Frontiers in Microbiology

研究トピックの論説
Recent Discoveries in Human Serious Foodborne Pathogenic Bacteria: Resurgence, Pathogenesis, and Control Strategies

世界中の何十億もの人々が安全でない食べ物の危険にさらされています。 何百万人もの人々が病気になる一方で、何十万人もの人々が汚染された食品の摂取により毎年死亡しています（Fung et al.，2018）。 食中毒の発生や流行は、世界の医療制度に大きな負担をかけるだけでなく、経済成長や社会の安定に大きな悪影響を与える結果となります。 ウェブベースおよびモバイル対応の電子商取引の急速な発展とともに、世界中の食料品の速いペースで行われる国内および国際取引は、特に発展途上国の食品安全システムに新たな課題をもたらしている。 病原性細菌は、農場から食卓までのフードチェーン全体のどの段階においても食品を汚染する。 食中毒に関連する細菌性病原体としては、Salmonella Enterica、Campylobacter jejuni、Escherichia coli、Listeria monocytogenes、Cronobacter sakazakii、Vibrio cholerae、Vibrio parahaemolyticusが世界で最も一般的に知られています。 本研究課題では、これらの食中毒菌の復活、病原性、制御戦略に関する最近の発見を報告した。

食品の安全を確保するためには、食品汚染物質の継続的なモニタリングとリスク要因の特定が重要である。 この研究トピックに含まれる多くの原著論文は、病原性細菌の遺伝的多様性、流行、耐性、および新規感染媒介物に関する問題を扱っています。 例えば、ヒトの胃腸炎の主要原因であるC. jejuniは、鶏、豚、牛などの食用動物のレザボアに生息していることがあります。 米国ミシガン州の3つの牛群214頭から回収したC. jejuniの遺伝的多様性と抗菌薬耐性頻度を横断的に調査し決定した（Cha et al）。 クロノバクター属菌は、新生児や乳児に壊死性腸炎、菌血症、髄膜炎を引き起こし、死亡率は40～80％である（Holy and Forsythe, 2014）。 粉ミルク（PIF）は、感染症を引き起こすクロノバクター属菌の最も重要な感染源である。 中国のPIFおよび加工環境から分離されたクロノバクター・サカザキおよびクロノバクター・マロナティカス70株の抗菌性および乾燥耐性が測定された（Fei et al）。 非チフス性サルモネラ（NTS）は、世界中のヒト、家禽、牛、その他の家畜および野生動物など、広範な宿主に感染する可能性がある。 年間 9380 万人がサルモネラ症を経験し、約 155,000 人が死亡していると推定されています (Majowicz et al., 2010)。 宿主由来の異なる多数のNTS分離株について、細菌抗原であるFimA（接着剤）とIroN（受容体）に基づく鳥類および哺乳類NTS分離株の潜在的な病原性プロファイル、遺伝的関連性、宿主適応を調査した（Alshalchi et al）。 著者らは、NTS分離株のFimAアドヘシン内の非同義点変異が宿主適応に影響を与えている可能性を明らかにした(Alshalchi et al.)。 腸内凝集性大腸菌（EAEC）は、食中毒の一般的な原因である。 EAEC株は多様な病原性因子を発現しているため、特定の病原性因子を特定することは依然として困難である。 Jønssonらは、デンマークの臨床EAEC 162株をモニターし、毒素をコードする新規pAA病原性プラスミドとEAECのフィンブリエの2つの異なる変種を同定している。 Enterococcus faecalisはミネラルウォーターや温泉水から頻繁に検出され、ヒトの尿路感染症、心内膜炎、新生児敗血症の原因となりうる。 また、中国で調査された314のミネラルウォーターおよび湧水試料から分離されたE. faecalisの有病率、潜在的病原性遺伝子、抗菌薬耐性、および遺伝的多様性が調査された（Wei et al.)。 これらの研究を総合すると、多様な遺伝子型に関連する抗菌薬耐性または乾燥耐性病原細菌の高い有病率が浮き彫りになった。

