「細菌」と「ウイルス」に関する基礎知識を身につけるべく調べものをした

最近、酸素と血流と呼吸と筋肉の収縮・弛緩の関係について調べてた関係で、そっち方面の知識がついてきてたこともあり、せっかくだから「肺炎」について調べようと思ったら、肺炎はポピュラー故に原因となる菌・ウイルスの種類が大すぎるのと、初期症状が風邪とかわらないため、そもそも「肺炎と風邪って何が違うの?」「ウイルスって何?」「細菌とウイルスってどう違うの?」「感染って具体的にどういうこと?」ていう《基礎知識》が欠如しているという根本的問題にぶちあたり先に進めなかったので、基礎知識をつけるべくいろいろ調べた結果をここにまとめ、備忘録とすることにしました(随時追記)。私の興味の範囲内で、素人向け⇒専門的の順に併記してあるので、興味の高い内容ほど専門性が増してます。目次代わりに内容を抜粋したりまとめたりしてるので、正確な内容はリンク先を読んでください(私の理解不足によるまとめ間違いも大いにありうるので)。


追記:感染による発熱のメカニズムと、呼吸については別ページにまとめました。



https://www.seirogan.co.jp/fun/infection-control/infection/disease.html
↑「感染症」とは何かを図解付きで簡単にわかりやすく説明してるサイト。感染症とは、環境中に存在する病原性の微生物(細菌、ウイルス、真菌(カビ、酵母等)、寄生虫など)が、人の体内に侵入することで引き起こす疾患のこと。主な感染経路は「接触(経口)感染」「飛沫感染」「空気感染(飛沫核感染)」の3つ。「飛沫核」とは飛沫に含まれる水分が蒸発した直径0.005mm以下の粒子のことで、空間に浮遊して広範囲に広がる。


http://amr.ncgm.go.jp/general/1-1-2.html
↑「細菌」と「ウイルス」の違い。「細菌」は栄養源さえあれば自ら増殖してゆくことができる単細胞生物。抗菌薬(抗生剤、抗生物質)によって死滅させることができる。「ウイルス」は細菌の50分の1程度の大きさで、自分で細胞をもたないので、他の細胞の中に入り込んで自分のコピーを作らせ、細胞が破裂してたくさんのウイルスが外に飛び出すことで、また別の細胞に入りこみどんどん増殖してゆく。細菌とは構造が違うので抗菌薬は効かず、抗ウイルス薬で治療。
https://www.seirogan.co.jp/fun/infection-control/infection/dengerous_pathogen.html
↑「ウイルス」「細菌」「真菌(カビ)」の違いを、細胞の構造、ヒトへの感染方法、病原体の種類、感染症の種類、治療方法に分けて、図解付きでわかりやすく説明してるサイト。
https://www.med.kindai.ac.jp/transfusion/ketsuekigakuwomanabou-252.pdf
↑「ウイルス」「細菌」「真菌(カビ)」の違いを、より専門的かつ図解付きでわかりやすく説明してるpdf。ウイルス・細菌・真菌がヒトに感染して増殖する方法の図解説明や、構造、治療法の違いが表にまとめられている。「細菌」は単細胞生物なので宿主から栄養を摂取し細胞分裂によって増殖。「ウイルス」はDNAかRNAのどちらかひとつしか持たないため、単体では増殖できず、他の細胞の中に入り込んで増殖する。(※文中に出てくるリボソームRNA、ウイルスの増殖については次の段落で紹介する他サイト参照)。
http://amr.ncgm.go.jp/general/1-1-3.html
↑「抗菌薬」についてイラスト付きでわかりやすく説明。抗菌薬とは、細菌の構造や細菌が増える仕組みのどこかを邪魔して、細菌を壊したり増殖を抑えたりする薬のこと。代表的な抗菌薬であるペニシリンは、「細菌は細胞壁を持つがヒト細胞は細胞壁を持たない」という構造の違いに着目し、細胞壁の合成を邪魔することでヒト細胞には作用せず細菌にだけ作用することができる薬。(※細胞の基本構造については次の段落で紹介する他サイト参照)
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%B4%B0%E8%83%9E%E5%A3%81
↑「細胞壁」とは、植物や菌類、細菌類の細胞にみられる構造で、動物細胞には存在しない。
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%9A%E3%83%8B%E3%82%B7%E3%83%AA%E3%83%B3
真正細菌抗生物質として知られるペニシリンは、「細胞壁」の主要成分である「ペプチドグリカン」を合成するのに必要な酵素ペニシリン結合タンパク質(PBP)」と結合してその活性を阻害する。ペニシリンの作用を受けた細菌は、細胞内でペプチドグリカンを作れなくなり、細胞分裂時に細胞壁が薄くなるため増殖が抑制されたり(静菌作用)、細胞壁が薄くなることで細胞の外側にある外液が浸透圧の差から細胞内に流入し溶菌を起こして死滅する(殺菌作用)。細胞壁は(マイコプラズマを除く)真正細菌の生存に必須な構造であるが、ヒトを含めた真核生物には存在しないため、ヒトに影響を与えず細菌の活動を抑制することができる。ただし、ビフィズス菌など腸内に住む善玉菌にも作用してしまうため、腸内バランスを崩して下痢などを引き起こす副作用がある。(※マイコプラズマも細菌だが細胞壁をもたないためペニシリンのような細胞壁合成阻害の抗菌薬は効かない)


