Bacillus anthracis

🧠 全体像：炭疽菌 Bacillus anthracis 炭疽菌（Bacillus anthracis） Bacillus anthracis（炭疽菌） は「2つの毒素は必ずセットで働く」というAB毒素の教科書的モデルとして読む。防御抗原protective antigen, PA 防御抗原（protective antigen, PA）protective antigen, PA（防御抗原） （PA）は細胞への「入口」を作るだけで単独では無害だが、そこへ浮腫因子edema factor, EF 浮腫因子（edema factor, EF）edema factor, EF（浮腫因子） （EF）が乗れば浮腫・免疫回避immune evasion免疫回避（immune evasion）immune evasion（免疫回避）、致死因子lethal factor, LF 致死因子（lethal factor, LF）lethal factor, LF（致死因子） （LF）が乗れば壊死が起こる——PAなしにEF・LFは細胞内に入れず、EF・LFなしにPAは何も起こさない。もう一つの軸は芽胞形成sporulation 芽胞形成（sporulation）sporulation（芽胞形成） グラム陽性桿菌 gram-positive bacillus グラム陽性桿菌（gram-positive bacillus） gram-positive bacillus（グラム陽性桿菌） の中で唯一の偏性好気性菌 obligate aerobe偏性好気性菌（obligate aerobe） obligate aerobe（偏性好気性菌）という点で、これが偏性嫌気性 obligate anaerobe 偏性嫌気性（obligate anaerobe） obligate anaerobe（偏性嫌気性） のClostridium属（破傷風菌・ボツリヌス菌Clostridium botulinum ボツリヌス菌（Clostridium botulinum）Clostridium botulinum（ボツリヌス菌） など）との分水嶺 watershed 分水嶺（watershed） watershed（分水嶺） になる。

微生物学的な特徴

グラム陽性大型桿菌で、竹の節のように連鎖状chains 連鎖状（chains）chains（連鎖状） （貨車状）に配列する。同じ芽胞形成 sporulation 芽胞形成（sporulation） sporulation（芽胞形成） グラム陽性桿菌 gram-positive bacillus グラム陽性桿菌（gram-positive bacillus） gram-positive bacillus（グラム陽性桿菌） であるClostridium属が偏性嫌気性 obligate anaerobe 偏性嫌気性（obligate anaerobe） obligate anaerobe（偏性嫌気性） なのに対し、炭疽菌Bacillus anthracis 炭疽菌（Bacillus anthracis）Bacillus anthracis（炭疽菌） は偏性好気性obligate aerobe偏性好気性（obligate aerobe）obligate aerobe（偏性好気性）——酸素存在下でしか増殖できない。芽胞は菌体を膨らませずに中央〜卵円形に位置する。

莢膜はポリペプチド性（ポリ-D-グルタミン酸poly-D-glutamic acidポリ-D-グルタミン酸（poly-D-glutamic acid）poly-D-glutamic acid（ポリ-D-グルタミン酸））——細菌の莢膜の多くが多糖体であるのに対し、蛋白質でできている点が例外的である。抗貪食作用antiphagocytic action 抗貪食作用（antiphagocytic action）antiphagocytic action（抗貪食作用） を持ち、莢膜合成遺伝子はプラスミドpXO2にコードされる（毒素遺伝子は別のプラスミドpXO1にコードされ、弱毒化attenuation 弱毒化（attenuation）attenuation（弱毒化） ワクチン株 vaccine strain ワクチン株（vaccine strain） vaccine strain（ワクチン株） Sterne株はpXO2を欠く）。

近縁の*Bacillus cereus*とは臨床検査室でしばしば鑑別が問題になる。

血液塗抹blood smear 血液塗抹（blood smear）blood smear（血液塗抹） 検体ではM'Fadyean染色M'Fadyean stainM'Fadyean染色（M'Fadyean stain）M'Fadyean stain（M'Fadyean染色）（多染性メチレンブルー染色polychrome methylene blue stain多染性メチレンブルー染色（polychrome methylene blue stain）polychrome methylene blue stain（多染性メチレンブルー染色））で莢膜を可視化できる——古典的な出題ポイント。

