Medical Microbiology · 5/30
毒力の測定と改変。弱毒化の意義。バイオテロと生物兵器
Measurement and alteration of virulence. Significance of attenuation. Bioterrorism and biological weapons
🧠 毒力virulence毒力（virulence）virulence（毒力）は「性質」ではなく「数」で測る——ID50・LD50・TCID50という3つの「50%エンドポイント」が、病原体の強さを定量的に比較可能にする。 そしてこの毒力virulence毒力（virulence）virulence（毒力）の概念は正反対の2方向に応用される：①弱毒化attenuation弱毒化（attenuation）attenuation（弱毒化）によって病原性を落とし生ワクチンやトキソイドtoxoidトキソイド（toxoid）toxoid（トキソイド）を作る方向、②逆に強い毒力virulence毒力（virulence）virulence（毒力）・高い伝播性・高い致死率を意図的intentional意図的（intentional）intentional（意図的）に利用するバイオテロbioterrorismバイオテロ（bioterrorism）bioterrorism（バイオテロ）という方向である。
毒力の定量的評価
- 毒力virulence毒力（virulence）virulence（毒力）の決定因子Determinants決定因子（Determinants）Determinants（決定因子）＝ある細菌に疾患を起こさせる特徴の総和field potential総和（field potential）field potential（総和）。
- 標準条件下で、特定の動物種を死滅・変化させるのに必要な微生物数によって毒力virulence毒力（virulence）virulence（毒力）を測定する。
| 指標 | 定義 |
|---|---|
| ID50（infective dose 50, 50%感染量） | 宿主の50%に感染（発病）を起こす菌数bacterial count (colony count)菌数（bacterial count (colony count)）bacterial count (colony count)（菌数） |
| LD50（lethal dose 50, 50%致死量lethal dose致死量（lethal dose）lethal dose（致死量）） | 宿主の50%を死亡させる菌数bacterial count (colony count)菌数（bacterial count (colony count)）bacterial count (colony count)（菌数） |
| TCID50（tissue culture infecting dose 50, 50%組織培養感染量） | 培養細胞cultured cell培養細胞（cultured cell）cultured cell（培養細胞）の50%を傷害する菌数bacterial count (colony count)菌数（bacterial count (colony count)）bacterial count (colony count)（菌数） |
💡 数値の意味は「少ないほど強毒」。 少数の菌（1〜10²個）で発病する場合は高毒力virulence毒力（virulence）virulence（毒力）、多数（>10⁵個）を要してようやく発病する場合は低毒力virulence毒力（virulence）virulence（毒力）と判断する。
毒力を決める細菌側の因子
| 分類 | 因子 |
|---|---|
| 非毒性因子non-toxic factors非毒性因子（non-toxic factors）non-toxic factors（非毒性因子） | 莢膜、鞭毛・線毛、線毛、性線毛sex pilus性線毛（sex pilus）sex pilus（性線毛）、インベイシンinvasinsインベイシン（invasins）invasins（インベイシン）、糖衣glycocalyx糖衣（glycocalyx）glycocalyx（糖衣）／バイオフィルムbiofilmバイオフィルム（biofilm）biofilm（バイオフィルム）、細胞外酵素extracellular enzymes細胞外酵素（extracellular enzymes）extracellular enzymes（細胞外酵素）（詳細：1/29） |
| 毒性因子toxic factors毒性因子（toxic factors）toxic factors（毒性因子） | 外毒素（1/28）、内毒素（1/27） |
⭐ 一部の病原体は毒素産生という単一の毒力virulence毒力（virulence）virulence（毒力）因子だけで発病する。 Clostridium tetaniやCorynebacterium diphtheriaeはほとんど侵襲性を持たないが毒素だけで重篤な疾患を起こす。一方Staphylococcus aureus・Streptococcus pyogenes・Pseudomonas aeruginosaは多彩な毒力virulence毒力（virulence）virulence（毒力）因子を併せ持ち、複数臓器にまたがる幅広い疾患像を呈する。
弱毒化とトキソイド
- 外毒素を弱毒化attenuation弱毒化（attenuation）attenuation（弱毒化）するとトキソイドtoxoidトキソイド（toxoid）toxoid（トキソイド）——毒性を失いながら抗原性antigenicity抗原性（antigenicity）antigenicity（抗原性）は保った毒素——が得られる。
- トキソイドtoxoidトキソイド（toxoid）toxoid（トキソイド）はワクチンの原料となり、免疫系に毒素の構造を認識させて中和抗体neutralizing antibodies中和抗体（neutralizing antibodies）neutralizing antibodies（中和抗体）の産生を誘導する（詳細：1/31・1/32）。
バイオテロと生物兵器
- 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）＝ヒトに死亡・疾病を意図的intentional意図的（intentional）intentional（意図的）に引き起こす目的で用いられる病原体。天然の病原体を改変したものであることもある。
