「細菌ってどんな病原体？」
「抗生物質にはどんな種類があるの？」
このような疑問を持っている人は少なくないのではないでしょうか。
本記事では、細菌とウイルス・ヒトの細胞との違いや、細菌の分類について徹底解説。
その後、抗生物質の種類について詳しく紹介します。
本記事を読めば、細菌や抗生物質についてよくわかります。
興味がある人は、ぜひ最後までご覧ください。
抗生物質は細菌感染症などに用いられる
抗生物質とは、微生物が他の微生物を抑えるために産生する天然物の総称です。
1929年にイギリスの細菌学者フレミングが、アオカビの周りで細菌の発育が抑制されていることに気付き、世界初の抗生物質である「ペニシリン」が発見されました。
抗生物質は様々な用途に用いられていますが、細菌による感染症に対して使われているものを抗菌薬と呼びます。
本記事では、抗菌薬にフォーカスして解説していきます。
そもそも細菌とは？
細菌は私たちの身の回りにありふれた存在です。
ここからは、細菌とウイルス・ヒトの細胞との違いを通し、どのような病原体であるのか見ていきましょう。
細菌とウイルスの違い
細菌とウイルスの主な違いは以下の通りです。
| 分類 | 細菌 | ウイルス |
|---|---|---|
| 形態 | リボソームを持つ単細胞生物 | 核酸がカプシドに包まれた構造物 |
| 大きさ | 約1μm | 約20～300nm |
| 細胞壁 | あり | なし |
| 自己増殖能 | あり | なし |
細菌には、遺伝情報を伝えるための「核酸(DNAやRNA)」という組織以外に、「リボソーム」という細胞小器官が存在します。
リボソームの働きはタンパク質の合成です。
一方、ウイルスに細胞小器官はなく、核酸が「カプシド」というタンパク質の殻に包まれています。
細菌とウイルスの大きな違いとして挙げられるのが自己増殖能の有無です。
一部を除き、細菌は自分自身の力で増殖できます。
一方、ウイルスが増殖するためには、宿主となる細胞を利用しなければなりません。
細菌とヒトの細胞の違い
細菌とヒトの細胞の主な違いは以下の通りです。
| 細菌 | ヒトの細胞 | |
|---|---|---|
| 細胞壁 | ある | ない |
| 葉酸 | 合成する | 合成しない |
| リボソームのサイズ (単位:S) | 70S | 80S |
細胞壁とは細胞を包んでいる壁のことであり、単細胞生物である細菌には必要です。
しかし、皮膚で守られているヒトの細胞には必要ありません。
葉酸とは、核酸の材料やアミノ酸を合成する際に必要な物質です。
細菌は「パラアミノ安息香酸」と「プテリジン」を原料として合成しますが、ヒトは食物から摂取しています。
抗菌薬を開発するうえで、以上のような細菌とヒトの細胞の違いは重要なポイントです。
なぜなら、細菌には有るがヒトの細胞には無い特徴を攻撃できれば、人体への副作用を抑えつつ抗菌効果を発揮できるからです。
細菌の分類
ほとんどの細菌は以下のように、細胞壁の構造からグラム陽性菌とグラム陰性菌に大別されます。
| 分類 | 細胞壁の構造 |
|---|---|
| グラム陽性菌 | 厚くて密な「ペプチドグリカン層」から成り立つ |
| グラム陰性菌 |
外膜とペプチドグリカン層の2層から成り立つ 外膜は「リポ多糖体(LPS)」と「リン脂質」という2つの物質から構成される |
その他、いずれにも該当しない特殊な細菌も存在します。
ここからは、細菌の分類について見ていきましょう。
①グラム陽性菌
代表的なグラム陽性菌は以下の通りです。
- 黄色ブドウ球菌
- Ａ群β溶連菌
- 肺炎球菌
- 腸球菌
- ジフテリア菌
抗菌薬について解説している本記事において、特に注目したいのが黄色ブドウ球菌です。
黄色ブドウ球菌に対して、人類はこれまで様々な抗菌薬を開発してきました。
しかし、黄色ブドウ球菌はその度に、抗菌薬に対する耐性を獲得しています。
その結果生まれたのが、「メチシリン耐性黄色ブドウ球菌(MRSA)」です。
MRSAに対しては、通常の黄色ブドウ球菌に対して使われる抗菌薬が効かないため、特殊な抗菌薬が使用されています。
②グラム陰性菌
