細菌の遺伝子の受け渡しと薬剤耐性|超簡単まとめ😸シリーズ

細菌の遺伝子の受け渡しと薬剤耐性超簡単まとめ😸シリーズ

細菌は、親から子へだけでなく、となりの菌にも遺伝子を渡せる。だから「薬が効かない力」が、あっという間に広がるにゃん!

薬が効かない細菌(薬剤耐性菌)は、どうやって生まれ、どうやって広がるのでしょうか。このページでは、細菌の設計図のしくみから始めて、「生まれる → 渡される → 薬に負けない → 選ばれて増える」という一連の流れを、図を使って順番にたどります。

1細菌の設計図は2種類ある

細菌の中には、性質を決める設計図(DNA)が入っています。設計図には2つの種類があります。

  • 本体の設計図(染色体):生きるために必要なことが全部書いてある、大きな設計図
  • 付録の小さな輪(プラスミド):なくても生きられるけれど、あると便利な能力(薬に負けない力、毒をつくる力など)が書いてある小さな設計図。自分でコピーでき、ほかの菌にも渡せるのが特徴
本体の設計図(染色体) 生きるのに必要なことが全部書いてある 付録の小さな輪(プラスミド) 薬に負けない力などの「便利な能力」 自分でコピーでき、ほかの菌にも渡せる 細菌1つ

図1 細菌の中の2種類の設計図。付録の小さな輪(プラスミド)は、コピーしてほかの菌に渡すことができる。

付録の輪は、菌どうしで回し読みできる「おまけの冊子」みたいなものにゃ。ここに薬に負けない力が書いてあると、それが回し読みで広がってしまうにゃん。

2「薬に負けない力」が生まれる2つの道

  • 自分の設計図が書き変わる(突然変異):菌は増えるたびに設計図をコピーします。そのとき、ごくまれに写し間違いが起こり、たまたま薬に負けない性質になることがあります。この性質は、分裂してできた子孫に受け継がれます(親から子への「縦の広がり」)
  • ほかの菌からもらう:すでに薬に負けない力をもつ菌から、設計図を分けてもらいます。同じ世代の、となりの菌へ広がるので「横の広がり」と呼ばれます。種類の違う菌のあいだでも起こるのが大きな特徴です

写し間違いはめったに起こりませんが、分けてもらう方法なら、一度に多くの菌が力を手に入れられます。耐性が速く広がるのは、主にこの「横の広がり」のためです。

3設計図を受け渡す3つの方法

① 拾う② 運んでもらう③ 手渡す (形質転換)(形質導入)(接合) 死んだ菌 細菌にうつるウイルス 細い管でつながって付録の輪をコピーして渡す 死んだ菌の設計図のかけらを拾って取り込む ウイルスが前の菌のかけらを包んで運ぶ 菌どうしが直接手渡す(別の種類の菌にも渡せる)

図2 細菌が設計図を受け渡す3つの方法。拾う、ウイルスに運んでもらう、菌どうしで直接手渡す。

① 拾う(形質転換)

死んで壊れた菌から出てきた設計図のかけらを、近くの菌が拾って取り込み、自分の設計図に組み込みます。

② 運んでもらう(形質導入)

細菌にだけ感染するウイルス(バクテリオファージ)がいます。このウイルスが菌の中で増えるとき、うっかりその菌の設計図のかけらを包んでしまうことがあります。そのウイルスが次の菌に感染すると、前の菌の設計図が配達されることになります。

③ 手渡す(接合)

菌どうしが細い管(性線毛)でつながり、付録の輪(プラスミド)のコピーを直接手渡します。渡した菌も自分の輪を持ち続けるので、渡すたびに持っている菌が増えていく一方です。種類の違う菌にも渡せます。

薬に負けない力をのせた付録の輪(Rプラスミド)薬に負けない力が書かれた付録の輪を、Rプラスミドといいます。1つの輪に、いくつもの薬に負けない力がまとめて書かれていることがあり、1回の手渡しで、何種類もの薬が効かない菌(多剤耐性菌)が生まれます。

+ 設計図の中を飛び移る遺伝子

設計図の中には、本体と付録の輪のあいだを飛び移る遺伝子(トランスポゾン)もあります。本体にあった薬に負けない力が付録の輪に飛び移ると、それが手渡しで広がるようになります。

4薬に負けない4つの作戦

抗菌薬は、細菌の中の決まった「的」にくっついて働きます。薬に負けない菌は、次の作戦のどれかで薬をかわします。

  • 薬を壊す:薬を切ってしまうはさみ(β-ラクタマーゼ)をつくる。ペニシリンなどが効かなくなる
  • 的の形を変える:薬がくっつく的の形を変えて、薬がくっつけないようにする。メチシリン耐性黄色ブドウ球菌(MRSA)は、細胞の壁をつくる道具の形を変えて、ペニシリンの仲間を効かなくしている
  • 薬を追い出す:入ってきた薬をくみ出すポンプをもつ
  • 薬を入れない:薬の入口を減らして、中に入れないようにする

薬を「鍵」、的を「鍵穴」と考えるとわかりやすいにゃ。鍵を壊す、鍵穴の形を変える、鍵を外に投げ返す、ドアを閉めておく。この4つの作戦にゃん!

