グラム陰性桿菌および球桿菌

グラム陰性桿菌および球桿菌は、グラム染色においてクリスタルバイオレットを保持しない細菌です。これは、薄いペプチドグリカン層がリポ多糖を豊富に含む外膜の下に位置するためです。このグループには、腸内細菌科（大腸菌、肺炎桿菌、サルモネラ菌など）、非発酵性の環境日和見菌（緑膿菌、アシネトバクターなど）、および小型の栄養要求性球桿菌（インフルエンザ菌、百日咳菌など）が含まれます。これらは、世界の尿路感染症、消化器感染症、呼吸器感染症、および医療関連感染症の多くを引き起こしています。

Definition

グラム陰性桿菌および球桿菌は、リポ多糖を含む外膜によって特徴づけられる桿状または短桿状のグラム陰性細菌です。医学的には、腸内細菌科、非発酵性日和見菌、および栄養要求性呼吸器球桿菌が含まれます。

Scope

この項目では、このグループを定義する構造的特徴（外膜とリポ多糖）、分類に用いられる検査上の区別（乳糖発酵、オキシダーゼ反応、形態）、主要な病原性戦略（エンドトキシン、分泌システム、多剤耐性）、および広範な臨床的関連性について解説します。これは参照および教育資料であり、臨床的ガイダンスではありません。

Core questions

• グラム陰性菌の外膜は、このグループの染色挙動と本来的な薬剤耐性の両方にどのように影響を与えますか？
• どの検査（乳糖発酵、オキシダーゼ、形態）が、腸内グラム陰性菌と非発酵性グラム陰性菌を区別しますか？
• 分泌システムとリポ多糖は、疾患にどのように寄与しますか？

Key concepts

• 外膜とリポ多糖（エンドトキシン）
• 腸内細菌科と非発酵菌
• 乳糖発酵とオキシダーゼ試験
• III型およびその他の分泌システム
• ESKAPE病原体と多剤耐性
• 基質特異性拡張型およびカルバペネマーゼ酵素
• 球桿菌（インフルエンザ菌、百日咳菌）

Mechanisms

グラム陰性菌の決定的な特徴は外膜であり、そのリポ多糖はエンドトキシンとして作用し、その低い透過性は、排出ポンプやベータラクタマーゼと相まって、このグループの本来的な薬剤耐性および獲得薬剤耐性の多くを支えています（Blair et al., 2015; De Oliveira et al., 2020）。これらの病原体の多くは、特殊な分泌システム、特にIII型分泌システムを利用して、宿主細胞のシグナル伝達を再プログラムするエフェクタータンパク質を注入します。これは、サルモネラ菌が宿主膜を操作して細胞内に入り込み、生存する例に示されています（Deng et al., 2017; Haraga et al., 2008）。実験室では、乳糖発酵とオキシダーゼ反応によって腸内細菌と非発酵性日和見菌が区別され、コロニーおよび顕微鏡形態によって長い桿菌と小型の球桿菌が区別されます。

Clinical relevance

グラム陰性桿菌および球桿菌は、尿路感染症、腹腔内感染症、血流感染症、人工呼吸器関連感染症、その他の医療関連感染症の負担の多くを占めており、そのうちのいくつかは優先すべき薬剤耐性病原体として指定されています。この項目では、このグループを臨床的に一貫性のあるものとする生物学と分類について、参照資料として説明します。診断や治療選択の根拠となるものではありません。

Epidemiology

大腸菌と肺炎桿菌は、細菌感染症および耐性関連死の世界的な主要原因の一つであり、非発酵性日和見菌である緑膿菌とアシネトバクター・バウマニは、医療関連感染症を引き起こす薬剤耐性ESKAPEグループの中心をなしています（De Oliveira et al., 2020）。サルモネラ菌やその他の腸内細菌は、世界中で下痢性疾患および全身性疾患の主要な原因であり続けています（Haraga et al., 2008）。

Evidence & guidelines

ESKAPE耐性に関するレビュー（De Oliveira et al., 2020）および分泌システムと耐性に関するメカニズム的レビュー（Deng et al., 2017; Blair et al., 2015）は、標準的な医療微生物学の教科書とともに、このグループの臨床的および分子生物学を構成しています。世界保健機関の優先病原体リストは、いくつかのグラム陰性菌を強調しており、特定の臨床管理については、別途参照される専門のガイドラインで扱われています。

History

グラム染色（1884年）は、細菌をグラム陽性菌とグラム陰性菌に初めて分類し、腸内グラム陰性桿菌は、腸チフス、赤痢、大腸菌群の研究を通じて初期の細菌学の中心となりました。その後、エンドトキシン、分泌システム、および伝達性耐性酵素の認識により、このグループは外膜とその多剤耐性を獲得する能力を中心に再構築されました。

Key figures

• Samantha J. Pitt
• Wanyin Deng
• Samuel I. Miller
• Laura J. V. Piddock

Seminal works

• deoliveira-2020
• haraga-2008

Frequently asked questions

グラム陰性菌がグラム陽性菌よりも治療が難しいことが多いのはなぜですか？

グラム陰性菌の外膜は透過性バリアであり、排出ポンプやベータラクタマーゼ酵素と相まって、多くの抗生物質が細胞に到達して作用するのを制限し、このグループにかなりの本来的な耐性および容易に獲得される耐性を与えています。

実験室で腸内グラム陰性桿菌と非発酵菌を区別するものは何ですか？

腸内細菌科の細菌は通常、グルコースを発酵させ（多くは乳糖も発酵させ）、オキシダーゼ陰性であるのに対し、緑膿菌などの非発酵性日和見菌は糖を発酵させず、しばしばオキシダーゼ陽性です。これらの反応は同定の初期段階です。