温泉科学（J. Hot Spring Sci.），66，216-235（2017）

原著

本邦における臨床由来および環境（温泉水，冷却塔水）由来
Legionella pneumophila SG1 株の疫学
および病原性因子の特徴大野章1）*，加藤尚之1）（平成 28 年 11 月 11 日受付，平成 29 年 1 月 11 日受理）

Epidemiological and Pathogenic Features ofLegionella pneumophila Serogroup 1 from
Clinical and Environmental Isolates in Japan
Akira Ohno1）* and Naoyuki Kato1）
Abstract
Wide-ranging Legionella pneumophila serogroup1 (SG1) subgroups and clonal complex(CC) types were observed in clinical isolates (CIs), hot spring isolates (HSIs) and cooling
tower isolates (CTIs) by PCR-based monoclonal antibody (MAb) subgrouping and sequencebased CC typing. Most subgroups of CIs possessed the virulence-related MAb3/1 epitope on
lipopolysaccharide. The MAb3/1-positive Benidorm/France or Benidorm with CC23 orCC59 were dominant among CIs, which are also observed in relatively large numbers in
HSIs. CTIs were dominated by the MAb3/1-negative OLDA/Oxford with CC1 subgroup.
Subsequently, we assessed the presence of the strain-specific Lvh type IV A secretion
system (SS) [A] and the 65-kb pathogenic island (PI) [B] by PCR (polymerase chain reaction）
The prevalence rates of both genes were as follows : CIs : [A] : 48.0% and [B] : 12.0%, HSIs :[A] : 79.3% and [B] : 41.4%, CTIs : [A] : 94.1% and [B] : 88.2%. These results demonstrated
that the features of Legionella infection in Japan differ somewhat from that of the world.
Particularly, the results suggested that HIs exhibited properties of both CIs and CTIs,
which may be related to the observation that Legionnairesʼ disease in Japan has frequently
occurred in hot spring facilities. We also performed a competitive infection experiment for
Acanthamoeba castellanii using representative isolates with a common feature of eachisolate’s group. The results of a competitive infection experiment also suggested that the
MAb3/1 epitope of L. pneumophila SG1 may contribute to an early step of infection andthat both the Lvh type IV A SS and the 65-kb PI may affect their survival in the host cell.
Chlorine resistance ability on the 65-kb PI was confirmed and therefore the significantly
東邦大学医学部医学科 〒143-8540 東京都大田区大森西 5-21-16．1）Faculty of Medicine, Toho Univer­sity, 5-21-16 Omori-Nishi, Ota-Ku, Tokyo 143-8540 Japan. *Corresponding author：E-mail akira@med.toho-u.ac.jp, TEL 03-3762-4151 ext.2396-7, FAX 03-5493-5415.

1）

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第 66 巻（2017） 本邦における臨床由来および環境（温泉水，冷却塔水）由来 Legionella pneumophila SG1 株の疫学および病原性因子の特徴
high positive rate of the 65-kb PI in CTIs may be due to chlorination of cooling tower water.
However, the positive rate in HSIs was relatively low in comparison to CTIs. It may be
depending on some spring qualities that chlorination are not effective.
Key words : Legionella pneumophila serogroup 1, Monoclonal typing subgroup, Lvh type IV
secretion system, 65-kb pathogenic island, Acanthamoeba, Chlorine resistance

