微生物学：解説つき練習問題

1微生物の世界

微生物学は、顕微鏡なしには見えないほど小さな生物を研究します。ほとんどは無害か有益です：腸内の細菌は、食物の消化を助け、有害な微生物を寄せつけません。

病気を引き起こす微生物が病原体です。主なグループは構造が異なり、その構造が治療法を決めます。

• 細菌は、核をもたない単細胞（原核生物）で、長さは約 1〜5 マイクロメートルです。独自のリボソームと、たいてい細胞壁をもつので、抗生物質が標的にできます。
• ウイルスは細胞ではありません。タンパク質の殻（カプシド）の中の DNA または RNA で、約 20〜300 ナノメートルであり、宿主細胞の中でしか増殖できません。抗生物質は効きません。
• 真菌は核をもちます（真核生物）。鵞口瘡の原因となる Candida のような酵母と、カビを含みます。
• 寄生虫には、マラリアの原因となる Plasmodium のような原虫と、条虫や回虫のような蠕虫（ぜんちゅう、虫）が含まれます。
• プリオンは、DNA も RNA も全くもたない、誤って折りたたまれたタンパク質です。クロイツフェルト・ヤコブ病のようなまれな脳の病気を引き起こします。

2細菌：形、染色、生存

細菌はまず形で記述されます：球菌は丸く、桿菌は棒状で、らせん菌はらせん状です。房状に集まった球菌はブドウ球菌に、鎖状の球菌は連鎖球菌に典型的です。

グラム染色は、細菌を細胞壁によって分けます。

• グラム陽性菌は、クリスタルバイオレットの色素を保持する厚いペプチドグリカンの壁をもっています。紫に染まります。
• グラム陰性菌は、薄い壁と外膜をもっています。色素を失い、ピンク色の対比染色を取り込みます。外膜にはエンドトキシン（リポ多糖）が含まれ、多くの抗生物質を寄せつけません。
• Mycobacterium tuberculosis（結核菌）は蝋のような壁をもち、グラム染色ではうまく染まりません。抗酸菌染色（チール・ネールゼン）で示されます。

細菌は、酸素の必要性も異なります。偏性好気性菌は酸素を必要とし、偏性嫌気性菌は酸素で死滅し（たとえば Clostridium）、通性嫌気性菌は酸素があってもなくても増殖します。

細菌は二分裂で増えます：1 つの細胞が 2 つに分かれます。Clostridium や Bacillus など一部の細菌は芽胞をつくります：熱、乾燥、アルコールに耐える、丈夫な休眠の形です。

多くの細菌は外毒素、すなわち特定の作用をもつタンパク質を放出します。破傷風毒素は筋肉のけいれんを、コレラ毒素は水様性の下痢を起こします。

細菌は、たとえば薬を壊す酵素（ベータラクタマーゼ）をつくる、薬をくみ出す（排出ポンプ）、あるいは標的を変えることで、抗生物質に耐性をもつことがあります。耐性遺伝子は細菌の間で受け渡されることがあります。

3感染はどう広がり、どう止めるか

感染には感染の連鎖が必要です。どの輪を断ち切っても、感染は止まります。

1. 病原体（agent）：病原体そのもの。
2. 保菌者・保有体（reservoir）：人、動物、水、土など、病原体が生きている場所。
3. 排出口：咳、血液、便など。
4. 伝播様式：接触（手）、飛沫、空気感染する粒子、食物と水（糞口感染）、または蚊のような媒介生物。
5. 侵入口：口、傷、尿道カテーテルなど。
6. 感受性のある宿主：たとえば免疫のない人。

潜伏期間は、感染から最初の症状が出るまでの時間です。動物から人にうつる病気は人獣共通感染症です。基本再生産数 R0 は、完全に感受性のある集団で、1 人の患者が平均して何人に感染させるかを表します。

手指衛生は、病院での感染拡大に対して、単独で最も効果的な対策です。アルコール擦式剤は芽胞を殺さないので、Clostridioides difficile に接触したあとは、石けんと水で洗います。

滅菌は、芽胞を含むすべての微生物を殺します。たとえば、約 121 °C の加圧蒸気を使うオートクレーブです。消毒は、物の上の微生物を減らしますが、芽胞は残るかもしれません。防腐（皮膚消毒）は、皮膚や組織で同じことを行います。

ワクチンは、適応免疫系を訓練します。弱毒化した生きた微生物（MMR）、死んだ微生物またはその一部、あるいは細胞にウイルスのタンパク質を 1 つつくらせる mRNA を含むことがあります。

4微生物学の問題の考え方

ほとんどの問題は、ある生物または患者を示します。構造から結果へと考えます。

1. グループを決める：細菌、ウイルス、真菌、寄生虫、プリオンのどれか。
2. 細菌なら、主な特徴を思い出す：形、グラム染色の結果、酸素の必要性、芽胞、毒素。
3. その生物がどこに住み、どう広がるかを考える。これが予防の方法を教えてくれます。
4. どう害を与えるかを考える：組織への侵入、毒素、免疫反応のどれによるか。
5. 構造を治療と対策の手がかりにする。細胞壁がなければペニシリンは効かず、芽胞があればアルコールでは不十分です。

5例題

推論を追います。開く前に、次のステップを予測してみてください。

6よくある間違い

• ウイルス感染症を抗生物質で治療すること。抗生物質は細菌にだけ作用します。
• グラム染色の色を逆にすること。グラム陽性は紫、グラム陰性はピンクです。
• エンドトキシン（グラム陰性菌の外膜の一部）と外毒素（細菌が放出するタンパク質）を混同すること。
• 消毒を滅菌と呼ぶこと。確実に芽胞を殺すのは滅菌だけです。
• C. difficile のような芽胞形成菌に、アルコール擦式剤を頼ること。
• 潜伏期間中は感染を広げられないと考えること。感染症によっては、広げられます。

7試験問題の例

• やさしい（重要な用語と事実）：定義と古典的な生物。病原体や潜伏期間とは何か、どの生物がマラリアを起こすか、グラム陽性菌はどの色に染まるか。
• ふつう（概念の応用）：メカニズム。耐性がどう働くか、ワクチンや滅菌法がなぜ効くか、毒素がどう症状を起こすか。
• むずかしい（事例と分析）：患者または古典的な研究。病歴から生物を特定する、検査や治療がなぜ失敗するかを説明する、グリフィスやジョン・スノウの実験のような研究を解釈する。

むずかしい問題では、生物の構造から出発します。壁、エンベロープ、芽胞、毒素が、ほとんどの症状、検査結果、治療の選択を説明します。