赤痢菌

赤痢は、全身の中毒、下痢、そして大腸粘膜の特定の病変を特徴とする感染症です。世界で最も一般的な急性腸疾患の一つです。赤痢は古代から「血性下痢」という名称で知られていましたが、その病態は異なることが判明しました。1875年、ロシアの科学者FA・レシュは、血性下痢の患者から赤痢アメーバ（Entamoeba histolytica）を分離しました。その後15年間でこの疾患の独立性が確立され、アメーバ症という名称が残りました。

赤痢そのものの原因菌は、生物学的に類似した細菌の大きなグループであり、赤痢菌属に分類されます。この原因菌は、1888年にA. シャンテムズとF. ヴィダルによって初めて発見され、1891年にはAV グリゴリエフによって記載され、1898年にはK. シガが患者から採取した血清を用いて34人の赤痢患者の原因菌を特定し、最終的にこの細菌の病因的役割を証明しました。しかしその後、赤痢の他の原因菌が発見されました。1900年にはS. フレクスナー、1915年にはK. ゾンネ、1917年にはK. シュトゥッツァーとK. シュミッツ、1932年にはJ. ボイド、1934年にはD. ラージ、1943年にはA. サックスが発見しました。

現在、赤痢菌属には40以上の血清型が含まれます。いずれも短小で運動性のないグラム陰性桿菌で、胞子や莢膜を形成せず、通常の栄養培地でよく生育しますが、クエン酸またはマロン酸を唯一の炭素源とする飢餓培地では生育しません。H2Sを生成せず、尿素分解酵素を持たず、Voges-Proskauer反応は陰性です。グルコースなどの炭水化物を発酵させてガスを発生しない酸を生成します（一部のShigella flexneriバイオタイプであるS. manchesterおよびS. newcastleを除く）。一般的に、乳糖（Shigella Sonneiを除く）、アドニトール、サリシン、イノシトールを発酵せず、ゼラチンを液化せず、通常はカタラーゼを形成し、リジン脱炭酸酵素とフェニルアラニン脱アミナーゼを持ちません。 DNA中のG + C含有量は49〜53モル％です。Shigellaは通性嫌気性菌で、最適成長温度は37°Cで、45°Cを超える温度では成長しません。培地の最適pHは6.7〜7.2です。高密度培地上のコロニーは丸く、凸型で、半透明で、解離した場合は粗いR型コロニーが形成されます。MPBでの増殖は均一な濁度の形で行われ、粗いコロニーは沈殿物を形成します。Shigella Sonneiの新鮮に分離された培養物は通常、小さな丸い凸型（フェーズI）、大きな平らなコロニー（フェーズII）の2種類のコロニーを形成します。コロニーの性質は、mm 120 MDのプラスミドの有無（フェーズI）によって決まり、これがShigella Sonneiの毒性も決定します。

赤痢菌の国際分類は、生化学的特性（マンニトール非発酵性、マンニトール発酵性、ゆっくり乳糖発酵する赤痢菌）と抗原構造の特徴に基づいています。

赤痢菌には、腸内細菌科に共通、総称、種、グループ、型に特有の、さまざまな特異性の O 抗原と K 抗原がありますが、H 抗原はありません。

この分類は、グループおよび型特異的なO抗原のみを考慮しています。これらの特徴に基づき、赤痢菌属は4つのサブグループ、つまり4つの種に分類され、44の血清型が含まれます。サブグループA（Shigella dysenteriae種）には、マンニトールを発酵しない赤痢菌が含まれます。この種には12の血清型（1～12）が含まれます。各血清型はそれぞれ特異的な型抗原を有しており、血清型間および他の赤痢菌種との抗原的関連は弱いものとなっています。サブグループB（Shigella flexneri種）には、通常マンニトールを発酵する赤痢菌が含まれます。この種の赤痢菌は互いに血清学的に関連しており、タイプ特異的抗原（I-VI）を持ち、それによって血清型（I-6）とグループ抗原に分類されます。グループ抗原は各血清型で異なる組成で存在し、それによって血清型はサブ血清型に分類されます。さらに、この種には、タイプ抗原を持たず、グループ抗原のセットが異なる2つの抗原変異体XとYが含まれます。血清型S.flexneri 6にはサブ血清型はありませんが、グルコース、マンニトール、およびズルシトールの発酵の特徴によって3つの生化学的タイプに分類されます。

すべてのShigella flexneriにおけるリポ多糖抗原Oは、グループ抗原3、4を主要な一次構造として含み、その合成はhis遺伝子座近傍に位置する染色体遺伝子によって制御されています。型特異的抗原I、II、IV、Vおよびグループ抗原6、7、8は、抗原3、4の修飾（グリコシル化またはアセチル化）の結果であり、対応する変換プロファージの遺伝子によって決定されます。これらのプロファージの組み込み部位は、Shigella染色体のlac-pro領域にあります。

