Shigellaとは何でしょうか？

1896年に日本の微生物学者、志賀潔によって発見された赤痢菌は、ヒトと一部の霊長類に下痢を引き起こすグラム陰性菌の一群の細菌です。

このグループのすべてのメンバーは、棒状で運動性がありません。 また、非カプセル化されている一方で、赤痢菌は凍結や比較的高いpH値のような過酷な条件でも生存できることが分かっています。 しかし、加熱処理によって容易に破壊される。

Shigella属は、以下の4つの血清群から構成されています。

• Shigella dysenteriae (Group A, 15 serotypes)
• Shigella flexneri (Group B, 6 serotypes)
• Shigella boydii (グループ B, 6 serotypes) (C群・18血清型）
• Shigella sonnei（D群・1血清型）

分類

– 王国: 1051>

– 門：プロテオバクテリア -グラム陰性菌で、そのほとんどが病原性である。 いくつかの種は、通常の人間の微生物叢の一部であり、他の種は自由に生きている。

– クラス。 ガンマプロテオバクテリア – グラム陰性菌で、そのほとんどが棒状である。 このグループのかなりの種が病原性である一方、紫硫黄細菌のように光エネルギーを使って有機分子を生産する種もあります。

– 目 エンテロバクター属-このグループのメンバーは、棒状のグラム陰性菌である。 また、胞子を形成せず、通性嫌気性菌として存在する。

– 科。 腸内細菌科 – 棒状のグラム陰性菌で、運動性がなく、胞子形成もしない。 また、通性嫌気性菌であり、ほとんどの種が病原性である。

– 属性。 赤痢菌

赤痢菌属の特徴は以下の通りです。

赤痢菌の特徴

赤痢菌は棒状の形態を持つ小さな単細胞生物です。 種によって、長さ1～6um、直径0.3～1umのものがあります。 例えば、Shigella dysenteriaeは、長さ2〜4um、直径0.4〜0.6umの範囲にある。

他の多くのグラム陰性菌と同様に、赤痢菌は内膜と外膜を持ち、この2つはペプチドグリカンの単層で隔てられている。 2つの膜は脂質二重層からなるが、外膜は非対称になる傾向があり、リポポリサッカライド（LPS）分子や他のタンパク質によって特徴づけられている。

一方、内膜は他の多くの細胞膜と同様に、ほとんどがリン脂質で構成されています。

* 赤痢菌はリポポリサッカライドにO抗原を持つ。 これは、赤痢菌の血清型を細分化する根拠となる重要なLPSの成分である。 O抗原はOユニット（オリゴ糖の繰り返し単位）からなり、このOユニットは2〜8残基の幅広い糖類を含む

他の多くのグラム陰性菌と同様に、赤痢菌も単一のペプチドグリカン層からなる薄い細胞壁を持っている。 この層はN-アセチルグルコサミンとN-アセチルムラミン酸からなる。 ペプチドグリカン層が厚い（薄い）ため、赤痢菌の細胞はグラム染色時に一次染色を保持することができない。

* 赤痢菌は非被覆性であるため、いくつかの細菌で細胞外被を囲む多糖類層がない。

原核生物としての赤痢菌は、真核細胞に比べて非常に単純な構造をしており、膜結合小器官を欠いている。 しかし、リボソームや1本の円形染色体、プラスミドなどの遺伝物質など、重要な小器官は持っている。

4つの血清群の特徴

前述のように、シゲラ属は大きく4つの血清群に分けられる。

シゲラ属のメンバーとして、4群はすべてグラム陰性で運動性がないなど、多くの類似点がある。 しかし、多くの相違点もあり、それぞれを区別することができます。

生理学に基づくと、セログループA、B、Cは非常によく似ていることが研究で明らかになっています。 このため、β-D-ガラクトシダーゼ反応とオルニチンデカルボキシラーゼ反応が陽性であれば、S. sonnei (serogroup D) と他のグループを区別することができる。

グループB、C、D血清型の大部分はマンニトールを発酵する能力で識別することが可能である。 したがって、この検査はShigella flexneri、Shigella boydii、Shigella SonneiとShigella dysenteriaeの鑑別に使用することができる。