- カテゴリー分類は、毒力virulence毒力（virulence）virulence（毒力）の強さ・伝播のしやすさ・致死率の高低という複数のパラメータParameterパラメータ（Parameter）Parameter（パラメータ）に基づく（米国CDCのカテゴリーA〜C分類）。
| カテゴリー A（最重症・高伝播性・高致死率） | カテゴリー B（中等度） | カテゴリー C（新興・再興感染症） |
|---|---|---|
| Bacillus anthracis | ブルセラ症Brucellosisブルセラ症（Brucellosis）Brucellosis（ブルセラ症）（Brucella） | 結核 |
| Clostridium botulinum | Clostridium perfringens | SARS（重症急性呼吸器症候群severe acute respiratory syndrome, SARS重症急性呼吸器症候群（severe acute respiratory syndrome, SARS）severe acute respiratory syndrome, SARS（重症急性呼吸器症候群）コロナウイルス、3/22） |
| Yersinia pestis | Salmonella、Shigella | 黄熱yellow fever黄熱（yellow fever）yellow fever（黄熱）（3/23） |
| Francisella tularensis | E. coli O157:H7 | インフルエンザ（3/26） |
| エボラウイルスebolavirusエボラウイルス（ebolavirus）ebolavirus（エボラウイルス）・マールブルグウイルスMarburg virusマールブルグウイルス（Marburg virus）Marburg virus（マールブルグウイルス）（3/22） | Vibrio | ハンタウtau (protein)タウ（tau (protein)）tau (protein)（タウ）イルス（3/21） |
| 痘瘡ウイルスvariola virus痘瘡ウイルス（variola virus）variola virus（痘瘡ウイルス）（ポックスウイルスpoxvirusポックスウイルス（poxvirus）poxvirus（ポックスウイルス）、3/19） | Coxiella burnetii（Q熱Q feverQ熱（Q fever）Q fever（Q熱）） | ニパウイルス（パラミクソウイルス科Paramyxoviridaeパラミクソウイルス科（Paramyxoviridae）Paramyxoviridae（パラミクソウイルス科）） |
| ラッサウイルス・マチュポウイルスMachupo virusマチュポウイルス（Machupo virus）Machupo virus（マチュポウイルス）（3/20） | Burkholderia mallei / B. pseudomallei | チクングニア熱（トガウイルス科Togaviridaeトガウイルス科（Togaviridae）Togaviridae（トガウイルス科）、3/33） |
| — | ウイルス性脳炎viral encephalitisウイルス性脳炎（viral encephalitis）viral encephalitis（ウイルス性脳炎）（5/22） | — |
まとめ
- 毒力virulence毒力（virulence）virulence（毒力）はID50・LD50・TCID50という「50%エンドポイント」で定量的に測定し、必要な菌数bacterial count (colony count)菌数（bacterial count (colony count)）bacterial count (colony count)（菌数）が少ないほど毒力virulence毒力（virulence）virulence（毒力）が強いと判断する。
- 毒力virulence毒力（virulence）virulence（毒力）因子は非毒性因子non-toxic factors非毒性因子（non-toxic factors）non-toxic factors（非毒性因子）（莢膜・鞭毛・線毛・インベイシンinvasinsインベイシン（invasins）invasins（インベイシン）・バイオフィルムbiofilmバイオフィルム（biofilm）biofilm（バイオフィルム）・細胞外酵素extracellular enzymes細胞外酵素（extracellular enzymes）extracellular enzymes（細胞外酵素））と毒性因子toxic factors毒性因子（toxic factors）toxic factors（毒性因子）（外毒素・内毒素）に分けられる。
- 単一の毒素産生だけで発病する病原体（C. tetani、C. diphtheriae）もあれば、多彩な毒力virulence毒力（virulence）virulence（毒力）因子を持ち多様な疾患像を呈する病原体（S. aureus、S. pyogenes、P. aeruginosa）もある。
- 外毒素の弱毒化attenuation弱毒化（attenuation）attenuation（弱毒化）はトキソイドtoxoidトキソイド（toxoid）toxoid（トキソイド）を生み、ワクチンの原料として中和抗体neutralizing antibodies中和抗体（neutralizing antibodies）neutralizing antibodies（中和抗体）を誘導する。
- 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）は毒力virulence毒力（virulence）virulence（毒力）・伝播性・致死率に基づきカテゴリーA〜Cに分類され、炭疽菌Bacillus anthracis炭疽菌（Bacillus anthracis）Bacillus anthracis（炭疽菌）・ボツリヌス菌Clostridium botulinumボツリヌス菌（Clostridium botulinum）Clostridium botulinum（ボツリヌス菌）・ペスト菌Yersinia pestisペスト菌（Yersinia pestis）Yersinia pestis（ペスト菌）・野兎病菌tularemia bacillus野兎病菌（tularemia bacillus）tularemia bacillus（野兎病菌）・出血熱ウイルス群がカテゴリーAの代表である。