Loading article…
ビブリオコレラは、グラム陰性、通性嫌気性、コンマ型の細菌の一種です。 [ 1 ]この細菌は、汽水域または海水域に自然に生息し、カニ、エビ、その他の貝類のキチン質の殻に容易に付着します。ビブリオコレラ菌の一部の株はヒトに病原性があり、加熱不十分または生の海洋生物の摂取や汚染された水の飲用によって、コレラと呼ばれる致命的な病気を引き起こします。 [ 2 ]
V. choleraeは、1849年にフェリックス＝アルキメデ・プーシェによって原生動物の一種として初めて記載されました。フィリッポ・パチーニがこれを細菌であると正しく同定し、彼の名にちなんで学名が付けられました。この細菌がコレラの原因菌であることは、1884年にロベルト・コッホによって発見されました。1959年には、サンブ・ナス・デがコレラ毒素を単離し、この毒素がコレラの原因であることを証明しました。
この細菌は、一方の極に鞭毛（尾のような構造）を持ち、細胞表面全体に複数の線毛を持っています。呼吸代謝と発酵代謝を行います。O1 [ 3 ]と O139 [ 4 ]と呼ばれる2 つの血清群がコレラの発生原因です。感染は主に汚染された水を飲んだり、感染者の糞便で汚染された食品を摂取したりすることによって起こるため、衛生状態と関連しています。摂取されると、腸粘膜に侵入し、摂取後数時間から 2〜3 日以内に宿主に下痢や嘔吐を引き起こす可能性があります。重症例では、リンゲル乳酸液と経口補水液にフルオロキノロンやテトラサイクリンなどの抗生物質を併用するのが一般的な治療法です。
V. cholerae は2 つの環状染色体を持っています。一方の染色体は、大量の水様性下痢（「米のとぎ汁便」として知られる）を引き起こすタンパク質であるコレラ毒素(CT)を産生します。 [ 5 ]しかし、DNA は毒素を直接コードしていません。コレラ毒素の遺伝子は、温和性バクテリオファージ(ウイルス) であるCTXphi (CTXφ)によって運ばれます。ウイルスは、細菌の DNA に挿入されたときにのみ毒素を産生します。V . choleraeのクオラムセンシングはよく研究されており[ 6 ] 、トリプトファンなどの栄養素の細菌の摂取を制限することによって宿主の免疫シグナルを活性化し、宿主の生存を延長します。トリプトファンはさらにセロトニンに変換されます。[ 7 ]このように、クオラムセンシングは宿主と病原性細菌間の共生関係を可能にします。 [ 7 ]
第三次世界的コレラ大流行（1846～1860年）の間、この病気の病因を理解するために広範な科学的研究が行われた。[ 8 ]汚染された空気を介して感染が広がるとする瘴気説は、もはや満足のいく説明ではなかった。イギリスの医師ジョン・スノーは、 1854年にロンドンで、コレラは飲料水から広がるものであり、瘴気ではなく伝染病であるという説得力のある証拠を初めて提示した。しかし、彼は病原体を特定できなかったため、ほとんどの人は依然として瘴気起源説を信じていた。[ 9 ]
V. choleraeは、フランスの動物学者フェリックス＝アルキメデ・プーシェによって初めて顕微鏡下で観察され、認識された。1849年、プーシェはコレラ患者4人の便サンプルを検査した。[ 10 ] 4月23日にフランス科学アカデミーで行われた彼の発表は次のように記録されている。「プーシェは、これらの[コレラ患者]の排泄物中に膨大な量の微細なインフゾリアが存在することを確認できた。」パリ医学報（1849年、327ページ）に要約されているように、1849年4月23日のパリ科学アカデミーの会合で読み上げられた手紙の中で、プーシェは、これらの生物は当時微小な原生生物に使われていた名称であるインフゾリアであると発表し、デンマークの博物学者オットー・フリードリヒ・ミュラーが1786年に記載した原生動物の一種である「ミュラーとシュランクのビブリオ・ルグラ」と名付けた。 [ 11 ]
イタリアの医師フィリッポ・パチーニは、1854年末にフィレンツェで発生したコレラの流行を調査する中で、原因となる病原体が新しいタイプの細菌であることを特定した。彼は遺体の解剖を行い、組織や体液を綿密に顕微鏡で検査した。糞便や腸粘膜から、彼は多くのコンマ状の桿菌を特定した。[ 12 ] [ 13 ] 12月10日にフィレンツェ医師会でこの発見を報告し、12月12日号のイタリア医学誌に掲載されたパチーニは、次のように述べている。