要旨

本邦臨床分離株（CIs），および温泉水分離株（HSIs），冷却塔水分離株（CTIs）におけるLegionella pneumophila 血清群 1（SG1）について，PCR 法によるモノクローナル抗体（MAb）
型別 subgroup および塩基配列型別法による clonal complex type（CC type）を調べた．CIs は
広範囲の subgroup や CC type を示した．最も優勢なものは病原性 Lipopolysaccharide（LPS）
エ ピ ト ー プ MAb3/1 陽 性 Benidorm 系，CC23 お よ び CC59 で あ っ た．CTIs で は， す べ て
MAb3/1 陰性で，そのほとんどが OLDA/Oxford subgroup CC1 であった．HSIs は，CIs および CTIs の中間の様相を呈し，Benidorm 系も優勢で，本邦でのレジオネラ感染が温泉で生じやすい背景を反映している．PCR（polymerase chain reaction）法により調べた菌株特異的遺伝子 Lvh type IVA secretion system（SS）［A］および 65-kb pathogenic island（PI）［B］の保有率は，CIs：［A］：48.0% and［B］：12.0%, HSIs：［A］：79.3% and［B］：41.4%, CTIs：［A］：
94.1% and［B］：88.2% であった．アメーバ拮抗感染実験では，感染初期に MAb3/1 陽性株が優勢に増殖し，本エピトープの病原性関与を示唆した．感染後半では Lvh type IV4ASS および 65-kb PI の存在が重要である成績を得た．また 65-kb PI には塩素耐性能が賦与されており，
CIs のほとんどが 65-kb PI 保有株である要因と推定された．一方 HSIs では CIs に比べ保有率は低く，塩素無効の泉質が少なくないことを反映したものと考えられた．
キーワード：レジオネラ・ニューモフィラ血清群 1，モノクローナル抗体型別亜血清群，Lvh
type IV 分泌システム，65-kb 病原性アイランド，アカンソアメーバ，塩素耐性

1． は じ め に
レジオネラ属菌は，人工環境水，温水システムに生息する原生動物，主に自由生活アメーバに対する通性寄生菌である．ヒトはそのような水システムにおいて，アメーバ内で増殖派生したレジオ
ネラ細胞を含むエアロゾールを吸入して感染する．今日まで，レジオネラ属には 62 菌種 3 亜種が含まれる（http : //old.dsmz. de/microorganisms/bacterial_nomenclature_info.php?genus=Legionella）．
Legionella pneumophila は，レジオネラ症の主要原因菌種で，環境中に最もよく見られるレジオネ
ラ属菌種でもある．L. pneumophila は 15 以上の血清型を有し，レジオネラ症感染のほとんどは血清型 1（SG1）である．しかしながら環境中では SG1 は比較的少数である（Yu VL et al, 2002）．L.
pneumophila SG1 は，また American Type Culture Collection, ATCC 株からの国際パネルモノク
ロナール抗体 6 種とモノクロナール 3 で構成されたドレスデンモノクロナール抗体パネルを用いた
国際サブグルーピング体系に従い，多くのモノクロナールサブグループに分けることが可能である．現在 11 のサブグループに分けられている（Joly JRʼ et al 1986 ; Helbig JH et al, 2002）．興味深
いことに，ほとんどの臨床分離株はモノクロナール抗体 3/1（MAb3/1）陽性のサブグループに属す
るが（Amemura-Maekawa J et al, 2010），環境分離株の多くは，MAb3/1 陰性である（AmemuraMaekawa J, et al, 2012）．MAb3/1 反応性エピトープは菌表層構造 Lipopolysaccharide（LPS）O 多糖にある 8-O-アセチル基であり，L. pneumophila SG1 の病原性に関係するとされる（Zahringer U,
et al, 1995 ; Zou CH et al, 1999）．しかしながら，8-O-アセチル基が L. pneumophila SG1 の病原性に寄与しているか否かはまだ論争段階のままである（Luck PC et al 2001 ; Gosselin F et al, 2011 ;
217

