歴史
発見 1880年、スコットランドの外科医アレクサンダー・オグストンは 、手術中に膿瘍から採取した膿の中に細菌の塊があることに気づき、ブドウ球菌が 創傷感染症を引き起こすことを発見した。顕微鏡で観察した際に塊状に見えたことから、彼はそれをブドウ球菌と名付けた。その後、1884年にドイツの科学者 フリードリヒ・ユリウス・ローゼンバッハは、 黄色ブドウ球菌 を特定し、近縁の細菌である白ブドウ球菌 と区別した。1930年代初頭、医師たちは、細菌が産生する酵素を検出する凝固酵素 検査によって、黄色ブドウ 球菌感染症の存在を検出する、より簡便な検査法を使用し始めた。1940年代以前は、黄色ブドウ球菌 感染症はほとんどの患者にとって致命的であった。しかし、医師たちはペニシリンが黄色ブドウ球菌 感染症を治療できることを発見した。残念ながら、1940年代末までに、この細菌集団の間でペニシリン耐性 が広まり、耐性株の流行が発生し始めた。[ 10 ]
進化 黄色ブドウ球菌は 、10 の主要なヒト系統に分類できます。[ 11 ] 多数のマイナー系統もありますが、これらは集団内ではあまり見られません。同じ系統内の細菌のゲノムは、可動遺伝因子を除いてほとんど保存されています。 黄色ブドウ球菌 に共通する可動遺伝因子には、バクテリオファージ、病原性アイランド 、プラスミド 、トランスポゾン 、およびブドウ球菌カセット染色体が含まれます。これらの要素により、黄色ブドウ球菌は進化し、新しい特性を継続的に獲得してきました。 黄色ブドウ球菌 種内には、遺伝的変異が非常に多く存在します。Fitzgerald ら (2001) の研究では、黄色ブドウ球菌ゲノムの約 22% が非コード領域であり、細菌ごとに異なる可能性があることが明らかになりました。この違いの一例として、種の病原性が挙げられます。 黄色ブドウ球菌 の株のうち、ヒトの感染症に関連するものはごくわずかです。これは、種内に感染能力の大きな幅があることを示している。[ 12 ]
種内の著しい異質性の理由の一つとして、異質な感染への依存が考えられると提唱されている。これは、複数の異なるタイプの黄色ブドウ球菌が 宿主内で感染を引き起こす場合に起こる。株は異なる酵素を分泌したり、グループに異なる抗生物質耐性をもたらしたりすることで、病原性を高めることができる。[ 13 ] したがって、多数の変異と可動遺伝因子の獲得が必要となる。[ 14 ] [ 15 ]
S. aureus 種におけるもう 1 つの注目すべき進化プロセスは、ヒト宿主との共進化です。時間の経過とともに、この寄生関係により、細菌は症状や感染を引き起こすことなくヒトの 鼻咽頭 に保持される能力を獲得しました。これにより、ヒト集団全体に伝播し、種としての適応度を高めることができます。[ 16 ] しかし、ヒト集団の約 50% だけがS. aureus の保菌者であり、20% が継続的保菌者、30% が断続的保菌者です。このことから、科学者たちは、S. aureus がヒトで無症状で保持されるかどうかは、個人特有の要因を含む多くの要因によって決まると考えています。Hofman らによる 1995 年の研究では、これらの要因には、年齢、性別、糖尿病、喫煙などが含まれる可能性があります。彼らはまた、 S. aureus の定着の可能性を高めるヒトの遺伝的変異、特にコルチコステロイド 産生の増加をもたらすグルココルチコイド受容体 遺伝子の多型にも注目しました。結論として、この細菌のどの株も侵襲性になる可能性があるという証拠があり、これは人間の要因に大きく依存している。[ 17 ]
黄色ブドウ球菌は 繁殖速度と微小進化 速度が速いものの、種内での進化を阻む複数の障壁が存在する。そのような障壁の一つが、細菌内のグローバルな補助遺伝子調節因子で あるAGRである。この調節因子は細菌の病原性レベルと関連付けられており、この遺伝子の機能喪失変異は、 この遺伝子を持つ細菌の適応度を高めることがわかっている。したがって、黄色ブドウ球菌は 、種としての成功を高めるために、病原性の低下と引き換えに薬剤耐性を高めるというトレードオフを行わなければならない。進化に対するもう一つの障壁は、Sau1型I制限修飾 (RM)システムである。このシステムは、外来DNAを消化することで細菌を保護するために存在する。同じ系統間でのDNAの交換は、同じ酵素を持っているため、またRMシステムが新しいDNAを外来DNAとして認識しないため、阻害されないが、異なる系統間での伝達は阻害される。[ 13 ]
