスは生きた肺炎球菌を加熱殺菌した毒性肺炎球菌とともにマウスに接種することで、無害な肺炎球菌が致死的な形態に変化する生命の変化を実証した。^[15] 1944年、オズワルド・エイブリー、コリン・マクロード、マクリン・マッカーティは、グリフィスの実験における変化因子は当時広く信じられていたタンパク質ではなくDNAであることを実証した。 ^{[16]エイブリーの研究は、}遺伝学の分子時代の幕開けとなった。^[17]

S. pneumoniaeのゲノムは閉じた環状DNA構造で、株によって200万から210万塩基対の範囲で構成されている。1553個の遺伝子からなるコアセットに加え、毒性に寄与する154個の遺伝子がビュロム内に、非侵襲性の表現型を維持する176個の遺伝子が含まれている。遺伝情報は株間で最大10%異なる可能性がある。^{[18]肺炎球菌ゲノムには、11種類の}ランチビオティックを含む、抗菌ペプチドの大規模で多様なレパートリーが含まれていることが知られている。^[19]

細菌の自然な形質転換では、周囲の培地を介して DNA が 1 つの細菌から別の細菌に移動します。形質転換はエネルギーを必要とする複雑な発生プロセスであり、多数の遺伝子の発現に依存しています。S. pneumoniaeでは、形質転換に少なくとも 23 個の遺伝子が必要です。細菌が外来 DNA を結合し、取り込み、染色体に組み換えるためには、細菌はコンピテンスと呼ばれる特別な生理学的状態に入らなければなりません。^[20] S. pneumoniae のコンピテンスは、マイトマイシン C、フルオロ キノロン系抗生物質(ノルフロキサシン、レボフロキサシン、モキシフロキサシン)、トポイソメラーゼ阻害剤などの DNA 損傷剤によって誘導されます。^[21]形質転換により、 S. pneumoniae はマイトマイシン C の殺菌効果から保護されます^{。 [22]} Michod et al. ^[23]は、 S. pneumoniaeにおけるコンピテンスの誘導は、酸化ストレスに対する抵抗性の増加およびDNA 損傷を除去するための組換え修復機構の主要構成要素である RecA タンパク質の発現増加と関連しているという証拠をまとめた。これらの知見に基づき、彼らは、形質転換は酸化 DNA 損傷を修復するための適応であると示唆した。S . pneumoniae感染は、多形核白血球（顆粒球）を刺激して、細菌にとって潜在的に致命的な酸化バーストを発生させる。この宿主防御によって引き起こされるゲノム内の酸化 DNA 損傷を修復するS. pneumoniaeの能力は、病原体の毒性に寄与している可能性が高い。この前提と一致して、Li ら^{[24]は、高度に形質転換可能なさまざまな}S. pneumoniae分離株の間で、鼻腔定着適応度と毒性（肺感染性）は、完全なコンピテンスシステムに依存すると報告した。

肺炎球菌は正常な上気道 細菌叢の一部です。多くの自然細菌叢と同様に、適切な条件下では、典型的には宿主の免疫系が抑制されているときに病原性を発揮します。ニューモリシンなどの侵入因子、抗貪食性カプセル、さまざまな接着因子、免疫原性細胞壁成分はすべて主要な毒性因子です。肺炎球菌が肺胞に定着すると、体は炎症反応を刺激して反応し、血漿、血液、白血球が肺胞を満たします。この状態は細菌性肺炎と呼ばれます。^[25]

S. pneumoniae は自発的に相変異を起こし、透明コロニー表現型と不透明コロニー表現型の間で変化します。透明表現型は莢膜が薄く、ホスホリルコリン (ChoP) とコリン結合タンパク質 A (CbpA) を大量に発現し、細菌が鼻咽頭に付着してコロニーを形成する能力に寄与しています。^[26]不透明表現型は莢膜が厚いことが特徴で、宿主による排除に対する抵抗性が高まります。^[26]莢膜と肺炎球菌表面タンパク質 A (PspA) を大量に発現し、細菌が血液中で生存するのに役立ちます。^[27]これら 2 つの表現型間の相変異により、S. pneumoniae はさまざまな人体システムで生存することができます。

肺炎は、肺炎球菌によって引き起こされる最も一般的な疾患であり、発熱、悪寒、咳、速い呼吸または呼吸困難、胸痛などの症状が特徴です。高齢者の場合、混乱、注意力の低下、および前述の症状が軽度に現れることがあります。^[要出典]

肺炎球菌性髄膜炎は、脳と脊髄を覆う組織の感染症です。症状には、首のこわばり、発熱、頭痛、混乱、羞明などがあります。^[要出典]