4つの血清群を区別するために使用されるその他の特徴には、以下のものがある。

– セログループ D (Shigella sonnei) を除いては。 他のすべての血清群はオルニチンデカルボキシラーゼ（ODC）陰性

– すべての血清群（Shigella sonneiを除く）は乳糖およびショ糖を発酵しない

– ガス発生なしにブドウ糖を発酵する

Shigella種の同定: Agglutination Test

上述のいくつかの特徴とは別に、赤痢菌の種は多価の赤痢菌抗菌薬を用いて同定することができる。 基本的にこのテストでは、細菌を特定の赤痢菌抗体を含む抗血清と混合する。

ここで、細菌は相同抗血清の存在下で一緒に固まり、種の同定を可能にする。

この手順には、以下のようなものがあります。

– スポイトを使い、清潔なスライドグラスに生理食塩水を2回に分けて滴下する – 2滴の間にある程度の距離があることを確認する

– 滅菌ワイヤーループを使用する。 培養から得た細菌のコロニーを2滴の生理食塩水で乳化し、滑らかな懸濁液を作る – これは単に細菌のコロニーと2つの生理食塩水を（互いに独立して）混合して滑らかな懸濁液を作ることである

– 一方の（コントロールとして使用）懸濁液に生理食塩水を1滴加えて混合する

– もう一方の懸濁液に、, 1051>

– 約1分間、スライドを前後に軽く揺すり、凝集の有無を確認する

* 2番目の懸濁液（抗血清を加えたもの）で凝集が起これば、使用した抗血清により種の特定が可能である。

赤痢菌はどこで見つかるか

赤痢菌は環境中で自由に生きているのはあまり見かけません。 しかし、彼らは通性細胞内寄生虫であるため、宿主の体外でも生き延びることができます。 いったん環境中に放出されると（糞便とともに）、赤痢菌は宿主なしで約50日間生存することができます。

糞便や下水のほか、汚染された水源や食品にも含まれることがある。 このため、汚染された食品を摂取したり、汚染された水を飲んだりすると、感染する可能性がある。

調査によると、調理時に多くの処理を必要とする食品は、汚染される可能性が高いです。 例えば、ジャガイモ、牛乳、チーズ、鶏肉、魚、サラダなどです。 汚染された水と食品の両方が感染源となる可能性がありますが、公衆衛生のデータによれば、食品由来の赤痢菌感染症がより一般的となっています。

分布に関しては、赤痢菌の種は世界中で見つけることができます。 ある種の種は、他の種よりも特定の地域でより豊富である。 例えば、15種類の血清型からなるShigella dysenteriae (serogroup A) は、アフリカ、中央アメリカ、インド亜大陸の一部でよく見受けられます。

これらの地域では、1型の赤痢菌は制御されないと致命的な伝染病と関連付けられています。 セログループ B (Shigella flexneri) も同様に、ほとんどの発展途上国で一般的に見受けられます。 しかし、これらの地域では、この種は赤痢菌に比べ、それほど深刻な赤痢を引き起こさない。

血清群Aと比較すると、血清群C（Shigella boydii）はインド亜大陸でよく見られ、先進国ではほとんど見られない。 最後に、血清型Dはほとんどの先進国で見られるが、感染症は一般に軽症である。

* ハエもまた、糞便から食品材料や飲料水への細菌の感染に重要な役割を果たします。

感染症

赤痢菌感染症は赤痢として知られており、世界中で一般的な病気です。 第三国では、先進国での流行に比べ、特に小児の間で比較的高い死亡率に関連しています。

前述のように、赤痢菌は一定期間、環境中で生存することができます。 したがって、感染症は、個人が汚染された食品（特に生野菜、鶏肉、ベーカリー製品など）を摂取したり、汚染された水を飲んだりしたときに発生するのです。

個人（患者や子供など）の汚れた手指から、あるいは汚染された糞便で繁殖したハエによって、感染が起こることもあります。 このため、この感染症の拡大を抑制するためには、食品を十分に加熱調理し、石鹸と水で手を洗い、果物や野菜を適切に洗浄することが重要です。

糞便-経口感染経路とは別に、口腔-肛門の接触による感染も研究されています。

* これらの感染は、ゴリラや一部のサルの間でも確認されています。

摂取された赤痢菌は、ほとんどの場合、胃の酸性条件下でも生き延びることができ、これがこの細菌の主な適応のひとつとなっています。 生産的な、または成功した感染を確立するために、細菌は大腸上皮細胞に侵入し、その後他の細胞に広がる必要があります。