病原性の仕組み

炭疽菌Bacillus anthracis 炭疽菌（Bacillus anthracis）Bacillus anthracis（炭疽菌） の病原性は莢膜（貪食からの回避）と三成分毒素tripartite toxin 三成分毒素（tripartite toxin）tripartite toxin（三成分毒素） （PA・EF・LF）の組み合わせで成り立つ。毒性の中心は防御抗原 protective antigen, PA 防御抗原（protective antigen, PA） protective antigen, PA（防御抗原） （PA＝Protective Antigen）を介して細胞内に運び込まれる2つの酵素——浮腫因子edema factor, EF 浮腫因子（edema factor, EF）edema factor, EF（浮腫因子） （EF）と致死因子lethal factor, LF 致死因子（lethal factor, LF）lethal factor, LF（致死因子） （LF）——で、両方が揃って初めて症状が成立する。

flowchart TD
    A["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='protective antigen, PA'>防御抗原</span>（PA）が細胞膜受容体に結合"] --> B["PA が孔を形成し<br>EF・LF を細胞内へ運び込む"]
    B --> C["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='edema factor, EF'>浮腫因子</span>（EF）流入"]
    B --> D["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='lethal factor, LF'>致死因子</span>（LF）流入"]
    C --> E["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='adenylyl cyclase, AC'>アデニル酸シクラーゼ</span>活性化 → <span class='jp-term jp-term-diagram' title='cyclic adenosine monophosphate'>cAMP</span>↑"]
    D --> F["MAPKK（MEK）を切断"]
    E --> G["浮腫・マクロファージ機能障害・<span class='jp-term jp-term-diagram' title='immune evasion'>免疫回避</span>"]
    F --> H["細胞増殖破綻 → 壊死（<span class='jp-term jp-term-diagram' title='black eschar'>黒色痂皮</span>）<br>後期は<span class='jp-term jp-term-diagram' title='inflammatory cytokine'>炎症性サイトカイン</span>放出→ショック"]

💡 「PAが鍵穴、EF/LFが実行犯」という構造は侵入経路が変わっても共通する。 肺・皮膚・消化管のどこから侵入しても同じ三成分毒素 tripartite toxin 三成分毒素（tripartite toxin） tripartite toxin（三成分毒素） が働くため、病型ごとの症状の違いは主に局所の組織反応 tissue reaction 組織反応（tissue reaction） tissue reaction（組織反応） と全身への到達しやすさの違いで説明できる。

感染経路と疫学

• 人獣共通感染症：ウシ cattleウシ（cattle） cattle（ウシ）・ヒツジ・ヤギなど草食動物が自然宿主 natural host自然宿主（natural host） natural host（自然宿主）。芽胞は土壌中で数十年単位生存する
• 職業曝露occupational exposure職業曝露（occupational exposure）occupational exposure（職業曝露）：羊毛選別者病wool-sorter's disease羊毛選別者病（wool-sorter's disease）wool-sorter's disease（羊毛選別者病）の異名の通り、汚染された獣毛・皮革・骨粉を扱う労働者（羊毛業・皮革業・獣医）がハイリスク
• バイオテロ病原体bioterrorism agent バイオテロ病原体（bioterrorism agent）bioterrorism agent（バイオテロ病原体） としての位置づけ：芽胞は環境抵抗性が高く空気感染 airborne transmission 空気感染（airborne transmission） airborne transmission（空気感染） 性を持たせやすいため、米国CDCCDC（Centers for Disease Control and Prevention）のカテゴリーA生物テロ病原体category A bioterrorism agentカテゴリーA生物テロ病原体（category A bioterrorism agent）category A bioterrorism agent（カテゴリーA生物テロ病原体）に指定されている（2001年の炭疽菌 Bacillus anthracis 炭疽菌（Bacillus anthracis） Bacillus anthracis（炭疽菌） 郵便事件が実例）
• ヒト-ヒト感染は起こさない

起こす疾患

侵入経路により4つの臨床像に分かれる。皮膚炭疽cutaneous anthrax 皮膚炭疽（cutaneous anthrax）cutaneous anthrax（皮膚炭疽） が報告例の95〜99%を占める最多病型¹。

