Ba

Harumi SuzukiLab. of Microbiology

Battles between germs and hosts

3.-

Nature (1994) 371, 67Immunity (1995) 2, 413J. Exp. Med. (1997) 186. 17Science (1999) 283. 390Nature Genetics (1999) 21. 230Nature Immunol. (2003) 4. 280

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さ

さ

すず き はる み

2227

suzukih@yamaguchi-u.ac.jp

http://web.cc.yamaguchi-u.ac.jp/~suzukih/lab +

Pathogenicity of Bacteria

ぞ

158

病原性微生物

プリオン、ウイロイド　ウイルス　細菌　真菌（酵母、カビ）　寄生虫　

細菌の病原因子 　virulence factor

1. 付着、組織特異性2. 細胞内侵入、台状突起形成 (毒素注入システム)3. 毒素（内毒素、外毒素）4. 宿主応答に対する抵抗性　

病原性

菌種：　善玉（腸内細菌、乳酸菌、発酵）/ 悪玉（病原菌）病原遺伝子：　菌固有の性質 - 病原性の強さの程度（virlence factors）伝染性(体内に入る数)、感染力、毒素の種類宿主の抵抗力　免疫力の落ちている場合、常在菌でも病気を引き起こす　　　　　　　不顕性感染　

→ 感染は微生物と宿主（ヒト）との力関係で決まる

その遺伝子産物がないと増殖はするが病原性を失う（減弱する）

大腸菌 病原性大腸菌0-157ベロ毒素

typeIII分泌装置

１．付着 adheresion (adhesin)

線毛 pili。径3-10nm, 長さ0.2~2μmの中空繊維。宿主の細胞表面の糖鎖に結合。ピリンポリマー。宿主細胞表面の糖鎖等と結合して組織特異的に付着。動物細胞の線毛(繊毛 cilia 微小管）とは違う。

ストレプトキナーゼ（A型レンサ球菌）　　 fiblinの分解スタフィロキナーゼ（ブドウ球菌） 　　　　 fiblinの分解ヒアルロニダーゼ（グラム陽性細菌）　　　 ヒアルロン酸の分解コラゲナーゼ（ガス壊疽菌）　　　　　　　 コラーゲンの分解

結合組織の破壊による拡散

Ｐ線毛（尿路感染性大腸菌） 　 　 a-D-Gal-(1,4)- b - D -Gal１型線毛（Klebsiella, Serratia） 　 　a-D-Man-(1,3)-

CFA/I（腸管感染型大腸菌ETEC)　 シアル酸多糖、糖脂質Fタンパク（A群レンサ球菌）　　 fiblonectin

リポタイコ酸（グラム陽性細菌）　 fiblonection

宿主側細菌側

２．細胞内侵入 invasion (invasin)

細胞内偏性寄生細菌　　クラミジア（小胞内）、リケッチア（細胞質内）　　　　　　　　　　　　 ウイルス全般

　　　　　　　　　　　　 細胞外では生きられない

細胞内寄生細菌　　　 結核菌、リステリア、赤痢菌（細胞質内）

サルモネラ、レジオネラ（小胞内）

細胞質内（あるいは細胞内小胞中）で生存できるため、宿主の液性免疫から逃れることができる。

喀痰中の結核菌

クラミジア感染細胞（ギムザ染色）細胞内小胞中で増殖

毒素 の注入装置 （毒針）

type III secretion system

・サルモネラ 　　　 SopE (GEF for Rac,cdc42) 　 　　　 SipB (caspase1と結合、活性化)・赤痢　　　　　　　　　　 IpaA (vinculinと結合)・エルシニア（ペスト）　　 Yop (Cys protease)・クラミジア CPAF　腸管病原性大腸菌（EPEC） Tir　腸管出血性大腸菌（EHEC）

　ヘリコバクター　ピロリ CagA (SHP2活性化)　ボルテデラ（百日咳）　 　PT・リケッチア・レジオネラ RalF(GEF for ARF)　

宿主の細胞質内へ直接、蛋白質を注入する！細胞内侵入（エンドサイトーシス）、台状突起形成する細菌に必須。

Type III　分泌装置

Type IV　分泌装置

侵入因子 (invasin)

　SopE （サルモネラ） 宿主のRac, cdc42を活性化（GEF）→　エンドサイトーシスを促進

　Lysteriolysin O（リステリア） 　phagosome膜の破壊 （低phで活性化、孔形成）→　リソソームから逃れる

　 lcsA (赤痢菌) WASPと結合、コメット形成　→　となりの細胞へ直接移動

台状突起形成　pedestal-like structure（強く接着）

EPEC（腸管病原性大腸菌）EHEC（腸管出血性大腸菌）

接着レセプター（Tir / intimin）を自分で打ち込んで宿主細胞膜に発現させ、その後台座を形成。　はがれにくくする。

3．毒素 toxin

内毒素　endotoxin　　　 菌体表面に存在する。リポ多糖。

外毒素　exotoxin　　　 菌体外に放出される。たんぱく質。

細菌の成分、あるいは産生する物質で、それ単独で活性を持つ物質。毒性は強いが抗原性も強い。

外毒素は通常、対数増殖期には産生されない。定常期に入って増殖を止めたころに誘導される。

　quorum sensing ：　自分の周りの同じ菌の密度を感じ取るしくみ。　　　　　　　　　　 （N-アシル-L-ホモセリンラクトン）

LPS (lipopolysaccharide)

内毒素

グラム陰性細菌の外膜に普遍的、多量に存在する糖脂質。Lipid Aが活性本体。耐熱性宿主のTLR4に結合し、マクロファージを活性化させて炎症性サイトカイン（IL-1, IL-6,TNFa）の産生および、抗原提示補助因子（B7, CD40）の発現を促す。