大野

章，加藤尚之温泉科学

Seeger EM et al, 2010）．さらに，最近の L. pneumophila 8 菌株を用いた比較ゲノム研究では，
3000 遺伝子以上で構成されるゲノムの約 300 遺伝子が，菌株特異的であることを明らかにし，L.
pneumophila においては，菌株間の遺伝的多様性が大きいことを示した（Laura G・Carmen B
2013）．菌株特異的遺伝子はほとんどが推定機能タンパクで，水平伝播された真核生物様タンパクを含み，宿主タンパクに似せた病原因子として，あるいは様々な環境ストレスへの本菌種の適応に関与する（DʼAuria G et al, 2010）．
これらのことを合わせて考えると，L. pneumophila は MAb3/1 陽性株と，MAb3/1 陰性株の間で，同じ血清型であるにも関わらず，環境中において異なる能力を有することが示唆される．本研
究では，菌株特異的因子として知られ，自然環境条件下で生残するために重要な関与が推定されている Lvh type IV A 分泌システム（SS）および 65-kb 病原性アイランド（PI）に着目した．Lvh
type IV ASS は，L. pneumophila の 環 境 中 で の 生 息 場 所 に 類 似 し た 水 環 境 条 件 に お い て，L.
pneumophila の病原性に関連する表現を伴うことが報告されている（Bandyopadhyay P et al,2007）．65-kb PI は栄養枯渇条件下で見られる成熟細胞内形態（MIF）と呼ばれるシスト様形態の形成に関与する MagA, 炭素貯蔵調節因子 CsrA, ペプチドメチオニン硫化物調節因子 MsrA などを含む，約 70 種のタンパクをコードしている（Brassinga AK et al, 2003）．そこで，MAb3/1-陽性
SG1 subgroup 株，MAb3/1-陰性 SG1 subgroup 株の自然環境下における生残能力に，Lvh type IV
A SS および 65-kb PI の保持が影響するか否かに興味を持った．また最近では 65-kb PI 上には塩素耐性因子が賦与されているとの報告もなされ（Flynn KJ・Swanson MS, 2014），塩素消毒が義務化されている本邦の循環温泉施設温泉水や冷却塔水での本菌の生残との関連に興味がもたれる．本
研究において，我々は日本全国より集めた臨床分離株 50 菌株，温泉分離株 29 菌株，冷却塔分離株
34 菌株を対象に，モノクロナール抗体 subgrouping を PCR（polymerase chain reaction）法により実施し，さらに Lvh type IVA SS および 65-kb PI の保有率を PCR（法により調べ，加えてAcanthamoeba に対する病原性や，塩素耐性の有無を検討し，本邦における臨床由来および環境（温泉水，冷却塔水）由来 L. pneumophila SG1 株の疫学および病原性因子の特徴を明らかにすることを試みた．

2． 材料と方法
2．1

使用菌株

L. pneumophila SG1 臨床分離 50 菌株，温泉施設浴槽水分離 29 菌株，冷却塔水分離 34 菌株，トータル 113 菌株を対象とした．臨床株は全国レジオネラ感染を疑われる患者の喀痰あるいは気管洗浄液より分離され，喀痰由来が 46 菌株，気管洗浄液由来が 4 菌株である．環境分離株は，全国の多くの施設から分離され，アクアス株式会社筑波総合研究所（茨城県つくば市）より分与を受けた．
温泉由来株のうちの 4 菌株は著者らが，調査の過程で分離したものである．これら菌株は，15%
グリセロール加 LB ブロス中に懸濁し，使用時まで－80℃にて保存した．使用時には栄研 BCYEα
寒天生培地にて 35℃，湿潤下 4 日間培養した．血清型は，デンカ生研のスライドラテックス凝集
キットを用いて決定した（レジオネラ凝集反応用抗原「生研」）（デンカ生研（株），東京）．
2．2

LPS 合成遺伝子オペロンの変異多型に基づいた PCR による monoclonal subgrouping

Thürmer らは，モノクローナル抗体 subgrouping を genotype によって行う PCR 法を開発した（Thurmer A et al, 2009）．本研究は Thürmer らの方法に従い，モノクローナル抗体反応性に関連する L. pneumophila SG1 の LPS 合成クラスター領域からデザインされた SG1 および SG1 サブグ
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第 66 巻（2017） 本邦における臨床由来および環境（温泉水，冷却塔水）由来 Legionella pneumophila SG1 株の疫学および病原性因子の特徴
ループ特異的な以下のプライマーセットを用いた．1）ORF9 および ORF10；すべての SG1 に共通の SG1 特異的領域，2）Lag-1 all；MAb3/1 陽性の SG1 株に特異的な領域（LPS O 多糖 O アセチ
ル化を担う O-acetyltransferase をコードする Lag-1 遺伝子領域内），3）Lag-1 Philadelphia, Lag-1
Knoxville, Lag-1 Allentown；Lag-1 遺伝子領域内に見られる SG1 subgroup に特異的なミスマッチ
変異領域，4）ORF6-8（Benidorm/Bellingham），ORF7-9（Knoxville）；SG1 subgroup 間で有無が分かれる LPS 合成クラスター内に存在する 2 か所の遺伝子間領域．
これらのプライマーセットを用いた PCR 増幅産物のパターンにより，遺伝子レベルでの SG1 の確認，MAb3/1 陽性株の確認，SG1 subgrouping をそれぞれ確定した．各プライマー配列を Table
1 に示した．
PCR 条件は，95℃ 5 min → 95℃ 30 sec-53-60℃ 30 sec（プライマーにより温度は相違）－72℃ 1
min；25 cycles → 72℃ 7 min. アニーリング温度は Lag-all：53℃，Lag-1 Allentown：55℃，ORF9/
ORF10/ORF6-8/ORF7-9：55℃，Lag-1 Philadelphia/Lag-1 Knoxville：60℃
2．3