赤痢菌は、実際に大腸を覆う上皮細胞に侵入する前に、まずマイクロフォールド細胞（M細胞）と呼ばれる小腸の特殊な上皮細胞に取り込まれる。

小腸のパイエル板の腸管関連リンパ組織に位置するM細胞は、腸内の微生物抗原を取り込んで腸管関連リンパ組織（GALT）に持って行き、免疫反応を引き起こすという重要な役割を担っている。

腸管関連リンパ組織では、これらの細菌はマクロファージに飲み込まれる。 マクロファージでは、細菌が含まれているファゴソーム液胞を破壊し、細胞質に移動して増殖し、結果としてこれらの細胞（マクロファージ）を死に至らしめるのである。

瀕死のマクロファージから赤痢菌が放出される前から、赤痢菌の細胞は細胞侵入に関わるT3SSエフェクターを放出し始めることが研究で示されている。 しかし、大腸の上皮細胞に侵入する前に、まずアドヘシンとして働くIcsA（赤痢菌表面タンパク質）を使って、これらの細胞（上皮細胞の基底側表面）に接着するのです。

これらの細胞が宿主細胞に接着した後、III型分泌系（T3SS）を産生することにより、自らの細胞内への侵入を活性化させる。

宿主細胞（大腸の上皮細胞）の中で、赤痢菌は増殖し、数を増やし続ける。 その過程で、DNAの損傷やミトコンドリアの損傷を引き起こし、壊死やアポトーシスに関連した死を誘発する。

赤痢菌は細胞の基底側面から大腸の粘膜下層に広がるために、パラサイトファジーと呼ばれる過程を経て、ある細胞から別の細胞へ移動します。

ここで、赤痢菌の表面タンパク質（IcsA）は、まず神経細胞のWiskott – Aldrich症候群タンパク質と相互作用し、これを活性化させます。 ここで生成されたアクチンは、宿主細胞の膜に突起を形成することで、赤痢菌の細胞間移動を促進します。

* ヒトに下痢を引き起こす他のいくつかの病原体と比較して、赤痢菌は非常に感染力が強く、わずか数個（約200個）の細胞で感染が成功する。

Shigella Toxin

細胞に侵入して様々な細胞プロセスに影響を与えるのに加え、赤痢菌は細胞の機能に影響を及ぼす毒素も生産している。 赤痢菌のリポ多糖（外膜に存在）は、脂質Aからなり、内毒性活性を示すことが示されている。

この熱に安定な毒素は、この菌の感染に成功すると発熱を引き起こすことが示されている。 一般に、このエンドトキシンは特異性が高くなく、効力の程度も比較的低い。 それにもかかわらず、感染の症状の1つである発熱を引き起こすのである。

赤痢菌はエンドトキシンとは別に、志賀毒素と呼ばれる外毒素を産生する。 志賀毒素の代表的なものに、Shigella dysenteriae 1が産生する志賀毒素（Stx）がある。 しかし、他の赤痢菌の中にも、この毒素を産生するものがあることが分かっている。

例えば、Shigella flexneriはStx 1を産生する。 内毒素と比較して、外毒素は極めて強力で、感染細胞のタンパク質合成を阻害する。 さらに、その機能を高める酵素サブユニットと結合サブユニットで構成されています。

毒素の結合成分によって標的細胞に結合することができる一方、酵素成分は細胞内への侵入に寄与しています。

感染者では、志賀毒素は次のような作用を持ちます：

腸管毒素効果-志賀毒素は腸管毒素として、腸内腔の上皮細胞によるさまざまな物質（グルコース、アミノ酸、電解質など）の吸収を阻害する。 その過程で、吸収が阻害されるため、体液の蓄積にもつながります。

細胞毒性 – 大腸では、毒素の結合サブユニット（Bサブユニット）が宿主細胞内にある糖脂質に結合します。 その後、酵素サブユニットが侵入し、60Sリボソームサブユニットを不活性化させ、タンパク質合成に影響を与える。 タンパク質合成を阻害することにより、毒素は細胞を死滅させる。

神経毒性-志賀毒素の神経毒性は、神経インパルスをブロックすることに関係しています。 その結果、麻痺の一因となる。 神経毒性の兆候には、発熱や腹部のけいれんなどがあります。

