Medical Microbiology · 2/11

大腸菌

Escherichia coli

応用トピック: 尿路感染症：無症候性細菌尿・膀胱炎・前立腺炎尿路感染症：腎盂腎炎・カテーテル関連尿路感染症尿路感染症・無症候性細菌尿妊娠と腎疾患・尿路感染症小児の下痢急性胃腸炎の原因と治療溶血性尿毒症症候群小児尿路感染症新生児感染症小児尿路感染症（部位・経過・治療・合併症）主な感染性腸炎
微生物: Escherichia coli

🧠 大腸菌は「どこにいるか」で病気の起こし方が根本的に変わる菌として読む。 腸管の中にいる限りは正常フローラだが、腸管の外（尿路・血液・髄膜）に迷い込むと、特別な病原因子を持たない「無害な」株でもUTI・敗血症・新生児髄膜炎neonatal meningitis新生児髄膜炎（neonatal meningitis）neonatal meningitis（新生児髄膜炎）を起こす（＝場所の問題）。一方、腸管の中で下痢を起こすのは、特別な病原遺伝子（プラスミド・ファージ由来の毒素や接着因子adhesin接着因子（adhesin）adhesin（接着因子））を獲得した5つの特殊な病原型だけである（＝遺伝子の問題）。この「場所 vs 遺伝子」という2つの異なる論理を分けて読めば、E. coliの臨床像はすべて整理できる。

形態・生化学的性状

項目	内容
形態	グラム陰性桿菌
生息地	腸内細菌科——正常腸内フローラnormal intestinal flora (normal gut microbiota)正常腸内フローラ（normal intestinal flora (normal gut microbiota)）normal intestinal flora (normal gut microbiota)（正常腸内フローラ）の一員
運動性	周毛性鞭毛peritrichous flagella周毛性鞭毛（peritrichous flagella）peritrichous flagella（周毛性鞭毛）で運動性あり——H抗原H antigenH抗原（H antigen）H antigen（H抗原）（55種類、血清型別serotyping血清型別（serotyping）serotyping（血清型別）に使用）
莢膜	K抗原K antigenK抗原（K antigen）K antigen（K抗原）
線毛（フィンブリエfimbriaeフィンブリエ（fimbriae）fimbriae（フィンブリエ））	尿路上皮urothelium尿路上皮（urothelium）urothelium（尿路上皮）への接着を助ける
生化学的性状	乳糖発酵lactose fermentation乳糖発酵（lactose fermentation）lactose fermentation（乳糖発酵）（+）、カタラーゼ（+）、グルコース（+）、インドールindoleインドール（indole）indole（インドール）（+）。ウレアーゼ・オキシダーゼ・H₂S産生はいずれも陰性

💡 インドール試験indole testインドール試験（indole test）indole test（インドール試験）陽性の意味。 トリプトファナーゼtryptophanaseトリプトファナーゼ（tryptophanase）tryptophanase（トリプトファナーゼ）によりトリプトファンtryptophanトリプトファン（tryptophan）tryptophan（トリプトファン）をインドールindoleインドール（indole）indole（インドール）へ変換する反応で、E. coliを他の腸内細菌科と鑑別する基本的な生化学的指標の一つ。

病原性因子

内因性または外因性の糞便が食品を汚染する、あるいは直接体内へ侵入することで感染が成立する
病原性を持つ型（例：K1・K100抗原）は重篤な感染症を引き起こす

臨床像①：腸管外感染症

腸管の外に出た「非病原性apathogenic非病原性（apathogenic）apathogenic（非病原性）」型のE. coliが起こす感染症である。

疾患	機序
尿路感染症	UTI原因菌の第1位。内因性の糞便フローラが尿道口を汚染し上行して膀胱炎を起こし、さらに上行すると腎盂腎炎に至る
新生児髄膜炎neonatal meningitis新生児髄膜炎（neonatal meningitis）neonatal meningitis（新生児髄膜炎）	K莢膜抗原を持つ株のみが原因となる
敗血症	外膜に存在するリポ多糖エンドトキシンlipopolysaccharide, LPSリポ多糖エンドトキシン（lipopolysaccharide, LPS）lipopolysaccharide, LPS（リポ多糖エンドトキシン）による

臨床像②：腸管感染症——5つの病原性大腸菌

腸管病原性大腸菌Enteropathogenic E. coli腸管病原性大腸菌（Enteropathogenic E. coli）Enteropathogenic E. coli（腸管病原性大腸菌）はいずれもグラム陰性桿菌で、病原因子はプラスミドや他の腸管病原菌由来のファージにコードされる。共通する臨床像は重度の下痢である。