塩基配列型別法による Clonal Complex（CC）typing

L. pneumophila ゲノムのハウスキーピング 7 遺伝子（flaA, pilE, asd, mip, mompS, proA, andTable 1 Primer sets used for PCR-based subgrouping and the Lvh type IV A SS gene andthe 65-kb PI in L. pneumophila

219

大野

章，加藤尚之温泉科学

neuA）の allele をターゲットとし，ELDSNet のプロトコールに従い，Sequence type（ST）を決定
し た（http : //ecdc.europa.eu/en/healthtopics/legionnaires disease/ELDSNet/Pages/index.aspx）．
各 ST のクラスタリングは，eBURSTver.3 のプログラムを用い，単一の配列部位変異を CC typeの決定に使用した（Feil EJ et al, 2004）．
2．4

Lvh type IV A SS, 65-kb PI の検出

Lvh type IVSS および 65-kb PI の，各菌株における保有の有無を PCR により検出した．PCR 条
件は SG1subgrouping と同様であるが，アニーリング温度は以下の通りである．Lvh type IV A SS
に対するプライマー prpA および lvh B3/B4，65-kb PI. に対するプライマー MagA；55℃，65-kb
PI. に対するプライマー trad；62.1℃．使用したプライマー配列を Table 1 に示した．
2．5

Acanthamoeba castellanii ATCC30234 に対する混合菌株感染実験

L. pneumophila SG1 株間の環境での生残優位性の有無を調べるため，各グループ分離株の疫学的特徴を代表する菌株の混合菌液による A. castellanii ATCC30234 に対する感染実験を行った．
Table 2 に使用した菌株の，No., Subgroup, CC type, Mab3/1 保有の有無，Lvh type IVA SS および 65-kb PI 保有の有無を示した．
BCYEα 培地にて発育したコロニーを数コロニー滅菌綿棒にて取り，アカンソアメーバ緩衝液（AC buffer）5 ml に懸濁，ネフロメーターを用いて MacFarland 5 に菌濃度を調整した．それぞれの代表株の混合菌液を作成するため，Table 2 の組合わせに従い，各菌液 0.5 ml を滅菌済みチューブに添加し，最終的に AC buffer にて 5 ml に調整した．また各単独菌株の AC buffer（4 mM
MgSO4, 0.4 M CaCl2, 0.1% sodium citrate, 0.05 M Fe（NH4）2・6H2O, 2.5 mM NaH2PO3, 2.5 mM
K2HPO3 ; pH 6.5）10 倍希釈液を，単独菌感染用として調整した．感染実験法は既報に従った（Ohno
A et al, 2008）．
2．6

塩素耐性実験

5 ml 滅菌済みチューブに滅菌水 4.95 ml を加え，次亜塩素酸ナトリウムを目的の濃度になるように 50 µL 添加した．BCYEα 培地で培養した数コロニーを滅菌綿棒でとり，滅菌生理食塩水に懸濁して MacFarland 0.5 に菌濃度を調整，1×108 cfu/ml の接種用菌液を調整した．接種用菌液の 5 µl
Table 2 Three isolates and the respective features used in a competitive infection
experiment220

第 66 巻（2017） 本邦における臨床由来および環境（温泉水，冷却塔水）由来 Legionella pneumophila SG1 株の疫学および病原性因子の特徴を，所定の遊離塩素濃度に調整した塩素含有水中に滴下し，ストップウォッチで所定の秒数をカウントし，25% チオ硫酸ナトリウム液 10 µl を滴下し反応を停止し，Plate 法により菌数を測定した．