https://www.shinko-keirin.co.jp/keirinkan/digital/taiken/kou/rika/seibutsu_h26/sencor/creature_p4.pdf
↑「細胞」の基礎知識をわかりやすく図と表で説明しているpdf。細胞を構成する各物質(核・細胞膜・細胞質など)の名称や細胞の構造をイメージでとらえるのに最適。
http://www.tmd.ac.jp/artsci/biol/pdf3/Chapt7.pdf
↑「細胞」を構成する各物質についてより専門的に説明してるpdf。ウイルスや細菌が増殖する仕組みを理解する上で必要な基礎知識。ヒトなどの動物細胞や植物細胞は「真核細胞」と呼ばれ、核膜によって核と細胞質が分けられている。遺伝子は「核」の内部に染色質という形で納められており、核の周りは「核膜」で覆われている。遺伝子情報は核膜孔を通って「サイトゾール(細胞質基質)」に運ばれ、そこから「リボソーム」に送り込まれる。リボソームには遊離して存在するものと、輸送体である「小胞体」と結合したものがあり、前者では細胞内で日常的に使われるタンパク質、後者では細胞外に分泌されたり膜に埋め込まれる膜タンパク質が合成される。膜タンパク質はその後「ゴルジ装置(=ゴルジ体)」に送り込まれ、糖と結びついて「糖タンパク質」となり共に細胞膜へと運ばれ、細胞外に分泌されたり、細胞膜に埋め込まれることで、細胞の形を保ったり、物質の出入りを調整するなどの役割を果たす。「細胞膜」はリン脂質が二層になった脂質二重膜であるため、特定のイオンや電荷をもった物質を通すことができないが、膜タンパク質を埋め込むことで通過機能を持たせることが可能となる。◇植物細胞は細胞膜の外側を更に「細胞壁」が覆ってるが、これは動物細胞には存在しない。◇細菌の細胞のように核膜による仕切りがないものを「原核細胞」と呼び、リボソーム以外の細胞小器官は未発達なため、細胞膜の中にDNAとリボソームぐらいしか存在していない。原核細胞も細胞膜の周りを細胞壁が覆っている(図解説明あり)。

