ブドウ球菌

ブドウ球菌は1878年にR. コッホによって、1880年にはL. パスツールによって化膿性物質から発見されました。L. パスツールはウサギに感染させ、ブドウ球菌が化膿性炎症の原因菌であることを最終的に証明しました。ブドウ球菌という名称は、1881年にA. オグストンによって（特徴的な細胞配列にちなんで）命名され、その性質は1884年にF. ローゼンバッハによって詳細に記述されました。

ブドウ球菌は、グラム陽性で、幾何学的に規則的な球形細胞で、直径は0.5～1.5μmで、通常はクラスターを形成し、カタラーゼ陽性で、硝酸塩を亜硝酸塩に還元し、タンパク質と脂肪を積極的に加水分解し、嫌気性条件下でグルコースを発酵させてガスを出さずに酸を生成します。通常、15％のNaCl存在下、45℃の温度で増殖できます。DNA中のG + C含有量は30～39モル％です。ブドウ球菌は鞭毛を持たず、胞子を形成しません。自然界に広く分布しています。主な宿主は、ヒトや動物の皮膚、および外部環境と連絡する粘膜です。ブドウ球菌は通性嫌気性菌であり、1種（Staphylococcus saccharolyticus）のみが厳密な嫌気性菌です。ブドウ球菌は栄養培地を要求せず、通常の培地でよく成長します。成長に最適な温度は35〜37℃、pH 6.2〜8.4です。コロニーは円形で、直径2〜4mm、縁は滑らかで、凸型で、不透明で、形成された色素の色で塗られています。液体培養での成長は均一な濁りを伴い、時間が経つと緩い沈殿物が沈殿します。通常の培地で成長すると、ブドウ球菌は莢膜を形成しませんが、血漿または血清を注入して半流動性寒天に播種すると、ほとんどのS.aureus株が莢膜を形成します。半流動性寒天中の無莢膜株は密集したコロニーの形で成長し、莢膜株は拡散したコロニーを形成します。

ブドウ球菌は高い生化学的活性を有し、グリセロール、グルコース、マルトース、ラクトース、スクロース、マンニトールを酸（ガスなし）を放出しながら発酵させ、様々な酵素（プラズマコアグラーゼ、フィブリノリジン、レシチナーゼ、リゾチーム、アルカリホスファターゼ、デオキシリボヌクレアーゼ、ヒアルロニダーゼ、テルル化物還元酵素、プロテアーゼ、ゼラチナーゼなど）を生成します。これらの酵素はブドウ球菌の代謝において重要な役割を果たし、病原性を大きく左右します。フィブリノリジンやヒアルロニダーゼなどの酵素は、ブドウ球菌の高い侵襲性を引き起こします。プラズマコアグラーゼは、それらの病原性の主な要因です。プラズマコアグラーゼは貪食作用から保護し、プロトロンビンをトロンビンに変換してフィブリノーゲン凝固を引き起こし、その結果、各細胞は貪食細胞から保護するタンパク質膜で覆われます。

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ブドウ球菌の病原性因子

ブドウ球菌は独特な微生物です。1968年の国際分類によれば、11のクラスに分類される100種類以上の疾患を引き起こす可能性があります。ブドウ球菌はあらゆる組織、あらゆる臓器に影響を及ぼす可能性があります。ブドウ球菌のこの特性は、病原性因子の複合体の存在に起因しています。

接着因子 - ブドウ球菌が組織細胞に付着するのは、疎水性（疎水性が高いほど接着性が強い）と、多糖類（おそらくはプロテインA）の接着性、およびフィブロネクチン（一部の細胞の受容体）に結合する能力によるものです。

「攻撃と防御」因子の役割を果たすさまざまな酵素：血漿凝固酵素（主な病原性因子）、ヒアルロニダーゼ、フィブリノリジン、DNase、リゾチーム様酵素、レシチナーゼ、ホスファターゼ、プロテアーゼなど。

分泌される外毒素の複合体:

• 膜損傷毒素 - a、p、8、およびy。以前は、溶血素、壊死毒素、ロイコシジン、致死毒素、つまりその作用の性質により説明されていました。ウサギに皮内投与した場合の赤血球の溶血、壊死、静脈内投与した場合のウサギの白血球の破壊、死。しかし、このような効果は同じ要因、つまり膜損傷毒素によって引き起こされることが判明しました。これはさまざまな種類の細胞に細胞溶解効果をもたらし、それは次のように現れます。この毒素の分子は、最初に標的細胞膜の未知の受容体に結合するか、膜に含まれる脂質によって非特異的に吸収され、次に3つのドメインからなる7つの分子からキノコ型のヘプタマーを形成します。 「キャップ」と「エッジ」を形成するドメインは膜の外側に位置し、「フット」ドメインは膜貫通チャネル（細孔）として機能します。このチャネルから小分子やイオンが出入りし、核を持つ細胞の腫脹と死、そして赤血球の浸透圧溶解を引き起こします。膜損傷性（細孔形成性）毒素には、a型、b型、s型、およびy型溶血素（a毒素、b毒素、s毒素、およびy毒素）と呼ばれるいくつかの種類が発見されています。これらは様々な特性が異なります。溶血素aは、ヒトから分離されたブドウ球菌に最も多く見られ、ヒト、ウサギ、ヒツジの赤血球を溶解します。ウサギでは、静脈内投与後3～5分で致死作用を示します。溶血素bは、動物由来のブドウ球菌に最も多く見られます。ヒトおよびヒツジの赤血球を溶解します（低温でより効果的に溶解します）。溶血素Sはヒトおよび多くの動物の赤血球を溶解します。ウサギに静脈内投与した場合、致死効果は16～24～48時間以内に発現します。ブドウ球菌はα毒素とβ毒素を同時に保有している場合が非常に多くあります。
• 剥脱毒素Aと剥脱毒素Bは、抗原性、温度感受性（Aは耐熱性、Bは不安定性）、そして合成を制御する遺伝子の局在（Aは染色体遺伝子、Bはプラスミド遺伝子によって制御される）によって区別されます。多くの場合、両方の剥脱毒素は黄色ブドウ球菌の同じ株で合成されます。これらの毒素は、ブドウ球菌が新生児の天疱瘡、水疱性膿痂疹、猩紅熱様発疹を引き起こす能力と関連しています。
• 真性ロイコシジンは、抗原特性において溶血素と異なる毒素であり、白血球に選択的に作用して破壊します。
• 毒素性ショック症候群（TSS）を引き起こす外毒素。スーパー抗原特性を有する。TSSは、発熱、血圧低下、手足の発疹とそれに続く皮膚の剥離、リンパ球減少症、時には下痢、腎障害などを特徴とする。S. aureus株の50%以上がこの毒素を産生・分泌する能力を有する。

細胞構造の構成要素だけでなく、細菌が分泌する外毒素やその他の老廃物にも、強いアレルギー特性があります。ブドウ球菌アレルゲンは、遅延型（DTH）と即時型（IT）の両方の過敏症反応を引き起こす可能性があります。ブドウ球菌は、皮膚アレルギーや呼吸器アレルギー（皮膚炎、気管支喘息など）の主な原因です。ブドウ球菌感染症の病態の特殊性と慢性化傾向は、DTH効果に起因しています。

交差反応抗原（赤血球AおよびB、腎臓および皮膚の同種抗原との交差反応 - 自己抗体の誘導、自己免疫疾患の発症）。

貪食を阻害する因子。これらの因子の存在は、走化性の阻害、貪食細胞による細胞の吸収からの保護、ブドウ球菌の貪食細胞内での増殖能力の付与、そして「酸化バースト」の阻害といった形で現れる。貪食は、莢膜、プロテインA、ペプチドグリカン、テイコ酸、毒素によって阻害される。さらに、ブドウ球菌は、体内の一部の細胞（例えば脾臓細胞）による貪食活性抑制因子の合成を誘導する。貪食の阻害は、ブドウ球菌の排除を阻害するだけでなく、Tリンパ球およびBリンパ球への抗原処理および提示機能を阻害し、免疫応答の強度を低下させる。

ブドウ球菌に莢膜が存在すると、白色マウスに対する毒性が増し、ファージの作用に対する耐性が生じ、凝集性血清による分類が不可能となり、タンパク質 A がマスクされます。

タイコ酸はブドウ球菌を貪食から守るだけでなく、ブドウ球菌感染症の病因において重要な役割を果たしていると考えられています。心内膜炎を患う小児では、100%の症例でタイコ酸に対する抗体が検出されることが確認されています。