3． 結
3．1

果

SG1 subgrouping

PCR による SG1 subgrouping の結果を Fig. 1 に示した．優勢な臨床分離株 subgroup は Benidorm/
France（14/50 isolates），Benidorm（8/50 isolates）で全体の 44.0% を占めた．全体の 80% は Mab3/1
陽性であった．
温泉水分離株 29 菌株においては OLDA/Oxford, Benidorm 系（Benidorm, Benidorm/France）
がそれぞれ 9/29；31.0% ずつで優勢であった．全体の 62.1%（18/29 isolates）は MAb3/1 陰性であった．
冷却塔水分離株 34 菌株については，OLDA/Oxford が全体の 82.4%（28/34 isolates）を占め，極めて優位であった．すべての菌株は MAb3/1 陰性であった．
3．2

SBT CC typing

結果を Fig. 2 に示した．臨床分離株において，CC23 が 32％と最も多く，これらには Allentown
系，Benidorm 系，Knoxville および OLDA/Oxford が含まれた．CC23 に続いて，CC59 20%，CC1
14%，CC337 10% であった．温泉水分離株では CC59 が最も多く 31% を占め，Bellingham, Benidorm
系，OLDA/Oxford, Hysham, が含まれた．冷却塔水分離株においては，CC1 が 25 菌株で全体の73.5% を占め，そのほとんどが OLDA/Oxford であった．
3．3

Lvh type IVA SS の保有率

結果を Fig. 3 に示した．Lvh type IVA SS の保有率は，臨床分離株の 48.0% に比べ，環境分離株，
特に冷却塔水分離株で高率であった（温泉水分離株 79.3%，冷却塔水分離株 94.1%）．Fig. 4 に SG1
subgroup および CCtype ごとの保有率を示した．MAb subgroups では OLDA/Oxford における保有率が高く 50.6% であった．また全体として MAb3/1 陰性株が 64.6% を占めた．CC type では CC1が最も高く 41.8% を占めた．
3．4

65-kb PI の保有率

結果を Fig. 5 に示した．65-kb PI の保有率は，Lvh type IV SS の保有率と同様，臨床分離株に比べ環境水由来で保有率は高かったが，65-kb PI においては冷却塔水分離株の保有率が他に比べ突出し高率であった（88.2%）．臨床分離株においては Lvh type IV SS よりも低く，12.0% の低率であった，また温泉水分離株は環境水ではあっても，Lvh type IV SS に比べ低く，41.4% と 50% を下回った．
Fig. 6 に SG1 subgroup および CC type ごとの保有率を示した．MAb subgroups では OLDA/
Oxford における保有率が高く 64.6% であった．ただし OLDA/Oxford でも冷却塔水分離株における OLDA/Oxford の 65-kb PI 保有率は，温泉水分離株に比べ約 2 倍高率であった．また全体として MAb3/1 陰性株が 87.5% を占めた．CC type では CC1 が最も高く 60.4% であった．
3．5

Acanthamoeba castellanii ATCC30234 に対する拮抗感染

結果を Fig. 7 に示した．
221

Fig. 1

PCR based MAb subgroups in the SG1 isolates of L. pneumophila from each source area

大野

222

章，加藤尚之温泉科学

Fig. 2

Clonal complex type by sequence based typing in the SG1 isolates of L. pneumophila from each source area

第 66 巻（2017） 本邦における臨床由来および環境（温泉水，冷却塔水）由来 Legionella pneumophila SG1 株の疫学および病原性因子の特徴

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大野

章，加藤尚之温泉科学

Fig. 3 Prevalence of strain-specific Lvh type IV SS
in the SG1 isolates of L. pneumophila from eachsource area

臨床分離株では CC23/Lvh type IVA SS 陽性/65-kb PI 陰性の TUM14256 株がアメーバ内で優勢に増殖し，24 時間において特に優勢となった．温泉水分離株において CC59/Bellingham/Lvh
type IVA SS 陽性/65-kb PI 陽性の TUM14301 が 24 時間で著しく優勢となった．冷却塔水分離株では 3 時間で，OLDA/Oxford/CC1/Lvh type IVA SS 陽性/65-kb PI 陰性の TUM14277 が優勢傾向にあったが，24 時間では OLDA/Oxford /CC1/Lvh type IVA SS 陽性/65-kb PI 陽性の TUM13947
が優勢となった．臨床分離株，温泉水分離株，冷却塔水分離株中，最も優勢あるいは優勢傾向を示した TUM14256 株，TUM14306 株，TUM13947 株による混合拮抗感染の結果を Fig 8. に示した．
0 time の感染後 3 時間では臨床分離 TUM14256 株が優勢に増殖する傾向にあったが，24 時間では退行し，環境分離株，特に冷却塔水分離 TUM13947 株の増殖が優勢傾向を示した．
3．6