↑「細胞膜」の機能と構造、特に「脂質二重膜」「膜タンパク質」について視覚的にわかりやすく説明されてる動画(※冒頭から2:20まで見ればいいです)。
https://www.nig.ac.jp/museum/dataroom/translation/01_introduction/index.html
↑「リボソーム」とは、数本のRNA分子と50種類ほどのタンパク質からなる巨大なRNA・タンパク複合体。タンパク質を合成するための設計図はDNAの中にあるが、DNAだけではタンパク質を合成することはできない。DNA上の情報は、いったん「メッセンジャーRNA(mRNA)」に転写され、翻訳という過程を経てアミノ酸がたくさん連なったタンパク質を合成する。この翻訳で重要な働きをするのが「リボソーム」と「トランスファーRNA(tRNA)」で、リボソームはmRNAをくわえ込み、 アミノ酸の運び屋であるtRNAは、その中でmRNAのコドンを認識。 そして、リボソーム酵素作用によって隣り合ったアミノ酸がペプチド結合をし、ペプチド、さらにはタンパク質となる。

↑タンパク質の合成をわかりやすく説明してる動画(0:50〜遺伝情報の転写 5:50〜翻訳 6:55〜タンパク質合成)。



https://www.jfrl.or.jp/storage/file/news_vol3_no19.pdf
↑ウイルスの増殖方法をわかりやすく図解説明してるpdf。ウイルスは遺伝子(DNAまたはRNA)とそれを囲むタンパク質の殻しかもっておらず、いわば設計図はあるがコピーを作るための設備や材料がない状態。故に、自力では増殖することが出来ず、生きた細胞に寄生し、細胞が増殖のために使用する遺伝子材料やタンパク質を利用して自らのコピーを作り増殖する。細菌よりウイルスの方が小さいため、細菌除去フィルター程度ではウイルスは通過してしまう。細菌とは構造が違うため、細菌に効く抗生物質はウイルスには効かない。ウイルスは構造が単純で、ウイルス特有の特徴というものが少なく、細胞の中にもぐり込んでしまうため、細胞に影響を与えずに細胞中のウイルスだけに特異的に効果を示すような抗ウイルス薬の開発は非常に難しい。
http://www.virusblock.jp/tech/c-004.pdf
↑ウイルスは遺伝子構造のちがいにより「DNAウイルス」と「RNAウイルス」に分類される。天然痘はDNAウイルス。インフルエンザはRNAウイルス。DNAウイルスは変異しにくいためワクチンができれば駆逐に近づけることも可能だが、RNAウイルスは複製時の遺伝情報の再現率が低く変異しやすいため、ワクチンや薬への耐性を獲得し変異した新型が出ると既存のワクチンや薬が効きかず大流行する。◇ウイルスには脂質性の膜(エンベロープ)をまとったエンベロープウイルスと膜をもたないノンエンベロープウイルスがある。エンベロープは宿主細胞の細胞膜の一部を由来としているため、細胞に侵入する際に、新たなレセプターへの結合や免疫細胞などの生体防御機能を回避する役割を持つ。脂質性であるが故、アルコールや胃酸、石鹸で溶かして破壊することができる。一方、エンベロープを持たないウイルスはより単純な仕組み故に、高い消毒薬抵抗性を持ち、石鹸・アルコール・高熱でも硬いタンパク質の殻を壊すことが容易ではない。