数十年にわたる研究により、病原細菌が生産および分泌する多くの病原性決定因子が特定されている（Martinović et al.，2016）。 ヒトに感染を確立するために、病原体は新たに遭遇した宿主環境を感知し、対応して、ニッチ適応とコロニー化の成功を可能にする重要な病原性因子の発現を制御する必要がある（Bäumler and Sperandio, 2016; Lustri et al.、2017）。 この研究トピックでは、S. Entericaの非チフス性血清によって消化管内の常在細菌叢を追い抜く、最近報告された分子メカニズムについて、AndersonとKendallによって広範囲にレビューされました。 S. Typhimurium (S. Tm) などの細菌は、細菌細胞間の接触や、宿主の免疫反応を刺激して微生物叢の特定のメンバーを排除することにより、近接した競争相手を直接排除する。 さらに、S. Tmは、マクロファージ内で宿主の免疫防御に耐えるための重要な病原性因子の発現を厳密に制御している。 この文脈で、著者らは、S. Tmがこれらの宿主環境のそれぞれに適応するための合図として感知する化学的および物理的シグナルにも注目しました（Anderson and Kendall）。

この研究トピックに含まれる他のいくつかの原論文も、細菌病原体に関する新しい知見を報告しています。 例えば、C. sakazakiiのセルロース生合成関連遺伝子（bcsR）の詳細な機能を遺伝子ノックアウト法を用いて検討した結果、bcsRはセルロース生合成の負の制御因子であるが、バイオフィルム形成やC. sakazakiiの接着・侵入能力を正の制御していることが明らかになった（Gao et al.)。 RpoSは、大腸菌のストレス耐性遺伝子を制御する重要なストレス誘導性シグマ因子である。 志賀毒素産生大腸菌（STEC）臨床分離株のRpoS128残基に新規のミスセンス点変異が確認された。 128残基のアミノ酸の疎水性はRpoSの活性に重要であり、結果として低温や酸化ストレスでの細菌の生存に重要である（Iwase et al.）。 また、STEC株は耐酸性にも違いがある。 pH3.3の最小限の培地で培養した場合、凝集性を示すSTEC B201株はより酸に弱く、STEC B241株は浮遊性で酸に強かった。 トランスクリプトームおよび標的遺伝子発現データから、curliおよび酸誘導シャペロン遺伝子csgとhdeの発現が表現型の違いと正の相関を示した（Kay et al.）。 Bacillus cereusは、ヒトの消化器疾患の原因菌であることが次第に報告されている。 Jeßberger らは、ヒト大腸上皮細胞株 CaCo-2 をプレインキュベーションした細胞培養液を用い、多様な起源を持つ 19 種類の腸管病原性および非病原性 B. cereus 株の腸管毒素生産、分泌、細胞毒性を調査している。 著者らは、標準的な培養液に基づく現在使用されているB. cereus診断法を、腸内宿主の条件を模擬した培養手順によって補完する必要があることを示唆した（Jeßberger et al.） DNA配列決定技術の現代の進歩は、細菌ゲノムのより細かい特性決定を可能にしただけでなく、特定の身体経済（例えば、ヒト腸内容物）および食品製造施設経済（例えば、床排水溝）のような環境に生息する複雑なマイクロバイオームのより深い分類学的同定を提供した（Caoらによる総説あり）。 近年、small non-coding RNA（sRNA）の発見により、リボヌクレアーゼ（RNase）と協調して遺伝子発現を制御する転写後制御ネットワークという新たな世界が切り開かれた。 新しい技術の開発により、多くのsRNA分子が同定され、細菌の病原性において重要な役割を担っていることが示されました。 近年、RNA代謝は新しい治療法の開発にも利用されています（Matos et al.による総説）。 食品加工や保存の際、多くの食中毒菌は、極端な温度、乾燥、照射、パルス電界、高圧ストレスなどの環境条件の制限や、保存料や殺菌剤の添加によって、生存可能だが培養できない状態 (VBNC) に誘導することができる。 VBNC状態になると、食中毒菌は従来のプレートカウント法では検出できなくなり、食の安全に大きな課題をもたらす。 VBNC状態のさまざまな特徴について、Zhaoらは生物学的特徴、誘導および蘇生因子、形成および蘇生メカニズム、検出方法、食品安全との関係などを広範囲にわたって概説している