病原型	略称	伝播経路	機序	臨床像
腸管毒素原性大腸菌Enterotoxigenic E. coli腸管毒素原性大腸菌（Enterotoxigenic E. coli）Enterotoxigenic E. coli（腸管毒素原性大腸菌）	ETEC	汚染食品contaminated food汚染食品（contaminated food）contaminated food（汚染食品）・水	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）がアデニル酸シクラーゼadenylyl cyclase, ACアデニル酸シクラーゼ（adenylyl cyclase, AC）adenylyl cyclase, AC（アデニル酸シクラーゼ）活性化→環状AMP（cyclic AMP, cAMP）上昇（コレラ毒素cholera toxinコレラ毒素（cholera toxin）cholera toxin（コレラ毒素）に類似）。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）はグアニル酸シクラーゼguanylate cyclaseグアニル酸シクラーゼ（guanylate cyclase）guanylate cyclase（グアニル酸シクラーゼ）活性化→環状GMP（cyclic GMP, cGMP）上昇。いずれも水・イオン分泌を起こす	発展途上国での旅行者下痢症traveler's diarrhea旅行者下痢症（traveler's diarrhea）traveler's diarrhea（旅行者下痢症）の主因、重度の水様性下痢
腸管出血性大腸菌Enterohemorrhagic E. coli腸管出血性大腸菌（Enterohemorrhagic E. coli）Enterohemorrhagic E. coli（腸管出血性大腸菌）	EHEC	加熱不十分な牛肉（ハンバーガー）・牛乳cow's milk牛乳（cow's milk）cow's milk（牛乳）	志賀毒素様毒素Shiga-like toxin志賀毒素様毒素（Shiga-like toxin）Shiga-like toxin（志賀毒素様毒素）（Shiga-like toxin＝ベロ毒素verotoxinベロ毒素（verotoxin）verotoxin（ベロ毒素）, Verotoxin）がリボソーム60Sサブユニットを阻害し細胞死を誘導。ソルビトール非発酵sorbitol non-fermentingソルビトール非発酵（sorbitol non-fermenting）sorbitol non-fermenting（ソルビトール非発酵）（他の病原性E.coliと異なる鑑別点）。O157:H7抗原と関連	無発熱の血性下痢を伴う重症の出血性大腸炎。10歳未満の小児で溶血性尿毒症症候群hemolytic uremic syndrome, HUS溶血性尿毒症症候群（hemolytic uremic syndrome, HUS）hemolytic uremic syndrome, HUS（溶血性尿毒症症候群）（血小板減少を特徴とする）を起こしうる
腸管侵入性大腸菌Enteroinvasive E. coli腸管侵入性大腸菌（Enteroinvasive E. coli）Enteroinvasive E. coli（腸管侵入性大腸菌）	EIEC	接触感染contact transmission接触感染（contact transmission）contact transmission（接触感染）	赤痢菌Shigella赤痢菌（Shigella）Shigella（赤痢菌）由来のプラスミドを完全に獲得し、大腸上皮細胞intestinal epithelial cell腸上皮細胞（intestinal epithelial cell）intestinal epithelial cell（腸上皮細胞）へ侵入・破壊する	赤痢様疾患dysentery赤痢様疾患（dysentery）dysentery（赤痢様疾患）——粘液・発熱を伴う重度の水様性下痢もありうる
腸管病原性大腸菌Enteropathogenic E. coli腸管病原性大腸菌（Enteropathogenic E. coli）Enteropathogenic E. coli（腸管病原性大腸菌）	EPEC	集団感染（高齢者施設など）	Intimin/Tir複合体により小腸上皮細胞small intestinal epithelial cell小腸上皮細胞（small intestinal epithelial cell）small intestinal epithelial cell（小腸上皮細胞）に接着する	新生児（1歳未満）の水様性下痢、施設内アウトブレイクoutbreakアウトブレイク（outbreak）outbreak（アウトブレイク）の原因
腸管凝集性大腸菌Enteroaggregative E. coli腸管凝集性大腸菌（Enteroaggregative E. coli）Enteroaggregative E. coli（腸管凝集性大腸菌）	EAEC	—	線毛（フィンブリエfimbriaeフィンブリエ（fimbriae）fimbriae（フィンブリエ））で小腸上皮intestinal epithelium腸上皮（intestinal epithelium）intestinal epithelium（腸上皮）に接着し細菌凝集を形成、その後細胞傷害性毒素を放出	重度の水様性下痢がしばしば慢性化（14日超）し、比較的高い死亡率。主に小児・発展途上国

⚠️ EHEC感染に対する抗菌薬投与は議論がある。 一部の抗菌薬は細菌を破壊する過程で志賀毒素様毒素Shiga-like toxin志賀毒素様毒素（Shiga-like toxin）Shiga-like toxin（志賀毒素様毒素）の放出を増やし、HUSのリスクを高める可能性が指摘されている——EHECが疑われる血性下痢では、原因菌の確定前に安易に抗菌薬を開始しない判断が重要になる。

flowchart TD
  A["E. coli"] --> B["腸管の外に出た場合<br>（<span class='jp-term jp-term-diagram' title='apathogenic'>非病原性</span>型でも発症）"]
  A --> C["腸管の中で下痢を起こす場合<br>（病原性遺伝子を獲得した5型のみ）"]
  B --> D["UTI（#1原因菌）→膀胱炎→腎盂腎炎"]
  B --> E["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='neonatal meningitis'>新生児髄膜炎</span>（<span class='jp-term jp-term-diagram' title='K antigen'>K抗原</span>陽性株）"]
  B --> F["敗血症（LPS<span class='jp-term jp-term-diagram' title='endotoxin'>エンドトキシン</span>）"]
  C --> G["ETEC・EHEC・EIEC・EPEC・EAEC<br>（プラスミド・ファージ由来の毒素/<span class='jp-term jp-term-diagram' title='adhesin'>接着因子</span>）"]