5薬を使うと、なぜ耐性菌が増えるの?

たくさんの菌の中には、薬に負けない菌が少しだけまじっていることがあります。そこに薬を使うと、薬が効く菌は死に、負けない菌だけが生き残って増えます。こうして、薬が効かない菌の集団ができあがります。薬が耐性菌を「選び出して」しまうのです。

薬を使う増える薬が効く菌の中に負けない菌が少しだけいる効く菌は死に負けない菌だけが残る残った菌が増えて薬が効かない集団になる薬が効く菌薬に負けない菌(耐性菌)

図3 薬を使うと、薬に負けない菌だけが生き残り、増えて、薬の効かない集団になる。

  • 必要のない場面で薬を使うと、選び出しの機会が増える
  • 決められた使い方を守らない(量が足りない、途中でやめる)と、中途半端に弱った菌の中から、負けない菌が生き残りやすくなる
  • 薬に負けない力は、病気を起こさない腸の菌にも受け渡され、そこにため込まれて、あとで病気を起こす菌に渡ることがある
動物と人と環境はつながっている動物に使った抗菌薬で選ばれた耐性菌は、食べ物や環境を通じて人にも届くことがあります。そのため、動物・人・環境をひとつながりとして考え(ワンヘルス)、抗菌薬を必要なときに、正しく使う(慎重使用)ことが大切にされています。

6薬が効くかどうかを調べる

菌にどの薬が効くかは、薬剤感受性試験で調べます。

  • 最小発育阻止濃度(MIC):菌が育たなくなる、薬のいちばん低い濃度。MICが小さいほど、少しの薬で効く(よく効く)
  • ディスク法:薬をしみこませた小さな紙を、菌をまいた寒天の上に置く。紙のまわりに菌が育たない丸い輪(阻止円)ができ、輪が大きいほどよく効く
「小さいほど効く」と「大きいほど効く」MICは数字が小さいほど、ディスク法は輪が大きいほどよく効きます。逆向きなので、取り違えないように注意しましょう。

7国家試験ではここが問われる

  • 設計図を受け渡す3つの方法(拾う=形質転換、ウイルスが運ぶ=形質導入、菌どうしで手渡す=接合)
  • Rプラスミドが接合で、種類の違う菌にも渡されること
  • 薬に負けない作戦(β-ラクタマーゼ、MRSAの的の変化など)
  • 薬剤感受性試験の読み方(MICは小さいほど効く)

専門用語を含めた解説は、細菌の構造・遺伝・毒素の解説で扱っています。

8ミニテスト(8問)

0 / 8 問正解

選ぶとすぐに正解と解説が出ます。迷ったら、図2と図3に戻ってみてください。

Q1.細菌の「付録の小さな輪(プラスミド)」の特徴として正しいのはどれ?

正解:自分でコピーでき、ほかの菌にも渡せる プラスミドは、なくても生きられるけれど便利な能力(薬に負けない力など)をのせた小さな設計図です。

Q2.死んだ菌から出た設計図のかけらを、近くの菌が拾って取り込む方法はどれ?

正解:形質転換 形質導入はウイルスが運ぶ方法、接合は菌どうしが細い管でつながって手渡す方法です。

Q3.細菌にうつるウイルス(バクテリオファージ)が、前の菌の設計図を運ぶ方法はどれ?

正解:形質導入 ウイルスが菌の中で増えるときに、うっかりその菌の設計図のかけらを包み、次の菌へ配達してしまいます。

Q4.接合で耐性が広がりやすい理由として正しいのはどれ?

正解:コピーを渡し、種類の違う菌にも渡せるから 渡した菌も付録の輪を持ち続けるので、手渡しのたびに耐性をもつ菌が増えていきます。

Q5.ペニシリンなどを切ってしまう「はさみ」として働くものはどれ?

正解:β-ラクタマーゼ 薬を壊すのは、薬に負けない4つの作戦のうちの1つです。

Q6.メチシリン耐性黄色ブドウ球菌(MRSA)が薬に負けない作戦はどれ?

正解:的の形を変える 薬がくっつけない形の道具を使って細胞の壁をつくるため、ペニシリンの仲間が効かなくなります。

Q7.抗菌薬を使うと耐性菌の集団ができてしまう理由はどれ?

正解:負けない菌だけが生き残って増えるから 薬が耐性菌を「選び出して」しまうためです。必要なときに正しく使うことが大切です。

Q8.薬Aと薬Bの最小発育阻止濃度(MIC)を調べたら、薬Aのほうが小さかった。よく効くのはどちら?

正解:薬A MICは菌が育たなくなる薬のいちばん低い濃度なので、小さいほど少しの薬で効きます。ディスク法は逆で、輪が大きいほど効きます。

9もっとくわしく知りたいとき

執筆・編集:Vet Study Library 編集部
監修:獣医師(農林水産省 獣医師名簿第44733号登録)
本ページは獣医学生および獣医療従事者の学習支援を目的とした教育用コンテンツです。薬剤耐性のしくみを扱っており、抗菌薬の選び方や用量は扱っていません。実際の治療は担当獣医師の判断に従ってください。