微生物学 黄色ブドウ球菌(S. aureus) のグラム染色像。通常、細胞は塊状に増殖する。細胞壁はクリスタルバイオレット 染色液を容易に吸収する。黄色ブドウ球菌 の主な特徴 aureus ( 18 ] [ 19 ] ギリシャ語 σταφυλόκοκκος ' ブドウ の房の実 ' 、ラテン語 aureus '黄金 ' ) は、通性 嫌気性グラム陽性球菌 (丸い)細菌で、「黄金のブドウ」や「oro staphira」としても知られています。S . aureusは運動性がなく、 胞子 を形成しません。[ 20 ] 医学文献では、この細菌はしばしばS. aureus 、Staph aureus 、またはStaph a. と呼ばれます。[ 21 ] S. aureus は 顕微鏡で見るとブドウ球菌 (ブドウの房状) に見え、血液寒天培地 で培養すると、溶血を 伴うことが多い、大きくて丸い黄金色のコロニーを形成します。[ 22 ] S. aureus は 二分裂 によって無性的に増殖します。 娘細胞 の完全な分離はS. aureus の オートリシン によって媒介され、オートリシンが存在しない場合、または標的阻害されると、娘細胞は付着したままで、房状になります。[ 23 ]
黄色ブドウ球菌は カタラーゼ陽性 (つまり、カタラーゼという酵素を産生できる)である。カタラーゼは過酸化水素( H₂ )を2 O2 ) 水と酸素への反応。カタラーゼ活性試験は、ブドウ球菌を腸球菌 や連鎖球菌 。以前は、S. aureus は コアグラーゼ試験 によって他のブドウ球菌と区別されていた。しかし、すべてのS. aureus 株がコアグラーゼ陽性であるわけではなく[ 22 ] [ 24 ] 、誤った菌種同定は効果的な治療や制御対策に影響を与える可能性がある。 [ 25 ]
自然遺伝子形質転換は 、介在培地を介してある細菌から別の細菌へDNAが伝達され、相同組換え によってドナー配列が受容ゲノムに組み込まれる生殖プロセスである。 黄色ブドウ球菌は 自然遺伝子形質転換能を有することがわかったが、実験条件下では低頻度であった。[ 26 ] さらなる研究では、自然遺伝子形質転換能の発達は、まだ発見されていない適切な条件下では大幅に高くなる可能性があることが示唆された。[ 27 ]
健康における役割 ヒトでは、黄色ブドウ球菌は 上気道、腸粘膜、皮膚に常在菌叢 の一員として存在しうる。[ 28 ] [ 29 ] [ 30 ] しかし、黄色ブドウ球菌は 特定の宿主および環境条件下で疾患を引き起こす可能性があるため、病原性共生菌 として特徴づけられる。[ 28 ]
米国では、MRSA感染症だけでも、医療システムに年間32億ドル以上の費用がかかると推定されています。[ 31 ] これらの感染症は、米国で毎年約2万人の死亡の原因となっており、HIV/AIDS、パーキンソン病、殺人による死亡者数を上回っています。[ 32 ] 米国では、毎年11万9000件以上の血流感染症が黄色ブドウ球菌(S. aureus )によるものとされています。[ 33 ] 黄色ブドウ球菌 感染症は、医療関連感染症(HAI)の中で最も費用のかかるものの1つであり、1症例あたり平均2万3000ドルから4万6000ドルの治療と病院資源の利用にかかっています。[ 34 ]
平均して、MRSA感染症の患者は入院期間が約6~11日間長くなり、入院医療費が増加する。[ 35 ] [ 36 ] 負担は直接的な医療費にとどまらない。賃金損失、生産性低下、長期障害などの間接的な費用は、全体的な経済的負担を大幅に増大させる可能性がある。菌血症、心内膜炎、骨髄炎などの重篤な黄色ブドウ球菌 感染症は、多くの場合、長期の回復とリハビリテーションを必要とし、患者の仕事復帰や日常生活動作に影響を及ぼす。[ 37 ]
病院は、黄色ブドウ球菌 、特に薬剤耐性株の蔓延を抑えるために、感染制御プロトコルにも多額の投資を行っています。これらの対策には、定期的なスクリーニング、隔離措置、個人用保護具の使用、抗菌薬適正使用プログラムなどがあり、これらが総合的に運営コストの上昇につながっています。これらの必要な予防措置により、病院のコストが数万ドル増加する可能性があります。[ 38 ]
疾患における役割 骨髄炎の骨の3D医療アニメーション静止画 この2005年の走査型電子顕微鏡 (SEM)画像は、メチシリン耐性黄色ブドウ 球菌(MRSA)の多数の塊を示している。 黄色ブドウ球菌(S. aureus)は 通常、人間の約30%に無症状で 定着する 共生細菌 として機能しますが、時には病気を引き起こすこともあります。 [ 3 ] 特に、黄色ブドウ球菌は 菌血症 や感染性心内膜炎 の最も一般的な原因の1つです。さらに、皮膚や粘膜のバリア が破られた場合、さまざまな皮膚 および軟部組織 感染症を引き起こす可能性があります。 [ 3 ]
黄色ブドウ球菌 感染症は、感染した傷口からの膿 との接触、感染者との皮膚接触、感染者が使用したタオル、シーツ、衣類、運動用具などの物との接触によって広がる可能性があります。 関節置換術を 受けた人は、化膿性関節炎 、ブドウ球菌性心内膜炎 (心臓弁の感染症)、肺炎 のリスクが特に高くなります。[ 39 ]
黄色ブドウ球菌は 医療用インプラント 上の慢性バイオフィルム感染症の重要な原因であり、毒素抑制因子は 感染経路の一部である。[ 40 ]
黄色ブドウ球菌は 、体内で何年も検出されずに潜伏することがあります。症状が現れると、宿主はさらに2週間感染力を持ち続け、病気全体は数週間続きます。しかし、治療しないと、この病気は致命的になる可能性があります。[ 41 ] 黄色ブドウ球菌 の深部感染は重篤になる可能性があります。[ 42 ]
