炭疽菌とその他のバチルス属

🧠 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＝Protective Antigen）は細胞への「入口」を作るだけで、それ自体は無害。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）が乗れば細胞内cAMPが上昇し浮腫・免疫回避immune evasion 免疫回避（immune evasion）immune evasion（免疫回避） を起こし、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MAPK（マイトジェンmitogen マイトジェン（mitogen）mitogen（マイトジェン） 活性化タンパクキナーゼ）を切断し細胞死・壊死（黒色痂皮black eschar 黒色痂皮（black eschar）black eschar（黒色痂皮） ＝eschar）を起こす——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。侵入経路（肺・皮膚・消化管）が違っても、この「PAが鍵穴、EF/LFが実行犯」という構造は共通している。

炭疽菌

形態・生化学的性状

病原性因子：2つの毒素

炭疽菌Bacillus anthracis 炭疽菌（Bacillus anthracis）Bacillus anthracis（炭疽菌） の毒性は防御抗原protective antigen, PA防御抗原（protective antigen, PA）protective antigen, PA（防御抗原）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）と致死因子lethal factor, LF致死因子（lethal factor, LF）lethal factor, LF（致死因子）——による。両方が揃って初めて症状が成立する。

⚠️ 孔を作るのはPAであって、EF・LFではない。 PAは受容体に結合して複合体を集合させ、エンドソームendosome エンドソーム（endosome）endosome（エンドソーム） 膜に孔（ポア）を形成してEF・LFを細胞質へ転送する。EF・LFはいずれも細胞質の基質に作用する酵素で、膜に穴を開ける活性は持たない³。つまり「PA＋EF＝浮腫毒素」「PA＋LF＝致死毒素」という2つの二成分毒素で、共通部品がPAである。

💡 毒素と莢膜は別々のプラスミドに載っている。 毒素3成分の構造遺伝子 pagA（PA）・lef（LF）・cya（EF）は pXO1（182 kb）上の別々の座位に、莢膜合成遺伝子 capBCA と脱重合 depolymerization 脱重合（depolymerization） depolymerization（脱重合） 遺伝子 dep は pXO2（96 kb）上のオペロンにある。pXO1 上の制御遺伝子 atxA が毒素・莢膜の両方を正に制御し、転写は37℃と重炭酸 bicarbonate 重炭酸（bicarbonate） bicarbonate（重炭酸） イオン／二酸化炭素carbon dioxide, CO₂二酸化炭素（carbon dioxide, CO₂）carbon dioxide, CO₂（二酸化炭素）——すなわち宿主体内の条件——で誘導される⁴。どちらか一方のプラスミドを失った株は弱毒化 attenuation 弱毒化（attenuation） attenuation（弱毒化） する（ワクチン株vaccine strain ワクチン株（vaccine strain）vaccine strain（ワクチン株） がこの原理を使う）。

flowchart TD
  A["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='protective antigen, PA'>防御抗原</span>（PA）が細胞膜上の受容体に結合"] --> 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["MAPK を切断（プロテアーゼ活性）"]
  E --> G["浮腫・マクロファージ機能障害"]
  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>）"]

臨床像：炭疽の病型（古典的な3型＋注射炭疽）

共通所見：黒色痂皮 black eschar黒色痂皮（black eschar） black eschar（黒色痂皮）——周囲を紅斑で縁取られた黒色壊死 black eschar 黒色壊死（black eschar） black eschar（黒色壊死） 性皮膚病変。

診断・治療

Bacillus cereus（セレウス菌）

形態・生化学的性状

病原性因子・臨床像：食中毒の2病型

B. cereusの食中毒 food poisoning 食中毒（food poisoning） food poisoning（食中毒） は毒素の種類によって発症様式 Onset 発症様式（Onset） Onset（発症様式） が対照的な2つの型に分かれる。

開放創open wounds開放創（open wounds）open wounds（開放創）・外傷への直接侵入により創傷感染を起こすこともある。

臨床症状clinical manifestation臨床症状（clinical manifestation）clinical manifestation（臨床症状）：嘔吐、悪心、腹部けいれん、下痢

診断・治療・予防

その他の好気性芽胞形成菌

一部のBacillus属・近縁属は抗菌薬（多くはポリペプチド系）の産生菌として、あるいは滅菌 sterilization 滅菌（sterilization） sterilization（滅菌） 工程の検証用生物指標として利用される。