https://family.saraya.com/kansen/envelope.html
エンベロープについての素人的にわかりやすい図解説明(※上の2つの記事に挫折した人はまずこれを読んでからの方がわかりやすい)。エンベロープは、細胞内で増殖したウイルスが細胞から飛び出してくるときに宿主となる細胞の成分をまとって出てきたもの。脂質性の膜なので、アルコールのダメージを受けやすい。逆に、手を介して口から侵入し腸管に感染するウイルスは、「胃酸」や「腸管の胆汁酸」に抵抗できるようエンベロープを持たない構造をとっている。(※胆汁酸は界面活性作用により脂質分解を助ける乳化剤。胃の先の十二指腸に放出される)
https://www.mets-tokyo.jp/case/2019/11/18/23
↑エンベーロプウイルス(エボラ・コロナ・AIDS・インフル等)よりノンエンベロープウイルス(ノロ・ロタ・ポリオ・アデノ等)の方が強いのは、保護膜で覆われてない分ウイルス自体が強固に形成されてるため。ノンエンベロープにアルコールは効かないが、次亜塩素酸ナトリウム(塩素系漂白剤)が効果的。
https://ex-clothes.com/hypochlorous-acid-mechanism
↑次亜塩素酸が菌・ウイルスを殺菌するメカニズム。体内では白血球の一種である「好中球」が侵入した菌・ウイルスを食作用(包み込んで取り込み)して殺菌するが、その好中球内で生成され、殺菌のために使われている物質が「次亜塩素酸」。イオンより分子が小さく電気的中性のため細胞膜を透過することが可能。細胞内部に侵入した次亜塩素酸は細胞内の組織(DNA、RNAリボソーム、細胞質、タンパク質など)に対して直接酸化作用を起こす(電子を奪う)ことで殺す。塩素系漂白剤でお馴染み次亜塩素酸ナトリウムは次亜塩素酸イオンとナトリウムが結びついたもので、水に溶けると次亜塩素酸イオンになるが、次亜塩素酸イオンは次亜塩素酸より分子が大きいため、親水性のある細胞壁は透過できるが、疎水性のある細胞膜は透過できない。細胞壁と細胞膜を酸化させる(電子を奪う)ことで壊す。


注)ここから先の説明は↑上の方で列記した「細胞膜」「リボソームにおけるDNAからタンパク質を合成する方法」を理解してから読むことを強くオススメします。

http://www.med.akita-u.ac.jp/~doubutu/kansensho/virus17/kouzou.html
↑ウイルスの構造と各部機能の専門的な説明。エンベロープ内のタンパク質はウイルス自体の産物だが、脂質は宿主細胞に由来するため、宿主細胞の膜に類似する。エンベロープの獲得部位は細胞膜、小胞体膜、ゴルジ体膜、核膜のいずれかでウイルスによって異なる。細胞内で作られたヌクレオカプシッド(核酸とそれを包むカプシッドと呼ばれるタンパク質の殻のこと)が細胞から出芽する際に、宿主細胞から形成されたエンベロープを身にまとい、感染性を有する完全なウイルス粒子(ビリオン)となる。
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%A6%E3%82%A4%E3%83%AB%E3%82%B9#%E3%83%8C%E3%82%AF%E3%83%AC%E3%82%AA%E3%82%AB%E3%83%97%E3%82%B7%E3%83%89
エンベロープをもたないウイルスの場合、ヌクレオカプシッドの状態がビリオンとなる。
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%A8%E3%83%B3%E3%83%99%E3%83%AD%E3%83%BC%E3%83%97_(%E3%82%A6%E3%82%A4%E3%83%AB%E3%82%B9)
エンベロープは、基本的に宿主細胞の脂質二重膜に由来するものであるが、この他にウイルス遺伝子にコードされている膜タンパク質の一部を細胞膜などに発現した後で膜と一緒にウイルス粒子に取り込み、エンベロープタンパク質としてビリオン表面に発現させているため、ウイルスが宿主細胞に吸着・侵入する際に細胞側が持つレセプターに結合したり、免疫などの生体防御機能を回避したりする役目を持つ。細胞膜に由来するエンベロープがあるウイルスでは、エンベロープタンパク質が細胞側のレセプターに結合した後、ウイルスのエンベロープと細胞膜とが膜融合を起こすことで、エンベロープ内部に包まれていたウイルスの遺伝子やタンパク質を細胞内に送り込む仕組みのものが多い。(※Wikipediaの説明は「この他にウイルス遺伝子にコードされている〜ビリオン表面に発現させてる」のあたりが知識量が足りなくて意味がよくわからない。。。汗)
http://jsv.umin.jp/microbiology/main_011.htm
↑ウイルスに関する専門的な説明。順序だてて説明されてるため、調べ物の最後に読むとバラバラに仕入れた情報がひとつにまとまった感がありすっきりする。