耳鼻咽喉科感染症 通常は鼻咽頭内で無症状である黄色ブドウ球菌(S. aureus)は 、耳、鼻、喉の領域 で活性化して慢性炎症を引き起こすことがあります。S . aureus は、Horiguti(1975)によってヒトの鼻咽頭サンプルで最も一般的な病原体であり、炎症の兆候も示していたことが発見されました。[ 57 ] これは、通常アデノイドの除去が必要となる再発性扁桃炎の最も一般的な原因です。[ 58 ] 定着を維持するために、バイオフィルム と細胞内持続性を利用します。バイオフィルムは、慢性耳感染症患者のアデノイド粘膜サンプルでよく見られ、多くの場合S. aureusです 。[ 59 ]
医療用インプラント感染症 黄色ブドウ球菌は 、体内に埋め込まれた医療機器やヒト組織上に形成されるバイオフィルムによく見られます。また、他の病原体であるカンジダ・アルビカンス と共存し、多種混合バイオフィルムを形成することもよくあります。後者は黄色ブドウ球菌が ヒト組織に侵入するのを助けると考えられています。[ 9 ] 多種混合バイオフィルムは死亡率の上昇と関連しています。[ 60 ]
黄色ブドウ球菌 バイオフィルムは整形外科インプラント関連感染症の主な原因ですが、心臓インプラント、血管移植片 、さまざまなカテーテル 、美容外科インプラントにも見られます。[ 61 ] [ 62 ] インプラント後、これらのデバイスの表面は宿主タンパク質で覆われ、細菌の付着とバイオフィルム形成のための豊富な表面を提供します。デバイスが感染すると、黄色ブドウ球菌 バイオフィルムは抗生物質治療で破壊できないため、完全に除去する必要があります。[ 62 ]
S. aureus バイオフィルムを介した感染症の現在の治療法は、感染した医療機器を外科的に除去し、その後抗生物質治療を行うことです。従来の抗生物質治療だけでは、このような感染症を根絶するには効果がありません。 [ 61 ] 術後抗生物質治療の代替として、医療機器に埋め込まれる抗生物質を担持した溶解性硫酸カルシウムビーズを使用する方法があります。これらのビーズは、目的の部位で高濃度の抗生物質を放出し、初期感染を予防することができます。[ 62 ]
ナノ銀粒子、バクテリオファージ 、植物由来の抗生物質剤を用いた黄色ブドウ球菌 バイオフィルムの新規治療法が研究されている。これらの薬剤は、バイオフィルムに埋め込まれた黄色ブドウ球菌 に対して阻害効果を示している。[ 63 ] ある種の酵素は バイオフィルムマトリックスを分解する能力があることがわかっており、抗生物質と組み合わせてバイオフィルム分散剤として使用できる可能性がある。[ 64 ]
病原性因子
VII型分泌系 分泌システムは、細胞膜に埋め込まれた高度に特殊化された多タンパク質ユニットであり、エフェクタータンパク質を細胞内から細胞外空間または標的宿主細胞質へ輸送します。T7SSの正確な構造と機能はまだ完全には解明されていません。現在、黄色ブドウ球菌の VII型分泌システムの構成要素として4つのタンパク質が知られています。EssCは大きな膜貫通型ATPase であり、おそらく分泌システムの動力源であり、輸送チャネルの一部を形成すると仮説が立てられています。他のタンパク質はEsaA、EssB、およびEssCであり、これらはEssCとともに機能してタンパク質分泌を媒介する膜タンパク質です。基質が細胞表面に到達する正確なメカニズムは不明であり、3つの膜タンパク質同士およびEssCとの相互作用も不明です。[ 83 ]
T7依存性エフェクタータンパク質
EsaDは黄色ブドウ球菌( S. aureus) が分泌するDNAエンドヌクレアーゼ 毒素であり、試験管内で競合する 黄色ブドウ球菌 株の増殖を阻害することが示されている。[ 84 ] EsaDはシャペロン EsaEと共分泌され、EsaDの構造を安定化させ、EsaDをEssCに運んで分泌させる。[ 84 ] [ 83 ] EsaDを産生する株は、EsaDの毒性から産生株を保護する細胞質抗毒素であるEsaGも共産生する。[ 84 ]
TspAは、種内競争を媒介する別の毒素です。これは、C末端ドメイン によって促進される膜脱分極活性を持つ静菌性毒素です。Tsaiは、TspAの産生株と攻撃される株の両方に免疫を与える膜貫通タンパク質です。TspAのC末端ドメインには遺伝的変異があるため、株は競争力を高めるために異なるTspA変異体を産生する可能性があります。[ 85 ]
種内競争に関与する毒素は、弱い菌株との競争に打ち勝つことで、鼻咽頭や肺などの多菌種群集における定着を促進することにより有利な立場をもたらす。[ 85 ]
また、病原性に関与するT7エフェクタータンパク質も存在し、例えば黄色ブドウ球菌 の変異研究では、EsxBとEsxCがマウス膿瘍モデルにおける持続感染に寄与していることが示唆されている。[ 86 ]