コレラの感染を防ぐために、次の瞬間に必要なアイテムを見つけてください... 小さな粒状のアプリアナティを見つけて、非常に優れたものを見つけて、コロッテを見つけて、そのような状況を観察してください。細菌を徹底的に除去し、大量の細菌を検査し、ピッコレッツァの検査を行って、液体の除去を行う必要があります。 [2 番目と 3 番目のコレラの症例で私が検査することができた数少ない嘔吐物のサンプルから...さらに、ビブリオ菌が発生しかけているときに汚れた水の表面に形成されるものに似た、滑らかな粒状の塊を見つけました。実際、その中にはバクテリウム属の細菌がいくつか見つかったが、大部分は極めて小さいため、液体の除去とともに除去されていた。[ 14 ]
パチーニはこうしてビブリオニ（ラテン語のvībroは「素早く前後に動く、揺らす、かき混ぜる」という意味）という名前を導入した。カタルーニャの医師ジョアキン・バルセルス・イ・パスクアルもほぼ同時期に同様の細菌を報告している。[ 15 ] [ 16 ]この新種の細菌の発見は、コレラに直接結び付けられなかったため、医学的に重要とはみなされなかった。パチーニはまた、純粋培養を作成して実験を行うことができなかったため、この細菌が病気を引き起こすとは言い切れないと述べており、これは「コレラに伝染性の性質を帰属させる」ために必要なことであった。[ 9 ]ミアズマ説はまだ排除されていなかった。[ 17 ]
この細菌とコレラ病との医学的重要性および関連性は、ドイツの医師ロベルト・コッホによって発見された。1883年8月、コッホはドイツ人医師団とともにエジプトのアレクサンドリアへ行き、そこで流行していたコレラを調査した。[ 18 ]コッホは、コレラで死亡した人の腸粘膜には必ずこの細菌が存在することを発見したが、それが病原体であるかどうかは確認できなかった。彼は流行がより深刻だったインドのカルカッタ（現在のコルカタ）へ移動した。1884年1月7日、彼はここでこの細菌を純粋培養で分離した。その後、彼はこの細菌が新種であることを確認し、「コンマのように少し曲がっている」と表現した。[ 9 ]彼は2月2日にドイツ内務大臣にこの発見を報告し、それはドイツ医学週刊誌に掲載された。[ 19 ]
コッホは、その細菌がコレラ病原体であると確信していたものの、その細菌が健康な被験者に症状を引き起こすという決定的な証拠を完全に得ることはできなかった（これは後にコッホの原則として知られるようになった重要な要素である）。彼が純粋な細菌培養物を用いて行った動物実験では、どの被験者にも病気は現れず、彼は動物がヒトの病原体に対して免疫を持っていると正しく推論した。その細菌は当時「コンマ桿菌」として知られていた。[ 20 ] 1959年にカルカッタで、インドの医師サンブ・ナス・デがコレラ毒素を分離し、それが健康な被験者にコレラを引き起こすことを示したことで、細菌とコレラの関係が完全に証明された。[ 21 ] [ 22 ]
Pacini had used the name "vibrio cholera", without proper binomial rendering, for the name of the bacterium.[23] Following Koch's description, a scientific name Bacillus comma was popularised. But an Italian bacteriologist Vittore Trevisan published in 1884 that Koch's bacterium was the same as that of Pacini's and introduced the name Bacillus cholerae.[24] A German physician Richard Friedrich Johannes Pfeiffer renamed it as Vibrio cholerae in 1896.[10] The name was adopted by the Committee of the Society of American Bacteriologists on Characterization and Classification of Bacterial Types in 1920.[25] In 1964, Rudolph Hugh of the George Washington University School of Medicine proposed to use the genus Vibrio with the type species V. cholerae (Pacini 1854) as a permanent name of the bacterium, regardless of the same name for protozoa.[26] It was accepted by the Judicial Commission of the International Committee on Bacteriological Nomenclature in 1965,[27] and the International Association of Microbiological Societies in 1966.[28]
