抗菌剤
ハンドサニタイザーは、一般的な消費者レベルの抗菌製品です。

抗菌薬は、微生物を殺す（殺菌剤）か、その増殖を止める（静菌剤）薬剤です。 [ 1 ]抗菌薬は、治療対象となる微生物によって分類できます。例えば、抗生物質は細菌に対して使用され、抗真菌薬は真菌に対して使用されます。また、抗菌薬は機能によっても分類できます。感染症を治療するための抗菌薬は抗菌化学療法と呼ばれ、感染症を予防するための抗菌薬は抗菌予防法と呼ばれます。[ 2 ]

抗菌剤の主な種類は、表面のさまざまな微生物を殺して病気の蔓延を防ぐ消毒剤（漂白剤などの非選択的薬剤）、生体組織に塗布して手術中の感染を減らすのに役立つ防腐剤、および体内の微生物を破壊する抗生物質である。抗生物質という用語は、もともと生きた微生物から抽出された製剤のみを指していたが、現在ではスルホンアミドやフルオロキノロンなどの合成剤にも適用されている。この用語は以前は抗菌剤に限定されていたが、その文脈はすべての抗菌剤を含むように広がった。それに応じて、抗菌技術のさらなる進歩により、単に微生物の増殖を阻害する以上の解決策がもたらされた。代わりに、接触した微生物を殺すための特定のタイプの多孔質媒体が開発されている。[ 3 ]ヒト、動物、植物における抗菌剤の誤用と過剰使用は、薬剤耐性病原体発生の主な要因である。[ 4 ]細菌の抗菌薬耐性（AMR）は、2019年に世界で127万人の死亡の直接的な原因となり、495万人の死亡に寄与したと推定されています。 [ 4 ]

歴史

抗菌剤の使用は少なくとも2000年前から一般的に行われてきました。古代エジプト人や古代ギリシャ人は、感染症の治療に特定のカビや植物抽出物を使用していました。 [ 5 ]

19世紀には、ルイ・パスツールやジュール・フランソワ・ジュベールなどの微生物学者が、いくつかの細菌間の拮抗作用を観察し、医療においてこれらの相互作用を制御することの利点について議論しました。[ 6 ]ルイ・パスツールの発酵と自然発生に関する研究は、嫌気性細菌と好気性細菌の区別につながりました。パスツールによって得られた情報に基づき、ジョセフ・リスターは手術器具の滅菌や創傷のデブリードマンなどの消毒方法を外科手術に取り入れました。これらの消毒技術の導入により、外科手術に関連する感染症とそれに伴う死亡者数が大幅に減少しました。ルイ・パスツールの微生物学における研究は、炭疽菌や狂犬病などの生命を脅かす病気のワクチンの開発にもつながりました。[ 7 ] 1928年9月3日、アレクサンダー・フレミングは休暇から戻り、ブドウ球菌で満たされたペトリ皿が抗菌菌ペニシリウム・ルーベンスによってコロニーに分離されていることを発見した。フレミングと彼の仲間はこの抗菌物質の単離に苦労したが、1929年にBritish Journal of Experimental Pathology誌でその治療効果の可能性について言及した。[ 8 ] 1942年、ハワード・フローリー、エルンスト・チェイン、エドワード・エイブラハムはフレミングの研究成果を用いてペニシリンを精製・抽出し、医療用途に応用し、1945年のノーベル医学生理学賞を受賞した。[ 9 ]

化学薬品

セルマン・ワックスマンは、ストレプトマイシンをはじめとする22種類の抗生物質の開発でノーベル医学賞を受賞した。

抗菌剤

抗菌薬は細菌感染症の治療に用いられます。抗生物質は一般的に、 β-ラクタム系、マクロライド系、キノロン系、テトラサイクリン系、アミノグリコシド系に分類されます。これらのカテゴリーにおける分類は、抗菌スペクトル、薬力学、化学組成に基づきます。[ 10 ]特定の抗菌薬を長期使用すると腸内細菌数が減少し、健康に悪影響を及ぼす可能性があります。プロバイオティクスの摂取と健康的な食生活は、破壊された腸内細菌叢の再生を助ける可能性があります。しかし、クロストリディオイデス・ディフィシル感染症の再発など、長期の抗生物質治療からの回復が困難な患者には、便移植が検討されることがあります。[ 11 ] [ 12 ]