EsxXは好中球 溶解に関与していることが示唆されており、そのため宿主免疫系からの回避に寄与していると考えられている。黄色ブドウ球菌 のessX を欠失させると、マウスの皮膚および血液感染モデルにおいて好中球に対する抵抗性が著しく低下し、病原性も低下した。[ 87 ]
総合的に見て、T7SSと既知の分泌エフェクタータンパク質は、競合する黄色ブドウ球菌 種に対する適応度を高めるとともに、自然免疫系を回避し持続感染を最適化することによって病原性を高める戦略である。[ 88 ] [ 89 ]
DNA修復 宿主の好中球は 活性酸素種 の産生によって黄色ブドウ球菌 の DNA二本鎖切断を 引き起こす。[ 100 ] 宿主への感染が成功するためには、黄色ブドウ球菌は宿主の防御機構によって引き起こされるこのような損傷を生き延びなければならない。 黄色ブドウ球菌 がコードする2つのタンパク質複合体RexABは、 DNA二本鎖切断の組換え修復 に用いられる。[ 100 ]
バイオフィルム バイオフィルム は、細菌などの微生物の集まりで、互いに付着して湿った表面上で増殖します。[ 103 ] S. aureusバイオフィルムは グリコカリックス 粘液層に埋め込まれており、テイコ酸 、宿主タンパク質、細胞外 DNA (eDNA)、場合によっては多糖類細胞間抗原 (PIA)から構成されます。S. aureus バイオフィルムは、抗生物質耐性や免疫系回避に寄与する可能性があるため、疾患の病原性において重要です。 [ 62 ] S. aureus バイオフィルムは、抗生物質治療や宿主の免疫応答に対して高い耐性を示します。[ 103 ] これを説明する仮説の 1 つは、バイオフィルム マトリックスが、抗生物質の浸透を防ぐバリアとして機能することで、埋め込まれた細胞を保護するというものです。しかし、バイオフィルム マトリックスは多くの水路で構成されているため、この仮説はますます可能性が低くなっていますが、バイオフィルム マトリックスには、抗生物質の浸透を防ぐことができる β-ラクタマーゼなどの抗生物質分解酵素が含まれている可能性があります。[ 104 ] もう一つの仮説は、バイオフィルムマトリックス内の条件が、抗生物質耐性が非常に高い休眠状態の細菌細胞であるパーシスター細胞の形成を促進するというものである。 [ 62 ] S. aureus バイオフィルムは、宿主の免疫応答に対しても高い耐性を示す。耐性の正確なメカニズムは不明であるが、S. aureus バイオフィルムは、宿主の免疫応答によって産生されるサイトカイン の存在下で増殖が増加する。 [ 105 ] 宿主抗体は、抗原 分布が不均一であるため、 S. aureus バイオフィルムに対しては効果が低い。抗原はバイオフィルムの一部の領域には存在するが、他の領域には全く存在しない場合がある。[ 62 ]
バイオフィルムの発達に関する研究では、遺伝子発現の変化が示されています。特定の遺伝子が、バイオフィルムのさまざまな成長段階で重要であることがわかりました。これらの遺伝子のうちの2つは、アミノ酸代謝に重要なオルニチンオキソ酸トランスアミナーゼ とグルタミン酸デヒドロゲナーゼ をコードするrocDとgudBです。研究によると、バイオフィルムの発達は、適切な代謝機能のためにアミノ酸であるグルタミン とグルタミン酸に依存しています。 [ 106 ]
古典的診断 喀痰検体から採取した、典型的なグラム陽性球菌の集塊(グラム染色)。 感染の種類に応じて、適切な検体を採取し、生化学的または酵素ベースの検査を使用して確定的な同定を行うために検査室に送ります。まず、グラム染色を 行い、典型的なグラム陽性 細菌である球菌が塊状に観察されることを確認します。次に、分離株をマンニトール食塩寒天培地で培養します。これは、7.5% NaCl を含む選択培地で、S . aureus が増殖し、 マンニトール 発酵とそれに続く培地のpH の低下の結果として黄色のコロニーを形成します。[ 118 ] [ 119 ]
さらに、種レベルでの鑑別には、カタラーゼ(すべての ブドウ球菌 種で陽性)、コアグラーゼ (フィブリン 凝塊形成、黄色ブドウ球菌 で陽性)、DNase (DNase寒天培地での透明帯)、リパーゼ (黄色と酸敗臭)、およびホスファターゼ (ピンク色)の試験がすべて行われます。ブドウ球菌性食中毒の場合、食品から回収されたブドウ球菌が感染源であったかどうかを判断するために、ファージタイピングを行うことができます。[ 120 ]
迅速な診断と型判定 診断微生物学検査室と参照検査室は、 黄色ブドウ球菌 のアウトブレイクと新株を特定する上で重要です。最近の遺伝子技術の進歩により、黄色ブドウ球菌 の臨床分離株をリアルタイムで同定および特性評価するための信頼性が高く迅速な技術が可能になりました。これらのツールは、細菌の拡散を制限し、適切な抗生物質の使用を確保するための感染制御戦略を支援します。定量PCRは 、感染症のアウトブレイクを特定するためにますます使用されています。[ 121 ] [ 122 ]