V. cholerae is a highly motile, comma shaped, gram-negative rod. The active movement of V. cholerae inspired the genus name because "vibrio" in Latin means "to quiver".[29] Except for V. cholerae and V. mimicus, all other vibrio species are halophilic. Initial isolates are slightly curved, whereas they can appear as straight rods upon laboratory culturing. The bacterium has a flagellum at one cell pole as well as pili. It tolerates alkaline media that kill most intestinal commensals, but they are sensitive to acid. It is an aerobe while all other Vibrios are facultative anaerobes, and can undergo respiratory and fermentative metabolism.[1] It measures 0.3 μm in diameter and 1.3 μm in length[30] with average swimming velocity of around 75.4 μm/sec.[31]
V. cholerae の病原性遺伝子は、細菌の病原性に直接的または間接的に関与するタンパク質をコードしています。宿主の腸内環境に適応し、胆汁酸や抗菌ペプチドによる攻撃を回避するために、V. cholerae は外膜小胞(OMV)を使用します。細菌は侵入時に、宿主の攻撃に対して脆弱になるすべての膜修飾を含む OMV を放出します。[ 32 ]
感染中、V. cholerae は、大量の水様性下痢（「米のとぎ汁便」として知られる）を引き起こすタンパク質であるコレラ毒素（CT）を分泌します。 [ 33 ] [ 5 ]このコレラ毒素は、腸管上皮細胞への付着に関与する 5 つの B サブユニットと、毒素活性に関与する 1 つの A サブユニットから構成されています。小腸への定着には、細菌細胞表面にある細くて柔軟な糸状の付属物である毒素共調節線毛（TCP）も必要です。CT と TCP の両方の発現は、通常、膜結合ヒスチジンキナーゼと細胞内応答要素からなる2 成分系（TCS）によって制御されています。 [ 34 ] TCS は、細菌が変化する環境に対応できるようにします。[ 34 ] V. choleraeでは、定着、バイオフィルム産生、および病原性に重要な TCS がいくつか特定されています。[ 34 ]クオラム制御小RNA（Qrr RNA ）は、 V. cholerae TCSの標的として同定されている。 [ 34 ] [ 35 ] [ 36 ]ここで、小RNA（sRNA）分子はmRNAに結合して翻訳を阻害するか、病原性または定着遺伝子の発現阻害因子の分解を誘導する。[ 34 ] [ 35 ] V. choleraeでは、TCS EnvZ/OmpRは、浸透圧とpHの変化に応じてsRNA coaRを介して遺伝子発現を変化させる。coaRの重要な標的はtcpIであり、これはTCPコード遺伝子（ tcpA）の主要サブユニットの発現を負に制御する。tcpIがcoaRに結合すると、 tcpAの発現を抑制できなくなり、定着能力が増加する。[ 34 ] coaRの発現は、腸管腔の通常の pH である pH 6.5 で EnvZ/OmpR によって上方制御されますが、より高い pH 値では低くなります。[ 34 ]腸管腔内のV. cholerae は 、TCP を利用して腸粘膜に付着しますが、粘膜に侵入することはありません。[ 34 ]そうすると、コレラ菌はコレラ毒素を分泌し、症状を引き起こします。この毒素はアデニル酸シクラーゼに結合して環状AMP（cAMP）を増加させ、GS経路を活性化します。これにより、腸管腔への水分とナトリウムの流出が起こり、水様便や米のとぎ汁のような便が生じます。