20世紀における抗菌剤の発見、開発、そして使用は、細菌感染症による死亡率を低下させました。抗生物質の時代は、1936年にスルホンアミド系薬剤が治療に応用されたことで始まり、その後、1945年から1970年頃にかけて発見の黄金期を迎え、構造的に多様で非常に効果的な薬剤が数多く発見・開発されました。1980年以降、臨床用途への新規抗菌剤の導入は減少しましたが、これは新薬の開発と試験に莫大な費用がかかることが一因です。[ 13 ]同時に、細菌、真菌、寄生虫、そして一部のウイルスにおける複数の既存薬剤に対する抗菌剤耐性が、驚くべき勢いで増加しています。 [ 14 ]

抗菌薬は、医師によって最も頻繁に使用され、かつ誤用されている薬剤の一つであり、例えばウイルス性呼吸器感染症においてその使用が広く行われています。抗菌薬の広範かつ不適切な使用の結果、抗生物質耐性病原体の出現が加速し、世界的な公衆衛生に対する深刻な脅威となっています。耐性問題は、現在の抗菌薬に耐性を示す病原細菌に有効な抗菌薬の探索に向けた新たな取り組みを必要としています。この目標に向けた戦略としては、多様な環境からのサンプル採取の増加、メタゲノミクスの適用による現在未知で培養されていない微生物が産生する生理活性化合物の同定、そして細菌標的向けにカスタマイズされた低分子ライブラリーの開発などが挙げられます。[ 15 ]

抗真菌薬

抗真菌薬は、真菌を殺したり、その増殖を防いだりするために使用されます。医学的には、水虫、たむし、カンジダ症などの感染症の治療薬として使用され、哺乳類細胞と真菌細胞の違いを利用して作用します。細菌とは異なり、真菌もヒトも真核生物です。そのため、真菌細胞とヒト細胞は分子レベルで類似しており、宿主生物に存在しない抗真菌薬の標的を見つけることは困難です。その結果、これらの薬剤の一部には副作用が伴うことがよくあります。これらの副作用の中には、薬剤が適切に使用されない場合、生命を脅かすものもあります。[ 16 ]

抗真菌剤は、医療用途だけでなく、湿気や水に濡れた家屋の室内のカビを抑制するためにも頻繁に求められています。表面に重炭酸ナトリウム（ベーキングソーダ）を吹き付けると、抗真菌剤として機能します。ソーダ吹き付け後または吹き付けなしで塗布される別の抗真菌溶液は、過酸化水素と薄い表面コーティングの混合物で、カビを中和し、胞子の放出を防ぐために表面を包み込みます。浴室やキッチンなどの湿度の高い場所での使用のために、抗真菌剤が添加された塗料も製造されています。その他の抗真菌表面処理には通常、カビの繁殖を抑制することが知られている金属の変種（例：銅、銀、亜鉛を含む顔料または溶液）が含まれています。これらの溶液は毒性があるため、一般には入手できません。[ 17 ]

抗ウイルス薬

抗ウイルス薬は、ウイルス感染症の治療に特化した薬剤の一種です。抗生物質と同様に、特異的抗ウイルス薬は特定のウイルスに使用されます。体外でウイルス粒子を積極的に不活性化する殺ウイルス薬とは区別する必要があります。 [ 18 ]

多くの抗ウイルス薬は、 HIVを含むレトロウイルス感染症の治療を目的としています。重要な抗レトロウイルス薬には、プロテアーゼ阻害剤のクラスが含まれます。口唇ヘルペスや性器ヘルペスの原因として最もよく知られているヘルペスウイルスは、通常、ヌクレオシド類似体であるアシクロビルで治療されます。ウイルス性肝炎は、5種類の互いに無関係な肝向性ウイルス（AE）によって引き起こされ、感染の種類に応じて抗ウイルス薬で治療される場合があります。一部のインフルエンザA型およびB型ウイルスは、オセルタミビルなどのノイラミニダーゼ阻害剤に耐性を獲得しており、新たな薬剤の探索が続けられています。[ 19 ]