S. aureus の進化と、各改変抗生物質への適応能力を観察する際には、「バンドベース」または「配列ベース」と呼ばれる 2 つの基本的な方法が用いられます。[ 123 ] これらの 2 つの方法を念頭に置きながら、マルチローカスシーケンスタイピング (MLST)、パルスフィールドゲル電気泳動 (PFGE)、バクテリオファージタイピング 、spa ローカスタイピング、SCCmec タイピングなどの他の方法も、他の方法よりも頻繁に実施されます。[ 124 ] これらの方法により、MRSA 株の起源と現在の分布を特定することができます。[ 125 ]
MLSTでは、このタイピング技術は、aroE、glpF、gmk、pta、tip、 yqiLとして 知られるいくつかのハウスキーピング遺伝子の断片を使用します。これらの配列には番号が割り当てられ、アレルプロファイルとして機能する複数の番号の文字列が得られます。これは一般的な方法ですが、新しいアレルプロファイルを検出するマイクロアレイの維持が制限となり、コストと時間がかかる実験となります。[ 123 ]
PFGEは、1980年代に初めて成功して以来、現在でも広く使用されている方法であり、MRSA分離株の識別に役立っています。[ 125 ] この目的を達成するために、この技術は、複数のゲル電気泳動と電圧勾配を使用して、分子の明確な解像度を表示します。S . aureusの 断片はゲルを下って移動し、特定のバンドパターンを生成し、後で他の分離株と比較して、関連する株を識別します。[ 126 ] この方法の限界には、均一なバンドパターンの実際的な困難とPFGEの全体的な感度が含まれます。[ 126 ]
Spa遺伝子座タイピングも、黄色ブドウ球菌 の多型領域にある単一遺伝子座領域を使用して変異を識別する一般的な手法です。[ 125 ] この手法は多くの場合、安価で時間もかかりませんが、識別力が失われる可能性があり、MLSTクローン複合体を区別することが困難になるという重大な制限があります。[ 127 ]
処理 感受性株の場合、黄色ブドウ球菌 感染症の第一選択治療薬はペニシリン です。ペニシリンは、ペニシリウム 属の真菌から得られる抗生物質で、 細菌の細胞壁に剛性と強度を与える ペプチドグリカン 架橋の形成を阻害します。ペニシリンの4員環β-ラクタム環は、 DD- トランスペプチダーゼ という酵素に結合します。この酵素は、機能している場合、細菌の細胞壁を形成するペプチドグリカン鎖を架橋します。β-ラクタムがDD- トランスペプチダーゼに結合すると、酵素の機能が阻害され、架橋の形成を触媒できなくなります。その結果、細胞壁の形成と分解のバランスが崩れ、細胞死に至ります。しかし、ほとんどの国では、ペニシリン耐性が非常に一般的です(90%以上)。第一選択療法としては、局所的な耐性パターンに応じて、ペニシリナーゼ耐性β-ラクタム系抗生物質 (例えば、オキサシリン やフルクロキサシリン など、いずれもペニシリンと同じ作用機序を持つ)またはバンコマイシンが最も一般的である。ゲンタマイシンとの併用療法は、 心内膜炎 などの重篤な感染症の治療に用いられることがあるが[ 128 ] [ 129 ] 、腎臓への損傷リスクが高いため、その使用は議論の的となっている[ 130 ] 。治療期間は、感染部位と重症度によって異なる。リファンピシンは、歴史的に 黄色ブドウ球菌 菌血症の管理に用いられてきたが、ランダム化比較試験の結果、標準的な抗生物質療法に比べて全体的な利点は認められていない[ 131 ] 。
1943年にペニシリンが初めて導入された当時、黄色ブドウ球菌 の抗生物質耐性はまれでした。実際、インペリアル・カレッジ・ロンドン のアレクサンダー・フレミングが ペニシリウム 菌の抗菌活性を観察した最初のペトリ皿では、黄色ブドウ 球菌の培養が行われていました。1950年までに、病院で分離された黄色ブドウ球菌 の40%がペニシリン耐性となり、1960年までに80%に上昇しました。[ 132 ]
メチシリン耐性黄色ブドウ球菌 )のに耐性を持つようになった、非常に恐れられている黄色ブドウ球菌株の1つです。、 グリコペプチド 系抗生 物質で あるバンコマイシン がMRSA対策によく用いられます。[ 134 ] バンコマイシンはペプチドグリカンの合成を阻害しますが、β-ラクタム系抗生物質とは異なり、グリコペプチド系抗生物質は細胞壁のアミノ酸を標的として結合し、ペプチドグリカンの架橋結合の形成を阻害します。[ 135 ] MRSA株は病院などの施設でよく見られますが、市中感染でもますます蔓延しています。[ 136 ]
軽度の皮膚感染症は、 3種の抗生物質軟膏 で治療できます。[ 137 ] 処方される外用薬の1つは、Pseudomonas fluorescensによって自然に産生されるタンパク質合成阻害剤であるムピロシン で、S. aureusの鼻腔保菌の治療に成功しています。[ 62 ]