追加
https://www.jstage.jst.go.jp/article/membrane/31/5/31_243/_pdf/-char/ja
エンベロープウイルスの細胞侵入と粒子形成過程(インフルエンザとエボラの場合)。エンベロープウイルスは細胞へ侵入するときにエンベロープを脱ぎ、細胞から放出されるときにウイルス遺伝子と蛋白質エンベロープで包む。
http://www.pharm.tohoku.ac.jp/~kouzou/virus.html
https://www.jst.go.jp/pr/announce/20061116/zu1.html
↑2つともインフルエンザウイルスの宿主細胞への感染についての図解説明。
https://www.terumozaidan.or.jp/labo/future/09/02.html https://www.terumozaidan.or.jp/labo/future/09/05.html
↑「ウイルスの一生」「エボラウイルスの一生」について中高生にもわかるように説明してある。


新型コロナ関連(おまけ)

ちなみに新型コロナウイルスの治療薬としてエボラやAIDS、新型インフルの薬が試験的に投与されてるのは、同じ「RNA型のエンベロープウイルス」だからだと思われます。
http://jsv.umin.jp/news/news200210.html
↑日本ウイルス学会による新型コロナウイルスの特徴についての説明(2020年2月10日配信)。◇新型コロナウイルスはプラス鎖一本鎖のRNAをウイルスゲノムとして有するエンベロープウイルス。ウイルス粒子は直径 約100-200 nmで、S (スパイク)、M (マトリックス)、E (エンベロープ)の3つの蛋白質で構成されてる。
https://medical-tribune.co.jp/mtpronews/se1412/se_1412_p2-4.pdf
↑病気を引き起こすウイルスを構造別に表にまとめたもの(2014年12月9日作成)。とても見やすい。◇「プラス(+)鎖」とは、一本鎖RNAがmRNAと同じ塩基配列であり、宿主細胞の蛋白質合成機能を利用してウイルス蛋白質を合成。「マイナス(-)鎖」とは 一本鎖RNAがmRNAと相補的な塩基配列であり、ウイルスが持ち込んだ合成酵素でまずmRNAを合成したの、宿主細胞の蛋白質合成機能を利用してウイルス蛋白質を合成。

肺炎

↑そもそも肺炎とはなんぞやということを詳しく説明。肺炎全般そして原因として最も多い「肺炎球菌」について説明。


追加
https://www.mhlw.go.jp/toukei/saikin/hw/jinkou/geppo/nengai18/dl/gaikyou30.pdf
厚生労働省発表によるH30年度の全死亡者数(1 362 482 人)のうち、死因第5位が肺炎(94 654人)、第7位が誤嚥性肺炎(38 462人)。1日に肺炎で約260人、誤嚥性肺炎で約105人が亡くなっている。肺炎による死亡数は年々減少傾向にあるが、高齢化社会に伴い、誤嚥性肺炎による死亡数は増加傾向にある。
肺炎の概要 - 07. 肺と気道の病気 - MSDマニュアル家庭版
↑肺炎の症状、診断、予防、ワクチン、治療薬(抗菌・抗ウイルス・抗真菌薬)、自宅療養か入院か。


感染症関連サイト

https://www.niid.go.jp/niid/ja/diseases/ka/corona-virus/2019-ncov.html
国立感染症研究所(NIID)の新型コロナ関連情報トップページ(医療関係へのマニュアル等)。
https://www.mhlw.go.jp/stf/seisakunitsuite/bunya/0000164708_00001.html
厚生労働省新型コロナウイルス感染症情報トップページ。
https://www.mhlw.go.jp/stf/seisakunitsuite/bunya/0000164708_00001.html#h2_1
新型コロナウイルスに関するQ&A
https://www.cdc.gov/coronavirus/2019-ncov/index.html
アメリカ疾病対策予防センター(Centers for Disease Control and Prevention: CDC)のコロナ関連トップページ。
https://www.japan-who.or.jp/event/2020/AUTO_UPDATE/2002-11.html
↑日本WHO協会による「WHOのサイトに掲載されている新型コロナウイルスに関する情報」
http://www.kankyokansen.org/
↑日本環境感染学会のHP
https://www3.nhk.or.jp/news/special/coronavirus/
NHK新型コロナウイルス特設サイト