ペスト病原体

ペスト（ペスト）は、出血性敗血症として発症する急性感染症です。かつてペストは人類にとって恐ろしい災厄でした。3度のパンデミックが知られており、数百万人もの命が奪われました。

最初のパンデミックは西暦6世紀に発生しました。531年から580年の間に約1億人が死亡し、東ローマ帝国の人口の半分に相当しました（「ユスティニアヌス疫病」）。

第二のパンデミックは14世紀に発生しました。中国で始まり、アジアとヨーロッパの多くの国々に影響を与えました。アジアでは4,000万人が死亡し、ヨーロッパでは1億人のうち2,500万人が死亡しました。 N・M・カラムジンは『ロシア国家史』の中で、このパンデミックをこう描写している。「この病気は体の軟部組織にある腺から発病し、人は喀血し、2日目か3日目に死亡した。年代記作者たちは、これ以上の恐ろしい光景は想像できないと述べている…北京からユーフラテス川とラドガ川の岸辺に至るまで、地の底は何百万もの死体で埋め尽くされ、諸国は荒廃した…グルホフとベロゼルスクには、住民は一人も残らなかった…この残酷な疫病は幾度となく発生し、再発した。スモレンスクでは3度猛威を振るい、最終的に1387年にはわずか5人だけが残った。年代記によると、彼らは街を封鎖し、街は死体で埋め尽くされた。」

第三次ペスト大流行は1894年に始まり、1938年に終息し、1,300万～1,500万人が死亡した。

ペストの原因菌は1894年にフランスの科学者A.イェルサンによって発見され、彼の名にちなんでペスト菌（Yersinia pestis）と命名されました。イェルシニア属は腸内細菌科に属し、11種が含まれます。そのうち、ペスト菌（Yersinia pestis）、偽結核菌（Yersinia pseudotuberculosis）、腸炎菌（Yersinia enterocolitica）の3種がヒトに病原性を示します。その他の菌の病原性は未だ解明されていません。

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ], [ 5 ]

ペスト病原体の形態

ペスト菌（Yersinia pestis）は、長さ1～2μm、厚さ0.3～0.7μmです。患者の遺体、およびペストで死亡した人やげっ歯類の死体から採取した塗抹標本では、双極性染色を伴う短い卵形の桿菌として観察されます。ブロス培養の塗抹標本では桿菌は鎖状に存在し、寒天培養の塗抹標本ではランダムに存在します。双極性染色はどちらの場合も保持されますが、寒天培養の塗抹標本ではやや弱くなります。ペストの原因菌はグラム陰性で、アルカリ染料および石炭酸染料（レフラーブルー）でよく染まり、胞子を形成せず、鞭毛も持ちません。DNA中のG + C含有量は45.8～46.0 mol %です（属全体）。 37 °C の温度で、タンパク質の性質を持つ繊細なカプセルを形成し、それが湿った弱酸性の栄養培地上で現れます。

ペスト病原体の生化学的性質

ペスト菌は好気性菌であり、通常の栄養培地でよく生育します。生育の最適温度は27～28℃（範囲：0～45℃）、pHは6.9～7.1です。ペスト菌は液体培地および固体培地で特徴的に生育します。培養液上では、緩い膜を形成し、そこから鍾乳石に似たつらら状の糸が垂れ下がります。底には緩い沈殿物が形成されますが、培養液は透明のままです。固体培地におけるコロニーの発育は3段階に分かれます。10～12時間後には、顕微鏡で観察すると無色の板状に成長します（「割れたガラス」段階）。18～24時間後には「レースハンカチ」段階となり、顕微鏡で観察すると、中央の突出部分の周囲に、黄色またはわずかに茶色がかった淡いレース状の領域が見られます。 40～48時間後、「成虫コロニー」段階が発生します。これは、中心部が茶色がかった輪郭を持ち、周辺部が明瞭に分かれた状態です。Yersinia pseudotuberculosis（偽結核菌）とYersinia enterocolitica（腸炎菌）には、「割れたガラス」段階はありません。血液培地では、Yersinia pestis（ペスト菌）のコロニーは顆粒状で、周辺部は明瞭に分かれています。培地上でYersinia pestis特有の増殖特性を迅速に得るためには、亜硫酸ナトリウム、血液（またはその製剤）、またはサルシニア培養溶解物などの増殖促進剤を添加することが推奨されます。ペスト菌は、特にNaCl濃度の高い培地、古い培養物、腐敗したペスト死体の臓器において、顕著な多型性を特徴とします。

ペスト菌はオキシダーゼを持たず、インドールやH2Sを生成せず、カタラーゼ活性を持ち、グルコース、マルトース、ガラクトース、マンニトールを発酵してガスを生成せずに酸を生成します。

