G.３ 芽胞形成と発芽の機序とその意義について

メンバー 98021片山 寿希 98022加藤 剛 98024鍬田 晶子 98025古賀 寛子

98026児玉 和久 98027小松 信俊 98028坂元 真理子 98029坂本 佳子

98030櫻庭 康司

（GIO）

芽胞形成と発芽の機序について学び、その意義を理解する。そして、私たちの環境に及ぼす影響を考察する。

（SBO）

10．病気の治療法について説明できる。

バシラス（Bacillus）属とクロストリジウム（Clostridium）属は、菌体内に芽胞をつくる。芽胞は、物理化学的処理に対する抵抗が極めて強く、１００℃の加熱にかなりの時間耐えることができる。乾燥にも強く、乾燥状態で数十年間死滅しなかったという例もある。芽胞は細菌の一種の耐久型であり、培養条件の悪い場合に形成され、一切の代謝は止まるが、生命は維持され、適当な環境に再会すると、再び細菌に復元し増殖する。

増殖している菌を栄養型という。芽胞は、休眠状態の細菌である。

芽胞は光屈折性が強い。これは、芽胞が水分含量が低いためである。普通の染色法では染まりにくい。特殊な芽胞染色法を用いると菌体と染め分けることができる。

芽胞の形は菌種により異なり、円形（破傷風菌など）、長い楕円形（Bacillus mycoidesなど）、短い楕円形（枯草菌など）、類円形状（Bacillus cereusなど）などがある。菌体内の位置によって次のように分類される。

芽胞形成の遺伝子は、多数知られており、各期において働く遺伝子は異なっている。０期に働く遺伝子は spo ０遺伝子と呼ばれ、芽胞形成を開始する機能としてのもつものとしては特に注目されている。Spo遺伝子の多くは、栄養型の菌では働いていない。芽胞形成が開始されると、新たに spo遺伝子を読むためのＲＮＡポリメレースが作られ、spo遺伝子も読まれるようになる。Spo ０遺伝子の一つはこのＲＮＡポリメレースに関する遺伝子である。

�V．芽胞形成sporulationの意義

Bacillus属とClostridium属は菌体内に芽胞sporeをつくる。芽胞は物理化学的処理に対する抵抗が極めて強く、100℃の加熱にかなりの時間耐える。乾燥にも強く、乾燥状態で数十年間死ななかった例もある。芽胞は最近の一種の耐久形であって培養条件の悪い場合に形成され、一切の代謝が止まるが、生命は維持され、適応な環境になると、再び細菌に復元する。ただし、芽胞が高温や乾燥に耐える機構は、完全には理解されているわけではない。

　一般的に、芽胞は、適当なよい環境におかれると、芽胞嚢が消失または脱落して発芽する。しかし、芽胞から再び発芽する機転は不明な点も多い。Thermophilic bacteria（好熱性菌）では、短時間熱ショックを与えるだけで発芽し、またL−アラニンに触れただけでも発芽する。したがって、発芽は必ずしも細菌細胞の発育に好適な条件でなくても起こることがわかる。

昭和34年に川口氏らの行ったB．subtilisについての研究報告によると、発芽の機序は、

発芽に際して、染色性の変化や屈折性の消失なども起こる。しかし、菌種によって発芽形成の細部は多少とも異なり、また、同一菌種、同一菌株でも必ずしも同一の形成をとるとは限らない。

まず、芽胞形成について簡単に説明すると、芽胞形成とは栄養型の菌が芽胞と呼ばれる厚い被膜に覆われた球状体に変化する過程のことである。これは一般的に、発育に不適当な環境に置かれた時に自身の内部に蛋白質などが集まって、それが芽胞に包まれる形で存在する。また同時に、周辺の菌体は崩壊し、結果、芽胞のみが残る形となる。

次にグラム陽性かん菌についてであるが、グラム染色という細菌を２つに染め分ける方法を用いて、グラム陽性菌とグラム陰性菌の２つに大きく分類することができる。これは、細胞壁のさらに外側にある外膜を持つかどうかでアルコール脱色に対する反応性に違いが生じ、染色される色が異なってくるという分類法である。また、形状の違いから球菌とかん菌とに分けられるが、ここではグラム陽性かん菌について取り上げる。

グラム陽性かん菌は芽胞形成の有無からグラム陽性有芽胞かん菌と無芽胞かん菌とに分けられる。有芽胞かん菌にはバシラス属（Genus　Bacilus）と嫌気性菌であるクロストリジウム属（Genus　Clostridium）がある。また無芽胞かん菌にはリステリア属（Genus　Listeria）やエリジペロスリックス属（Genus　Erysipelothrix）、コリネバクテリウム属（Genus　Corynebacterium）、マイコバクテリウム属（Genus　Mycobacterium）などがあげられる。具体的に代表的な菌についていくつか述べてみる。