抗生物質耐性 乳牛の乳房炎 の原因菌の一つである黄色ブドウ球菌(S. aureus) の細菌細胞:その大きな莢膜は、牛の免疫防御機構による攻撃から菌体を保護している。黄色ブドウ球菌は 、2019年に抗菌薬耐性に関連する死亡原因として2番目に多かった病原体である。[ 138 ] [ 139 ]
ブドウ球菌のペニシリン耐性は、ペニシリナーゼ( β-ラクタマーゼ の一種)の産生によって媒介されます。ペニシリナーゼは、ペニシリン分子のβ-ラクタム 環を切断し、抗生物質を無効にする酵素です。 [ 140 ] メチシリン 、ナフシリン 、オキサシリン 、クロキサシリン 、ジクロキサシリン 、フルクロキサシリン などのペニシリナーゼ耐性β-ラクタム系抗生物質は、ブドウ球菌ペニシリナーゼによる分解に抵抗することができます。[ 141 ]
一般的に使用される抗生物質に対する感受性。 メチシリン耐性は、ブドウ球菌カセット染色体mec(SCC mec )の一部である mec オペロンを介して媒介されます。SCCmecは可動遺伝因子のファミリーであり、 黄色ブドウ球菌の 進化における主要な原動力となっています。[ 123 ] 耐性はmecA 遺伝子によって付与され、この遺伝子はβ-ラクタム(ペニシリン、セファロスポリン 、カルバペネム)への結合親和性が低い改変 ペニシリン結合タンパク質 (PBP2aまたはPBP2')をコードしています。これにより、すべてのβ-ラクタム系抗生物質に対する耐性が付与され、MRSA感染症における臨床使用が不可能になります。研究により、この可動遺伝因子は別々の遺伝子伝達イベントで異なる系統によって獲得されたことが示されており、異なるMRSA株の共通祖先は存在しないことが示唆されています。[ 142 ] ある研究では、MRSAは生存とバイオフィルム形成のために、毒素産生や侵襲性などの病原性を犠牲にしていることが示唆されている[ 143 ]
カナマイシン 、ゲンタマイシン 、ストレプトマイシン などのアミノグリコシド系 抗生物質は、かつてはブドウ球菌感染症に対して有効であったが、菌株がアミノグリコシドの作用を阻害するメカニズムを進化させた。このメカニズムは、細菌の30Sリボソームサブユニットの リボソームRNA とのプロトン化アミンおよび/またはヒドロキシル相互作用を介して起こる。[ 144 ] アミノグリコシド耐性メカニズムの主な3つのメカニズムが現在広く受け入れられている。アミノグリコシド修飾酵素、リボソーム変異、および細菌からの薬剤の能動的排出である。 [ 145 ] [ 146 ] [ 145 ]
アミノグリコシド修飾酵素は、アミノグリコシドを不活性化するために、アミノグリコシドのアミン基またはアルコール基(あるいは両方の基)にリン酸基、 ヌクレオチド基 、またはアセチル基を共有結合させる。これにより、抗生物質の電荷が変化したり、立体障害が生じたりして、リボソームへの結合親和性が低下する。黄色ブドウ 球菌(S. aureus) において、最もよく特徴づけられているアミノグリコシド修飾酵素は、アミノグリコシドアデニリルトランスフェラーゼ4'IA(ANT(4')IA )である。この酵素は 、X線結晶構造解析 によって解明されている。[ 147 ] この酵素は、カナマイシン やゲンタマイシンを含む多くのアミノグリコシドの4'ヒドロキシル基にアデニル 基を付加することができる。[ 148 ]
グリコペプチド耐性は通常、腸球菌の プラスミドに見られるTn1546トランスポゾンに由来するvanA 遺伝子の獲得によって媒介され、バンコマイシンが結合しない代替ペプチドグリカン を生成する酵素をコードしている。 [ 149 ]
今日、黄色ブドウ球菌は多くの一般的に使用されている抗生物質に対して 耐性を 持つようになっています。英国では、黄色ブドウ球菌 分離株のわずか2%がペニシリン感受性であり、世界的にも同様の状況です。β-ラクタマーゼ耐性ペニシリン(メチシリン、オキサシリン、クロキサシリン、フルクロキサシリン)は、ペニシリン耐性黄色ブドウ球菌の 治療のために開発され、現在でも第一選択薬として使用されています。メチシリンはこのクラスで最初に使用された抗生物質(1959年に導入)ですが、わずか2年後に、英国でメチシリン耐性黄色ブドウ球菌 (MRSA)の最初の症例が報告されました。[ 150 ]
それにもかかわらず、MRSAは一般的に、病院環境においてもまれな発見にとどまっていましたが、1990年代に病院におけるMRSAの蔓延が爆発的に増加し、現在では風土病と なっています。[ 151 ] 現在、メチシリン耐性黄色ブドウ球菌 (MRSA)は、皮膚および軟部組織感染症(SSTI)、肺炎、敗血症など、さまざまな感染症を引き起こすヒト病原体であるだけでなく、家畜関連MRSA(LA-MRSA)として知られる動物の病気も引き起こす可能性があります。[ 152 ]