細菌病原体の制御のために新しい化合物と治療戦略が探求されてきた。 例えば、Shi らは、Nigella sativa 種子の揮発油の主要な有効成分であるチモキノンが C. sakazakii ATCC 29544 の病原性関連形質の抑制に及ぼす影響を分析し、in vitro 試験では、亜抑制濃度のチモキノンが菌の運動性、定足数感知、エンドトキシン生産を有意に低下させることを示しました。 さらに、チモキノンは、C. sakazakii ATCC 29544のヒト大腸細胞株HT-29細胞への接着および侵入を大幅に減少させ、RAW264.7マクロファージ細胞内の細胞内細菌数を減少させた。 V. choleraeは、未治療の場合すぐに死に至る可能性があり、一般的に汚染された水と人同士の接触を介して感染する重度の下痢性疾患であるコレラの原因となります（Baker-Austin et al.、2018）。 コレラの発生は、発展途上国で毎年報告されています（世界保健機関、http://www.who.int/）。 V. choleraeの病原性属性に対する食事性ミネラルである亜鉛、セレン、マンガンの影響が検討され（Bhattaramら）、in vitro試験において3種類のミネラルはいずれもV. choleraeの運動性や腸管上皮細胞（Caco-2）への接着、コレラ毒素産生（ctxAB、fliA、toxR）などを著しく減少し、マウス腸管での接着や毒素産生の減少を示したとされています（Bhattaramら）。 しかし、これらの結果を検証するためには、動物モデルでのin vivo研究が必要である。

細菌性病原体は、プランクトンモードではなく、主にバイオフィルムとして成長することにより、食品加工施設に残留する（Bae et al.） バイオフィルムは、保護的な細胞外高分子物質（EPS）に埋め込まれた複雑な微生物群集である。 大腸菌，腸炎ビブリオ，L. monocytogenes などの食中毒細菌を対象に，酸性電解水（AEW）によるバイオフィルム除去効率を評価した． V. parahaemolyticus感染症（すなわち、ビブリオシス）は、通常、海水への曝露または生もしくは加熱不十分な汚染された魚介類の摂取によって獲得され（Baker-Austinら、2018）、L. monocytogenes（冷蔵温度で増殖可能な病原体）感染症（すなわち、リステリア症）は未殺菌乳製品および様々な調理済み食品に頻繁に関連している（Fungら、2018）。 In vitroの実験では、AEWがアミノ酸のチロシンおよびフェニルアラニンにおける炭水化物のC-O-C結合および芳香環の変形によってEPSの破壊を誘発することが示されました。 著者らは、AEWが食品産業で従来使用されている除菌剤の環境に優しい代替品となる可能性を示唆した。 さらに、異なるガス条件下での高耐性C. jejuniの生存の違いも研究され、その結果、CO2を使用した修正大気圧包装が、高耐性C. jejuniによる家禽汚染を抑制するのに役立つことが示唆されました（Oh et al）」

以上、この Frontiers Research Topic には 21 本の論文があり、オーストリア、カナダ、中国、デンマーク、ドイツ、アイルランド、日本、ポルトガル、韓国、英国および米国からの 146 人の著者が参加しています。 ヒトに深刻な影響を与える食中毒菌の復活、病原性、制御戦略に関する最近の発見を概観し、特にグローバル化を背景とした食品の安全性と公衆衛生の向上が急務であることを裏付けている。 本論文で提示された情報は、科学者にとって今後の研究分野とニーズを明確にするだけでなく、政府、食品生産者、食品供給者、食品消費者が、食品中の病原体の持続性とヒトの耐性感染の排除と制御に向けて協力する上で有益である。 WAが論説の改訂に貢献した。 4777>

Conflict of Interest Statement

著者らは、本研究が潜在的な利益相反と解釈される商業的または金銭的関係がない状態で実施されたことを宣言する

Acknowledgements

この研究テーマに貢献したすべての著者に感謝する。 LCは上海市科学技術委員会（第17050502200号）および中国国家自然科学基金（第31671946号）からの助成金を受けている

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