診断

• 検体：病変滲出液、血液、喀痰（肺炭疽pulmonary anthrax肺炭疽（pulmonary anthrax）pulmonary anthrax（肺炭疽））。選択病原体select agent 選択病原体（select agent）select agent（選択病原体） に該当するため、疑い時点で検査室へ事前連絡が必要
• 培養：普通寒天培地 nutrient agar 普通寒天培地（nutrient agar） nutrient agar（普通寒天培地） で「ガラス様glass-likeガラス様（glass-like）glass-like（ガラス様）」の非溶血性 nonhemolytic 非溶血性（nonhemolytic） nonhemolytic（非溶血性） コロニー
• 血清学：抗PA IgGの酵素免疫測定法 enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) 酵素免疫測定法（enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA)） enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA)（酵素免疫測定法） （曝露後の遡及診断や2001年の郵便事件でも用いられた）
• PCRPCR（polymerase chain reaction）・免疫組織化学immunohistochemistry (IHC)免疫組織化学（immunohistochemistry (IHC)）immunohistochemistry (IHC)（免疫組織化学）：毒素遺伝子・莢膜の検出
• ⚠️ 肺炭疽pulmonary anthrax 肺炭疽（pulmonary anthrax）pulmonary anthrax（肺炭疽） の初期は非特異的な感冒様症状 cold-like symptoms 感冒様症状（cold-like symptoms） cold-like symptoms（感冒様症状） のため見逃しやすい。 縦隔拡大mediastinal widening縦隔拡大（mediastinal widening）mediastinal widening（縦隔拡大）・出血性胸水・急激な増悪という組み合わせで積極的に疑う

治療と予防

• 第一選択：シプロフロキサシンciprofloxacinシプロフロキサシン（ciprofloxacin）ciprofloxacin（シプロフロキサシン）またはドキシサイクリン——天然株はペニシリン感受性だが、バイオテロbioterrorism バイオテロ（bioterrorism）bioterrorism（バイオテロ） 文脈での耐性化・誘導性inducibility 誘導性（inducibility）inducibility（誘導性） βラクタマーゼへの懸念からフルオロキノロン系 fluoroquinoloneフルオロキノロン系（fluoroquinolone） fluoroquinolone（フルオロキノロン系）・テトラサイクリン系が優先される
• 全身性炭疽 anthrax炭疽（anthrax） anthrax（炭疽）：CDC 2023 の Table 8 はレジメン1〜8を推奨順の降順に並べた表で、髄膜炎の有無で表を分けるのではなくどこから始めるかで切り替える。第1選択は異なるクラスの殺菌薬 bactericidal agent 殺菌薬（bactericidal agent） bactericidal agent（殺菌薬） 2剤＋蛋白合成阻害薬 protein synthesis inhibitor 蛋白合成阻害薬（protein synthesis inhibitor） protein synthesis inhibitor（蛋白合成阻害薬） （PSIPSI, Pneumonia Severity Index）またはRNARNA（ribonucleic acid）合成阻害薬1剤（例：シプロフロキサシン ciprofloxacin シプロフロキサシン（ciprofloxacin） ciprofloxacin（シプロフロキサシン） ＋メロペネム meropenem メロペネム（meropenem） meropenem（メロペネム） ＋ミノサイクリン minocyclineミノサイクリン（minocycline） minocycline（ミノサイクリン））で、髄膜炎が疑われず感受性が判明していればレジメン2（殺菌薬bactericidal agent 殺菌薬（bactericidal agent）bactericidal agent（殺菌薬） 1剤＋PSI 1剤、例：メロペネム meropenem メロペネム（meropenem） meropenem（メロペネム） ＋ドキシサイクリン）から始めてよい²
• ⚠️ PSIはミノサイクリン minocyclineミノサイクリン（minocycline） minocycline（ミノサイクリン）・ドキシサイクリンが優先される。 CDC 2023 は薬物動態 pharmacokinetic薬物動態（pharmacokinetic） pharmacokinetic（薬物動態）／薬力学pharmacodynamics 薬力学（pharmacodynamics）pharmacodynamics（薬力学） の観点から、この2剤がクリンダマイシン・リネゾリドより血漿・髄液中の曝露量 drug exposure 曝露量（drug exposure） drug exposure（曝露量） が大きいためこちらを preferred PSI としている（ただし髄膜炎では神経保護作用 neuroprotective effect 神経保護作用（neuroprotective effect） neuroprotective effect（神経保護作用） が期待される薬剤としてクリンダマイシンも選択肢に挙がる）。リファンピシンを単剤で使ってはならない²
• 抗毒素antitoxin抗毒素（antitoxin）antitoxin（抗毒素）：PAを標的とするモノクローナル抗体（ラキシバクマブraxibacumabラキシバクマブ（raxibacumab）raxibacumab（ラキシバクマブ）、オビルトキサキシマブobiltoxaximabオビルトキサキシマブ（obiltoxaximab）obiltoxaximab（オビルトキサキシマブ））や抗炭疽免疫グロブリン anthrax immune globulin, AIG 抗炭疽免疫グロブリン（anthrax immune globulin, AIG） anthrax immune globulin, AIG（抗炭疽免疫グロブリン） （AIG）を全身性感染の補助療法 adjuvant therapy 補助療法（adjuvant therapy） adjuvant therapy（補助療法） として用いる
• 曝露後予防：抗菌薬60日間（肺内に残存する芽胞が数週間後に発芽しうるため長期投与が必要）＋ワクチン（AVA、吸着炭疽ワクチンanthrax vaccine adsorbed, AVA吸着炭疽ワクチン（anthrax vaccine adsorbed, AVA）anthrax vaccine adsorbed, AVA（吸着炭疽ワクチン））の併用
• ⚠️ 皮膚病変を切開・排膿してはならない。 局所操作により菌・毒素が全身に播種するリスクがある
• 予防：家畜 domestic animals 家畜（domestic animals） domestic animals（家畜） へのワクチン接種、死亡動物との接触回避、高リスク職種でのPPEPPE（personal protective equipment）着用。芽胞はアルコール消毒では死滅しないため、環境除染 decontamination 除染（decontamination） decontamination（除染） には次亜塩素酸ナトリウム sodium hypochlorite 次亜塩素酸ナトリウム（sodium hypochlorite） sodium hypochlorite（次亜塩素酸ナトリウム） など芽胞に有効な薬剤が必要