[ 6 ], [ 7 ], [ 8 ], [ 9 ], [ 10 ]

ペスト病原体の抗原組成

Yersinia pestis、Yersinia pseudotuberculosis、およびYersinia enterocoliticaには、最大18種類の類似した体細胞抗原が見出されています。Yersinia pestisは、莢膜抗原（I分画）、T抗原、VW抗原、血漿凝固酵素タンパク質、フィブリノリジン、外膜タンパク質、およびpH6抗原の存在を特徴とします。しかし、Yersinia pseudotuberculosisやYersinia enterocoliticaとは異なり、Yersinia pestisは抗原に関してより均一であり、本種には血清学的分類がありません。

[ 11 ], [ 12 ], [ 13 ], [ 14 ], [ 15 ]

ペスト病原体の耐性

痰の中では、ペスト菌は最大10日間生存します。患者の分泌物で汚れたリネンや衣類の上では、数週間生存します（タンパク質と粘液が乾燥による破壊的な影響から菌を保護するためです）。ペストで亡くなった人や動物の死体の中では、初秋から冬まで生存します。低温、凍結、解凍では死滅しません。日光、乾燥、高温はペスト菌にとって有害です。60℃に加熱すると1時間で死滅し、100℃では数分で死滅します。70%アルコール、5%フェノール溶液、5%リゾール溶液、その他の化学消毒剤では、5～10～20分で死滅します。

ペスト病原体の病原性因子

ペスト菌（Yersinia pestis）は細菌の中で最も病原性と攻撃性が高く、最も重篤な疾患を引き起こします。ペスト菌に感受性のあるすべての動物とヒトにおいて、ペスト病原体は貪食細胞の防御機能を抑制します。貪食細胞に侵入し、貪食細胞内の「酸化バースト」を抑制し、妨げられることなく増殖します。ペスト菌がペスト菌に対して殺傷機能を発揮できないことが、ペストにかかりやすい主な理由です。ペスト菌の高い侵襲性、攻撃性、毒性、アレルギー性、そして貪食抑制能力は、以下に挙げるペスト菌が有する多様な病原性因子に起因しています。

細胞が外因性色素やヘミンを吸収する能力。鉄輸送系の機能と関連しており、ペスト菌に体組織内での増殖能力を与える。

• 培地中の Ca イオンの存在に応じて、37 °C の温度での成長がどのように変化するかを示します。
• VW抗原の合成。抗原Wは外膜に、抗原Vは細胞質に局在する。これらの抗原は、マクロファージ内でのペスト菌の増殖を確実にする。
• 「マウス」毒素の合成。この毒素は、感受性動物の心臓と肝臓のミトコンドリアにおける電子伝達プロセスを阻害し、血小板と血管（血小板減少症）に影響を与え、それらの機能を阻害します。
• カプセル（分画I-Fral）の合成。カプセルはマクロファージの活動を阻害します。
• 農薬合成は、ペスト菌の種特有の特性です。
• フィブリノリジン合成。
• 血漿凝固酵素の合成。これらのタンパク質はいずれも外膜に局在し、ペスト菌に高い侵襲性を与える。
• 内因性プリンの合成。
• 外膜の熱誘導性タンパク質（Yopタンパク質（エルシニア外膜タンパク質））の合成。YopA、YopD、YopE、YopH、YopK、YopM、YopNタンパク質は、食細胞の活性を抑制します。
• ノイラミニダーゼの合成。接着を促進する（ペスト菌の受容体を放出する）。
• アデニル酸シクラーゼの合成。「酸化バースト」を抑制する、すなわちマクロファージの殺傷作用を阻害すると考えられています。
• 接着線毛の合成。貪食作用を阻害し、細胞内寄生虫であるペスト菌のマクロファージへの侵入を確実にする。
• 広範囲に及ぶアミノペプチダーゼの合成。
• エンドトキシン (LPS) および毒性とアレルギー性作用を持つその他の細胞壁成分。
• pHb抗原。37℃の温度と低pHで合成され、貪食作用を抑制し、マクロファージに対して細胞傷害作用を有する。