1980年代に国内に出現し、広く蔓延した新しいサブ血清型S.flexneri 4（IV:7、8）は、サブ血清型4a（IV;3、4）および4b（IV:3、4、6）とは異なり、プロファージIVおよび7、8の変換による溶原化の結果として変異体S.flexneri Y（IV:3、4）から発生しました。

サブグループC（Shigella boydix属）には、通常マンニトールを発酵する赤痢菌が含まれます。このグループに属する菌は血清学的に互いに異なります。種内の抗原性連鎖は弱いです。この種には18の血清型（1～18）があり、それぞれに主要な抗原があります。

サブグループD（Shigella sonnei属）には、通常マンニトールを発酵し、24時間培養後以降は乳糖および蔗糖をゆっくりと発酵する能力を持つ赤痢菌が含まれます。S. sonnei属には1つの血清型が含まれますが、フェーズIおよびIIのコロニーはそれぞれ独自の型特異的抗原を有します。Shigella sonneiの種内分類には、以下の2つの方法が提案されています。

• 麦芽糖、ラムノース、キシロースを発酵する能力に応じて 14 の生化学的タイプとサブタイプに分類します。
• 対応するファージのセットに対する感受性に基づいてファージの種類に分類します。

これらの分類法は主に疫学的な意義を持つ。さらに、Shigella SonneiとShigella Flexneriは、特定のコリシンを合成する能力（コリシン遺伝子型分類）と既知のコリシンに対する感受性（コリシノタイピング）に基づいて、同じ目的で分類されている。Shigellaが産生するコリシンの種類を決定するために、J. AbbottとR. ShannonはShigellaの代表株と指標株のセットを提案した。また、Shigellaの既知のコリシンに対する感受性を決定するために、P. Frederickのコリシノジェニック参照株セットが用いられている。

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赤痢菌耐性

赤痢菌は環境要因に対してかなり高い耐性を持っています。綿布や紙の表面では0～36日間、乾燥した排泄物の表面では最大4～5ヶ月、土壌の表面では最大3～4ヶ月、水中では0.5～3ヶ月、果物や野菜の表面では最大2週間、牛乳や乳製品の表面では最大数週間生存します。60℃の温度では15～20分で死滅します。クロラミン溶液、活性塩素、その他の消毒剤には敏感です。

赤痢菌の病原性因子

赤痢菌の病原性を決定づける最も重要な生物学的特性は、上皮細胞に侵入し、増殖して細胞を死滅させる能力です。この作用は、角結膜試験（モルモットの下眼瞼下に赤痢菌培養液1白金耳（20億～30億個の細菌）を注入すると、漿液性化膿性角結膜炎を発症する）によって検出できるほか、細胞培養（細胞毒性作用）やニワトリ胚（胚の死滅）、あるいは白マウスへの鼻腔内感染（肺炎の発症）によっても検出できます。赤痢菌の病原性の主な要因は、以下の3つのグループに分けられます。

• 粘膜上皮との相互作用を決定する因子;
• マクロ生物の体液性および細胞性防御機構に対する抵抗性、および赤痢菌が細胞内で増殖する能力を保証する因子。
• 病理学的プロセス自体の発症を引き起こす毒素および毒性物質を生成する能力。

最初のグループには、接着因子と定着因子が含まれます。これらの役割は、線毛、外膜タンパク質、およびLPSによって担われます。接着と定着は、粘液を破壊する酵素（ノイラミニダーゼ、ヒアルロニダーゼ、ムシナーゼ）によって促進されます。2番目のグループには、細胞傷害性効果および（または）腸管毒性効果を同時に発現させながら、腸管上皮細胞への赤痢菌の侵入と腸管上皮細胞およびマクロファージ内での増殖を促進する侵入因子が含まれます。これらの特性は、mm 140 MD（侵入を引き起こす外膜タンパク質の合成をコードする）プラスミドの遺伝子と、赤痢菌の染色体遺伝子：kcr A（角結膜炎を引き起こす）、cyt（細胞破壊の原因）、およびまだ特定されていない他の遺伝子によって制御されます。赤痢菌を貪食から保護するのは、表面K抗原、抗原3、4、およびリポ多糖です。さらに、赤痢菌エンドトキシンの脂質 A には免疫抑制効果があり、免疫記憶細胞の活動を抑制します。

