コレラ菌

コレラ菌
科学的分類
ドメイン：	細菌
門:	シュードモナドタ
クラス：	ガンマプロテオバクテリア
注文：	ビブリオナル
家族：	ビブリオ科
属:	ビブリオ
種：	コレラ菌
二名法名
コレラ菌 パチーニ、1854年

コレラ菌はグラム陰性、通性嫌気性、カンマ形 細菌の一種である。 ^[1]この細菌は本来汽水または海水に生息し、カニ、エビ、その他の貝類のキチン質を含む殻に容易に付着する。コレラ菌のいくつかの株はヒトに対して病原性があり、コレラと呼ばれる致命的な病気を引き起こす。これは、調理不十分または生の海洋生物の摂取、または汚染された水の飲用によって起こる可能性がある。 ^[2]

コレラ菌は、1849 年にフェリックス・アルキメード・プーシェによって、ある種の原生動物として初めて記述されました。フィリッポ・パチーニは、これを細菌として正しく特定し、学名が彼に由来しています。コレラの原因となる細菌は、1884 年にロベルト・コッホによって発見されました。1959 年、サンブー・ナート・デはコレラ毒素を分離し、この毒素がコレラの原因であることを実証しました。

この細菌は、片方の極に鞭毛（尾のような構造）を持ち、細胞表面全体に数本の線毛を持っています。呼吸と発酵の代謝を受けます。コレラの発生は、 O1 ^[3]とO139 ^{[4]と呼ばれる2つ}の血清群によって起こります。感染は主に、汚染された水を飲んだり、感染者の排泄物で汚染された食品を摂取することで起こるため、衛生管理と関連しています。摂取されると腸粘膜に侵入し、摂取後数時間から2～3日以内に下痢や嘔吐を引き起こします。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。

コレラ菌は2本の環状染色体を持つ。1本の染色体はコレラ毒素（CT）を生成する。これは大量の水様性下痢（「米のとぎ汁」として知られる）を引き起こすタンパク質である。 ^[5]しかし、コレラ毒素の遺伝子はCTXphi（CTXφ）という温帯バクテリオファージ（ウイルス）によって運ばれるため、DNAは毒素を直接コードするわけではない。ウイルスは細菌DNAに挿入されたときにのみ毒素を生成する。コレラ菌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による摂取を制限することで宿主の免疫シグナルを活性化し、宿主の生存を延長する。トリプトファンはさらにセロトニンに変換される。^{[7]このように、クオラムセンシングは宿主と病原細菌の}共生関係を可能にする。^[7]

3度目の世界的コレラ大流行（1846-1860年）の際には、この病気の病因を解明するための科学的研究が盛んに行われた。^[8]汚染された空気によって感染が広がるとする瘴気説は、もはや納得のいく説明ではなかった。1854年、イギリスの医師ジョン・スノーがロンドンで初めて、コレラは飲料水から広がった（瘴気ではなく伝染病）という説得力のある証拠を提示した。しかしスノー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る。^[9]

コレラ菌は、フランスの動物学者フェリックス・アルキメード・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、プーシェはコレラに罹患した4人の便のサンプルを検査した。^{[10] 4月23日の}フランス科学アカデミーでの彼の発表は、「[プーシェ]は、これらの[コレラ患者の]排泄物の中に、膨大な量の微細な感染体が存在することを確認できた」と記録されている。パリ科学アカデミーの1849年4月23日の会議で読まれた手紙の中で、パリ医学誌（1849年、327ページ）に要約されているように、プーシェは、その生物がインフゾリアであると発表した。インフゾリアとは当時、微小な原生生物に使われていた名前で、 1786年にデンマークの博物学者オットー・フリードリヒ・ミュラーによって記載され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」と名付けられた。 ^[11]