V. cholerae は、無症状から重症コレラまで、さまざまな症候群を引き起こす可能性があります。[ 37 ]流行地域では、症例の 75% が無症状、20% が軽度から中等度、2〜5% が重症コレラなどの重症型です。[ 37 ]症状には、突然の発症の水様性下痢(灰色で濁った液体)、時折の嘔吐、腹部痙攣などがあります。[ 1 ] [ 37 ]脱水症状が起こり、喉の渇き、粘膜の乾燥、皮膚の弾力性の低下、眼球陥没、低血圧、橈骨動脈の脈拍の弱化または消失、頻脈、頻呼吸、嗄声、乏尿、痙攣、腎不全、発作、眠気、昏睡、死亡などの症状や徴候が現れます。[ 1 ]治療を受けない子供の場合、脱水による死亡は数時間から数日で起こる可能性があります。この病気は、早産や胎児死亡を引き起こす可能性があるため、妊娠後期の妊婦とその胎児にとっても特に危険です。[ 37 ] [ 38 ] [ 39 ]米国疾病対策センター (CDC) がハイチで行った調査では、この病気にかかった妊婦900人のうち16%が胎児死亡しました。これらの死亡のリスク要因には、妊娠後期、母親の年齢が若いこと、重度の脱水、嘔吐などがあります。 [ 40 ]脱水は、コレラの発生率が高い国で妊婦にとって最大の健康リスクとなります。重度の脱水を伴う重症コレラの場合、患者の最大60%が死亡する可能性がありますが、水分補給療法で治療された症例の死亡率は1%未満です。この病気は通常4〜6日間続きます。[ 37 ] [ 41 ]世界的に、コレラや他の多くの病原体によって引き起こされる下痢性疾患は、5歳未満の子供の死因の第2位であり、毎年少なくとも12万人がコレラによって死亡していると推定されています。 [ 42 ] [ 43 ] 2002年、WHOはコレラの致死率を約3.95%と判断しました。[ 37 ]
コレラ菌は腸に感染し、コレラの典型的な症状である下痢を引き起こします。感染は、汚染された食品を食べたり、汚染された水を飲んだりすることで広がります。[ 33 ]また、汚染された人間の糞便との皮膚接触によっても広がる可能性があります。すべての感染が症状を引き起こすわけではなく、下痢を発症するのは約10人に1人だけです。主な症状には、水様性下痢、嘔吐、頻脈、皮膚の弾力性の低下、低血圧、脱水症状、筋肉のけいれんなどがあります。[ 33 ]この病気は、腎不全や昏睡状態に進行する可能性があるため、重篤になる可能性があります。診断された場合は、薬物療法で治療できます。[ 33 ]
V. cholerae は風土病または流行病として発生します。過去 3 年間この病気が発生し、確認された症例が地域内 (国内の範囲内) である国では、感染は「風土病」とみなされます。[ 44 ]あるいは、病気の発生が特定の時間または場所における通常の発生を超えた場合に、アウトブレイクが宣言されます。[ 45 ]流行は数日間または数年にわたって続くことがあります。さらに、流行が発生している国は風土病である場合もあります。[ 45 ]気候変動により、コレラのアウトブレイクは発生、分布、強度が増加しています。[ 46 ] : 1107 [ 47 ] [ 48 ]
最も長く続いたコレラ菌の流行はイエメンで記録された。イエメンでは2回の流行があり、1回目は2016年9月から2017年4月にかけて発生し、2回目は2017年4月に始まり、最近では2019年に終息したと考えられている。 [ 49 ]イエメンでの流行により2,500人以上が死亡し、100万人以上のイエメン国民が影響を受けた。[ 49 ]アフリカ、アメリカ大陸、ハイチでもさらに多くの流行が発生している。
コレラが流行している地域を訪れる際は、以下の予防措置を講じる必要があります。ボトル入りの水を飲んだり使用したりすること。石鹸と安全な水で頻繁に手を洗うこと。トイレが利用できない場合は、化学トイレを使用するか、糞便を埋めること。水域で排泄しないこと。食べ物を十分に加熱調理すること。適切な安全な水を供給することが重要です。[ 50 ]予防措置として、適切な消毒を行うことが挙げられます。[ 51 ]石鹸と水が利用できない地域では、手指衛生が不可欠です。手を洗うための衛生設備がない場合は、灰や砂で手をこすり洗いし、きれいな水で洗い流してください。[ 52 ]コレラが流行している地域へ旅行する人向けに、1回接種のワクチンが用意されています。