病原性因子の3番目のグループには、内毒素と、赤痢菌にみられる2種類の外毒素（志賀毒素および志賀様毒素（SLT-IおよびSLT-II））が含まれます。これらの細胞毒性特性は、S. dysenteriaeで最も顕著です。志賀毒素および志賀様毒素は、S. dysenteriaeの他の血清型でも見つかっており、S. flexneri、S. sonnei、S. boydii、EHEC、および一部のサルモネラ菌によっても産生されます。これらの毒素の合成は、変換ファージの毒素遺伝子によって制御されます。LTタイプのエンテロトキシンは、Shigella flexneri、sonnei、およびboydiiで見つかっています。これらのLT合成は、プラスミド遺伝子によって制御されています。エンテロトキシンはアデニル酸シクラーゼ活性を刺激し、下痢の原因となります。志賀毒素、または神経毒は、アデニル酸シクラーゼ系とは反応しませんが、直接的な細胞毒性効果があります。志賀毒素と志賀様毒素 (SLT-I と SLT-II) は分子量が 70 kDa で、サブユニット A と B (後者は 5 つの同一の小さなサブユニット) で構成されています。毒素の受容体は細胞膜の糖脂質です。 Shigella sonnei の毒性も、分子量 120 MDa のプラスミドに依存しています。このプラスミドは外膜の約 40 個のポリペプチドの合成を制御し、そのうち 7 個が毒性と関連しています。このプラスミドを持つ Shigella sonnei はフェーズ I のコロニーを形成し、毒性があります。プラスミドを失った培養物はフェーズ II のコロニーを形成し、毒性がありません。分子量 120～140 MDa のプラスミドは、Shigella flexneri と Boyd で見つかりました。赤痢菌のリポ多糖体は強力なエンドトキシンです。

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感染後の免疫

サルの観察結果から、赤痢発症後も強力かつ比較的長期にわたる免疫が持続することが示されています。これは、抗菌抗体、抗毒素、マクロファージおよびTリンパ球の活性亢進によって引き起こされます。IgAを介した腸粘膜の局所免疫が重要な役割を果たします。しかし、免疫は型特異的であり、強い交差免疫は発生しません。

赤痢の疫学

感染源はヒトのみです。自然界では赤痢を発症する動物はいません。実験条件下では、サルでのみ赤痢を再現できます。感染様式は糞口感染です。感染経路は、水（主にフレクスナー赤痢菌）、食物（特に牛乳と乳製品が重要な役割を果たします。ソネイ赤痢菌の主な感染経路）、そして特にS. dysenteriae属では家庭内接触です。

赤痢の疫学における特徴の一つは、病原体の種構成の変化、そして特定の地域におけるゾンネ型やフレクスナー型といった血清型の変化です。例えば、1930年代末までは、S. dysenteriae 1が全赤痢症例の30～40%を占めていましたが、その後、この血清型は徐々に発生頻度が減少し、ほぼ消滅しました。しかし、1960年代から1980年代にかけて、S. dysenteriaeは歴史の舞台に再び現れ、一連の流行を引き起こし、中央アメリカ、中央アフリカ、南アジア（インド、パキスタン、バングラデシュなど）の3カ所に、その高風土病地域を形成しました。赤痢病原体の種構成の変化は、集団免疫の変化と赤痢菌の特性の変化に関連していると考えられます。特に、赤痢の高度風土病性病巣の形成を引き起こしたS. dysenteriae 1の復活とその広範囲にわたる分布は、多剤耐性と毒性の増大を引き起こすプラスミドの獲得と関連している。

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赤痢の症状

赤痢の潜伏期間は2～5日で、時には1日未満のこともあります。赤痢の原因菌が侵入する下行結腸（S状結腸および直腸）の粘膜における感染巣の形成は、付着、定着、赤痢菌の腸管上皮細胞への侵入、細胞内増殖、上皮細胞の破壊と拒絶、病原体の腸管腔への放出という周期的なプロセスを経ます。その後、付着、定着などの新たなサイクルが始まります。サイクルの強度は、粘膜壁層における病原体の濃度に依存します。サイクルが繰り返される結果、炎症巣は拡大し、結果として生じた潰瘍が癒着し、腸壁の露出が増加し、その結果、便中に血液、粘液膿性塊、多形核白血球が現れます。細胞毒素（SLT-IおよびSLT-II）は細胞破壊を引き起こし、エンテロトキシンは下痢、エンドトキシンは全身中毒を引き起こします。赤痢の臨床像は、病原体が産生する外毒素の種類、アレルギー反応の程度、そして体の免疫状態によって大きく左右されます。しかしながら、赤痢の病因については、特に生後2歳児における赤痢の経過の特徴、急性赤痢から慢性赤痢への移行の理由、感作の重要性、腸粘膜の局所免疫のメカニズムなど、多くの点が未解明のままです。赤痢の最も典型的な臨床症状は、下痢、頻尿（重症例では1日に50回以上）、しぶり腹（直腸の痛みを伴う痙攣）、そして全身中毒です。便の性質は、大腸の損傷の程度によって決まります。最も重篤な赤痢はS. dysenteriae 1によって引き起こされ、最も軽症なのはゾンネ赤痢です。