イタリア人医師フィリッポ・パチーニは、1854年後半にフィレンツェで発生したコレラの流行を調査していた際、原因病原体が新種の細菌であると特定した。彼は死体を解剖し、組織や体液を顕微鏡で綿密に調べた。そして、排泄物や腸粘膜から、多数のカンマ形の桿菌を特定した。^{[12] [13]}パチーニは、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日のイタリア医療新聞に掲載して、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取り出してください... 小さな粒状のアプリアナティを見つけて、完璧な状態で完璧な状態で、そのような状況を再現してください。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、汚れた水の表面に形成されるものに似た、滑らかになった粒状の塊が見つかりました。ビブリオを発症する。実際に私はその中にバクテリア属の菌をいくつか見つけたが、大部分は極めて小さかったため、液体を除去すると除去されていた。^[14 ]

パチーニはこうしてビブリオニという名前を導入した（ラテン語のvībroは「素早く動く、震える、かき混ぜる」という意味）。カタルーニャの医師ジョアキン・バルセルス・イ・パスクアルも同時期に同様の細菌を報告した。^{[15] [16]}この新しい細菌の発見は、細菌がコレラと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、純粋培養を行って実験を行わなかったため、細菌が病気を引き起こしたと言う理由はないと述べた。これは「伝染の性質をコレラに結び付ける」ために必要なことだった。^[9]瘴気説はまだ排除されていなかった。^[17]

この細菌とコレラ病の医学的重要性と関係性は、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チームとともにエジプトのアレクサンドリアに行き、そこでのコレラ流行を調査した。^[18]コッホは、コレラで死亡した人々の腸粘膜には常にこの細菌が存在することを発見したが、それが原因物質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）に移動した。ここで、1884年1月7日に純粋培養で細菌を分離した。その後、彼はこの細菌が新種であることを確認し、「カ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（ Deutsche Medizinische Wochenschrift ）に掲載された。^[19]

コッホは細菌がコレラの病原体であると確信していたが、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は入手できなかった（これは後にコッホの原則として知られるようになったものの重要な要素である）。彼が純粋に培養した細菌を使った動物実験では、どの被験者にも病気の発症は見られず、動物はヒトの病原体に対して免疫があると正しく推論した。その細菌は当時「コマ菌」として知られていた。^[20] 1959年、カルカッタでインドの医師サンブー・ナート・デがコレラ毒素を単離し、それが健康な被験者にコレラを引き起こすことを示して、細菌とコレラの関係を完全に証明した。^{[21] [22]}

パチーニは細菌の名前として、適切な二名法を使わずに「コレラ菌」という名前を使用していました。 ^{[23]コッホの説明に従って、}バチルス・コンマという学名が普及しました。しかし、イタリアの細菌学者ヴィットーレ・トレヴィザンは1884年にコッホの細菌はパチーニの細菌と同じであると発表し、バチルス・コレラという名前を導入しました。 ^[24]ドイツの医師リチャード・フリードリヒ・ヨハネス・ファイファーは1896年にこれをコレラ菌と改名した。 ^[10]この名前は1920年にアメリカ細菌学会の細菌型分類委員会で採用された。 ^[25] 1964年、ジョージ・ワシントン大学医学部のルドルフ・ヒューは、原生動物の同名にかかわらず、細菌の恒久的な名前として、タイプ種であるコレラ菌（Pacini 1854）を含むビブリオ属を使用することを提案した。 ^{[26]この名前は1965年に}国際細菌命名委員会の司法委員会で承認され、^[27] 1966年には国際微生物学会で承認された。 ^[28]

コレラ菌は運動性が非常に高い、コンマ形のグラム陰性桿菌である。コレラ菌の活発な動きにちなんで、ラテン語で「ビブリオ」は「震える」という意味で、属名はコレラ菌の名に由来する。 ^[29]コレラ菌とミミカス菌を除くビブリオ属の種はすべて好塩性である。最初の分離株はわずかに湾曲しているが、実験室で培養すると真っ直ぐな桿菌として現れる。この細菌は片方の細胞極に鞭毛と線毛を持つ。腸内常在菌のほとんどを殺すアルカリ性培地には耐えるが、酸には敏感である。コレラ菌は好気性であるが、他のビブリオ属はすべて通性嫌気性であり、呼吸および発酵代謝を受けることができる。^[1]直径は0.3μm、長さは1.3μm ^[30]で、平均遊泳速度は約75.4μm/秒である。^[31]