滅菌検証Geobacillus stearothermophilus滅菌検証（Geobacillus stearothermophilus）Geobacillus stearothermophilus（滅菌検証）は熱滅菌 sterilization 滅菌（sterilization） sterilization（滅菌） 手順（オートクレーブなど）の有効性を検証する生物学的インジケーターとして用いられる。

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、ポリペプチド性莢膜polypeptide capsule ポリペプチド性莢膜（polypeptide capsule）polypeptide capsule（ポリペプチド性莢膜） （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））と芽胞形成 sporulation 芽胞形成（sporulation） sporulation（芽胞形成） を特徴とする好気性（通性嫌気性facultative anaerobe通性嫌気性（facultative anaerobe）facultative anaerobe（通性嫌気性））の菌。
• 毒性はPA（防御抗原protective antigen, PA防御抗原（protective antigen, PA）protective antigen, PA（防御抗原））が細胞内への「入口」を作り、そこにEF（浮腫因子edema factor, EF浮腫因子（edema factor, EF）edema factor, EF（浮腫因子）、cAMP上昇）またはLF（致死因子lethal factor, LF致死因子（lethal factor, LF）lethal factor, LF（致死因子）、MAPK切断）が乗ることで発揮される——両方が揃って初めて症状化するAB毒素の典型例。膜に孔を開けるのはPAであってEF・LFではない³。毒素遺伝子は pXO1、莢膜遺伝子は pXO2 という別々のプラスミド上にある⁴。
• 炭疽anthrax 炭疽（anthrax）anthrax（炭疽） は経路により肺炭疽 pulmonary anthrax 肺炭疽（pulmonary anthrax） pulmonary anthrax（肺炭疽） （吸入）・皮膚炭疽cutaneous anthrax 皮膚炭疽（cutaneous anthrax）cutaneous anthrax（皮膚炭疽） （黒色痂皮black eschar黒色痂皮（black eschar）black eschar（黒色痂皮））・消化管炭疽gastrointestinal anthrax 消化管炭疽（gastrointestinal anthrax）gastrointestinal anthrax（消化管炭疽） （摂食、まれ）の3病型に分かれ、近年これに注射炭疽injectional anthrax注射炭疽（injectional anthrax）injectional anthrax（注射炭疽）（汚染ヘロイン heroin ヘロイン（heroin） heroin（ヘロイン） の注射）が加わった。致死率は皮膚約1%・消化管25〜60%・肺46%・注射33%で、肺炭疽pulmonary anthrax 肺炭疽（pulmonary anthrax）pulmonary anthrax（肺炭疽） の「ほぼ100%」は未治療時の値であり現代の集中治療 intensive care 集中治療（intensive care） intensive care（集中治療） 下の実測とは異なる⁵。
• Bacillus cereusは食中毒 food poisoning 食中毒（food poisoning） food poisoning（食中毒） 菌で、短潜伏の嘔吐型 Emetic form 嘔吐型（Emetic form） Emetic form（嘔吐型） （耐熱性毒素heat-stable toxin, ST耐熱性毒素（heat-stable toxin, ST）heat-stable toxin, ST（耐熱性毒素）、S. aureus類似）と長潜伏の下痢型 diarrhea-predominant type 下痢型（diarrhea-predominant type） diarrhea-predominant type（下痢型） （易熱性毒素heat-labile toxin, LT易熱性毒素（heat-labile toxin, LT）heat-labile toxin, LT（易熱性毒素）、C. perfringens類似）の対照的な2病型を持つ。
• その他の好気性芽胞形成菌other aerobic spore-forming bacteria その他の好気性芽胞形成菌（other aerobic spore-forming bacteria）other aerobic spore-forming bacteria（その他の好気性芽胞形成菌） は抗菌薬（バシトラシンbacitracinバシトラシン（bacitracin）bacitracin（バシトラシン）、ポリミキシンPolymyxin ポリミキシン（Polymyxin）Polymyxin（ポリミキシン） など）の産生源や、滅菌検証Geobacillus stearothermophilus 滅菌検証（Geobacillus stearothermophilus）Geobacillus stearothermophilus（滅菌検証） に利用される。