細菌: 構造、生殖、病気

簡単な概要

細菌 – 定義: 細胞核を持たない微細な単細胞生物
細菌は生き物ですか？はい、必要な基準（代謝、成長、生殖など）を満たしているからです。
細菌の生殖：細胞分裂による無性生殖
細菌性疾患：例：破傷風、ジフテリア、百日咳、猩紅熱、クラミジア感染症、淋病、細菌性扁桃炎、細菌性肺炎、細菌性中耳炎、サルモネラ症、リステリア症、結核、コレラ、腸チフス、ペスト
細菌感染症の治療: 抗生物質
細菌に対するワクチン接種: ジフテリア、百日咳、破傷風、髄膜炎菌および肺炎球菌感染症、コレラ、腸チフスなどに対して可能

バクテリアとは何ですか？

細菌は微視的な単細胞生物であり、地球上で最も古い生物です。それらは多数の異なる種で発生し、空気中、水中、土壌中、地殻の奥深く、最も高い山の頂上、温泉、北極と南極など、事実上世界中のあらゆる場所で見られます。

細菌は、人間の正常な細菌叢の中で圧倒的に最大の割合を占めています（さらに、真菌や寄生虫などの他のいくつかの細菌も含まれます）。常在菌叢とは、身体に自然に定着するすべての微生物を指します。専門家が定着の特定の部位のみを考慮する場合、たとえば、腸内細菌叢（腸内のすべての自然細菌の総体）について話します。

さらに、人間に病気を引き起こす可能性のある細菌がいくつかあります。これらの種類のヒト病原性細菌は、既知の細菌種全体の約 XNUMX パーセントに過ぎません。

細菌の構造

細菌の大きさは 0.1 ～ 700 マイクロメートル (XNUMX マイクロメートル = XNUMX 分の XNUMX ミリメートル) です。このため、細菌はウイルスよりもはるかに大きくなりますが、ほとんどの場合は依然として人間の細胞よりも小さいです。

細胞壁と鞭毛

多くの場合、細菌の細胞壁は硬いため、細菌の形状は固定されています (球形および棒状の細菌など)。さらに、より薄く比較的柔軟な細胞壁を持つらせん状細菌も存在します。これにより、細菌細胞はらせん運動（およびその他の運動）で動き回ることができます。一方、硬い細胞壁を持つ細菌は、通常、移動できる長い糸状の鞭毛を持っています (以下を参照: 鞭毛による分類)。

細胞壁を持たない細菌もいくつかあります。例としては、マイコプラズマ (それでも自己複製できる寄生細菌) やサーモプラズマ種 (火山土壌などに生息する、安定した原形質膜を持つ熱を好む細菌) があります。

カプセル

ほとんどの細菌はさらに、その外側をカプセルで囲んでいます (以下を参照: カプセル化による分類)。これは、比較的明確に定義された、糖またはタンパク質の構成要素 (アミノ酸) からなる非常に高密度の保護層です。

細胞膜と細胞質

細菌細胞の細胞壁の内側には、動物（人間を含む）の細胞にも同様の構造で見られる細胞膜が付着しています。一部の細菌には外側の細胞膜もあります。細胞壁を取り囲んでいます。

細胞の内部、つまり細胞質では、細菌細胞の遺伝物質、いわゆる細菌ゲノムが、他のさまざまな細胞構造（タンパク質合成のためのいわゆるリボソームなど）とともに見られます。細菌には、プラスミドの形で追加の遺伝物質が含まれる場合があります。

細菌ゲノム

細菌ゲノムには、生命に必要な細菌細胞のすべての遺伝情報（構造、代謝、生殖に関する情報）が含まれています。それは二本鎖 DNA (デオキシリボ核酸の略語)、つまり特定の糖と他の構成要素の二本鎖鎖で構成されています。動物細胞の遺伝物質も DNA で構成されています。ただし、動物細胞と細菌細胞の間には次のような大きな違いがあります。

動物細胞: DNA ゲノムは、細胞質の残りの部分とは別に、独自の膜で囲まれた区画 (核) に存在します。さらに、それは線状に組織されています。つまり、個々の染色体 (準個々の DNA 糸) の形で存在します。

プラスミド

細菌の染色体に加えて、一部の細菌の細胞質には、プラスミドとして知られる単一または複数の小さな二本鎖 DNA リングが含まれています。これらには、通常の生活条件下では細菌細胞が必要としない遺伝情報が含まれていますが、困難な条件下では細菌細胞に生存上の利点を与える可能性があります。

これは、たとえば、他の細菌を殺す毒素の設計図である可能性があります。細菌細胞が特定の抗生物質に対して耐性を持つ能力も、プラスミドに保存されている可能性があります。

