入院患者における大腸菌の多様性を研究者が調査

2023年3月13日
入院患者における大腸菌の多様性を研究者が調査

Researchers investigate diversity of E. coli bacteria in hospitalized patients

FAPESPのRicardo Muniz氏によるものです。
本研究の目的は、尿路感染症の主な原因菌の病原性と抗菌剤耐性プロファイルを解析することである。Credit: Ericc Erbe, Christopher Pooley/Agricultural Research Service（エリック・エルベ、クリストファー・プーリー/農業研究サービス
人間の腸は、腸内細菌叢、腸内細菌叢、腸内フローラと総称される多くの細菌やその他の微生物が生息する環境です。ほとんどの人において、それは健康に寄与しています。健康な腸は、免疫システムの強化、代謝の改善、脳と心臓の健康などの機能を示しています。
大腸菌は、ほとんどの人の腸内細菌叢に存在する細菌のひとつで、特定のビタミンを生成するなど、重要な機能を果たしています。「しかし、この種には膨大な数の遺伝的多様性があります。と、ブラジルのサンパウロ連邦大学医学部（EPM-UNIFESP）の実験的腸内細菌病原性研究所（LEPE）の所長であるTânia Gomes do Amaralは語っています。
"大腸菌は、健康な人と入院患者や医療サービスの利用者の両方において、このタイプの感染症の主な原因となっています。"
アマラルは、入院患者におけるこれらの細菌の病原性と抗生物質に対する耐性に関するPathogens誌に発表された論文の筆頭著者です。
"私たちが入院患者に焦点を当てたのは、長期入院している患者は、尿カテーテル挿入や静脈アクセスなど、様々な処置を受ける可能性が高いからです。これらの処置は生命維持を保証するために行われますが、細菌が生体内に侵入しやすくなり、感染症を引き起こす可能性があります」とAmaralは説明しています。
アマラルは、1988年にEPM-UNIFESPで微生物学の博士号を取得し、研究の一部をニューヨーク大学医学部と米国メリーランド大学ボルチモア校（UMB）のワクチン開発センターで実施しました。
今回の論文は、アマラルが中心となり、研究者や大学院生など12名の共著者と共に、尿路感染症に関連する大腸菌の病原性と薬剤耐性に関する幅広い研究の結果を報告したものです。
José Francisco Santos Netoの修士論文に記載されているこの研究の主な目的は、入院患者の腸内細菌叢から分離した病原性大腸菌株の多様性と薬剤耐性を評価し、内因性感染（患者自身の微生物叢の細菌によって引き起こされる）の頻度を分析することであった。
UNIFESPのグループは、まず、入院患者の腸内細菌叢から分離された大腸菌株の遺伝的多様性と薬剤耐性を調べ、これらの菌株と尿から分離した他の菌株の配列を決定し、その結果を比較して、病院環境での細菌の拡散を評価しました。
LEPEチームの博士研究員であるAna Carolina de Mello Santosは、「我々はまた、これらの菌株のゲノムを、世界各地で分離された大腸菌のゲノムと比較し、研究サンプルに世界的に広まった病原性細菌が存在するかどうかを確認しました」と述べています。
尿路感染症は、研究対象者の大多数（70％以上）が内因性であることが証明されました。また、患者の腸内細菌叢には、少なくとも2種類の遺伝的に異なる大腸菌の集団が存在し、約30％は一般的ではない非ラクトース発酵性大腸菌に汚染されており、腸内細菌叢にそうした菌株しか存在しない患者もいたことが示されました。
Santos氏は、「ヒトの腸内細菌叢の構成を分析するために他国で行われた過去の研究では、非乳糖発酵性大腸菌について調査していなかったため、この発見は最も興味深いものです」と述べています。
また、著者らは、病原体として分類するために必要なすべての遺伝子マーカーを持つ細菌が存在し、まだ感染症を発症していないすべての患者の腸内細菌叢から病原性細菌が検出されたことにも注目しています。"入院患者は、定義上、すでに体調が悪いため、感染症にかかりやすい状態にあります。病原体によるコロニー形成は、現在世界中で頻発している院内感染拡大の第一歩です」とSantosは述べています。
抗生物質やその他の抗菌薬に関しても、薬剤耐性が世界的な問題となっており、第三世代セファロスポリンやコリスチンに対する腸内細菌耐性が重要であると著者らは強調しています。腸内細菌叢が薬剤耐性菌にコロニー形成されたすべての患者において、同じ細菌が内因性尿路感染症も引き起こしていた。つまり、多剤耐性菌は腸に定着し、尿路に移動して感染を引き起こしたのです。
「これらの結果から、少なくとも大腸菌感染症の場合、入院患者の腸内細菌叢を早期に評価することで、治療を促進・指導できるとともに、今回の研究で注目した尿路感染症などの腸管外疾患に移行するリスクのある患者を特定できます」とAmaralは述べています。
"この研究結果が、腸内細菌叢に含まれる他の細菌、例えば、クレブシエラ属、エンテロバクター属、シュードモナス属など、腸外の部位に移動して感染症を引き起こす可能性のある細菌にも当てはまるかどうかはまだ分かっていません"。
これらの細菌属は、大腸菌よりもさらに薬剤耐性を持つ傾向があり、病院環境における大きな公衆衛生問題を表しています。研究者らが指摘するように、世界保健機関（WHO）は、セファロスポリンやコリスチンに耐性を持つ大腸菌を、世界的に重要な健康上の脅威とみなしています。「重症感染症に関連する薬剤耐性菌がヒトの腸内細菌叢に存在することは、大きな懸念事項であり、特に、病院環境外の人々に広がる可能性があるからです」とAmaralは述べています。
この研究で提起されたもう一つのポイントは、薬剤耐性を持つ病原性細菌による患者の腸内コロニー形成がいつ起こったかを突き止めることの重要性である。論文の著者らは、セファロスポリンやコリスチンに耐性を持つ細菌が患者に定着したのが、入院前か後かを判断することができなかったのです。
しかし、菌株のゲノムを解析することで、重篤な疾患を引き起こす可能性があり、抗菌薬耐性と関連するグローバルリスククローンを特定することができました。「2人の患者さんの腸内細菌叢から見つかったそのようなクローンは、パラナ州ロンドリーナ（ブラジル南部の州）や米国、欧州、アジア諸国の尿路感染症から分離された他のクローンと同一でした。今回の研究で見つかったいくつかの菌株は、世界のあらゆる地域の感染症に一般的に関連するクローンであることを示しています」と、Amaralは述べています。
このような情報は、患者さんが入院したときに重要です。細菌の病原性や薬剤耐性に関する知識を活用することで、腸以外の部分への感染を防ぎ、同じ病院に入院している他の患者への菌の拡散を食い止めることができます。
詳細はこちら José F. Santos-Neto et al, Virulence Profile, Antibiotic Resistance, and Phylogenetic Relationships among Escherichia coli Strains Isolated from the Feces and Urine of Hospitalized Patients, Pathogens (2022). DOI: 10.3390/pathogens11121528
提供：FAPESP
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