ブドウ球菌によるリンパ球に対する分裂促進作用（この作用はブドウ球菌によって分泌されるタンパク質 A、エンテロトキシンおよびその他の産物によって発揮されます）。

エンテロトキシンA、B、CI、C2、C3、D、E。抗原特異性、熱安定性、ホルマリン耐性（アナトキシンに変換されない）、消化酵素耐性（トリプシンおよびペプシン）を特徴とし、pH4.5～10.0の範囲で安定しています。エンテロトキシンは、分子量26～34 kDaの低分子タンパク質であり、スーパー抗原特性を有します。

ブドウ球菌感染症に対する感受性とその経過には、遺伝的要因による差異があることも明らかになっています。特に、重篤なブドウ球菌性化膿性敗血症は、血液型AおよびABの人に多く見られ、OおよびBの人にはあまり見られません。

ブドウ球菌が中毒型食中毒を引き起こす能力は、エンテロトキシンの合成に関連しています。ほとんどの場合、エンテロトキシンAとDによって引き起こされます。これらのエンテロトキシンの作用機序は十分に解明されていませんが、アデニル酸シクラーゼ系の機能を阻害する他の細菌性エンテロトキシンとは作用が異なります。あらゆる種類のブドウ球菌性エンテロトキシンは、吐き気、嘔吐、膵臓の痛み、下痢、時には頭痛、発熱、筋肉のけいれんなど、同様の中毒症状を引き起こします。ブドウ球菌性エンテロトキシンのこれらの特徴は、そのスーパー抗原性によるものです。つまり、中毒を引き起こすインターロイキン-2の過剰な合成を誘導します。エンテロトキシンは腸の平滑筋を刺激し、消化管の運動性を高めます。中毒は、ブドウ球菌に汚染された乳製品（アイスクリーム、ペストリー、ケーキ、チーズ、カッテージチーズなど）やバター入りの缶詰の摂取に最も多く関連しています。乳製品への感染は、牛の乳房炎や食品生産に携わる人々の化膿性炎症性疾患と関連することがあります。

このように、ブドウ球菌には様々な病原性因子が豊富に存在し、それらの高いアレルギー特性が、ブドウ球菌性疾患の病態、性質、局在、重症度、そして臨床症状の特徴を決定づけています。ビタミン欠乏症、糖尿病、免疫力の低下は、ブドウ球菌性疾患の発症に寄与します。

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ブドウ球菌耐性

芽胞を形成しない細菌の中で、ブドウ球菌は結核菌と同様に、外的要因に対する耐性が最も強い。乾燥に強く、乾燥した微細な塵埃の中でも数週間から数ヶ月間生存し、毒性を維持するため、塵埃感染源となる。直射日光では数時間で死滅し、拡散光では非常に弱い効果しか発揮しない。また、高温にも耐性があり、80℃の加熱に約30分、乾熱（110℃）では2時間以内に死滅する。低温にも強い。化学消毒剤に対する感受性は大きく異なり、例えば3%フェノール溶液では15～30分、1%クロラミン水溶液では2～5分で死滅する。

ブドウ球菌感染症の疫学

ブドウ球菌は皮膚や粘膜に常在するため、ブドウ球菌によって引き起こされる疾患は、自己感染（微小外傷を含む皮膚や粘膜への様々な損傷を伴う）または接触家庭、空気、空気中の粉塵、または消化管（食中毒）の感染経路によって引き起こされる外因性感染のいずれかとなります。特に重要なのは病原性ブドウ球菌の保菌であり、特に医療機関（さまざまな外科クリニック、産科病院など）や閉鎖集団における保菌者はブドウ球菌感染症を引き起こす可能性があります。病原性ブドウ球菌の保菌は一時的または断続的ですが、それを恒久的に保菌している人（常在保菌者）は、他の人に特に危険をもたらします。このような人では、ブドウ球菌は鼻や喉の粘膜に長期間、大量に生息します。長期保菌の理由は完全には明らかではありません。これは、局所免疫の弱体化（分泌型 IgA の不足）、粘膜機能の破壊、ブドウ球菌の接着特性の増加、またはその他の特性によって引き起こされる結果である可能性があります。