赤痢の臨床診断

主な方法は細菌学的です。研究材料は糞便です。病原体の分離手順は、鑑別診断用エンド培地およびプロスキレフ培地（増菌培地に同時接種し、その後エンド培地、プロスキレフ培地に接種）に播種して分離コロニーを分離し、純粋培養を行い、生化学的性質を調べ、さらに、生化学的性質を考慮して、多価および一価診断凝集血清を用いて同定することです。以下の市販血清が製造されています。

マンニトールを発酵しない赤痢菌の場合：

• S. dysenteriae 1型および2型（多価および一価）
• S. dysenteriae 3-7（多価および一価）に対して、
• S. dysenteriae 8-12（多価および一価）に対して。

マンニトールを発酵する赤痢菌に対して：S.flexneri I、II、III、IV、V、VI の典型的な抗原、S.flexneri 3、4、6、7、8 のグループ抗原（多価）、S. boydii 1-18 の抗原（多価および一価）、S. sonnei フェーズ I およびフェーズ II の抗原、S. flexneri I-VI + S. sonnei の多価抗原。

Shigella を迅速に特定するには、次の方法が推奨されます: 疑わしいコロニー (Endo 培地でラクトース陰性) を、鉄を含む 3 糖寒天 (グルコース、ラクトース、スクロース) である TSI (トリプル シュガー アイアン) 培地に再播種して H2S 生成を判定するか、グルコース、ラクトース、スクロース、鉄、尿素を含む培地に再播種します。

4～6時間の培養後に尿素を分解する微生物は、おそらくプロテウス属菌であり、除外できます。H,Sを生成する微生物、ウレアーゼを有する微生物、または斜面上で酸を生成する微生物（ラクトースまたはスクロースを発酵）は除外できますが、H2Sを生成する菌株はサルモネラ属菌の可能性があるとして調査する必要があります。その他の場合は、これらの培地で培養した菌株を検査し、グルコースを発酵させる（カラムの色が変わる）場合は、純粋な形で分離する必要があります。同時に、適切な赤痢菌属抗血清を用いたスライド凝集試験で検査することもできます。必要に応じて、赤痢菌属に属することを確認するために他の生化学検査を実施し、運動性も検査します。

血液（CICを含む）、尿、便中の抗原を検出するには、RPGA、RSK、共凝集反応（尿および便中）、IFM、RAGA（血清中）などの方法があります。これらの方法は、有効性と特異性が高く、早期診断に適しています。

血清学的診断には、RPGA（対応する赤血球診断薬）、免疫蛍光法（間接修飾法）、クームス法（不完全抗体の力価測定）が用いられます。また、赤痢菌（シゲラ・フレクスナーおよびソネイのタンパク質分画の溶液）を用いたアレルギー反応も診断に有用です。反応は24時間後に評価します。充血と直径10～20mmの浸潤が認められる場合、陽性と判断されます。

赤痢の治療

主な注意点は、正常な水塩代謝の回復、適切な栄養管理、解毒、適切な抗生物質療法（病原体の抗生物質に対する感受性を考慮した上で）です。多価赤痢バクテリオファージ、特にペクチンコーティング錠を早期に使用することで良好な効果が得られます。ペクチンコーティング錠は、胃液中の塩酸の作用からファージを保護します。小腸ではペクチンが溶解し、ファージが放出されて効果を発揮します。予防目的では、ファージは少なくとも3日（腸内での生存期間）に1回投与する必要があります。

赤痢の具体的な予防

赤痢に対する人工的な免疫を作り出すために、殺菌した細菌、化学物質、アルコールなど様々なワクチンが使用されてきましたが、いずれも効果がないことが分かり、製造が中止されました。フレクスナー赤痢に対するワクチンは、生菌（変異株、ストレプトマイシン依存性）のフレクスナー赤痢菌から作られ、リボソームワクチンも開発されましたが、いずれも広く普及していません。そのため、赤痢の特異的予防という問題は未解決のままです。赤痢対策の主な方法は、上下水道システムの改善、食品関連施設、特に乳製品業界、児童養護施設、公共の場、そして個人の衛生状態維持における厳格な衛生管理の確保です。