抗生物質は、細菌に対して特に効果を発揮する薬です。したがって、それらは細菌感染症の標準治療の一部です。

プラスミドは細菌の染色体とは独立して複製され、細菌が細胞分裂によって増殖するときに XNUMX つの娘細胞に多かれ少なかれランダムに分配されます。

接合には数分かかりますが、特定の種類の細菌間でのみ可能です。

細菌 vs. ウイルス

最も重要な違いは、細菌には代謝があり、独立して繁殖できることです。これはウイルスには当てはまりません。ウイルスと細菌の比較について詳しくは、「ウイルス」の記事をご覧ください。

どのような細菌がいるでしょうか？

現在、約5,000種の細菌が知られています。しかし、実際には、おそらくさらに多くの細菌が存在しており、専門家は、世界には何十万もの異なる種類の細菌が存在すると推測しています。

細菌はさまざまな基準に従って分類できます。最も一般的なものは次のとおりです。

色合いによる分類

細菌は、特定の染色剤と接触したときに発色する色に応じて分類できます。細菌を識別するための最も一般的な染色方法はグラム染色と呼ばれます。これによれば、次のように区別されます。

グラム陽性菌：特定の化学物質を加えると青色に変わります。例としては、ジフテリアや炭疽病原体、肺炎球菌（肺炎、髄膜炎、副鼻腔炎、中耳炎などを引き起こす）、連鎖球菌（とりわけ肺炎や扁桃炎の引き金となる可能性がある）などが挙げられます。
グラム陰性菌：グラム染色すると赤色になります。例としては、百日咳、腸チフス、コレラ、ペストの病原体が挙げられます。

壁構造の違いは、医学、つまり細菌感染症の治療にも実際的な影響を及ぼします。抗生物質の中には、グラム陽性菌に対してのみ効果があるものと、グラム陰性菌に対してのみ効果があるものがあります。

形状による分類

細菌には XNUMX つの基本的な形態があります。

球形細菌: これらの丸い形から楕円形の細菌 (球菌とも呼ばれます) は、典型的な方法でクラスターを形成することがよくあります。XNUMX 個、XNUMX 個、または XNUMX 個のグループ、より大きなクラスター (ブドウ球菌)、または多かれ少なかれ長い鎖 (連鎖球菌) です。
棒状細菌: 細長いまたは太った棒状細菌は、単独で存在することもあります (腸チフス菌など)、または互いに異なる関係で存在することもあります (ジフテリア菌など)。生存（好気性）に酸素を必要とし、胞子を形成できる棒状細菌（下記参照）は、桿菌（炭疽菌など）とも呼ばれます。
らせん状細菌: それらの正確な外観に従って、これらの細菌は XNUMX つのグループに分類されます - スピリラ (例: ネズミ咬傷熱の原因物質)、ボレリア (例: ライム病の原因物質)、トレポネーマ (例: 梅毒細菌)、およびレプトスピラ（例、レプトスピラ症の原因物質）。

病原性による分類

通性病原性細菌: これらの細菌は、免疫システムが低下しているときなど、特定の状況下でのみ病気を引き起こします。
偏性病原菌: 十分な量が存在すると、サルモネラ菌など、常に病気を引き起こします。

体内に自然に存在する細菌も病気を引き起こす可能性があります。たとえば、免疫力の低下によって細菌が過剰に広がったり、体内の間違った場所に侵入したりした場合（例：腸内細菌が結果として尿道や膣に侵入した場合）、不適切なトイレ衛生状態のせい）。したがって、それらは通性病原性細菌に属します。

鞭毛による分類

ほとんどの細菌はその外表面に鞭毛を持っており、それを利用して移動することができます。専門家は鞭毛の形態を次のように区別しています。

単毛鞭毛: XNUMX つの鞭毛のみ、例: コレラ菌
lophotrichous 鞭毛: XNUMX つまたは XNUMX つの房に配置されたいくつかの鞭毛、例: Pseudomonas 種
周囲鞭毛: 細菌細胞の外面全体に分布するいくつかの鞭毛 (周囲の鞭毛)、例: サルモネラ菌 (サルモネラ症と腸チフスの原因物質)

カプセル化による分類

例えば、細菌ヘモフィルス・インフルエンザがカプセル化されている。とりわけ、髄膜炎、中耳炎、気管支炎、肺炎、さらにはインフルエンザ菌 B 型 (HiB) としての喉頭炎を引き起こす可能性があります。

カプセル化された形態の細菌の中には、肺炎球菌 (Streptococcus pneumoniae) も含まれます。通常は肺炎を引き起こしますが、場合によっては他の細菌性感染症を引き起こすこともあります。

胞子形成による分類

不利な生存条件下では、一部の細菌は代謝が大幅に低下した永久的な形態、いわゆる胞子を形成することがあります。代謝的に活性な（栄養）細胞とは異なり、これらは暑さや寒さなどの非常に不利な環境条件に耐えることができ、数年、さらには数十年にわたって生存し続けることができます。状態が再び改善されるとすぐに、胞子は栄養細菌細胞に戻ります。