* 赤痢菌は排便時に環境中に放出され、その糞便が飲料水や食品を汚染することでサイクルが継続されます。

症状

通常、患者は病原体に最初に接触してから3日後に赤痢症の症状を呈し始めます。 しかし、場合によっては、接触後1週間で発症することもある。

赤痢症の最も一般的な症状の一つは、嘔吐と中程度の脱水を伴うことがある水様性の下痢です。 前述のように、赤痢菌の毒素は様々な物質の吸収を妨げ、その結果、体液が蓄積されるという作用があります。

その結果、水様性下痢を引き起こします。 水様性下痢とは別に、赤痢もこの感染症の臨床症状である。 これは粘液状でわずかに血の混じった便によって特徴付けられることもある。

赤痢菌感染症のその他の症状としては、以下のようなものがある。

• 腹部けいれん
• 吐き気
• 発熱
• 胃の圧痛

グラム染色

Requirements

• Sample – 使用できるサンプルは便の粘液が含まれる。 便または培養コロニーサンプル
• グラム染色試薬
• 保存ラック
• スライドガラス
• 水
• 加熱
• ブンゼンバーナー
• ワイヤーループ

手順

– 滅菌ワイヤーループを用いて、染色する。 汚染を防ぐために、スライドとワイヤーループの両方が無菌であることを常に確認することが重要です。

– ブンゼンバーナーの炎の上をスライドを慎重に通過させて加熱固定します – スライドは過熱を避けながら3回ほど炎の上を通過させることができます。

– スライドを自然乾燥させ、クリスタルバイオレットを1分ほど浸します。

– 流水でスライドを優しく洗います（約2秒間）。

– グラムヨード（媒染剤）をスライドに流し、約1分間静置します。

– 再び流水でスライドを静かに洗います（約2秒）。

– 脱色剤（95%エチルアルコールまたはアセトン）を数滴（滴下）透明になってから添加します。

– 対染色/第二染色（サフラニンなど）をスライドに流し、約1分間放置する

– 流水でスライドをゆっくり洗う。

– オイル浸漬でスライドを観察する。

観察

顕微鏡で見ると、赤痢菌は種類によって長さ1～6μmの桿状に見えます。 また、対掌染料の色を取り込んでいるため、ピンク色の赤みがかった色をしています。

赤痢菌とサルモネラ菌の違い

サルモネラ菌と赤痢菌（腸内細菌科のメンバー）は、世界各地で細菌性食中毒の最も一般的な原因の一つとなっています。

この2つの細菌にはいくつかの類似点がありますが（たとえば、どちらも棒状のグラム陰性菌）、両者を区別するのに使用できる多くの相違点があります：

運動性 – サルモネラが接着、バイオフィルム形成、移動に使用する複数の鞭毛を持っているのと異なり、赤痢菌にはこの構造がありません。 このため、しばしば非運動性であると表現される。

耐酸性-赤痢菌の摂取後、他の腸内細菌（サルモネラ菌など）と比較して、胃酸に対してより抵抗性があることが研究で示されている。 これは、細菌が腸の細胞に侵入するのに十分な時間生き残ることを可能にするGadA/Bのようなタンパク質の発現に起因しています。

サルモネラ菌は胃酸に耐性がないため、細菌は生存のために食物物質に依存し、自身のpHを下げることも明らかにされています。

感染量-赤痢では、わずかな菌体数（約200個）で感染が成立します。 しかし、感染が起こるためには、大量のサルモネラ菌の接種が必要である。 例えば、腸チフスを引き起こすには、少なくとも100,000個のSalmonella typhi細胞が必要である。

硫化水素-赤痢菌とは異なり、サルモネラ（S. enterica）は硫化水素を生成し、これは同定に用いられる特徴の一つである。

感染-赤痢菌は主に大腸を侵し、サルモネラは小腸と大腸の両方を侵します。

疾病-赤痢菌がヒトと一部の霊長類に赤痢症を引き起こすのに対し、サルモネラはヒトと一部動物にサルモネラ症を引き起こします。 サルモネラも赤痢菌も棒状ですが、赤痢菌は一般に細長く（直径0.3～1μm）、サルモネラ菌は直径0.7～1.5μm程度です。 また、サルモネラ菌が表面に毛細血管と鞭毛の両方を持つのに対し、赤痢菌は表面に毛細血管しか持っていない。

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