コレラ菌の 病原性遺伝子は、細菌の毒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る。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避けるために、コレラ菌は外膜小胞（OMV）を使用する。細菌は侵入すると、宿主の攻撃に対して脆弱になる膜修飾をすべて含むOMVを脱ぎ捨てる。^[32]

感染中、コレラ菌はコレラ毒素（CT）を分泌します。これは大量の水様性下痢（「米のとぎ汁」として知られる）を引き起こすタンパク質です。 ^{[33] [5]}このコレラ毒素には、腸管上皮細胞への付着に役割を果たす5つのBサブユニットと、毒素活性に役割を果たす1つのAサブユニットが含まれています。小腸への定着には、細菌細胞表面の細く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成分システム（TCS）によって媒介されます。 ^[34] TCSは、細菌が変化する環境に反応できるようにします。^[34]コレラ菌では、いくつかのTCSが定着、バイオフィルム生成、毒性に重要であることが確認されています。^[34]クオラム制御小RNA（Qrr RNA ）は、コレラ菌TCSの標的であることが確認されている。 ^{[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、毒性遺伝子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]}コレラ菌では、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、TCPをコードする遺伝子（ 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、腸管腔の正常pHであるpH6.5でEnvZ/OmpRによってアップレギュレーションされるが、より高いpH値では低くなる。^{[34]腸管腔内の}コレラ菌 はTCPを利用して腸粘膜に付着し、粘膜に侵入しない。^[34]侵入後、コレラ菌は症状を引き起こすコレラ毒素を分泌する。これにより、アデニル酸シクラーゼに結合して環状AMPまたはcAMPが増加し、GS経路が活性化され、水とナトリウムが腸管腔に流出して水様便または米粒のような水様便を引き起こす。

コレラ菌は、無症候性から重症コレラまで、様々な症候群を引き起こす可能性がある。^[37]流行地域では、症例の75％が無症候性、20％が軽症から中等症、2～5％が重症コレラなどの重症である。^[37]症状には、突然の水様性下痢（灰色で濁った液体）の発症、時折の嘔吐、腹部のけいれんなどがある。^{[1] [37]} 脱水が起こり、喉の渇き、粘膜の乾燥、皮膚張力の低下、眼窩下垂、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、けいれん、腎不全、発作、傾眠、昏睡、死亡などの症状と徴候が現れる。^[1]治療を受けていない小児では、脱水症による死亡は数時間から数日で起こる可能性がある。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、妊娠後期の妊婦と胎児にとって特に危険である。^{[37] [38] [39]}ハイチで疾病予防管理センター（CDC）が行った調査によると、この病気にかかった妊婦900人のうち16％が胎児死亡した。これらの死亡の危険因子には、妊娠後期、若い母親の年齢、重度の脱水症、嘔吐などがある。^[40]コレラの発生率が高い国では、脱水症が妊婦にとって最大の健康リスクとなる。重度の脱水症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るが、補液療法を受けた症例で致命的となるのは1％未満である。この病気は通常4～6日続く。^{[37] [41]}世界中で、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歳未満の子供の死亡原因の第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年に、WHOはコレラの致死率は約3.95％であると推定しました。^[37]

コレラ菌は腸に感染し、コレラの代表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物を食べたり、汚染された水を飲んだりすることで広がります。^[33]また、汚染された人間の排泄物に皮膚が触れることでも広がります。すべての感染が症状を示すわけではなく、10人に1人程度が下痢を発症します。主な症状は、水様性下痢、嘔吐、心拍数の上昇、皮膚の弾力性の低下、低血圧、喉の渇き、筋肉のけいれんなどです。^[33]この病気は腎不全や昏睡に進行する可能性があるため、重症化する可能性があります。診断されれば、薬物療法で治療できます。^[33]