抗寄生虫薬

抗寄生虫薬は、リーシュマニア症、マラリア、シャーガス病などの感染症の治療に適応される薬剤の一種です。これらの感染症は、線虫、条虫、吸虫、感染性原虫などの寄生虫によって引き起こされます。抗寄生虫薬には、メトロニダゾール、ヨードキノール、アルベンダゾールなどがあります。[ 10 ]すべての治療用抗菌薬と同様に、抗寄生虫薬は宿主に深刻な損傷を与えることなく、感染微生物を殺さなければなりません。[ 20 ]

広域スペクトル治療薬

広域スペクトル治療薬は複数の病原体クラスに対して有効であり、パンデミックの緊急治療薬としての可能性が示唆されている。[ 21 ]

非医薬品

抗菌剤として、幅広い化学化合物および天然化合物が使用されています。有機酸およびその塩は、乳酸、クエン酸、酢酸など、食品の原料として、または消毒剤として広く使用されています。例えば、牛の屠体には、大腸菌の増殖を抑えるために、酸を噴霧した後、すすいだり蒸したりすることがよく行われます。[ 22 ]

Hg 2+やPb 2+などの重金属陽イオンは抗菌活性を有するが、毒性を持つこともある。近年、配位化合物の抗菌活性が研究されている。[ 23 ] [ 24 ] [ 25 ] [ 26 ]

伝統的な薬草療法士は、感染症の治療に植物を用いてきました。これらの植物の多くは抗菌活性について科学的に研究されており、一部の植物製品は病原性微生物の増殖を阻害することが示されています。[ 27 ]これらの薬剤の多くは、現在使用されている抗生物質とは異なる構造と作用機序を有すると考えられており、既存の薬剤との交差耐性は最小限である可能性があります。[ 28 ]

銅

銅合金表面には天然の抗菌性があり、 大腸菌やブドウ球菌などの微生物を殺すことができます。[ 29 ] [ 30 ]米国環境保護庁は、感染制御のために通常の清掃と消毒に加えて使用するための抗菌銅合金表面の登録を承認しました。 [ 30 ] [ 31 ]抗菌銅合金は、公衆衛生対策として一部の医療施設や地下鉄交通システムに設置されています。[ 30 ]銅ナノ粒子は、その固有の抗菌作用で注目を集めています。[ 32 ]

エッセンシャルオイル

ハーブ薬局方に含まれる多くのエッセンシャルオイルは、試験管内で抗菌活性を持つと主張されており、ベイ、シナモン、クローブ、タイムのオイルは、食中毒の細菌病原体に関する研究で最も強力であると報告されています。[ 33 ] [ 34 ]

医薬品化合物の25～50％は植物由来ですが、抗菌剤として使用されているものはありません。ただし、この方向での研究は増加しています。[ 35 ]主流医療での使用増加を阻む障壁としては、不十分な規制監督と品質管理、試験管内研究からの証拠のみ、製品の誤表示や誤認、投与方法の制限などがあります。[ 36 ]

抗菌性農薬

米国環境保護庁（EPA）によると、連邦殺虫剤・殺菌剤・殺鼠剤法の定義によれば、抗菌農薬は、消毒、衛生管理、または発育抑制によって微生物の増殖を制御し、無生物、工業プロセスまたはシステム、表面、水、またはその他の化学物質を細菌、ウイルス、真菌、原生動物、藻類、または粘液による汚染、付着、または劣化から保護するために使用されます。[ 37 ] EPAは、病院や家庭で使用される消毒剤/殺菌剤などの製品を監視して有効性を確認しています。[ 38 ]したがって、飲料水、プール、食品衛生、およびその他の環境表面に使用される製品など、公衆衛生を目的とした製品は、この監視システムの対象となります。これらの農薬製品は、適切に使用された場合、人体または環境に不当な副作用を示さないという前提で登録されています。特定の製品が市場に出回った後も、EPAはそれらの製品が公衆衛生の保護に有効性を維持していることを確認するために監視と評価を継続します。[ 39 ]

