YAKUGAKU ZASSHI 132(7) (2012) 2012 The Pharmaceutical Society of Japan 849 Note 芽胞形成性酪酸菌製剤の抗菌剤感受性について 金子尚文, 中山智洋, 一川暢宏 Susceptibility of Spore

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1 YAKUGAKU ZASSHI 132(7) (2012) 2012 The Pharmaceutical Society of Japan 849 Note 芽胞形成性酪酸菌製剤の抗菌剤感受性について 金子尚文, 中山智洋, 一川暢宏 Susceptibility of Spore-forming Butyric Acid Bacteria to Naofumi Kaneko, Tomohiro Nakayama, and Nobuhiro Ichikawa College of Pharmaceutical Science, Ritsumeikan University; Noji-higashi, Kusatsu, Shiga , Japan. (Received November 11, 2011; Accepted April 11, 2012; Published online April 13, 2012) agents occasionally cause certain adverse ešects, such as diarrhea and loose stool, by altering the composition of the intestinal ora. Antibiotic-resistant lactic acid bacteria are used to prevent these adverse ešects. Although these bacteria are not resistant to several recently introduced antimicrobial agents, bacterial preparations are still sometimes prescribed concomitantly with these antimicrobial agents. In this study, we investigated whether the administration of the spore-forming butyric acid bacteria Clostridium butyricum improves the adverse clinical ešects by preventing diarrhea. Inhibition of C. butyricum growth was observed with 17 of the 20 antimicrobial agents used. However, dilution of 11 of these 17 agents resulted in the regrowth of C. butyricum. These results suggest that C. butyricum may survive exposure to several antibiotic agents by forming spores. Further, a decrease in the antimicrobial agent concentration in the gastrointestinal tract permits the vegetative growth of C. butyricum, which functions as a probiotic. Key words Clostridium butyricum; probiotics; antibiotic-resistant lactic acid bacteria; antimicrobial agent; spore 緒 抗菌剤投与に起因する下痢予防を目的として, 臨床では耐性生菌整腸剤が使用されている. ところが, 現在汎用されている耐性乳酸菌製剤整腸剤は, フルオロキノロン系, グリコペプチド系抗菌剤など, それらが上市された以降に開発された新規抗菌剤に対する感受性は明らかではない場合がある. 1) 本研究で注目したのは, 芽胞を形成する酪酸菌 (Clostridium butyricum) を有効成分とした生菌整腸剤である. 2) 本製剤中の酪酸菌は人為的に耐性を付与されてはいないものの, 芽胞を形成するため抗菌剤の影響を受け難く, 下痢発症の予防 治療に有用性が認められている. 1) ところが, 耐性乳酸菌製剤の適応がないフルオロキノロン系抗菌剤 (FQs) の酪酸菌に対する最小発育阻止濃度 (Minimum Inhibitory Concentration; MIC) については, 発芽状態である酪酸菌は FQs に対して感受性であったとの報告がされている. 