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peptideペプチド性（peptide）peptide（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 → cAMP↑"]
    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CDC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3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）が全体の9割以上を占める最多病型。

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：普通寒天培地で「ガラス様glass-likeガラス様（glass-like）glass-like（ガラス様）」の非溶血性コロニー
• 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）
• PCR・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）（肺炭疽pulmonary anthrax肺炭疽（pulmonary anthrax）pulmonary anthrax（肺炭疽）・髄膜炎合併例）：フルオロキノロンまたはドキシサイクリンに蛋白合成阻害protein synthesis inhibition蛋白合成阻害（protein synthesis inhibition）protein synthesis inhibition（蛋白合成阻害）薬（クリンダマイシン・リネゾリドなど、毒素産生抑制を狙う）を併用する多剤併用combination therapy / polypharmacy多剤併用（combination therapy / polypharmacy）combination therapy / polypharmacy（多剤併用）が推奨される
• 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AIG抗炭疽免疫グロブリン（AIG）AIG（抗炭疽免疫グロブリン）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PPE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pXO1三成分毒素（pXO1）pXO1（三成分毒素）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））・肺炭疽pulmonary anthrax肺炭疽（pulmonary anthrax）pulmonary anthrax（肺炭疽）（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）・致死率ほぼ100%・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）の3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病原体であり、治療は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）／ドキシサイクリン＋蛋白合成阻害protein synthesis inhibition蛋白合成阻害（protein synthesis inhibition）protein synthesis inhibition（蛋白合成阻害）薬の多剤併用combination therapy / polypharmacy多剤併用（combination therapy / polypharmacy）combination therapy / polypharmacy（多剤併用）、曝露後は60日間の抗菌薬＋ワクチン。
• 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。