代表的なグラム陰性菌は以下の通りです。
- 大腸菌
- 赤痢菌
- チフス菌
- ペスト菌
- クレブシエラ
- コレラ菌
- インフルエンザ菌
- 百日咳菌
- 緑膿菌
- レジオネラ菌
- 淋菌
- 髄膜炎菌
グラム陰性菌には、ヒトに対して病原性を示す細菌が多く含まれます。
また、外膜の存在により抗菌薬が通りにくく、効果を発揮しづらい点も特徴です。
③特殊な細菌
特殊な細菌としては以下が挙げられます。
- 抗酸菌
- クラミジア
- リケッチア
- マイコプラズマ
抗酸菌とは、細胞壁に豊富な脂質を有する特殊な細菌の総称です。
具体的には、結核菌などが含まれています。
一般的な抗菌薬が効かず、多剤併用などの特殊な治療が必要です。
クラミジアとリケッチアには、一般的な細菌が有している自己増殖能がありません。
生きた宿主細胞内でのみ増殖可能です。
また、一般的な細菌は細胞壁に包まれていますが、マイコプラズマにはそれがありません。
そのため、特殊な細菌として扱われます。
抗菌薬の分類
ここからはいよいよ、抗菌薬の分類について解説していきます。
細菌に対して作用するメカニズムから、以下の5種類に大別されます。
| 分類 | 細菌への作用部位 | ヒトの細胞への影響 |
|---|---|---|
| 細胞壁合成阻害薬 | 細胞壁のペプチドグリカン層 | 細胞壁がないため影響を受けにくい |
| タンパク質合成阻害薬 | リボソーム(70S) | リボソームのサイズが異なるため影響を受けにくい |
| 核酸合成阻害薬 | Ⅱ型トポイソメラーゼ (核酸の複製に必要な物質) | ヒトの細胞にもあるが、構造が異なるため影響を受けにくい |
| 葉酸合成阻害薬 | 葉酸合成酵素 | 葉酸を合成しないため影響を受けにくい |
| 細胞膜機能障害薬 | 細胞膜のリン脂質 | ヒトの細胞膜にも含まれるため、影響を受けやすい |
各分類の中にもそれぞれ複数の抗菌薬のタイプがあり、使い道が異なります。
詳しく見ていきましょう。
細胞壁合成阻害薬
細胞壁合成阻害薬には主に以下の抗菌薬が含まれています。
- ペニシリン系抗菌薬(βラクタム系)
- セフェム系抗菌薬(βラクタム系)
- カルバペネム系抗菌薬(βラクタム系)
- グリコペプチド系抗菌薬
以上のうち、βラクタム系に該当する抗菌薬は、ペプチドグリカン層の合成に必要な物質である「PBP」を標的としています。
しかし、先ほど紹介したMRSAはPBPの構造が変化しているため、βラクタム系抗菌薬はMRSAに対して無効です。
また、細胞壁合成阻害薬は以下の特殊な細菌に対しても無効です。
| 細菌 | 理由 |
|---|---|
| リケッチア、クラミジア | 細胞壁合成阻害薬は宿主細胞内への移行性が低いため |
| マイコプラズマ | 細胞壁合成阻害薬の標的となる細胞壁がないため |
それでは、それぞれの抗菌薬について見ていきましょう。
①ペニシリン系抗菌薬
以下の抗菌薬がペニシリン系に該当します。
- ペニシリンG
- アンピシリン
- アモキシシリン
- ピペラシリン
- アンピシリン/スルバクタム
- クラブラン酸/アモキシシリン
- タゾバクタム/ピペラシリン
最初に開発されたペニシリンGはグラム陽性菌のみに有効でした。
その後、グラム陰性菌にも適応範囲を広げたものが開発されています。
ペニシリン系抗菌薬のデメリットとして、薬物アレルギーを起こしやすい点が挙げられます。
全患者の5～10％にみられると報告されており、使用時は注意が必要です。
②セフェム系抗菌薬
セフェム系抗菌薬は以下の3タイプに細分化されます。
- セファロスポリン系抗菌薬
- セファマイシン系抗菌薬(セフメタゾール)
- オキサセフェム系抗菌薬(フロモキセフ)
このうち、セファロスポリン系抗菌薬はさらに、第一世代～第四世代に細分化されます。
| 世代 | 代表的な薬剤 |
|---|---|
| 第一世代 | セファゾリン、セファレキシン |
| 第二世代 | セフォチアム、セフロキシムアキセチル |
| 第三世代 | セフォタキシム、セフトリアキソン、セフタジジム |
| 第四世代 | セフェピム |