1. 炭疽菌（Bacillus　anthracis）

グラム陽性有芽胞かん菌でバシラス属である。大きさは1.0〜1.2×３〜10μmで、病原菌中細大のかん菌である。両端は竹の節を直角に切断したように見える。組織内では単独または短い連鎖状であるが培養菌は長い連鎖を形成する。鞭毛を欠き、組織内ではポリD−グルタミン酸からなる莢膜をつくる。菌体の中央に卵円形の芽胞を形成する。この芽胞は乾燥状態で数年生存し、消毒剤、加熱にも抵抗する。炭疽菌は人獣伝染病である炭疽を起こす病原菌として知られている。主として草食獣を侵し、肉食獣、雑食獣への感染例は少ない。ヒトの場合主に皮膚感染で、家畜の炭疽からの感染が多い。露出部の手、腕、頭などの創傷から菌、芽胞が侵入して悪性膿疱をつくり、重症になれば死亡するケースもある。

　

2. ボツリヌス菌（Clostridium　botulinum）

グラム陽性有芽胞かん菌で、嫌気性をもつクロストリジウム属である。大　　　　　　　きさは0.9〜1.2×4~6μmで、均一な幅を持ち、真直ぐで両端は鈍円である。芽胞は楕円形で一端近くに位置し、菌体の幅よりやや大きい。鞭毛はあるが莢膜はない。土壌中に存在し、野菜、魚、肉類を汚染する。よってボツリヌス毒素によって食中毒が起こりやすい。また、熱に対する抵抗性は嫌気性菌の中で最もつよく、芽胞は100℃数時間、120℃でも少なくとも10分は耐える。

　

3. リステリア（Listeria　monocytogenes）　　　　

グラム陽性無芽胞かん菌であり、リステリア属に属す。大きさは0.5×0.5〜2μmの短かん菌であるが、時に陳旧培養やR型菌で6〜20μmのフィラメント状を呈する。莢膜、芽胞は有しない。20〜25℃での培養では運動性を示し、3〜4本の周毛性鞭毛が観察されるが、37℃では極単毛で運動性も低い。この菌は全世界に広く分布し、50種類以上の動物から分離されており、土壌や植物、湖や川の水からも分離される。またこの菌は人畜共通の感染症の一つであるリステリア症を起こす。さらにマクロファージ内でも増殖可能な通性細胞内寄生性細菌の１つである。抗体は感染防御には無効と考えられている。

　　　

4. ジフテリア菌（Corynebacterium）

グラム陽性無芽胞かん菌で、コリネバクテリウム属に属す。大きさは0.3〜0.8×1〜8μmの、まっすぐか少し弯曲した中等大のかん菌である。しばしば一端またはときに両端が膨大、まれに枝分かれする。一般に多形態性を示す。芽胞、莢膜、鞭毛は欠如。菌体内に1〜数個の異染小体がある。配列は特異であり、集合して柵状、車輪状を示し、また菌体交互に一定の角度をとって開指状、松葉状、N、T、V、W、Y状などを呈す。基本的には好気性〜微好気性であるが嫌気条件下でも発育しうる。またこの菌の抵抗性は比較的弱いが、偽膜内の菌はこれより抵抗性は強い。ヒトに対する病原性は咽頭粘膜を侵すことが最も多く、感染後、しばらくの潜伏期を経て局所に偽膜をつくり、限局性に増殖し大量の毒素を産出する。所在としてはジフテリア患者の咽頭、気管及び鼻腔の粘膜に存在し、ことにこれらの部位の偽膜にはほとんど純培養状に存在する。

　ブドウ球菌は鼻腔、皮膚、腸管などに常在し、正常人の約50％は鼻前庭部に黄色ブドウ球菌をもっている。約20％の正常人の便から菌が分離され、乳幼児の場合には会陰部が菌の常在部位の一つとなっている。その大きさは、直径0.8〜1.0μmのグラム陽性球菌である。特徴は、芽胞がなく、鞭毛ももたないので運動性はない。細胞壁には2つの主成分としてペプチドグリカン、タイコ酸の層を持つが、黄色ブドウ球菌の場合はさらに免疫グロブリンGのFC部分に特異的に結合する蛋白プロテインAを含んでいる。