胞子は事実上、休眠状態にある細菌です。

芽胞形成細菌には、主にバチルス属およびクロストリジウム属の代表、例えば炭疽病原体（炭疽菌）、破傷風（破傷風菌）およびボツリヌス症（ボツリヌス菌）の病原体が含まれます。

酸素との比率による分類

偏性嫌気性細菌 (嫌気性菌) は偏性好気性菌の正反対です。酸素の存在下では成長および繁栄できません。たとえ微量の酸素でもこれらの細菌は短時間で死滅します。好気性細菌とは異なり、有毒な酸素ラジカルを除去することができません（好気性細菌はこの目的のためにカタラーゼなどの特別な酵素を持っています）。偏性嫌気性細菌は、発酵またはいわゆる嫌気呼吸によって必要なエネルギーを獲得します。

通性嫌気性細菌は、酸素に関する限り耐性があり、酸素があってもなくても増殖できます。酸素が存在すると、好気性細菌や動物や人間の細胞と同じように、「通常の」(好気性) 細胞呼吸を通じて必要なエネルギーが得られます。一方、酸素のない環境では、発酵または嫌気呼吸によってエネルギー生産が行われます。

空気耐性細菌は酸素の存在下でも問題なく増殖できますが、酸素をエネルギー生産に使用することはできません。

温度要件による分類

細菌が好むまたは許容する温度範囲に応じて、細菌の XNUMX つのグループが区別されます。

好冷性細菌: 摂氏 5 ～ 3 度で最もよく増殖します。細菌の種類に応じて、許容できる最低温度は -15 ～ -20 度、最高温度は種類に応じて XNUMX ～ XNUMX 度です。
中温菌：その至適温度は27～37度です。最高気温は20度から25度まで下がることもあります。一方、温度は42〜45度を超えてはいけません。
好熱菌：50～60度が最も快適と感じます。細菌の種類に応じて、温度は40〜49度を下回ってはならず、60〜100度を超えてはなりません。

分類法による分類

他の生物と同様に、細菌は科学的基準に従って科、属、種などのさまざまな階層レベルに分類されます。一部の細菌種は、遺伝的要因と化学組成に応じて、さらに異なる種類 (細菌株) に分類できます。

細菌はどのように繁殖するのですか？

細菌は細胞分裂によって無性生殖します。

バクテリアがどれくらいの速さで増殖するかは、バクテリアの種類と環境条件によって異なります。最適な条件下では、多くの細菌はわずか XNUMX 分以内にその数を XNUMX 倍にすることができます。

細菌の増殖について話すときは、細菌の細胞数の増加を意味します。これは、XNUMX ミリリットルあたりの細胞数として決定されます。

細菌によって引き起こされる病気にはどのようなものがありますか?

細菌によって引き起こされる病気にはさまざまなものがあります。ここに小さな選択があります:

猩紅熱: この非常に伝染性の高い細菌感染症は、グラム陽性の球状連鎖球菌 (化膿連鎖球菌) によって引き起こされます。
その他の連鎖球菌感染症: 連鎖球菌は、特に中耳炎、扁桃炎、丹毒、肺炎、リウマチ熱などを引き起こす可能性もあります。たとえば、B-レンサ球菌（S. agalactiae）は髄膜炎や創傷感染の引き金となる可能性があります。他の連鎖球菌は、例えば虫歯菌として発生する可能性があります。
肺炎球菌感染症: 肺炎球菌も連鎖球菌であり、通常はペア (双球菌) として発生します。より具体的には、肺炎球菌である。この細菌は肺炎の典型的な病原体ですが、髄膜炎、中耳、副鼻腔炎などを引き起こすこともあります。
髄膜炎菌感染症: 髄膜炎菌は髄膜炎菌種の細菌です。これらの細菌による感染は、通常、髄膜炎または細菌性の「敗血症」の形で現れます。
淋病（淋病）：この性感染症もナイセリア菌によって引き起こされますが、今回は淋菌（淋菌とも呼ばれます）です。時間内に治療すれば、淋病は通常、影響を与えることなく治癒します。そうしないと、不妊症などの永続的な晩期合併症が発生するリスクがあります。
クラミジア感染症：クラミジアにはさまざまな種類があり（サブグループを持つものもあります）、結膜炎、泌尿器および生殖器の感染症（尿道炎、子宮頸管炎、前立腺炎など）、肺炎など、さまざまな臨床像を引き起こす可能性があります。
百日咳：通常、この「子供の病気」の背後にはグラム陰性菌である百日咳菌が関与しており、この病気は青少年や成人でも発症することが増えています。
ジフテリア: 吠えるような咳、嚥下困難、甘い口臭などの症状は、グラム陽性の桿菌であるジフテリア菌の毒素によって引き起こされます。
結核: 結核菌は、この重篤な届出の必要な感染症の最も一般的な原因です。
大腸菌感染症: 大腸菌はグラム陰性菌であり、いくつかの株が存在します。それらの中には、健康な人の腸内に自然に生息しているものもあります。ただし、他の大腸菌株は、消化管や尿路などで感染症（下痢や膀胱炎など）を引き起こす可能性があります。
サルモネラ症 (サルモネラ中毒): この用語は、サルモネラ菌の特定のサブグループによって引き起こされる感染症および食中毒を指します。これには、腸チフスやパラチフスなどが含まれます。
リステリア感染症 (リステリア症): この食中毒は、リステリアモノサイトゲネス種のグラム陽性菌によって引き起こされます。吐き気、嘔吐、下痢を伴います。乳製品、生野菜、不適切に加熱された肉などの汚染された食品を食べることによって感染する可能性があります。
コレラ: グラム陰性菌ビブリオ・コレラは、主に衛生状態の悪い地域で発生する重度の下痢性疾患の原因です。

