病原性因子

病原性因子（植物学では病原性因子またはエフェクターとして知られている）は、微生物病原体（細菌、ウイルス、真菌、原生動物）が以下のことを達成することを可能にする細胞構造、分子、および制御システムである。 ^{[ 1 ] [ 2 ]}

• 宿主内のニッチへの定着（これには宿主細胞への移動と付着が含まれる）^{[ 1 ] [ 2 ]}
• 免疫回避、宿主の免疫応答の回避^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]}
• 免疫抑制、宿主の免疫応答の阻害（これにはロイコシジンを介した細胞死が含まれる）^{[ 1 ]}
• 細胞への侵入と細胞からの脱出（病原体が細胞内病原体の場合）^{[ 4 ]}
• 宿主から栄養を得る^{[ 1 ]}

特定の病原体は、多種多様な病原性因子を持っています。一部は染色体上にコードされ、細菌固有のものです（例：カプセルやエンドトキシン）。一方、他の病原性因子は、プラスミドやバクテリオファージなどの可動遺伝因子から得られます（例：一部の外毒素）。可動遺伝因子にコードされた病原性因子は、水平遺伝子伝達によって拡散し、無害な細菌を危険な病原体に変えることができます。大腸菌O157:H7のような細菌は、可動遺伝因子から病原性の大部分を獲得しています。グラム陰性細菌は、宿主と病原体の界面で、侵入、栄養摂取、その他の細胞間コミュニケーションのために、細菌外膜小胞として膜小胞輸送を介して、さまざまな病原性因子を分泌します。多くの病原体が、真核生物の宿主防御に対抗するために、類似の病原性因子に収束していることがわかっています。これらの獲得された細菌の病原性因子は、生存と増殖を助けるために2つの異なる経路で利用されます。

• これらの因子は宿主への定着を助け、促進するために使用されます。これらの因子には、接着因子、侵入因子、および抗食作用因子が含まれます。運動性を与える細菌の鞭毛もこれらの病原性因子に含まれます。^{[ 5 ]}
• 毒素、溶血素、プロテアーゼなどの因子は、宿主に損傷を与える。

細菌は、宿主組織に付着するために、リポテイコ酸、三量体オートトランスポーター接着因子、その他多種多様な表面タンパク質を含む様々な接着因子を産生する。

炭水化物からなるカプセルは、髄膜炎菌（Neisseria meningitidis）を含む多くの細菌細胞の外殻構造の一部を形成している。カプセルは、貪食作用を阻害するだけでなく、宿主外にいる間、細菌を保護する役割も果たし、免疫回避において重要な役割を担っている。

細菌が持つもう一つの病原性因子は、免疫グロブリン（Ig）プロテアーゼです。免疫グロブリンは、感染に対する反応として宿主によって発現・分泌される抗体です。これらの免疫グロブリンは、オプソニン化などのメカニズムを通じて病原体の破壊に重要な役割を果たします。化膿レンサ球菌（Streptococcus pyogenes ）などの一部の細菌は、プロテアーゼを用いて宿主の免疫グロブリンを分解することができます。

ウイルスには注目すべき病原性因子も存在する。例えば、実験的研究では、「ニッチ特異的病原性遺伝子」の役割を分離・特定する環境の構築に重点が置かれることが多い。これらは、特定の組織や場所で特定の時間に特定のタスクを実行する遺伝子であり、ニッチ特異的遺伝子の総和がウイルスの病原性となる。この概念の特徴的な遺伝子としては、ヘルペスウイルスなどの一部のウイルスにおける潜伏期を制御する遺伝子が挙げられる。マウスγヘルペスウイルス68（γHV68）やヒトヘルペスウイルスは、特定の環境条件が満たされたときに再活性化することで慢性感染を維持できる遺伝子群に依存している。これらの潜伏期遺伝子は、ウイルスの溶解期には必須ではないものの、感染した個体内での慢性感染と継続的な複製を促進する上で重要である。^{[ 6 ]}

化膿レンサ球菌、黄色ブドウ球菌、緑膿菌などの一部の細菌は、宿主組織に損傷を与える様々な酵素を産生します。これらの酵素には、結合組織成分であるヒアルロン酸を分解するヒアルロニダーゼ、様々なプロテアーゼやリパーゼ、DNAを分解するDNase 、赤血球を含む様々な宿主細胞を分解する溶血素などがあります。