EPAによって規制されている公衆衛生製品は3つのカテゴリーに分けられます。[ 37 ]

  • 消毒剤：微生物（細菌、真菌、ウイルスなど）を破壊または不活性化しますが、胞子駆除剤としては作用しない場合があります（胞子駆除剤は最も破壊が困難なため）。EPAは、有効性データに基づき、消毒剤を限定的、一般／広域スペクトル、または病院用消毒剤に分類します。
  • 消毒剤: 微生物の数を減らしますが、すべてを殺したり除去したりできるわけではありません。
  • 殺菌剤（殺胞子剤）：すべての細菌、真菌、胞子、ウイルスを除去します。
抗菌農薬の安全性

抗菌性農薬は薬剤耐性の主な要因となる可能性がある。[ 40 ]世界保健機関（WHO ）などの組織は、この問題に対処するため、世界的に抗菌性農薬の使用を大幅に削減するよう求めている。[ 41 ] 2010年の疾病管理予防センター（CDC）の報告書によると、医療従事者は抗菌性農薬への曝露に対する安全対策を改善するための措置を講じることができる。労働者は、手袋や安全メガネなどの個人用保護具を着用することにより、これらの薬剤への曝露を最小限に抑えるよう勧告されている。さらに、EPA（環境保護庁）がこれらの薬剤を安全に使用できるとみなしている取り扱い手順に従って正しく使用することが重要である。従業員は健康被害について教育を受け、曝露が発生した場合には医療機関を受診するよう奨励されるべきである。[ 42 ]

オゾン

オゾンは空気、水、プロセス機器内の微生物を殺すことができ、厨房の換気扇、ゴミ置き場、グリーストラップ、バイオガス工場、廃水処理場、繊維産業、醸造所、酪農場、食品・衛生製品製造、製薬産業、瓶詰め工場、動物園、水道システム、プール、スパ、衣類の洗濯、室内のカビや悪臭の処理などの現場で使用されています。[ 43 ] [ 44 ]

抗菌スクラブ

抗菌スクラブは、スクラブの臭いや汚れの蓄積を軽減し、耐久性を向上させます。また、様々な色やスタイルのスクラブが販売されています。抗菌技術は急速に進歩しており、これらのスクラブは容易に入手でき、毎年より高度なバージョンが市場に投入されています。[ 45 ]これらの細菌は、オフィスのデスク、休憩室、コンピューター、その他の共有機器に拡散する可能性があります。これは、メチシリン耐性黄色ブドウ球菌などのアウトブレイクや感染症につながる可能性があり、その治療には医療業界が年間200億ドルの費用を費やしています。

ハロゲン

塩素、ヨウ素、フッ素、臭素などの元素は、性質上非金属であり、ハロゲン族を構成します。これらのハロゲンはそれぞれ異なる抗菌効果を持ち、pH、温度、接触時間、微生物の種類など、さまざまな要因によって影響を受けます。塩素とヨウ素は、最も一般的に使用される2つの抗菌剤です。塩素は、水処理場、医薬品、食品業界で消毒剤として広く使用されています。廃水処理場では、塩素は消毒剤として広く使用されています。塩素は水溶性汚染物質を酸化し、細菌やウイルスを殺します。また、細菌の胞子に対しても非常に効果的です。その作用機序は、これらの微生物に存在する結合を破壊することです。細菌酵素が塩素を含む化合物と接触すると、その分子の水素原子が置換され、塩素に置き換わります。これにより酵素機能が変化し、最終的に細菌の死につながります。ヨウ素は、殺菌や創傷洗浄に最も一般的に使用されています。ヨウ素を含む主要な抗菌化合物は、アルコールヨウ素溶液、ヨウ素水溶液、そしてヨードフォアの3つです。ヨードフォアは殺菌力が高く、皮膚に塗布した際の刺激が少ないため、消毒剤として使用されます。一方、細菌の胞子はヨウ素では死滅しませんが、ヨードフォアによって阻害することができます。ヨウ素が細胞に浸透し、タンパク質、遺伝物質、脂肪酸を酸化することで、微生物の増殖が抑制されます。臭素もまた、水処理施設で使用される効果的な抗菌剤です。塩素と混合すると、S. faecalisなどの細菌の胞子に対して非常に効果的です。[ 46 ]