塩素耐性実験

環境分離株に 65-kb PI 保有率が高い結果と，65-kb PI に塩素耐性能があるとの最近の報告（Flynn
KJ・Swanson MS,（2014）との関連を検討した．あらかじめ 65-kb PI 非保有（L. pneumophila JR32），
保有 isogenic 株（L. pneumophila JR32 ICE-Box）を用いた予備実験から得られた遊離塩素濃度
0.03125 mg/L/90 秒暴露の条件を用い，アメーバ拮抗実験に使用した菌株を対象に，塩素耐性実験を行った．Fig. 9 に結果を示した．さらに JR32 および JR32 ICE-Box の結果を基に，treatment 値の対数値を control 値の対数値で除した値から，それが 0.5 を越えた場合を塩素に耐性あるいは耐性傾向にあると判定し，その結果を Fig. 10 に示した．
結果から環境分離株で塩素耐性あるいは耐性傾向を示した株はすべて 65-kb PI 保有株であった．
しかし塩素耐性を示した臨床分離株は 65-kb PI 陰性であった．

224

Fig. 4

Prevalence of Lvh typeIVA SS in L. pneumophila SG1 MAb subgroups and CC types

第 66 巻（2017） 本邦における臨床由来および環境（温泉水，冷却塔水）由来 Legionella pneumophila SG1 株の疫学および病原性因子の特徴

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大野

章，加藤尚之

温泉科学

4． 考

察

ヨーロッパを中心とする世界の 5,000 以上のデー
タポイントから集められた ELDSNet データベースによれば，臨床分離株で最も優勢な SG1 subgroup
は Allentown/France である（http : //ecdc.europa.
eu/en/publications/Publications/legionnares-diseaseeurope-2014.pdf）．しかし本研究からは，本邦ではBenidorm 系が最も優勢でヨーロッパとは異なる様相が示された．一方環境分離株は臨床分離株とは異なり，OLDA/Oxford がヨーロッパと同様優勢で，特に冷却塔水分離株では顕著であった．これらの結果は最近の Amemura-Maekawa らの報告と一致した（Amemura-Maekawa J et al.（2010 ; AmemuraMaekawa J et al.（2012）．しかし温泉分離株では
SG1 subgroup は比較的多彩で，臨床分離株で最も優勢な Benidorm 系が，温泉分離株でも優勢な SG1
subgroup として分布していた．一方冷却塔水分離
Fig. 5 Prevalence of strain-specific 65-kb
PI in the SG1 isolates of L. pneumophilafrom each sources

株には Benidorm 系は本調査では存在しなかった．
SBT 分類からは，ヨーロッパと本邦に共通して臨
床で優勢な CC type は CC23 と CC1 であった．しかし本邦では，CC23 とヨーロッパで劣勢な CC59と合わせて半数を越えた．しかも CC23 と CC59 の半数以上が Benidorm 系であることから，SBT分類においてもヨーロッパと異なる本邦の特徴が浮かび上がった．一方最も優勢な環境分離株はヨーロッパでは CC1 であり，本邦でも冷却塔水分離株では 73.5% が CC1 と突出しヨーロッパと類似した．しかし温泉水分離株ではヨーロッパや冷却塔水と異なり，最も優勢な CC type は CC59であった．
冷却塔水分離株には検出されず，温泉水分離株で比較的優勢であった CC59/Benidorm 系が，また本邦臨床分離株でも優勢な CC type/SG1 subgroup であるとの調査結果は，本邦におけるレジ
オネラ感染の主な場が循環温泉施設にあることとの関連が強く示唆された．
ヨーロッパにおけるレジオネラ感染は景観水などの人工水環境であり，本邦の冷却塔水環境と同様，河川水など淡水を水源とする．それに比べ本邦温泉水は火山性由来も多くあり水質も多彩である．CC23 や CC59，特にその半数以上を占める Benidorm 系 subgroup は，そのような環境に生残しやすいのかもしれない．
一方，L. pneumophilaSG1 において LPS 構造上の MAb3/1 陽性エピトープが病原性に関係するとされている（Zahringer U et al, 1995 ; Zou CH et al, 1999）．MAb3/1 陽性エピトープ保有株は，臨床分離株において顕著に高い．そのため Acanthamoeba における拮抗感染実験において，臨床分離 株 で MAb3/1 陽 性 の TUM14256（Benidorm/France, CC23） が，MAb3/1 陰 性 温 泉 水 分 離
TUM14306（Bellingham, CC59）および同じく MAb3/1 陰性冷却塔水分離 TUM 13947（OLDA/
Oxford, CC1）よりも競合してアメーバ内で有意に優勢に増殖すると予想した．実際，拮抗感染後3 時間では，MAb3/1 陽性 TUM14256 株が優勢に増殖した．成績には示していないが，各菌株単独感染においてはすべて同等のアメーバ内増殖性を示している．またすべての L. pneumophila が226