コレラ菌の蔓延を防ぐためのワクチンが利用可能です。このワクチンは「経口コレラワクチン」（OCV）として知られています。予防に利用できるOCVには、Dukoral®、Shanchol™、Euvichol-Plus®の3種類があります。これら3種類のOCVはすべて、完全に効果を発揮するために2回の接種が必要です。風土病または流行状態にある国は、コレラのリスク、コレラの重症度、WASHの状態と改善能力、医療の状態と改善能力、OCVキャンペーンを実施する能力、M&E活動を実施する能力、国および地方レベルでのコミットメントなど、いくつかの基準に基づいてワクチンを受け取る資格があります[ 53 ]。 2018年5月までにOCVプログラムが開始されて以来、上記の基準を満たす国に2500万回以上のワクチンが配布されました。[ 53 ]
コレラの基本的な全体的な治療は、失われた体液を補充するための水分補給です。軽度の脱水症の場合は、経口補水液（ORS）を経口投与することで治療できます。[ 51 ]重度の脱水症で適切な量のORSを摂取できない場合は、一般的に静脈内輸液療法が行われます。場合によっては、フルオロキノロン系やテトラサイクリン系などの抗生物質が使用されます。[ 51 ]
V. cholerae（および一般的にビブリオ科） [ 54 ]は2つの環状染色体を持ち、合計で400万塩基対のDNA配列と3,885個の予測遺伝子を持つ。[ 55 ] コレラ毒素の遺伝子は、V. choleraeゲノムに挿入された温和性バクテリオファージであるCTXphi（CTXφ）によって運ばれる。CTXφは、水平遺伝子伝達の一形態として、あるV. cholerae株から別の株へコレラ毒素遺伝子を伝達することができる。毒素共調節ピルスの遺伝子は、プロファージとは別のビブリオ病原性島（VPI）によってコードされている。[ 1 ]
より大きな第一染色体は3 Mbpの長さで、2,770個のオープンリーディングフレーム（ORF）を持つ。毒性、毒性の調節、転写や翻訳などの重要な細胞機能に不可欠な遺伝子が含まれている。[ 1 ]
2番目の染色体は1 Mbpの長さで、1115個のORFを持つ。ゲノムには代謝、熱ショックタンパク質、細菌間の進化関係を追跡するために使用されるリボソームサブユニット遺伝子である16S rRNA遺伝子などの必須遺伝子やハウスキーピング遺伝子が含まれているため、プラスミドやメガプラスミドとは異なると判断される。レプリコンが染色体であるかどうかを判断する上で重要なのは、それがゲノムのかなりの割合を占めているかどうかであり、2番目の染色体はゲノム全体の40%を占めている。また、プラスミドとは異なり、染色体は自己伝達しない。[ 37 ]しかし、2番目の染色体には、通常プラスミドに見られるいくつかの遺伝子[ 1 ] 、例えばP1プラスチド様複製起点[ 54 ]が含まれているため、かつてはメガプラスミドであった可能性がある。
CTXφ（CTXphiとも呼ばれる）は、コレラ毒素の遺伝子を含む糸状ファージである。感染性CTXφ粒子は、V. choleraeがヒトに感染したときに産生される。ファージ粒子は、溶菌を伴わずに細菌細胞から分泌される。CTXφがV. cholerae細胞に感染すると、いずれかの染色体の特定の部位に組み込まれる。これらの部位には、組み込まれたCTXφプロファージのタンデムアレイが含まれていることが多い。コレラ毒素をコードするctxAおよびctxB遺伝子に加えて、CTXφは、ファージの複製、パッケージング、分泌、組み込み、および制御に関与する8つの遺伝子を含む。CTXφゲノムは6.9 kbの長さである。[ 56 ]
システム生物学の進歩により、コレラ菌（V. cholerae ）の生物学および病原性を研究するための計算モデリング手法が導入されました。研究者は、ゲノムスケール代謝モデル（GEM）を用いて、注釈付きゲノム配列に基づいて細菌の完全な生化学ネットワークを数学的にマッピングします。これらのモデルは通常、COBRA（COnstraint-Based Reconstruction and Analysis）ツールボックスなどのソフトウェアを使用して解析されます。このツールボックスは、フラックスバランス解析（FBA）を用いて、定義されたインシリコ環境下での細胞表現型、増殖速度、および代謝フラックスを予測します。
V. choleraeの研究において、これらの計算ツールは病原性の代謝負荷を研究するために用いられます。V . choleraeのネットワークと他の細菌の代謝再構築を組み合わせることで、研究者はヒト腸内マイクロバイオームという複雑な生態系における競合、栄養素の相互供給、および資源配分を計算によってシミュレートすることができます。さらに、全ゲノム代謝モデルの開発により、異なるV. choleraeの血清群や生物型を比較することが可能になり、流行株と非病原性の環境株を区別する進化的な分岐と代謝の多様性についての理解を深めるのに役立ちます。