アルコール

アルコールは消毒剤や防腐剤としてよく使われています。アルコールは栄養細菌、ほとんどのウイルスや真菌を殺します。エチルアルコール、n-プロパノール、イソプロピルアルコールが最も一般的に使われている抗菌剤です。[ 47 ]メタノールも消毒剤ですが、非常に有毒なので一般的には使われません。大腸菌、サルモネラ菌、黄色ブドウ球菌は、アルコールによって成長を抑制できる細菌です。アルコールはエンベロープウイルスに対して高い効果があります (60～70% エチルアルコール) 70% イソプロピルアルコールまたはエタノールは抗菌剤として非常に効果的です。水の存在下では、70% アルコールはタンパク質を凝固させ、微生物の成長を抑制します。アルコールは胞子に対してはあまり効果的ではありません。作用機序はタンパク質を変性させることです。アルコールはタンパク質構造に存在する水素結合を阻害します。アルコールは微生物の脂質膜を溶解します。[ 48 ] [ 49 ]細胞膜の破壊は、アルコールが細胞死を促進するもう一つの特性です。アルコールは安価で効果的な抗菌剤であり、製薬業界で広く使用されています。アルコールは、手指消毒剤、防腐剤、殺菌剤に広く使用されています。

フェノール

フェノール（別名石炭酸）は、抗菌剤として使用された最初の化学物質の一つです。高い殺菌作用を有し、0.1～1%の濃度では静菌作用、1～2%の濃度では殺菌・抗真菌作用を示します。5%溶液は炭疽菌の胞子を48時間で死滅させます。[ 50 ]

フェノールは、口腔洗浄剤や家庭用洗剤に最もよく使用されています。[ 51 ]広範囲の細菌、真菌、ウイルスに対して活性があります。チモールやクレゾールなどのフェノール誘導体は、フェノールに比べて毒性が低いために使用されています。これらのフェノール化合物は、構造に組み込まれた-OH基とともにベンゼン環を持っています。それらはより高い抗菌活性を持っています。これらの化合物は、タンパク質を沈殿させて変性させ、微生物の細胞膜に浸透してそれを破壊することにより、微生物の増殖を阻害します。ヘキサクロロフェン（ビスフェノール）は界面活性剤として使用されます。その防腐作用のため、石鹸、ハンドウォッシュ、スキンケア製品に広く使用されています。また、殺菌剤としても使用されます。クレゾールは効果的な抗菌剤であり、マウスウォッシュや咳止めドロップに広く使用されています。

アルデヒド

アルデヒドは、細菌、真菌、ウイルスに対して非常に効果的です。アルデヒドは外膜を破壊することで細菌の増殖を抑制します。外科用器具の消毒・滅菌に使用されます。しかし、毒性が強いため、防腐剤としては使用されていません。現在、他の多くのアルデヒドにも優れた抗菌活性があることが実証されているにもかかわらず、消毒用殺生物剤として広く実用化されているアルデヒド化合物は、グルタルアルデヒド、ホルムアルデヒド、オルトフタルアルデヒド（OPA）の3種類のみです。[ 52 ]しかし、接触時間が長いため、一般的には他の消毒剤が好まれます。