後の世代に進むにつれて、グラム陰性菌に対する適応範囲が広がり、グラム陽性菌に対する抗菌作用は低下していきます。
ただし、第四世代ではグラム陽性菌に対する抗菌作用は高いです。
③カルバペネム系抗菌薬
以下の抗菌薬がカルバペネム系に該当します。
- イミペネム/シラスタチン
- メロペネム
カルバペネム系抗菌薬は、幅広い細菌に対して効果を発揮します。
そのため、感染症の原因菌が判明するまでの初期治療として使われるケースが多いです。
④グリコペプチド系抗菌薬
以下の抗菌薬がグリコペプチド系に該当します。
- バンコマイシン
- テイコプラニン
グリコペプチド系抗菌薬は、ここまで紹介してきた細胞壁合成阻害薬とは異なるメカニズムで、抗菌作用を発揮しています。
そのため、βラクタム系抗菌薬が効かないMRSAに対しても有効です。
ただし、近年ではバンコマイシンにも耐性を持つ黄色ブドウ球菌「VRSA」が報告されており問題になっています。
タンパク質合成阻害薬
タンパク質合成阻害薬には主に以下の抗菌薬が含まれています。
- マクロライド系抗菌薬
- アミノグリコシド系抗菌薬
- テトラサイクリン系抗菌薬
それぞれの抗菌薬について見ていきましょう。
①マクロライド系抗菌薬
以下の抗菌薬がマクロライド系に該当します。
- エリスロマイシン
- クラリスロマイシン
- アジスロマイシン
マクロライド系抗菌薬は幅広い細菌に有効ですが、抗菌作用はあまり強くありません。
基本的には、クラミジアやマイコプラズマに対して用いられています。
②アミノグリコシド系抗菌薬
以下の抗菌薬がアミノグリコシド系に該当します。
- ゲンタマイシン
- トブラマイシン
- アミカシン
アミノグリコシド系抗菌薬は、主にグラム陰性菌に対して用いられます。
腎障害や内耳神経障害(難聴・耳鳴・めまいなど)、呼吸筋麻痺などの重大な副作用に注意が必要です。
③テトラサイクリン系抗菌薬
以下の抗菌薬がテトラサイクリン系に該当します。
- ドキシサイクリン
- ミノサイクリン
テトラサイクリン系抗菌薬は適応範囲が広いですが、グラム陽性菌・陰性菌ともに耐性を持つ細菌が増えています。
そのため、マクロライド系抗菌薬と同様に、リケッチア・クラミジア・マイコプラズマといった特殊な細菌に対して主に用いられます。
副作用が多い点にも注意が必要です。
特筆すべきは歯の着色と胎児の骨形成不全であり、8歳未満の小児や妊婦に対しては使用が控えられます。
核酸合成阻害薬
核酸合成阻害薬の中で、よく使われているのがニューキノロン系抗菌薬です。
具体的には以下が該当します。
- シプロフロキサシン
- レボフロキサシン
- モキシフロキサシン
ニューキノロン系抗菌薬は適応範囲が広い点が特徴です。
グラム陽性菌・陰性菌だけでなく、特殊な細菌にも効果を発揮します。
一方、副作用としてQT延長や心室頻拍といった、重篤な不整脈が生じる可能性があるため注意が必要です。
また、催奇形性があるため妊婦や小児への使用は禁じられています。
葉酸合成阻害薬
葉酸合成阻害薬の中で、よく使われているのがST合剤です。
主にグラム陰性菌に対して用いられている他、MRSAに対しても有効です。
副作用として、ニューキノロン系抗菌薬と同様に催奇形性を認めており、妊婦や授乳婦に対する使用が禁じられています。
その他、アレルギー症状や消化器症状を起こす頻度が高いです。
細胞膜機能障害薬
細胞膜機能障害薬は、複数の抗菌薬に対する耐性を有しており、治療困難となっている細菌感染症に対する最終手段として用いられています。
耐性を持つ細菌が増えつつあるなかで貴重な存在です。
一方、細胞膜はヒトの細胞にもあるため副作用が生じやすいです。
具体的には、腎障害や神経障害、横紋筋融解症(骨格筋が融解する疾患)などがあります。
まとめ：細菌感染症を適した抗菌薬で治療しよう
抗生物質のうち、細菌感染症に対して用いられるものが抗菌薬です。
細菌は細胞壁の構造などから、グラム陽性菌・グラム陰性菌・特殊な細菌に大別されます。
抗菌薬にはいくつかの種類があり、細菌に対して作用するメカニズムが異なります。
副作用などに十分気を付けつつ、抗菌薬で細菌感染症を治療しましょう。