　直径0.5から1.0μmのグラム陽性球菌で染色標本で見ると、レンサ状の配列をする。芽胞や鞭毛をもたない。従って運動性を示さない。ブドウ球菌と異なりカタラーゼをもたないが通性嫌気性に発育しグルコースを発酵的に分解する。その際乳酸を産出するのが特徴である。レンサ球菌は一般に、熱、消毒液、抗生物質に対する抵抗性がブドウ球菌に比べて弱い。

　ペプトストレプトコッカスと共にグラム陽性の球菌で、芽胞や鞭毛は作らない。ブドウ球菌やレンサ球菌に比べ溶血素を作る事はまれである。オキシダーゼは陰性であるがまれにカタラーゼを産出するものがある。

一般に嫌気性菌の分類は，�@グラム染色性（注1），�A形態，�B芽胞，�C鞭毛の有無と位置，�D代謝産物によってなされる。特に代謝産物として、揮発性脂肪酸（注2）と難揮発性脂肪酸（注3）のガスクロマトグラフィーによる定量分析が同定のきめ手になっている。

病原性無芽胞嫌気性桿菌はほとんどすべて常在細菌の一部であり、日和見感染（注4）である。

嫌気性菌がよく検出される感染症としては、脳腫瘍（検出頻度83％）、慢性中耳炎（50％）、肺腫瘍（93％）、筋壊死（100％）、関節炎（3〜8％）などがある。

実際に臨床検体から検出される嫌気性菌の中で最も多いのは、Bacteroides(42%)（注5）である。しかもこの菌は多くの抗菌剤に耐性であり、今後も検出率が増加することが予想される。

1. バクテリア（細菌）を青い染料で染めて分類する方法である。 細胞壁の違いによって、細菌はそれぞれ異なった色の反応を示す。脱色されるものをグラム陰性型、染まるものをグラム陽性型という。
2. 炭素数1分子のものから6分子のものまで。
3. 乳酸、コハク酸。
4. 通常、健康な場合には影響をおよぼさない病原性の弱い微生物や、平素は無害な菌などによってひきおこされる感染症をいう。

A.バラシス属（好気性有芽胞菌）

１．炭疽菌Bacillus anthracisと炭疽Anthrax

1877年　Robert Koch：純培養、最初の病原菌

炭疽anthraxは本来ヒツジ、ウシ、ウマなどの家畜や野生草食動物の伝染病で、ヒトは、この病気に罹った動物やそれらの皮、毛や排泄物と接触したときにだけ偶発的に感染する。したがって、その様な機会の多い獣医、牧畜食肉業者、羊毛毛皮工業者などにみられ、わが国でも稀に発生する。

臨床的には、3つの型があり、ヒトに最も多い型は、皮膚炭疽で悪性膿疱として知られている。ふつう顔や、頸や上肢などの露出部での小さなかすり傷から芽胞が侵入し、発芽、２〜５日の潜伏期の後に炎症性の丘疹ができ、次いで水疱、膿疱、壊死性となり潰瘍、疱疹がやぶれて特有の黒色痂皮を形成するが、痂皮の周囲は相当離れたところまでゼラチン様の浮腫で囲まれているのが特徴。どの時期でも特に痛みはないが、重傷の皮膚炭疽では、局所のリンパ節が腫大し、圧痛を示し、敗血症に進展すると、全身に広がりしばしば死に至る。吸入炭疽inhalation anthrax(肺炭疽)は、炭疽菌芽胞を含んだ塵を吸入するとしばしば著明なゼラチン様浮腫を特徴とする広範な急性の出血性縦隔洞炎や出血性髄膜炎を起こす。この病型は、呼吸困難、胸痛、高熱で急に始まり、急速に進行して致命率が高い。吸入された芽胞は肺胞マクロファージに食菌され、肺リンパを介して局所の気管-気管支リンパ節に運ばれそこで発芽、増殖する。多くの栄養型菌はリンパ節で壊されるが、のがれた菌は血中に入り、次いで細網系とくに脾臓で急速に壊される（脾腫を起こす）が、すぐにこの防御系をうちまかして致命的な菌血症を起こす。出血性肺浮腫と胸腔内滲出貯留がみられるが肺炎は稀。腸炭疽は家畜ではふつうであるが、ヒトでは稀で、炭疽に感染した動物から芽胞に汚染された肉を食べて起こる。コレラ様の胃腸炎か急性腹症（腹痛、発熱、嘔吐、血性下痢、腸閉塞、ショック）が主症状で、致命率が非常に高く、剖検では穿孔を伴う小腸のリンパ節の病巣と出血性炎症がみられる。