ペスト菌の病原性因子の大部分は、通常すべての病原菌株に共存する以下の 3 クラスのプラスミドが持つ遺伝子によって制御されています。

• pYP (9.5 kb) - 病原性プラスミド。3つの遺伝子を含む：
  • pst - ペスティシンの合成をエンコードします。
  • pim - 農薬に対する免疫を決定します。
  • pla - 線維素溶解（プラスミノーゲン活性化因子）および血漿凝固酵素の活性を決定します。
• pYT（65 MD）は毒性プラスミドです。「マウス」毒素（分子量240 kDaと120 kDaの2つの断片AとBからなる複合タンパク質）の合成を決定する遺伝子と、莢膜のタンパク質成分とリポタンパク質成分を制御する遺伝子を保有しています。3つ目の成分は染色体遺伝子を制御します。このプラスミドは以前はpFraと呼ばれていました。
• pYV (110 kb) - 病原性プラスミド。

これは、37 °C での Yersinia pestis の増殖が培地中の Ca2+ イオンの存在に依存することを決定するため、別名 Lcr プラスミド (低カルシウム応答) もあります。この特に重要なプラスミドの遺伝子は、V 抗原と W 抗原および熱誘導性 Yop タンパク質の合成もコードしています。それらの合成は、37 °C の温度で培地中に Ca2+ が存在しない状態で、複雑な遺伝子制御下で行われます。YopM と YopN を除くすべての種類の Yop タンパク質は、プラスミノーゲン活性化因子 (pYP プラスミドの pla 遺伝子) の活性により加水分解されます。Yop タンパク質は、Yersinia pestis の毒性を主に決定します。YopE タンパク質には、抗貪食作用と細胞毒性作用があります。YopD は、YopE が標的細胞に浸透することを保証します。YopH は、抗貪食作用とタンパク質チロシンホスファターゼ活性を持ちますYopM はヒトの血液中のトロンビンに結合します。

[ 16 ], [ 17 ], [ 18 ]

感染後の免疫

感染後の免疫は強力で生涯持続します。ペストの再感染は極めて稀です。免疫の性質は細胞性です。獲得免疫においては抗体が出現し、一定の役割を果たしますが、それは主にTリンパ球とマクロファージによって媒介されます。ペストに感染した人やワクチン接種を受けた人では、貪食は完全です。これが獲得免疫を決定づけるものです。

ペストの疫学

ペスト菌を媒介する温血動物の分布は非常に広範で、8目200種以上の哺乳類が含まれます。自然界におけるペストの主な発生源は、齧歯類とウサギ類です。そのうち180種以上で自然感染が確認されており、そのうち40種以上がロシアおよび隣接地域（旧ソ連）の動物相に含まれています。実験条件下でペスト病原体を媒介する可能性が確認されているノミ類は60種あり、そのうち36種がこの地域に生息しています。

ペスト菌はノミの消化管腔内で増殖します。消化管前部には、多数の微生物を含む栓（「ペストブロック」）が形成されます。哺乳類が血流を逆流させながら咬むと、一部の微生物が栓から洗い流され、感染を引き起こします。さらに、ノミが吸血中に分泌する排泄物も、傷口に入り込むことで感染を引き起こす可能性があります。

ロシアと中央アジアにおけるペスト菌（Y. pestis）の主な（主要な）媒介動物は、ジリス、スナネズミ、マーモットであり、一部の発生地ではナキウサギやハタネズミも媒介動物として確認されています。これらの動物と関連して、以下のペスト発生地が存在します。

• ペスト菌の主な媒介者が小型ジリスである 5 つの感染地域 (北西カスピ海地域、テレク川とスンジャ川の合流点、エルブルス川の感染地域、ヴォルガ川とウラル川の半砂漠地帯およびトランスウラル川の感染地域)。
• ホリネズミとマーモット（アルタイではナキウサギ）が媒介する 5 つの感染源：ザバイカル、ゴルノアルタイ、トゥヴァ、および高山の天山山脈とパミール・アライ山脈。
• ヴォルガ・ウラル、トランスコーカサス、中央アジアの砂漠地帯で、主な媒介者はスナネズミです。
• トランスコーカサスおよびギサール高山地帯に発生し、主な媒介者はハタネズミです。

ペスト菌（Yersinia pestis）は、生化学的特性（グリセロール陽性株と陰性株）、分布地域（海洋性株と大陸性株）、主な媒介生物の種類（ネズミ型とジリス型）といった様々な特徴に基づいて分類されています。最も一般的な分類の一つは、1951年にフランスのペスト研究者R. Devignatによって提唱されたもので、病原体の地理的分布と生化学的特性に基づき、ペスト菌は3つの種内型（バイオバー）に分類されます。

ロシアの科学者による分類 (Saratov、1985) によれば、Yersinia pestis 種は 5 つの亜種に分けられます: Yersinia pestis subsp. pestis (主要亜種。R. Devigny の分類の 3 つの biovar すべてを含む)、Y. pestis subsp. altaica (アルタイ亜種)、Yersinia pestis subsp. caucasica (コーカサス亜種)、Y. pestis subsp. hissarica (ギッサール亜種)、および Yersinia pestis subsp. ulegeica (ウデゲ亜種)。