敗血症は感染に対する過剰な反応によって引き起こされ、組織の損傷、臓器不全、さらには死に至ります。症状には、混乱、息切れ、心拍数の上昇、痛みや不快感、過度の発汗、発熱、震え、寒気などがあります。^{[28] [29]}

S. pneumoniaeによる疾患の重要性から、侵襲性感染を予防するためのワクチンがいくつか開発されている。世界保健機関は、小児期の肺炎球菌ワクチンの定期接種を推奨しており、^{[30]英国、 [31]}米国、^[32]ギリシャ、^[33]南アフリカなど多くの国で小児期の予防接種スケジュールに組み込まれている。 ^[34]

現在、肺炎球菌に対しては、肺炎球菌多糖体ワクチン（PPV23）と肺炎球菌結合ワクチン（PCV13）の2種類のワクチンが利用可能である。PPV23は、CPSを利用して型特異的抗体の産生を刺激し、補体活性化、オプソニン化、貪食などのプロセスを開始して細菌感染と戦うことによって機能する。細菌表面に存在するCPSを標的とした体液性免疫応答を誘発する。^[35] PPSV23はT細胞非依存性免疫を提供し、その一時的な性質のため、最初のワクチン接種から5年後に再ワクチン接種が必要である。^{[36] PCV13は、小児および乳児に対する有効性が低いことが判明したときに開発された。PCV13はT細胞依存性応答を誘発し、} B細胞とT細胞の相互作用を促進することで持続的な免疫を提供し、免疫応答の強化と長期化につながる。^[36]

S. pneumoniae由来の成分は、バイオテクノロジーのさまざまな用途に利用されています。この細菌の表面分子を工学的に操作することで、ソルターゼ酵素^[37]またはSnoopTag/SnoopCatcher反応^{[38]を使用してタンパク質を不可逆的に結合させることができます。また、細胞の}糖化の分析に役立つさまざまなグリコシド加水分解酵素がS. pneumoniaeからクローン化されています。^[39]

歴史的に、インフルエンザ菌は 感染の重要な原因であり、インフルエンザ菌と肺炎球菌はどちらも人間の上気道に存在します。試験管内での競合研究では、肺炎球菌が過酸化水素でインフルエンザ菌を攻撃して 圧倒したことが明らかになりました 。^{[40]また、}肺炎球菌が過酸化水素を毒性因子として利用しているという証拠もあります。 ^{[41]しかし、}マウスの鼻腔に2週間以内に両方の細菌を加えた研究では、インフルエンザ菌のみが生き残りました。さらに分析したところ、死んだインフルエンザ菌にさらされた好中球（食細胞の一種）は、肺炎球菌をより積極的に攻撃することがわかりました。^[42]

診断は一般的に、臨床的な疑いと、体内のほぼあらゆる場所から採取したサンプルの培養陽性結果に基づいて行われます。S . pneumoniaeは一般的にオプトチン感受性ですが、オプトチン耐性も観察されています。^[43]

次世代シークエンシングと比較ゲノム科学の最近の進歩により、S. pneumoniaeの検出と同定のための堅牢で信頼性の高い分子手法の開発が可能になった。例えば、Xisco遺伝子は最近、 S. pneumoniaeのPCRベースの検出と近縁種との区別のためのバイオマーカーとして記載された。 ^[44]

アトロメンチンとロイコメロンは抗菌作用を持ち、肺炎球菌のエノイルアシルキャリアタンパク質還元酵素（ 脂肪酸の生合成に必須）を阻害する。^[45]

耐性肺炎球菌株は、ペニシリン耐性肺炎球菌（PRP ） ^[46]、ペニシリン耐性肺炎球菌（PRSP）[ 47 ] 、^{ペニシリン耐性} 肺炎球菌（SPPR）^[48]、または薬剤耐性肺炎球菌（DRSP）と呼ばれます。2015年には、米国で推定30,000件の症例があり、そのうち30％の株は1つ以上の抗生物質に耐性でした。^[49]

• 形質転換（遺伝学）
• 肺炎球菌啓発専門家会議
• 通性嫌気性生物

ウィキメディア・コモンズには、肺炎球菌に関連するメディアがあります。

• GAVI アライアンス 2014-08-20ウェイバックマシンにアーカイブ
• ニューモADIP
• PATH のワクチンリソースライブラリ 肺炎球菌リソース
• 米国疾病管理予防センター (2012)。「第 16 章: 肺炎球菌感染症」。Atkinson W、Wolfe S、Hamborsky J (編)。ワクチンで予防可能な疾患の疫学と予防 (第 12 版)。ワシントン DC: 公衆衛生財団。pp. 233–248。2017 年 3 月 10 日にオリジナルからアーカイブされました。
• BacDive - 細菌多様性メタデータベースにおける肺炎球菌の標準株 2020-04-20 にWayback Machineでアーカイブ