もう１つの稀な型は口咽頭炭疽で、扁桃腺や咽頭に潰瘍をつくり、ジフテリアに似た偽膜を形成して嚥下困難、呼吸困難を起こす。

２．セレウス菌B.cereusと食中毒

セレウス菌は病原性を示さないことが多いが、調理済食物の冷蔵が不適当で、それを再び熱したりした結果、芽胞が発芽して毒素を産出すると、ときに食中毒を発生させる。セレウス菌食中毒には、下痢型（潜伏期が10から13時間で腹痛、水様性下痢、裏急後重などを主症状とし、嘔吐、発熱などはほとんどみられず、ウェルシュ菌食中毒に酷似し、原因食はバニラソースなど）と嘔吐型（潜伏期が1〜6時間で、悪心、嘔吐を主症状とし、下痢、腹痛はほとんどみられず、ブドウ球菌食中毒に臨床的には酷似、原因食は、米飯を主体としたもの）の2つの型がある。本菌はぺニシリナーゼとセファロスポリナーゼを産出（工業的にこれらを産出するのにも利用されている）するので、β−ラクタム抗生物質治療中に菌交代現象で日和見感染を起こすこともある。

B.嫌気性芽胞菌

1. 破傷風菌と破傷風　Clostridium tetani and tetanus

破傷風菌は世界中の土壌およびヘドロに広く分布しており、ヒトや動物の糞尿中にも見出される。菌の分布が広い割合に破傷風の患者がそれ程多くないのは、この菌の嫌気要求度が高く、特殊な環境下でないと増殖しない性質と関係があるのであろう。わが国では年間100名足らずの患者が報告されるにすぎないが、熱帯、亜熱帯の発展途上国では10〜50倍の患者発生率である。

土に汚染された、傷口の小さく深い創傷（足の刺傷、交通外傷による複雑骨折など）にまずブドウ球菌などの感染が起こり、組織が局所的に破壊されると血行が止まり、嫌気状態がつくられる。そこで破傷風菌が増殖を開始し、強い菌体外毒素が産出される。菌は局所に止まるが、毒素は神経に沿ったリンパ管を経て、全身に運ばれる。毒素は神経組織に強い親和性をもち、受傷後数日〜1ヶ月の潜伏期のあと頭痛、全身倦怠感とともに嚥下困難や開口困難を初発症状として発症する（牙関緊急：trismusという）。まもなく筋強直は顔面、項部、背部、腹部におよび、顔面筋肉の強直のため苦笑の表情に似た特有の痙攣を示す。全身の筋肉強直のため弓なり状となり、呼吸困難となって死亡する。これを大痙攣という。痙攣発作は外界からの軽い刺激、例えば振動、微風、光などで誘発される。破傷風毒素は運動神経には作用するが、感覚神経は侵されず、痙攣ごとに強い痛みを感じるので悲惨な病気である。治療が適当でないと、高い死亡率を示す。

２．ボツリヌス菌と食中毒　Clostridium botulinum and food poisoning

典型的な毒素型食中毒の病原体である。ボツリヌス菌は泥土（ヘドロ）中に多い。諸外国では、野菜、肉類の缶詰・瓶詰中毒またはソーセージ中毒（ともに自家製のものに多かった）として知られていたが、わが国では東北地方の郷土保存食“飯ずし（いずし）”中毒として有名である。しかし、1968年には輸入キャビアの瓶詰による集団ボツリヌス中毒が南九州で起こり、さらに数年前東京で原因不明の単発例が報告され、さらに辛子蓮根による集団ボツリヌス中毒が発生した。

土に汚染された野菜、海水中の菌のついたキャビアなどの瓶詰の減菌が不完全であったり、食品保存料が不適当であったりすると、嫌気条件下でボツリヌスが増殖し外毒素を産出する。また“いずし”は麹をつかった、大根などの野菜と川水で洗った生魚の保存ずしなので、麹かびがまず増殖して酸素を消費し、嫌気状態がつくられるとボツリヌス菌が増殖して毒素が産出される。毒素を含んだ食物をとると、数時間〜3日の潜伏期のあと、頭痛、眼瞼下垂、散瞳、複視などの初発症状を示し、間もなく嚥下困難、発声障害から胸部筋肉麻痺に進み3〜7日目に死亡する。

３．ガス壊疽　gas gangrene

土中に広く分布するウェルシュ菌Cl.perfringens、悪性水腫菌Cl.septicum、気腫疽菌Cl.chauvoei、ノビイ菌Cl.novyiなどは土に汚染された組織傷害の大きい外傷（交通事故による複雑骨折、銃創など）に感染し、ガス壊疽を起こすことがある。1〜2日の潜伏期のあと、創傷周囲軟部組織の広範な壊死、水腫、ガス貯留を示し、産出される毒素が血流中に入り、溶血、出血性黄疽で死亡する。