病院および地域社会におけるMRSA感染症は、一般的にクリンダマイシン (リンコサミン)やコトリモキサゾール(トリメトプリム /スルファメトキサゾールとも呼ばれる)などの非β-ラクタム系抗生物質で治療されます。これらの抗生物質に対する耐性により、経口薬として入手可能な リネゾリド などの新しい広域スペクトル抗グラム陽性抗生物質の使用も進んでいます。MRSAによる重篤な侵襲性感染症の第一選択治療薬は、現在グリコペプチド系 抗生物質(バンコマイシンおよびテイコプラニン )です。これらの抗生物質には、静脈内投与が必要であること(経口製剤は入手できない)、毒性、血液検査による定期的な薬物濃度モニタリングが必要であることなど、いくつかの問題があります。また、グリコペプチド系抗生物質は感染組織への浸透性が低い(これは脳や髄膜 の感染症、および心内膜炎 で特に懸念されます)。グリコペプチドはメチシリン感受性黄色ブドウ球菌 (MSSA)の治療には使用してはならない。治療成績が劣るためである。 [ 153 ]
ダプトマイシンは 、主に黄色ブドウ球菌による感染症を含むグラム陽性細菌感染症の治療に使用される環状リポペプチド抗生物質です。2003年に初めて承認され、メチシリン耐性黄色ブドウ球菌(MRSA) やバンコマイシン耐性黄色ブドウ球菌(VRSA)などの耐性株に対して特に効果的です。ダプトマイシンは、他の抗生物質とは異なる独自の作用機序を持っています。膜内で凝集して開いたイオンチャネルを形成し、脱分極と細菌細胞死を引き起こします。ダプトマイシンは、黄色ブドウ球菌による複雑性皮膚および軟部組織感染症、血流感染症、および右心系感染性心内膜炎の治療薬としてFDAの承認を受けています。[ 154 ]
血清は 、リポペプチド系抗生物質ダプトマイシンおよび他のいくつかのクラスの抗生物質に対する高い耐性を引き起こします。血清誘導性ダプトマイシン耐性は、2つの独立したメカニズムによるものです。1つ目は、GraRS二成分系の活性化です。[ 155 ] この活性化は、宿主防御LL-37 によって引き起こされます。これにより、細菌はより多くのペプチドグリカンを生成して細胞壁を厚くすることができます。これが細菌の耐性につながります。2つ目は、膜中のカルジオリピン量の増加です。血清適応した細菌は、膜の組成を変化させることができます。この変化により、ダプトマイシンの細菌膜への結合が減少します。[ 156 ]
ペニシリンに対する高い耐性レベルと、MRSAがバンコマイシンに対する耐性を獲得する可能性があることから、米国疾病予防管理センターは バンコマイシンの適切な使用に関するガイドライン[ 157 ] を発表しています 。MRSA感染症の発生率が高いことがわかっている状況では、担当医は感染原因菌が判明するまでグリコペプチド系抗生物質を使用することを選択する場合があります。感染がメチシリン感受性黄色ブドウ球菌株によるものであることが確認された後は、 必要に応じて治療をフルクロキサシリンまたはペニシリンに変更することができます。[ 158 ]
バンコマイシン耐性黄色ブドウ球菌 (VRSA)は、グリコペプチド系抗生物質に耐性を持つようになった黄色ブドウ球菌 の株である。バンコマイシン中間耐性黄色ブドウ球菌 (VISA)の最初の症例は1996年に日本で報告されたが[ 159 ] 、グリコペプチド系抗生物質に真に耐性を持つ黄色ブドウ球菌 の最初の症例は2002年に報告された[ 160 ]。 2005年までに米国では3例のVRSA感染症が報告されている[ 161 ]。 黄色ブドウ球菌 の抗菌薬耐性は、少なくとも部分的には適応能力によって説明できる。複数の2成分シグナル伝達経路が、黄色ブドウ球菌が 抗菌ストレス下で生存するために必要な遺伝子を発現するのを助けている[ 162 ] 。
排出ポンプ MRSAが抗生物質耐性を回避するために獲得するさまざまなメカニズム(例えば、薬剤不活化、標的改変、透過性低下)の中には、排出ポンプ の過剰発現もある。排出ポンプは、細胞内で異物化合物を排出するために生理的に必要とされる膜結合タンパク質である。これらは6つのファミリーに分けられ、それぞれ構造、機能、エネルギー輸送が異なる。黄色ブドウ球菌 の主な排出ポンプは、MdeAポンプとNorAポンプを含むMFS(Major Facilitator Superfamily )と、MepAポンプが属するMATE(Multidrug and Toxin Extrusion)である。これらのファミリーは輸送に電気化学ポテンシャルとイオン濃度勾配を使用するが、ATP結合カセット(ABC)ファミリーはATPの加水分解からエネルギーを得る。[ 163 ]
これらのポンプは多剤耐性黄色ブドウ球菌(MDR S. aureus) によって過剰発現され、その結果、抗生物質が細胞外に過剰に排出され、その作用が無効になります。排出ポンプは、侵入不可能なバイオフィルムの形成にも大きく寄与しています。[ 164 ]
排出ポンプの活性を直接調節したり、その発現を減少させたりすることで、耐性表現型を改変し、既存の抗生物質の有効性を回復できる可能性がある。[ 165 ]
キャリッジ 米国人口の約33%が黄色ブドウ球菌 の保菌者であり、約2%がMRSAを 保菌している。[ 166 ] 医療従事者もMRSAに感染する可能性がある。[ 167 ]