サイトカイン過剰産生 → アラキドン酸代謝活性化　ロイコトリエン、プロスタグランジン NO産生

第VII因子の活性化による血液凝固 →DIC

エンドトキシンショック　　　　全身性血管内凝固（DIC）発熱、炎症、敗血症　 　　　　全身性炎症反応症候群（SIRS）

　(エンドトキシンショック)

外毒素 菌体外に放出される。多様な生物活性。抗原性強い。宿主のシグナル伝達を撹乱するものが多い。

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孔形成毒素　.. 宿主の細胞膜に孔をあける

7量体形成。他の分子と結合することによりstemを伸ばす。細胞膜だけに孔を開ける（核膜、ERは影響を受けない）

黄色ブドウ球菌（Stapylococcus aureus ）　　 α-hemolysinレンサ球菌 （Streptcoccus） 　　　 　　SLO

Stapylococcus aureus α-hemolysinの構造

ADPリボシル化（ADPリボシルトランスフェラーゼ活性）.. 蛋白質の修飾

コレラ毒素（A鎖）　　　　Gsα蛋白(Arg) 　　　百日咳毒素（A鎖）　　　 Ｇiα蛋白(Cys)ジフテリア毒素（A鎖）　　EF2 (His)ウェルシュ菌（iota毒素） アクチン (Arg)　　　

A-B型毒素

cAMP上昇 下痢

コレラ菌

ACionchannel

GPCR α, β, γ

cAMP

ADPリボシル化により機能阻害

ACの恒常的活性化GiによるGTP水解を阻害 → Gsの恒常活性化

Gi活性の阻害

Gs　アデニレートシクラーゼ　　(AC)を活性化

Gi GsのGTPを加水分解して　　 GDP型にもどす

.. 宿主のＴ細胞を一斉に活性化

A

II TCR VβTCR

バイオフィルム 緑膿菌の産生する粘液多糖がコロニーをカバーして免疫系から逃れる

プロテインA （黄色ブドウ球菌）抗体のFc部分に結合して不活性化

莢膜　(capsle) 　貪食作用に抵抗性

コアグラーぜ　　 （ブドウ球菌） 血漿凝固させコロニーの周囲に莢膜様フィブリンを作る　

カタラーゼ、SOD 　　(bacillus, staphyrococcus他)　マクロファージが作る活性酸素を分解

IgA分解プロテアーゼ　(Haemophilus influenzae) 　抗体を分解

Mタンパク　　　 （A群レンサ球菌）外膜タンパク、食作用に対し抵抗性

宿主と同一分子（免疫寛容）　莢膜多糖中（大腸菌K1）のa-(2,8)-polyシアル酸 =ヒトと同じ　抗原性の変異　　べん毛の相変異、O抗原の変異細胞内侵入

4．宿主からの攻撃に対する防御

抗生物質耐性、多剤耐性菌MRSA (Methicillin resistant Staphylococcus Aureus)

おまけ：　薬剤耐性

M protein of Streptcoccus pyogenes

まとめ

細菌の病原性を規定する因子　　　付着、細胞内侵入・台状突起形成、内毒素、外毒素、抵抗性

　１．付着および細胞内侵入に関する因子　　　　　　　線毛、type III 注入装置、ファゴソーム離脱

　２．細菌内毒素（LPS）の構造と作用　　　　　　　　グラム陰性、リポ多糖、TLR４、免疫系活性化

　３．外毒素の種類と作用機作　　　　　　　　分泌、孔形成、ADPリボシル化、スーパー抗原

　４．宿主の攻撃からの回避機構　　　　　　　　バイオフィルム、プロテインA、M-蛋白、薬剤耐性

Host defense against infection : Immunity

Recognition of MHC and peptide

自然免疫 微生物だけが持つ特有の化合物（LPS、ペプチドグリカン等）に対する　　　　　　　TLRを介した即時的な応答。日常の細菌感染防御の主役。

獲得免疫　　宿主にとっての非自己タンパクに対する特異的な抗体産生および　　　　　　　細胞性免疫応答。特殊な細菌に対する応答。記憶が残る（ワクチン）。

細菌感染に対する宿主側の防御

１．非免疫反応

ムチン（糖たんぱく）　粘膜上皮が分泌　物理的な排除リゾチーム　　（鼻汁だ液中のペプチドグリカン分解）ディフェンシン（抗菌ペプチド、気道粘膜上皮、膜構造の撹乱）キャスリシジン（抗菌ペプチド,顆粒中、走化性）

２．免疫系　（二段構えの攻撃）　

グラム陽性細菌 グラム陰性細菌

ペプチドグリカン LPS フラジェリン

細菌のべん毛 細菌の細胞壁

マンノース 特異的抗原（非自己）

TLR2 TLR4 TLR5 MBL

抗原提示細胞Ｔ細胞、Ｂ細胞

マクロファージ、好中球、樹状細胞、マスト細胞、補体NK細胞、NKT細胞、Ｔ細胞（一部）

菌特異的抗原

X

溶菌、貪食、血管透過性亢進、サイトカイン産生、炎症、発熱、活性酸素産生、ケモカイン産生（動員）

抗体産生細胞性免疫(サイトカイン産生)

自然免疫 獲得免疫

TCR, BCR

細菌感染に対する宿主の防御：まとめ

1. 日常の細菌感染に対する防御は、細菌の共通成分（PAMPs）に対する自然免疫応答が主役。

　　　LPS、ペプチドグリカン、TLR、マクロファージ、好中球、炎症、貪食、溶菌

2. 病原性の強い細菌に対しては特異的な獲得免疫によって抗体を産生。メモリーＴ細胞により抗原を記憶。

　　　抗体産生、細胞性免疫、Ｔ細胞、Ｂ細胞、メモリー、ワクチン