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ブドウ球菌感染症の症状

ブドウ球菌は、皮膚や粘膜のわずかな損傷から容易に体内に侵入し、ニキビから重度の腹膜炎、心内膜炎、敗血症、さらには死亡率が80%に達する敗血症まで、様々な疾患を引き起こす可能性があります。ブドウ球菌は、せつ、汗腺炎、膿瘍、蜂窩織炎、骨髄炎を引き起こします。戦時中は、創傷の化膿性合併症の頻繁な原因となります。ブドウ球菌は、化膿性手術において重要な役割を果たします。アレルギー性の性質を持つブドウ球菌は、乾癬、出血性血管炎、丹毒、非特異的多発性関節炎を引き起こす可能性があります。ブドウ球菌による食品の感染は、食中毒の一般的な原因です。ブドウ球菌は、新生児を含む敗血症の主な原因です。多くの細菌感染症で見られる細菌血症（血液中の細菌）は疾患の症状ですが、敗血症（血液の腐敗）は、網内系（単核食細胞系、MPS）の臓器の損傷を基盤とする、特有の臨床像を示す独立した疾患です。敗血症では、化膿性病巣が形成され、そこから病原体が定期的に血液中に侵入し、全身に広がり、網内系（MSP）に影響を及ぼすことで増殖し、毒素やアレルゲンを放出します。同時に、敗血症の臨床像は病原体の種類にあまり依存せず、特定の臓器の損傷によって決定づけられます。

敗血症は、病原体がさまざまな臓器や組織に化膿性病巣を引き起こす敗血症の一種で、化膿性転移を伴った敗血症です。

敗血症および敗血症性細菌血症は短期的および長期的になる可能性があります。

感染後免疫は存在し、体液性因子と細胞性因子の両方によって引き起こされます。抗毒素、抗菌抗体、酵素に対する抗体、そしてTリンパ球と貪食細胞が重要な役割を果たします。ブドウ球菌に対する免疫の強度と持続期間は、その抗原構造が多様であり、交差免疫が存在しないことから、十分に研究されていません。

ブドウ球菌の分類

ブドウ球菌属には20種以上が含まれ、コアグラーゼ陽性ブドウ球菌とコアグラーゼ陰性ブドウ球菌の2つのグループに分けられます。これらの種は様々な特徴によって区別されます。

コアグラーゼ陽性ブドウ球菌は主にヒトに対して病原性を示しますが、多くのコアグラーゼ陰性ブドウ球菌も、特に新生児において疾患（新生児結膜炎、心内膜炎、敗血症、尿路疾患、急性胃腸炎など）を引き起こす可能性があります。S. aureusは、その主な保菌者によって10の生態亜型（ヒト、ウシ、ヒツジなど）に分類されます。

ブドウ球菌には50種類以上の抗原が見つかっており、それぞれに対して体内で抗体が形成され、多くの抗原はアレルギー性を持っています。特異性によって、抗原は総称抗原（ブドウ球菌属全体に共通）、交差反応性抗原（ヒト赤血球、皮膚、腎臓の同種抗原と共通する抗原（自己免疫疾患に関連しています）、種特異的抗原、および型特異的抗原に分類されます。凝集反応で検出された型特異的抗原に応じて、ブドウ球菌は30以上の血清変異体に分類されます。ただし、ブドウ球菌を分類する血清学的方法はまだ広く普及していません。S. aureusによって生成されるタンパク質Aは、種特異的であると考えられています。このタンパク質は表面に位置し、ペプチドグリカンと共有結合しており、その分子量は約42 kDです。プロテインAは、対数増殖期（41℃）において特に活発に合成され、熱に不安定で、トリプシンによって分解されません。そのユニークな特性は、免疫グロブリンIgG（IgG1、IgG2、IgG4）のFcフラグメントに結合する能力、そしてIgMおよびIgAにもある程度結合する能力です。プロテインAの表面には、CH2ドメインとCH3ドメインの境界に位置する免疫グロブリンポリペプチド鎖の領域に結合できる複数の領域が同定されています。この特性は、共凝集反応において広く利用されています。遊離活性中心を持つ特定の抗体を担持したブドウ球菌は、抗原と相互作用すると、迅速な凝集反応を引き起こします。