黄色ブドウ球菌 の保菌は、院内感染 (院内感染とも呼ばれる)および市中感染型MRSAの重要な原因である。黄色ブドウ球菌は 宿主の皮膚に存在することもあるが、保菌の大部分は鼻腔の前鼻孔を介して行われ[ 2 ] 、さらに耳にも存在することがある[ 168 ] 。鼻腔が黄色ブドウ球菌 を保有できるの は、宿主の免疫が弱体化または欠陥があることと、細菌が宿主の自然免疫を回避する能力が組み合わさった結果である[ 169 ]。 鼻腔保菌は、ブドウ球菌感染症の発生にも関与している[ 170 ] 。
感染対策 環境汚染は直接感染に比べて比較的重要性が低いと考えられている。[ 171 ] したがって、基本的な手洗い 技術 を重視することは、感染予防に効果的である。スタッフが使い捨てのエプロンや手袋を使用することで皮膚接触が減り、感染リスクが さらに低下する。[ 172 ]
最近、アメリカ中の病院で黄色ブドウ球菌 の症例が多数報告されている。医療従事者の衛生管理が不十分な医療現場では、病原体の伝播が促進される。黄色ブドウ球菌 は非常に丈夫な細菌であり、ポリエステル上で3か月弱生存したという研究結果もある。[ 173 ] ポリエステルは病院のプライバシーカーテンに主に使われている素材である。
地域社会におけるMRSAの定着と伝播の重要な、そしてこれまで認識されていなかった手段は、性行為中である。[ 174 ]
黄色ブドウ球菌 は78 ℃で1分、64 ℃で10分で死滅するが、凍結 には耐性がある。[ 175 ] [ 176 ]
黄色ブドウ球菌 の特定の株は塩素消毒に耐性があると報告されている。[ 177 ] [ 178 ]
ムピロシン軟膏の使用は、黄色ブドウ球菌 の鼻腔保菌による感染率を低下させる可能性がある。 [ 179 ] 抗生物質または消毒薬を使用した黄色ブドウ球菌 の鼻腔除菌が手術部位感染率を低下させる可能性があるという証拠は限られている。[ 180 ]
研究 2024年現在、黄色ブドウ球菌 に対する承認済みワクチン は存在しない。Nabi社のStaphVaxおよびPentaStaph、 Intercell社 / Merck社の V710、VRi社のSA75など、いくつかのワクチン候補について初期臨床試験 が実施されている。[ 183 ]
これらのワクチン候補の中には免疫反応を示したものもあるが、黄色ブドウ球菌 による感染症を悪化させたものもある。現在までに、これらの候補のいずれも黄色ブドウ球菌 感染症を予防するものではない。Nabi社のStaphVaxの開発は、第III相試験が失敗したため2005年に中止された。[ 184 ] Intercell社の最初のV710ワクチン変異体は、黄色ブドウ球菌 感染症を発症した患者の間で死亡率と罹患率が高いことが観察されたため、第II/III相試験中に中止された。[ 185 ]
Nabi社の改良型黄色ブドウ球菌 ワクチン候補PentaStaphは2011年にGlaxoSmithKline Biologicals SAに売却された[ 186 ]。PentaStaph の現在の状況は不明である。WHOの 文書によると、PentaStaphは第III相臨床試験段階で失敗したとされている[ 187 ]。
2010年、グラクソ・スミスクラインは GSK2392103Aワクチンの評価のため、第1 相盲検試験 を開始した。 [ 188 ] 2016年現在、このワクチンはもはや積極的に開発されていない。[ 189 ]
ファイザー社の 黄色ブドウ球菌 4抗原ワクチンSA4Agは、2014年2月に米国食品医薬品局から ファストトラック指定を受けた。 [ 190 ] 2015年、ファイザー社はSA4Agワクチンに関する第2b相試験を開始した。[ 191 ] 2017年2月に発表された第1相試験の結果は、SA4Agの非常に強力で安全な免疫原性を示した。[ 192 ] このワクチンは2019年6月まで臨床試験が行われ、2020年9月に結果が発表されたが、手術後の血流感染症の有意な減少は示されなかった。[ 191 ]
2015年、ノバルティス の旧部門で現在はグラクソ・スミスクラインの一部であるノバルティス・ワクチン・アンド・ダイアグノスティクスは、4成分黄色ブドウ球菌 ワクチン4C-staphの有望な前臨床結果を発表した。[ 193 ]
ワクチン開発に加えて、MRSAを含む抗生物質耐性株に有効な代替治療法の開発に関する研究も行われている。代替治療法の例としては、ファージ療法 、抗菌ペプチド 、宿主指向療法 などがある。[ 194 ] [ 195 ]
標準株 研究や実験室での検査では、以下のような黄色ブドウ球菌 の標準株(「タイプ培養株」と呼ばれる)が数多く用いられている。
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外部リンク
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