V. choleraeの主な宿主は、河川、汽水域、河口などの水生資源であり、多くの場合、カイアシ類やその他の動物プランクトン、貝類、水生植物と関連している。 [ 57 ]
コレラ感染は、 V. cholerae が自然に存在する飲料水、または感染者の糞便から持ち込まれた飲料水から最も一般的に感染します。コレラは、不十分な水処理、劣悪な衛生状態、不十分な衛生習慣のある場所で発見され、広がる可能性が最も高くなります。その他の一般的な感染経路には、生または加熱不十分な魚介類があります。人から人への感染は非常にまれであり、感染者との偶発的な接触は病気になるリスクではありません。[ 58 ] V. cholerae は水環境、特に地表水で繁殖します。人間と病原性株との主なつながりは水であり、特に水浄化システムが不十分な経済的に恵まれない地域ではそうです。[ 43 ]
非病原性株も水生生態系に存在します。水生環境に共存する病原性株と非病原性株の多様性が、非常に多くの遺伝的多様性を可能にしていると考えられています。遺伝子伝達は細菌間でかなり一般的であり、異なるV. cholerae遺伝子の組み換えによって新たな毒性株が生じる可能性があります。[ 59 ]
V. choleraeとRuminococcus obeumの間には共生関係が存在することが明らかになった。R . obeum のオートインデューサーは、V. cholerae のいくつかの病原性因子の発現を抑制する。この抑制機構は他の腸内細菌種にも存在する可能性が高く、 V. choleraeや他の腸管病原菌の定着を制限するためにオートインデューサーや他の機構を利用している可能性のある特定のコミュニティのメンバーの腸内細菌叢を調査する道が開かれる。オートインデューサーは、特にV. cholerae の場合、細胞外クオラムセンシング分子に応答してバイオフィルムを形成し、病原性を制御することができる。
コレラの発生により、世界中で年間推定12万人が死亡している。最初のパンデミックである1817年以降、およそ7回のパンデミックが発生している。これらのパンデミックは最初にインド亜大陸で発生し、広がった。[ 43 ]
コレラ菌（V. cholerae）には、O1型とO139型の2つの血清型があり、これらがコレラの流行を引き起こします。O1型は流行の大部分の原因となりますが、1992年にバングラデシュで初めて確認されたO139型は東南アジアに限定されています。コレラ毒素遺伝子の有無にかかわらず（O1型とO139型の非毒素産生株を含む）、他の多くのコレラ菌血清型もコレラ様疾患を引き起こす可能性があります。しかし、広範囲にわたる流行を引き起こしたのは、O1型とO139型の毒素産生株のみです。
V. cholerae O1 には、古典型とエル トール型の 2 つの生物型があり、それぞれの生物型には、稲葉型と小川型の 2 つの血清型があります。感染の症状は区別できませんが、エル トール型の生物型に感染した人の多くは無症状か、軽症にとどまります。近年、V. cholerae O1 の古典型生物型による感染はまれになり、バングラデシュとインドの一部に限られています。[ 60 ]最近、アジアとアフリカのいくつかの地域で新しい変異株が検出されました。観察によると、これらの株はより重篤なコレラを引き起こし、致死率が高くなっています。
V. cholerae は、水生生息地に豊富に存在する生体高分子であるキチン(例えば甲殻類の外骨格)上で培養すると、自然遺伝子形質転換能を獲得するように誘導される。 [ 61 ] 自然遺伝子形質転換は、介在培地を介して細菌細胞から別の細菌細胞へ DNA が伝達され、相同組換えによってドナー配列が受容体ゲノムに組み込まれる有性生殖プロセスである。V . choleraeの形質転換能は、栄養制限、成長速度の低下、またはストレスを伴う細胞密度の増加によって刺激される。[ 61 ] V. cholerae の取り込み機構には、コンピテンス誘導ピルスと、DNA を細胞質に巻き取るラチェットとして機能する保存された DNA 結合タンパク質が含まれる。[ 62 ] [ 63 ]遺伝子形質転換には、有性仮説とコンピテンス細菌の 2 つのモデルがある。[ 64 ]
{{cite journal}}: CS1 maint: 複数の名前: 著者リスト (リンク)