土中のウェルシュ菌（耐熱性株）に汚染された食物を一度加熱し、夏の室温に数時間以上放置されて、中の嫌気状態が保たれると、ウェルシュ菌食中毒が起こりやすい。深鍋で調理した冷やし中華そばのかけ汁、クリームソースを主材料とするコロッケなどが原因食として知られている。12〜24時間の潜伏期のあと、発熱、下痢、腹痛を主症状として発症する。

　　Clostridium difficile and pseudomembranous colitis

　クリンダマイシン（CLDM）やリンコマイシン（LCM）などを内服すると下痢が起こり、時に重い大腸炎になって死亡することさえあると報告された。大腸に潰瘍が生じ、偽膜で覆われる病巣が特徴的で、偽膜性大腸炎（PMC）と呼ばれる。組織学的には盲腸から上行結腸にかけて広範囲の粘膜上皮剥離、毛細管閉鎖、多形核白血球の集合、ムチンと死滅細胞の潰瘍面の付着がみられる。

破傷風…破傷風は毒素があまりにも強いため、病後免疫は成立しないが、毒素をホルマリンで処理すると抗原性を保ったまま毒性を除くことができ（トキソイド　toxoid）、十分量投与することができるので能動免疫による予防が可能になる。現在は生後３〜４８ヶ月の小児にDPT（ジフテリア、百日咳、破傷風混合）のワクチンとして基礎免疫が与えられ、以後は必要に応じて追加免疫が行われている。破傷風単独ワクチンもあり、この場合はトキソイドをリン酸アルミナや水酸化アルミナに吸着させた沈降トキソイドが使われることが多い。基礎免疫として０．５mlずつ１ヵ月間隔で２回皮下注射しておけば、創傷をうけた直後に０．５ml追加注射することで、破傷風の発症を防ぐことができる。また、基礎免疫をもたない患者でも受傷直後に予防接種を行えば、トキソイドが神経細胞表面のガングリオキシドGD_１とGD_１８に結合し、あとからくる毒素の結合をさまたげて発症を防ぐ可能性がある。

ガス壊疽・耐熱ウェルシュ菌食中毒…組織の挫滅がひどい創傷は広く創口を開放し、酸素をとおりやすくするとともにPCを予防投与する。

偽膜性大腸炎…化学療法中に下痢などの症状が現れたなら、腎排泄型抗生物質の注射に切り替える。

炭疽…ペニシリンGが第一選択の抗生物質で、テトラサイクリンがペニシリンに過敏性を示す患者に用いられる。たいていの菌株はエリスロマイシン、クロラムフェニコールに感受性を示す。早期に投与することが極めて重要。抗血清（抗毒素を含むと考えられている）は、現在ではヒト炭疽の治療には用いられない。しばしば原発部位に毒素が痂皮（かさぶた）を形成していても、抗生物質が有効な皮膚炭疽と異なり、呼吸器系の炭疽は菌血症を起こしてからでないとみつからないことが多いので、たいてい化学療法無効で致命的。稀な吸入炭疽の場合は、抗生物質および抗毒素の投与がすすめられる。

破傷風…高圧酸素療法、抗毒素による血清療法、筋弛緩剤による対症療法、PCの化学療法の併用で行う。抗毒素として長い間ウマでつくった治療用血清が用いられてきたが、近年ヒトγ−グロブリンのの抗毒素が開発された。ウマ血清は異種蛋白であり、破傷風以外にもガス壊疽、ジフテリア、蛇咬傷、ボツリヌス食中毒などにも使われていてアナフィラキシーの危険があるので、ヒトγ−グロブリンの方が理想的なことはいうまでもない。抗血清の力価は国際単位で示される。体重約２０gのマウスを４日で殺す最小量の毒素の単位を１MLD（最小致死量）とし、抗毒素の１国際単位は３×１０^４MLDの毒素を中和する。ウマの抗毒素血清で２０万単位、ヒトγ−グロブリン抗毒素で１万単位以上を発症初期に静脈内および感染局所に注射する。

ボツリヌス菌食中毒…ウマを使った抗毒素の血清療法を行うが、発症後でも効果は大きい。

ガス壊疽・耐熱性ウェルシュ菌食中毒…PCの大量注射（１００万単位以上）と高圧酸素療法が有効である。α−毒素に対する血清療法も必要に応じ行われる。

偽膜性大腸炎…バンコマイシンvancomycin（VCM）の内服が有効であるが、再発が２０％程度みられる。