コレラ菌は風土病または流行病として発生している。過去3年間この病気が発生しており、確認された症例が地域的（国内）である国では、感染は「風土病」とみなされる。^[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、流行が宣言される。^[45]流行は数日間続くこともあれば、数年にわたって続くこともある。さらに、流行が発生した国が風土病であることもある。^[45]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月の間に発生し、2回目は2017年4月後半に始まり、最近2019年に終息したと考えられている。^[46]イエメンの流行により2,500人以上が死亡し、100万人以上のイエメン人が影響を受けた。^[46]アフリカ、アメリカ大陸、ハイチでもさらなる流行が発生しています。

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てください。飲料水やボトル入り飲料水を使用する。石鹸と安全な水で頻繁に手を洗う。トイレがない場合は化学トイレを使用するか、排泄物を埋める。水域で排便をせず、食べ物は十分に加熱調理する。適切で安全な水を供給することが重要です。^[47]取るべき予防措置は、適切な消毒です。^[48]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。手洗いのための衛生設備が利用できない場合は、灰や砂で手をこすり、きれいな水で洗い流してください。^[49]コレラが流行している地域に旅行する人には、 1回接種のワクチンが利用できます。

病気の蔓延を防ぐためのコレラ菌ワクチンがあります。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。予防に使用できるOCVには、Dukoral®、Shanchol™、Euvichol-Plus®の3種類があります。3種類のOCVはすべて、完全に効果を発揮するために2回の投与が必要です。風土病または流行状態にある国は、いくつかの基準に基づいてワクチンを接種する資格があります：コレラのリスク、コレラの重症度、WASHの状態と改善能力、ヘルスケアの状態と改善能力、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、国と地域レベルでの取り組み^[50] OCVプログラムの開始から2018年5月までに、上記の基準を満たす国々に2,500万回以上のワクチンが配布されました。^[50]

コレラの基本的な総合的な治療は、失われた水分を補うための水分補給です。軽度の脱水症状の患者は、経口補水液（ORS）で治療できます。^[48]患者が重度の脱水症状で適切な量のORSを摂取できない場合は、通常、点滴による水分補給が行われます。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の抗生物質が使用されます。^[48]

V. cholerae（およびビブリオ科細菌全般）^[51]は2本の環状染色体を持ち、合わせて400万塩基対のDNA配列と3,88​​5個の遺伝子が予測されている。^[52] コレラ毒素の遺伝子はCTXphi（CTXφ）によって運ばれる。これはV. choleraeゲノムに挿入された温帯 バクテリオファージである。CTXφはコレラ毒素遺伝子をあるV. cholerae株から別の株に伝達することができる。これは水平遺伝子伝播の一種である。毒素共調節ピル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]

大きい方の第一染色体は3Mbpの長さで、2,770のオープンリーディングフレーム（ORF）を持ちます。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ます。^[1]

2番目の染色体は1 Mbpの長さで、1115個のORFを持つ。ゲノムにハウスキーピング遺伝子やその他の必須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ている。これには代謝に必須の遺伝子、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遺伝子などがある。レプリコンが染色体であるかどうかを判断する際に重要なことは、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、染色体2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、染色体は自己伝達性がない。^[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遺伝子がいくつか含まれているため、かつてはメガプラスミドであった可能性がある。 ^[1]これにはP1プラスチドのような複製起点が含まれる。^[51]

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。コレラ菌がヒトに感染すると、感染性CTXφ粒子が生成される。ファージ粒子は、溶解することなく細菌細胞から分泌される。CTXφがコレラ菌細胞に感染すると、どちら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には、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つの遺伝子が含まれている。CTXφゲノムは6.9 kbの長さである。^[53]

コレラ菌の主な保有生物は、河川、汽水域、河口などの水域であり、コペポーダ類やその他の動物プランクトン、貝類、水生植物と共存していることが多い。 ^[54]