Fig. 6

Prevalence of 65-kb PI in the SG1 subgroups and the CC types of L. pneumophila

第 66 巻（2017） 本邦における臨床由来および環境（温泉水，冷却塔水）由来 Legionella pneumophila SG1 株の疫学および病原性因子の特徴

227

Fig. 7Competitive infection experiment of L. pneumophila for A. castellanii ATCC30234

大野

228

章，加藤尚之温泉科学

第 66 巻（2017） 本邦における臨床由来および環境（温泉水，冷却塔水）由来 Legionella pneumophila SG1 株の疫学および病原性因子の特徴

Fig. 8 Competitive infection experiment of L. pneumophila by the
representative isolate of each source increased dominantly
at 24h after infection in A. castellanii ATCC30234

Fig. 9 Chroline tolerance ability of each representative isolates of L. pneumophila used in
the competitive experiment for acanthamoeba

229

大野

章，加藤尚之温泉科学

Fig. 10 Chroline tolerance ability of each representative isolate of L. pneumophila
Tolerance rate expresed as treatment value (log)/control value (log) in Fig. 9
NT : not test

共有することが知られている重要な病原性因子，Type I, II, IVB SS, あるいは細胞侵入に関連する enhC 遺伝子，さらには細胞内からの脱出に関連する rtx 遺伝子は，これら菌株はすべて保有していた（成績未提示）．これらのことから感染 3 時間で MAb3/1 陽性 TUM14256 株が優勢に増殖した結果は，MAb3/1 エピトープが初期感染に重要な役割を果たしたものと推定された．
MAb3/1 病原性エピトープに関しては，MAb3/1 陽性エピトープを有する LPS が高度に O-アセ
チル化されているため強い疎水性を示し，そして疎水性の LPS 構造が，L. pneumophila の宿主細胞への付着に重要な役割を果たすことが報告されている（Zahringer U, et al,（1995））．さらに
MAb3/1 陽性エピトープによって電荷密度の低下が生じ，それによる初期の長距離斥力が，負に荷電された宿主細胞に対する感染過程に重要な役割を果たす可能性も報告されている（Gosselin F
et al,（2011））．これらの結果および文献から，温泉水分離株には MAb3/1 陽性エピトープを保有し，臨床分離株に優勢な Benidorm 系が，ある程度優勢に存在することから，これらの菌株が温泉に存在した場合，人に対する感染が容易となり，その結果が臨床分離株における Benidorm 系の優勢な存在に関係しているものと本研究結果から推定した．
しかし感染後 24 時間では臨床分離株 TUM14256 はアメーバ内で有意な減少を示し，アメーバ内での増殖が抑制されているように見える．それに対して冷却塔水分離株 TUM13947 および温泉水
分離株 TUM14306 は感染後 24 時間で有意差は示されなかったが増加傾向を示した．L. pneumophila
は全体の約 1 割の遺伝子を外部から獲得している．これらの遺伝子は菌株に特異的であり，一部の各菌株の病原性あるいは環境中における生残能に関係するとされる．特に Lvh type IVA SS は自然
環境の低温下での生残や宿主細胞内での増殖に関与し（Huang B et al,（2006）；Samrakandi MM
et al,（2002）；Samrakandi MM et al,（2002）），また 65-kb PI も同様に，自然環境での宿主細胞内での生残するための形態変化および増殖に重要な役割をすると報告されている（Brassinga AK etal,（2003）；Hiltz MF et al,（2004））．上記 3 菌株は，それぞれの由来の特徴を代表する菌株を用い230