ヒトへの感染は、ノミ刺咬、感染物質との直接接触、空気中の飛沫、そして稀に食物（例えば、ペストに感染したラクダの肉を食べること）を介して行われます。1998年から1999年にかけて、世界中で30,534人がペストに罹患し、そのうち2,234人が死亡しました。

[ 19 ], [ 20 ], [ 21 ], [ 22 ]

ペストの症状

感染経路によって、腺ペスト、肺ペスト、腸ペストがあり、まれに敗血症性や皮膚ペスト（ノミ刺咬部位に化膿性水疱が現れる）が発生することもあります。ペストの潜伏期間は数時間から9日間（血清学的予防を受けている場合は最大12日間）と様々です。ペストの原因物質は、皮膚のごくわずかな損傷（ノミ刺咬）から、時には粘膜や空気中の飛沫を介して侵入し、局所リンパ節に到達して急速に増殖し始めます。この病気は突然発症します。激しい頭痛、悪寒を伴う高熱、顔面充血、そして黒ずみ、目の下に黒い隈（「黒死病」）が現れます。2日目には横痃（リンパ節の腫れ）が現れます。ペストが急速に進行し、横痃が現れる前に患者が死亡する場合もあります。肺ペストは特に重症です。腺ペストの合併症として、また空気感染によって発症することがあります。また、病状の進行も非常に速く、悪寒、高熱に加え、発症後数時間で脇腹の痛み、咳（最初は乾いた咳ですが、その後血痰を伴う）が現れます。さらに、せん妄、チアノーゼ、虚脱、そして死に至ります。肺ペスト患者は、大量の病原体を痰とともに排出するため、他者にとって非常に危険な存在です。この病気の進行において、食細胞（好中球とマクロファージ）の活動の抑制が主な役割を果たします。病原体が血流を介して無制限に増殖し、全身に広がることで免疫系が完全に抑制され、（効果的な治療法がない場合）患者の死に至ります。

ペストの臨床診断

細菌学的、血清学的、生物学的手法に加え、ペスチンを用いたアレルギー検査（事後診断用）も用いられます。検査材料は、横痃（またはその分泌物）、痰、血液、そして腸管由来の糞便です。エルシニア・ペスティスは、形態学的、培養学的、生化学的特徴、ペストファージを用いた検査、および生物学的検査に基づいて同定されます。

研究対象物中のペスト菌抗原を簡便かつ確実に検出する方法として、RPGA法、特に莢膜抗原に対するモノクローナル抗体で感作した赤血球診断薬とIFM法を用いる方法があります。これらの反応は、患者の血清中の抗体の検出にも使用できます。

生物学的診断法では、モルモットに試験物質（随伴する微生物叢でひどく汚染されている場合）を皮膚、皮下、またはまれに腹腔内に感染させます。

ペスト病原体を含む材料を扱う際には、規則の厳格な遵守が求められるため、すべての研究は特別なペスト対策機関の十分に訓練された人員によってのみ実施されます。

ペスト予防

国内における自然発生的なペスト発生源の継続的な監視と、人への感染を防ぐための対策の組織化は、特別なペスト対策サービスによって行われています。このサービスには、5つのペスト対策研究所と数十のペスト対策ステーションおよび部門が含まれます。

ロシアでは、自然感染巣が存在するにもかかわらず、1930年以降、ヒトにおけるペストの症例は1件もありません。ペストの予防には、 EV株由来の生弱毒化ワクチンであるペストワクチンが使用されます。これは、経皮、皮内、または皮下に投与されます。さらに、経口用の乾燥錠剤ワクチンも提案されています。ワクチン接種後の免疫は、ワクチン接種後5～6日目までに形成され、11～12か月持続します。ペストの評価と遡及診断のために、ペスティンを用いた皮内アレルギー試験が提案されています。ペスト投与部位に24～48時間後に直径10 mm以上のシールが形成され、発赤が現れた場合、反応は陽性とみなされます。感染後免疫を持つ人でも、アレルギー試験は陽性です。

ペストの研究とそれに対する戦いの組織化に大きく貢献したのは、ロシアの科学者たちでした。DSサモイロヴィチ（18世紀にロシアだけでなくヨーロッパでも初めてペスト菌を「探し出した」人物であり、ペストのワクチンも初めて提案しました）、DKザボロトニー、NPクロドニツキー、IAデミンスキー（自然のペスト感染巣、感染巣内の病原体キャリアなどの研究）などがその例です。