まとめ

• 炭疽菌Bacillus anthracis 炭疽菌（Bacillus anthracis）Bacillus anthracis（炭疽菌） はグラム陽性大型桿菌で連鎖状 chains 連鎖状（chains） chains（連鎖状） に配列し、偏性好気性obligate aerobe偏性好気性（obligate aerobe）obligate aerobe（偏性好気性）——同じ芽胞形成 sporulation 芽胞形成（sporulation） sporulation（芽胞形成） グラム陽性桿菌 gram-positive bacillus グラム陽性桿菌（gram-positive bacillus） gram-positive bacillus（グラム陽性桿菌） である偏性嫌気性 obligate anaerobe 偏性嫌気性（obligate anaerobe） obligate anaerobe（偏性嫌気性） のClostridium属との鑑別点。
• 莢膜はポリ-D-グルタミン酸 poly-D-glutamic acid ポリ-D-グルタミン酸（poly-D-glutamic acid） poly-D-glutamic acid（ポリ-D-グルタミン酸） という蛋白性の例外的な莢膜（pXO2）。毒性はPA（鍵穴）＋EF（cAMP上昇・浮腫）／LF（MAPKK切断・壊死）の三成分毒素 tripartite toxin 三成分毒素（tripartite toxin） tripartite toxin（三成分毒素） （pXO1）による。
• B. cereusとの鑑別は運動性（陰性）・溶血性（なし）・ペニシリン感受性（string of pearls試験陽性）の3点。
• 病型は皮膚炭疽 cutaneous anthrax 皮膚炭疽（cutaneous anthrax） cutaneous anthrax（皮膚炭疽） （最多・黒色痂皮black eschar黒色痂皮（black eschar）black eschar（黒色痂皮））・吸入炭疽 anthrax 炭疽（anthrax） anthrax（炭疽） （羊毛選別者病wool-sorter's disease羊毛選別者病（wool-sorter's disease）wool-sorter's disease（羊毛選別者病）・縦隔拡大mediastinal widening縦隔拡大（mediastinal widening）mediastinal widening（縦隔拡大））・消化管炭疽gastrointestinal anthrax 消化管炭疽（gastrointestinal anthrax）gastrointestinal anthrax（消化管炭疽） （まれ）・注射炭疽injectional anthrax 注射炭疽（injectional anthrax）injectional anthrax（注射炭疽） の4つ。
• バイオテロbioterrorism バイオテロ（bioterrorism）bioterrorism（バイオテロ） のカテゴリーA病原体。全身性炭疽 anthrax 炭疽（anthrax） anthrax（炭疽） の治療はCDC 2023の推奨順レジメン（第1選択＝異なるクラスの殺菌薬 bactericidal agent 殺菌薬（bactericidal agent） bactericidal agent（殺菌薬） 2剤＋PSIまたはRNA合成阻害薬1剤）に従い、PSIはミノサイクリン minocyclineミノサイクリン（minocycline） minocycline（ミノサイクリン）・ドキシサイクリンを優先する。
• 芽胞はアルコールで死滅しないため、環境除染 decontamination 除染（decontamination） decontamination（除染） には次亜塩素酸ナトリウム sodium hypochlorite 次亜塩素酸ナトリウム（sodium hypochlorite） sodium hypochlorite（次亜塩素酸ナトリウム） など芽胞に有効な薬剤を用いる。