プロテインAは免疫グロブリンと相互作用し、患者の体内の補体および貪食細胞の機能不全を引き起こします。プロテインAは抗原性を有し、強力なアレルゲンとして作用し、Tリンパ球およびBリンパ球の増殖を誘導します。ブドウ球菌性疾患の病因におけるその役割は、未だ十分に解明されていません。

黄色ブドウ球菌（S. aureus）の菌株は、ブドウ球菌ファージに対する感受性が異なります。S. aureusの型別判定には、23種類の温帯ファージからなる国際セットが用いられ、これらは以下の4つのグループに分類されます。

• グループ 1 - ファージ 29.52、52A、79、80;
• グループ 2 - ファージ 3A、3C、55、71;
• グループ 3 - ファージ 6、42E、47、53、54、75、77、83A、84、85。
• グループ4 - ファージ94、95、96;
• グループ外 - ファージ81。

ブドウ球菌とファージの関係は特異で、同じ菌株が1種類のファージによって溶解されることもあれば、複数のファージによって同時に溶解されることもあります。しかし、ブドウ球菌のファージ感受性は比較的安定しているため、ブドウ球菌のファージ型別は疫学的に非常に重要です。この方法の欠点は、S. aureusの型別が65～70%程度にしか限定されないことです。近年、S. epidermidisの型別に適したファージセットが得られています。

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ブドウ球菌感染症の臨床診断

主な方法は細菌学的検査であり、血清学的反応が開発・実施されています。必要に応じて（中毒の場合）、生物学的検査が行われます。細菌学的検査の材料は、血液、膿、咽頭粘液、鼻腔粘液、創傷分泌物、痰（ブドウ球菌性肺炎の場合）、糞便（ブドウ球菌性大腸炎の場合）、食中毒の場合は嘔吐物、糞便、胃洗浄液、疑わしい物質です。材料は血液寒天培地（溶血）、牛乳塩（牛乳・卵黄・塩）寒天培地（塩化ナトリウムにより外来細菌の増殖が抑制され、色素とレシチナーゼの検出が向上します）に接種します。分離培養物は種特性に基づいて同定され、病原性の主な特性および因子（黄金色素、マンニトール発酵、溶血、血漿凝固酵素）の有無が確認され、抗生物質に対する感受性が必ず確認され、必要に応じてファージ型別が行われます。化膿性敗血症性疾患の診断における血清学的反応としては、RPGA法とIFM法が用いられ、特にテイコ酸抗体または種特異的抗原の検出に用いられます。

ブドウ球菌の毒素産生性を調べるために、3 つの方法が使用されます。

• 血清学的 - ゲル沈殿反応で特定の抗毒素血清を使用して、エンテロトキシンを検出し、その種類を決定します。
• 生物学的療法：猫にブドウ球菌培養液の濾液を体重1kgあたり2～3mlの用量で静脈内投与する。毒素は猫に嘔吐や下痢を引き起こす。
• 間接的な細菌学的方法 - 疑わしい製品からブドウ球菌の純培養を分離し、その病原性因子を決定します（エンテロトキシンの形成は、他の病原性因子、特にRNaseの存在と相関しています）。

エンテロトキシンを検出する最も簡単で感度の高い方法は血清学的方法です。

ブドウ球菌感染症の治療

ブドウ球菌性疾患の治療には、主にβ-ラクタム系抗生物質が使用されますが、まずその感受性を調べる必要があります。重症および慢性ブドウ球菌感染症では、自己ワクチン、アナトキシン、抗ブドウ球菌免疫グロブリン（ヒト）、抗ブドウ球菌血漿などの特異的治療によって良好な効果が得られます。

ブドウ球菌感染症の特異的予防

ブドウ球菌感染症に対する人工免疫を作製するために、ブドウ球菌アナトキシン（液剤および錠剤）が用いられますが、これは主にI群ファージによって溶解されたブドウ球菌に対してのみ抗毒素免疫を作製します。不活化したブドウ球菌またはその抗原から調製したワクチンの使用は、抗菌抗体の出現をもたらしますが、その効果はワクチンの原料となる血清型ブドウ球菌に対してのみ発揮されます。多くの病原性ブドウ球菌に対して有効な、免疫原性の高いワクチンを見つけることは、現代微生物学における最も重要な課題の一つです。