第 66 巻（2017） 本邦における臨床由来および環境（温泉水，冷却塔水）由来 Legionella pneumophila SG1 株の疫学および病原性因子の特徴
Table 3A

Characteristics of each isolate in clinical isolates group

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大野

章，加藤尚之Table 3B

温泉科学
Characteristics of each isolate in hot springl isolates groupた，各由来代表菌株間同士の拮抗感染実験においても，感染後 24 時間で Acanthamoeba 内で有意に 高 い 増 殖 性 を 示 し た 菌 株 は， 臨 床 分 離 株 で は Lvh type IVA SS の み 陽 性 の TUM14256 株（Benidorm/France, CC23）であり，温泉水分離株では両因子陽性の TUM14306 株（Bellingham,CC59），そして冷却塔水由来株でも両因子陽性の TUM13947 株（OLDA/Oxford, CC1）であった．
従 っ て こ の 結 果 か ら は 少 な く と も こ れ ら の 因 子 が 自 然 界 の L. pneumophila の 宿 主 で あ る
Acanthamoeba 内での侵入後後期の増殖に重要な役割を果たすことが示唆された．しかしこれら 3菌株による拮抗感染実験では Lvh type IVA SS だけ陽性の TUM14256 が 24 時間で有意な減少を示し，両因子陽性の 2 菌株が 24 時間で増殖傾向を示したことから，65-kb PI の役割がより大きい
ことが推定された．いずれにしろ菌株特異的因子である Lvh type IVA SS および 65-kb PI を保有する株が自然環境宿主内でより優位に生残する可能性が高いことが明らかになった．
一方最近 65-kb PI に塩素耐性能が存在するとの最近の報告がなされた（Flynn KJ・Swanson
MS.（2014））．そこで，65-kb PI 非保有，保有の isogenic strains を用い，65-kb PI に塩素耐性能が存在することを確認した上で今回調査した 65-kb PI 保有株に塩素耐性能が見られるかを検討した．
その結果，65-kb PI 保有株に塩素耐性あるいは塩素耐性傾向が認められた．本研究おいて，65-kb
PI 保有株は，臨床分離株で非常に低く（12.0%），環境分離株で高い結果だった．しかし環境分離株
でも，保有率は温泉水分離株に比べ，冷却塔水分離株で顕著であった．一般的に水道水が使用される冷却塔水では塩素消毒効果は十分保たれる．しかし本邦温泉では，鉄分の多い泉質や硫化物（硫黄）の多い泉質が少なからず存在し，これらにおいては塩素消毒効果は大きく低下する．温泉水分232

第 66 巻（2017） 本邦における臨床由来および環境（温泉水，冷却塔水）由来 Legionella pneumophila SG1 株の疫学および病原性因子の特徴
Table 3C

Characteristics of each isolate in cooling tower isolates group

離株に 65-kb PI 保有株が比較的少なかったことは，塩素消毒していても，これら泉質で 65-kb PI
による塩素選択生残性が機能しにくいことが理由かもしれない．一方臨床分離株で 65-kb PI は陰性であったが，塩素耐性を示した 2 株の Benidorm 系が存在した．これらの菌株は，65-kb PI 以外に未知の塩素耐性因子が存在し，このことも Benidorm 系が温泉や，あるいは臨床において優勢な要因となっている可能性が考えられた．
謝

辞
本研究は文科省科研費 MEXT KAKENHI（24510038）．によるサポートを受けました．また環境分離株の一部のご提供に対し，株式会社アクアス筑波研究所に深謝いたします．秋田大学付属病院中央検査部の嵯峨知生先生には技術的アドバイスをいただき深謝いたします．ミシガン大学医学部 Michele S. Swanson 教授からの，L. pneumophila JR32 株，L. pneumophila JR32 ICE-Box 株の
233

大野

章，加藤尚之温泉科学

分与に対し深謝いたします．
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