コレラ感染は、コレラ菌が自然に存在する飲料水、または感染者の排泄物からコレラ菌が混入した飲料水から最も多く感染する。コレラは、水処理が不十分で、衛生状態が悪く、衛生状態が悪い場所で発生し、広がる可能性が最も高い。その他の一般的な媒介物には、生または調理が不十分な魚介類がある。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はない。^[55]コレラ菌は水生環境、特に表層水で繁殖する。病原菌株と人間との主なつながりは水を介してであり、特に経済的に衰退し、浄水システムが不十分な地域では顕著である。^[43]

非病原性菌株も水生生態系に存在します。水生環境に共存する多種多様な病原性菌株と非病原性菌株が、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。細菌間での遺伝子転移はかなり一般的であり、異なるコレラ菌遺伝子の組み換えにより、新たな毒性菌株が生まれる可能性があります。^[56]

V. choleraeとRuminococcus obeumの共生関係が判明しました。R . obeum の自己誘導因子は、いくつかのV. cholerae 毒性因子の発現を抑制します。この抑制メカニズムは、他の腸内細菌叢の種にも存在する可能性があり、 V. choleraeやその他の腸内病原体の定着を制限するために自己誘導因子やその他のメカニズムを利用す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探索する道が開かれます。特にV. cholerae の自己誘導因子は、細胞外クオラムセンシング分子に反応してバイオフィルムを形成し、毒性を制御できます。

コレラの流行により、世界中で毎年推定12万人が死亡しています。1817年以来、およそ7回のパンデミックが発生しています。これらのパンデミックは、最初にインド亜大陸で発生し、広がりました。^[43]

コレラ菌の血清群O1とO139の2つがコレラの流行を引き起こします。流行の大半はO1によって引き起こされますが、1992年にバングラデシュで初めて確認されたO139は東南アジアに限定されています。コレラ菌の他の多くの血清群（O1およびO139血清群の非毒素産生株を含む）は、コレラ毒素遺伝子の有無にかかわらず、コレラ様疾患を引き起こす可能性があります。広範囲にわたる流行を引き起こしたのは、血清群O1およびO139の毒素産生株のみです。

O1型コレラ菌には古典型とエルトール型の2つのバイオタイプがあり、それぞれのバイオタイプには稲葉血清型と小川血清型という2つの異なる血清型がある。感染の症状は区別がつかないが、エルトール型に感染した人のほうが無症状か軽症で済む人が多い。近年、 O1型コレラ菌の古典型による感染は稀になっており、バングラデシュとインドの一部に限られている。^[57]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ている。観察結果から、これらの株はより重篤なコレラを引き起こし、致死率も高いことが示唆されている。

コレラ菌は、水生生息地に豊富に存在するバイオポリマー（例えば、甲殻類の外骨格）であるキチン上で増殖すると、自然な遺伝子形質転換の能力を獲得するように誘導される。 ^[58] 自然な遺伝子形質転換は、媒介媒体を介して細菌細胞から別の細菌細胞に DNA が伝達され、ドナー配列が相同組み換えによって受容体ゲノムに組み込まれる性的プロセスである。コレラ菌の形質転換能力は、栄養制限、成長率の低下、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。^[58]コレラ菌の取り込み機構には、能力誘導性ピルスと、DNA を細胞質に巻き込む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 。[ 59 ] [ ^{60 ]}遺伝子形質転換には、性仮説とコンピテント細菌の 2 つのモデルがある。^[61]

• 
  コレラ菌の図
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  TCBS 寒天培地上のコレラ菌の黄色 (ショ糖発酵) コロニー。
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  ネガティブ染色されたコレラ菌の透過型電子顕微鏡画像。

• 飲料水
• ハイチのコレラ流行
• コレラワクチン

ウィキメディア・コモンズには、コレラ菌に関連するメディアがあります。

Wikispeciesには、コレラ菌に関する情報があります。

• 未処理水中のカイアシ類とコレラ
• コレラ菌 El Tor N16961 ゲノムページ
• [ホームページ]
• BacDive のコレラ菌の標準株 - 細菌多様性メタデータ