診断

検査	所見
EMB寒天培地eosin methylene blue agarEMB寒天培地（eosin methylene blue agar）eosin methylene blue agar（EMB寒天培地）（エオシン・メチレンブルーmethylene blueメチレンブルー（methylene blue）methylene blue（メチレンブルー）・乳糖寒天）	緑色〜濃青色のコロニー
MacConkey寒天MacConkey agarMacConkey寒天（MacConkey agar）MacConkey agar（MacConkey寒天）培地	ピンク色pinkピンク色（pink）pink（ピンク色）のコロニー（乳糖発酵lactose fermentation乳糖発酵（lactose fermentation）lactose fermentation（乳糖発酵）陽性を反映）
検体	尿、膿、血液（血液培養）、髄液
インドール試験indole testインドール試験（indole test）indole test（インドール試験）	陽性

治療

しばしば薬剤耐性antimicrobial resistance, AMR薬剤耐性（antimicrobial resistance, AMR）antimicrobial resistance, AMR（薬剤耐性）を示す——ESBL（基質特異性拡張型βラクタマーゼextended-spectrum beta-lactamase (ESBL)基質特異性拡張型βラクタマーゼ（extended-spectrum beta-lactamase (ESBL)）extended-spectrum beta-lactamase (ESBL)（基質特異性拡張型βラクタマーゼ）、extended-spectrum beta-lactamase）がプラスミド性（伝達されやすい）または染色体性に存在する
ペニシリン・セファロスポリンに耐性を示すことが多い
アンチバイオグラムantibiogramアンチバイオグラム（antibiogram）antibiogram（アンチバイオグラム）（ディスク拡散法disk diffusion methodディスク拡散法（disk diffusion method）disk diffusion method（ディスク拡散法））による感受性確認が必須
支持療法（重度の下痢では輸液による水分補給hydration水分補給（hydration）hydration（水分補給）など）
複雑例では：βラクタム＋βラクタマーゼ阻害薬beta-lactamase inhibitorβラクタマーゼ阻害薬（beta-lactamase inhibitor）beta-lactamase inhibitor（βラクタマーゼ阻害薬）、カルバペネムcarbapenemカルバペネム（carbapenem）carbapenem（カルバペネム）、フルオロキノロン、アミノグリコシド、第3世代セファロスポリンthird-generation cephalosporin第3世代セファロスポリン（third-generation cephalosporin）third-generation cephalosporin（第3世代セファロスポリン）を使用

まとめ

E. coliはグラム陰性桿菌で正常腸内フローラnormal intestinal flora (normal gut microbiota)正常腸内フローラ（normal intestinal flora (normal gut microbiota)）normal intestinal flora (normal gut microbiota)（正常腸内フローラ）の一員だが、腸管外（UTI・新生児髄膜炎neonatal meningitis新生児髄膜炎（neonatal meningitis）neonatal meningitis（新生児髄膜炎）・敗血症）と腸管内（5つの病原型による下痢）で全く異なる病態を起こす。
腸管外感染は「場所」の問題（apathogenic株でも腸管外に出れば発症）、腸管内感染は「病原遺伝子」の問題（プラスミド・ファージ由来の毒素・接着因子adhesin接着因子（adhesin）adhesin（接着因子）を獲得した株のみ）という軸で整理する。
5つの腸管病原型はETEC（LT/ST毒素、旅行者下痢症traveler's diarrhea旅行者下痢症（traveler's diarrhea）traveler's diarrhea（旅行者下痢症））、EHEC（志賀毒素様毒素Shiga-like toxin志賀毒素様毒素（Shiga-like toxin）Shiga-like toxin（志賀毒素様毒素）、O157:H7、血性下痢とHUS、ソルビトール非発酵sorbitol non-fermentingソルビトール非発酵（sorbitol non-fermenting）sorbitol non-fermenting（ソルビトール非発酵））、EIEC（赤痢菌Shigella赤痢菌（Shigella）Shigella（赤痢菌）様の細胞侵入cell entry細胞侵入（cell entry）cell entry（細胞侵入））、EPEC（Intimin/Tir、新生児施設内感染）、EAEC（慢性の水様性下痢）に分かれる。
診断はEMB寒天・MacConkey寒天MacConkey agarMacConkey寒天（MacConkey agar）MacConkey agar（MacConkey寒天）でのコロニー性状とインドール試験indole testインドール試験（indole test）indole test（インドール試験）陽性が特徴的。
治療はESBLなどによる耐性化が多く、アンチバイオグラムantibiogramアンチバイオグラム（antibiogram）antibiogram（アンチバイオグラム）に基づく選択が必須。EHECでは抗菌薬投与が志賀毒素様毒素Shiga-like toxin志賀毒素様毒素（Shiga-like toxin）Shiga-like toxin（志賀毒素様毒素）の放出を増やしHUSリスクを高めうる点に注意する。