菌血症と敗血症

通常、血液中に細菌は存在しません。存在する場合、それは菌血症と呼ばれます。たとえば、激しい歯磨きで歯ぐきから出血したり、ポケットナイフで切り傷を負ったりした場合に発生することがあります。細菌は、細菌感染（細菌性肺炎など）中、または歯科または医療処置中に血流に侵入することもあります。

免疫系が細菌を迅速に排除すれば、菌血症は必ずしも症状を引き起こすわけではありません。

しかし、特に免疫力が低下している人では、細菌が血液中に十分に長期間、大量に残留すると、感染症（心臓の内壁の炎症 = 心内膜炎など）を引き起こす可能性があります。その結果、敗血症（「血液中毒」）と呼ばれる全身の非常に激しい反応が起こる可能性があります。最悪の場合、死に至る場合もあります。ただし、個々のケースにおける死亡リスクは大きく異なります。それは、特に、関与する細菌の種類と、患者がどれだけ早く治療されるかによって決まります。

細菌: 伝播または感染

たとえば、塗抹感染を介してサルモネラ菌に感染する可能性があります。サルモネラ菌関連の下痢に罹患している人がトイレに行った後に手を徹底的に洗わない場合、細菌が物体（ドアノブや刃物など）に移る可能性があります。健康な人がこれらの物体に触れ、口、鼻、目を掴むと感染する可能性があります。感染者が汚染された手で健康な人と握手をした場合にも、塗抹感染による直接的な人から人への感染の可能性があります。

しかし、サルモネラ菌は主に汚染された食品を介して感染します。この感染経路は、リステリア（リステリア症の原因物質）やカンピロバクター属の代表的な細菌（伝染性下痢性疾患の原因物質）など、他のいくつかの細菌にも存在します。

後者は、サルモネラ菌やその他の細菌と同様、汚染された水を介して感染する可能性があります。

場合によっては、クラミジアや淋病の原因物質（淋菌）の場合のように、性交を通じて感染する可能性があります。

細菌感染症：治療

いくつかの抗生物質は、多くの異なる種類の細菌に対して効果的です (広域スペクトルまたは広域スペクトル抗生物質) が、他の抗生物質は特定のグループの細菌を標的とします (狭域スペクトルまたは狭域スペクトル抗生物質)。

抗生物質のよく知られたグループには、ペニシリン、セファロスポリン、テトラサイクリン、およびマクロライド系抗生物質が含まれます。

すべての細菌感染症に抗生物質による治療が必要なわけではありません。代替的または追加的に、細菌を特に標的とするわけではないが、少なくとも症状（例えば、痛みおよび抗炎症薬）を緩和する他の手段が有用である可能性がある。

細菌に対するワクチン接種

細菌によって引き起こされる一部の感染症はワクチン接種で予防できます。投与されたワクチンは免疫系を刺激して、問題の細菌性病原体に対する特異的な抗体を生成します (能動免疫)。これにより、後でこれらの細菌による「実際の」感染が発生した場合に備えて免疫システムが強化されます。したがって、感染を初期段階で摘み取るか、少なくとも弱めることができます。

細菌に対して利用可能なワクチン接種の例:

ジフテリアワクチン接種
百日咳ワクチン接種
破傷風ワクチン接種（既製の抗体を注射する受動予防接種としても利用可能）
インフルエンザ菌b型ワクチン（HiBワクチン）
髄膜炎菌ワクチン接種
コレラワクチン接種
腸チフスワクチン接種

これらのワクチンの中には、異なる組成の組み合わせ製剤として入手できるものもあります。たとえば、Td ワクチンは破傷風菌とジフテリア菌を同時に防御します。