主要な病原性因子群は、GTPアーゼの活性化レベルを制御できるタンパク質である。これらのタンパク質には2つの作用機序がある。1つは、グアニンヌクレオチド交換因子（GEF）またはGTPアーゼ活性化タンパク質（GAP）として作用し、通常の真核細胞タンパク質のように見えるようにする作用である。もう1つは、GTPアーゼ自体を共有結合的に修飾する作用である。前者の作用機序は可逆的であり、サルモネラ菌など多くの細菌は、GTPアーゼのオンオフを切り替える2種類のタンパク質を持っている。後者の作用機序は不可逆的であり、毒素を用いて標的GTPアーゼを完全に変化させ、遺伝子発現を停止または抑制する。

真核生物のタンパク質のように作用する細菌の病原性因子の一例として、サルモネラ菌のSopEタンパク質が挙げられる。これはGEFとして働き、GTPaseを活性化してGTPの生成を促進する。SopEは細胞内への通常の侵入プロセスを過剰に促進することで、細菌が宿主細胞内に定着しやすくする。

エルシニア菌由来のYopT（エルシニア外膜タンパク質T）は、宿主の改変の一例である。YopTはRhoAのカルボキシ末端のタンパク質分解切断を改変し、RhoAを膜から遊離させる。RhoAの局在異常により、下流のエフェクターが機能しなくなる。

病原性因子の主要なカテゴリーは細菌毒素である。これらは内毒素と外毒素の2つのグループに分けられる。^{[ 4 ]}

黄色ブドウ球菌の病原性因子の例としては、ヒアルロニダーゼ、プロテアーゼ、コアグラーゼ、リパーゼ、デオキシリボヌクレアーゼ、エンテロトキシンなどがある。化膿レンサ球菌の例としては、Mタンパク質、リポテイコ酸、ヒアルロン酸カプセル、破壊酵素（ストレプトキナーゼ、ストレプトドルナーゼ、ヒアルロニダーゼなど）、外毒素（ストレプトリシンなど）などがある。リステリア・モノサイトゲネスの例としては、インターナリンA、インターナリンB、リステリオリシンO、actAなどがあり、これらはすべて宿主への定着を助けるために用いられる。ペスト菌の例としては、リポ多糖の変異型、III型分泌系、YopEおよびYopJの病原性などがある。細胞溶解性ペプチドであるカンジダリシンは、カンジダ・アルビカンスによる菌糸形成中に産生され、真菌由来の病原性因子の一例である。他の病原性因子には、バイオフィルム形成に必要な因子（例：ソーターゼ）やインテグリン（例：β1およびβ3）などがある。^{[ 7 ]}

サルモネラ菌や大腸菌などの腸管病原菌では、膜タンパク質IgaAがRcsリン酸リレーシステムを制御し、カプセル合成、バイオフィルム形成、運動性などの病原性因子を調節する。

病原性因子およびそれらをコードする遺伝子を標的とする戦略が提案されている。^{[ 8 ]}病原性因子および病原性因子発現を阻害する能力について研究されている低分子には、アルカロイド、^{[ 9 ]}フラボノイド、^{[ 10 ]}およびペプチドが含まれる。^{[ 11 ]} 特定の細菌病原体を特徴づけ、その特定の病原性因子を同定するために実験的研究が行われている。科学者は、感染プロセスをよりよく理解するために、同定と分析を通じてこれらの病原性因子をよりよく理解しようとしており、最終的には新しい診断技術、特定の抗菌化合物、および効果的なワクチンまたはトキソイドが製造されて感染症を治療および予防できることを期待している。病原性因子を同定するための一般的な実験方法は、生化学的、免疫学的、および遺伝学的の 3 つである。ほとんどの場合、遺伝学的アプローチが細菌の病原性因子を同定する最も広範な方法である。細菌のDNAは病原性から非病原性へと変化する可能性があり、ゲノムにランダムな突然変異が導入される可能性があり、膜や分泌産物をコードする特定の遺伝子が特定されて変異する可能性があり、また、病原性遺伝子を制御する遺伝子が特定される可能性がある。

エルシニア・シュードツベルクローシスを用いた実験は、非病原性細菌の病原性表現型を病原性に変化させるために利用されてきた。水平遺伝子伝達により、エルシニアのDNAクローンを非病原性大腸菌に導入し、病原性因子を発現させることが可能である。 ランダムに挿入されるDNA要素であるトランスポゾンを用いた細菌DNAの突然変異誘発も、科学者によって広く用いられている実験手法である。これらのトランスポゾンは、DNA内で識別可能なマーカーを運ぶ。ランダムに配置されたトランスポゾンは、病原性因子の隣に配置される場合もあれば、病原性因子遺伝子の中央に配置され、病原性因子の発現を停止させる場合もある。このようにして、科学者はこれらのマーカーを用いて遺伝子ライブラリーを作成し、病原性因子を引き起こす遺伝子を容易に見つけることができる。

• 抵抗性・結節形成・細胞分裂スーパーファミリー（RND）
• フィラメント形成