物理的な

熱

微生物は生育するのに最低温度、最適温度、最高温度を有する。[ 53 ]低温だけでなく高温も物理的な制御手段として用いられる。異なる生物は熱や温度に対する耐性や感受性の度合いが異なり、細菌胞子など一部の生物はより耐性が高いが、栄養細胞は耐性が低く、より低い温度で容易に死滅する。[ 54 ]微生物を殺すために熱を使用する別の方法が部分殺菌である。このプロセスでは、数日間、1日1時間、100℃の温度にさらす。[ 55 ]部分殺菌はチンダル化とも呼ばれる。この方法を使用することで、細菌胞子を殺すことができる。乾熱と湿熱の両方が微生物の除去に効果的である。例えば、ジャムなどの保存食を保存するために使用する瓶は、従来のオーブンで加熱して殺菌することができる。加熱は低温殺菌にも利用されます。低温殺菌は、牛乳、チーズ、ジュース、ワイン、酢などの食品の腐敗を遅らせる方法です。これらの食品は一定時間、一定の温度で加熱処理されるため、有害な微生物の数が大幅に減少します。低温殺菌は、微生物の代謝を遅らせることで微生物の活動を抑制するためにも用いられます。[ 56 ]

放射線

食品は有害な病原体を殺すためにしばしば放射線照射される。[ 57 ]微生物の増殖を抑制するために使用される放射線には、電離放射線と非電離放射線の2種類がある。[ 58 ]食品殺菌に使用される一般的な放射線源には、コバルト60（ガンマ線放出体）、電子線、X線などがある。[ 59 ]紫外線は、小規模な個人用システムと大規模なコミュニティ浄水システムの両方で、飲料水の消毒にも使用されている。[ 60 ]

乾燥

乾燥は脱水とも呼ばれ、極度の乾燥状態、あるいは極度の乾燥過程を指します。細菌、酵母、カビなどの微生物は、成長に水を必要とします。乾燥によって水分が乾燥し、微生物の増殖が抑制されます。細菌は水分を再び供給すると増殖を再開するため、乾燥によって細菌の増殖が完全に抑制されるわけではありません。このプロセスを実行するために使用される器具はデシケーターと呼ばれます。このプロセスは食品業界で広く使用されており、食品保存の効率的な方法です。また、製薬業界ではワクチンなどの製品の保管に乾燥が広く利用されています。[ 61 ]

抗菌表面

抗菌表面は、微生物の増殖を阻害するか、化学的プロセス（銅毒性）または物理的プロセス（細胞壁を破壊するマイクロ/ナノピラー）によって微生物にダメージを与えるように設計されている。これらの表面は、特にヘルスケア業界にとって重要である。[ 62 ]効果的な抗菌表面を設計するには、微生物と表面の初期の接着メカニズムを深く理解する必要がある。これらのメカニズムを調査するためには、分子動力学シミュレーションとタイムラプスイメージングが一般的に用いられる。[ 63 ]

浸透圧

浸透圧とは、溶媒が半透膜を通して高濃度領域から低濃度領域へ透過するのを防ぐために必要な圧力です。細胞内の溶解物質または溶質の濃度が細胞外よりも高い場合、細胞は低張環境にあると言われ、水が細胞内に流入します。[ 53 ]細菌を高張溶液に置くと、原形質分離、すなわち細胞収縮が起こり、同様に低張溶液に置くと、細菌は原形質分裂、すなわち膨脹状態になります。この原形質分離と原形質分裂は浸透圧の変化を引き起こすため、細菌を死滅させます。[ 64 ]

抗菌薬耐性

ヒト、動物、植物における抗菌剤の誤用と過剰使用は、薬剤耐性病原体発生の主な要因です。[ 4 ]抗菌薬耐性（AR）は、微生物が自身を殺すために設計された薬剤に耐性を持つようになった場合に発生します。ARは、人生のあらゆる段階の人々、および医療、獣医学、農業業界に影響を及ぼす可能性があります。このため、ARは世界で最も緊急の公衆衛生問題の一つとなっています。[ 65 ]抗菌薬耐性のメカニズムは、主に4つのカテゴリーに分類されます。(1) 薬剤の取り込み制限、(2) 薬剤標的の変更、(3) 薬剤の不活性化、および(4) 能動的な薬剤排出です。[ 66 ]細菌の抗菌薬耐性（AMR）は、2019年に世界で127万人の死亡の直接の原因となり、495万人の死亡に寄与したと推定されています。 [ 4 ]

参照

参考文献

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