3) さらに本研究室では酪酸菌に対する抗菌剤の MIC 言 立命館大学薬学部 novichi@ph.ritsumei.ac.jp を測定したが, 多くの抗菌剤に対して高い感受性を示し, 臨床的有用性を示唆する動物実験での報告 2) と一致しなかった. 酪酸菌は, 抗菌剤存在下において発育が抑えられても, 芽胞形成により死滅せずに生存している可能性がある. そこで本研究では, 酪酸菌を各種抗菌剤存在下で培養した後, 抗菌剤濃度を酪酸菌に対する MIC 以下に低下させた場合, 酪酸菌が再度増殖するかを検討した. 方法 1. 試験薬剤酪酸菌製剤はミヤ BM 細粒 ( ミヤリサン製薬 ) を, 耐性乳酸菌製剤はビオフェルミン R 散 ( ビオフェルミン製薬 ) を用いた. 酪酸菌の培養には GAM ブイヨン ( 日水製薬 ), 寒天末 ( ナカライテスク ) を用いた. 薬剤感受性試験には薬剤感受性キット ドライプレート 栄研 (DP34, 栄研化学 ) を用いた. ドライプレートには感受性試験用抗菌薬として, ベンジルペニシリンカリウム PCG, アンピシリン ABPC, セファゾリン CEZ, スルバクタム / アンピシリン S/A, セフォチアム CTM, セフトリアキソン CTRX, セフェピム

2 850 Vol. 132 (2012) CFPM, セファクロル CCL, セフカペン CFPN, サルファ剤 ( スルファメトキサゾール / トリメトプリム )ST, イミペネム IPM, メロペネム MEPM, ミノサイクリン MINO, クリンダマイシン CLDM, バンコマイシン VCM, クラリスロマイシン CAM, アジスロマイシン AZM, レボフロキサシン LVFX, モキシフロキサシン MFLX, ガチフロキサシン GFLX があらかじめ塗布されている. 2. 酪酸菌の培養ミヤ BM 細粒 0.1 g を 10 ml の GAM 培地において,37 C の嫌気環境で 24 時間培養後, この培養液の上清 10 ml を再度 10 ml GAM 液体培地において 37 C の嫌気環境で 24 時間培養した. 培養液を攪拌してから 10 ml を採取し, GAM 寒天培地上に撒いて 37 C の嫌気環境で 48 時間培養した. また, 嫌気培養には炭酸ガス発生袋 ( アネロパック ケンキ, 三菱ガス化学 ), 嫌気保存用パウチ袋 ( 三菱ガス化学 ) を用いた. 3. 抗菌剤に対する酪酸菌の感受性 3-1. 薬剤感受性試験感受性試験は日本化学療法学会標準法である微量液体希釈法 4,5) に準拠して行った. まず,GAM 寒天培地上で培養した酪酸菌をスパーテルで釣菌し,GAM 液体培地中に採取した. このとき, 菌液の濃度 ( 濁度 ) を McFarland 2 番 ( cfu/ml) 相当になるように吸光度計を用いて調整した. 作製した菌液 25 ml を GAM 液体培地 12 ml 中に接種し, 十分に攪拌した上で, これを感受性試験に用いた. 感受性試験には MIC 測定用ドライプレートを用い,96 ヵ所のウェルに調製した菌液を 100 ml ずつ分注した. 最終接種菌液の濃度はおよそ 10 6 cfu/ml であり, 使用した抗菌剤の濃度範囲は Table 1 に示した. これを 37 C の嫌気環境で 48 時間保存し, 酪酸菌の発育の有無を肉眼で観察した. なお, 試験は 7 回行い,3 回以上同じ結果が得られたものを採用した. 感受性試験の結果は, 使用したすべての濃度で酪酸菌が育った場合, 酪酸菌がその薬剤に対して耐性 (R), すべての濃度で育たなかった場合, 酪酸菌がその薬剤に対して感受性 (S), その中間 (I) の 3 段階に分けた 抗菌剤濃度希釈後の酪酸菌の生存確認上記の分類において感受性試験の結果が S 又は I であった各薬剤において MIC の菌液を,GAM 液体培地を用いてそれぞれ 2 倍,4 倍,8 倍に希釈した. Table 1. Concentrations of Used in This Study Concentration ranges Concentration ranges PCG S/A 0.12/0.25 2/4 ABPC VCM CEZ MINO CTM CLDM CTRX CAM CFPM AZM CCL LVFX 1 4 CFPN MFLX IPM GFLX MEPM ST 9.5/0.5 38/2 希釈した菌液は 96 穴プレートにて 37 C の嫌気環境で培養し, 酪酸菌の発育の有無を 12 時間後,24 時間後,48 時間後に肉眼で観察した. なお, 試験は 4 回以上行い,2 回以上同じ結果が得られたものを採用した. 4. 芽胞形成有無の確認抗菌剤存在下における酪酸菌の芽胞形成の有無を調べるため, 酪酸菌に対する各々の抗菌剤の MIC にて培養した菌液について, 芽胞染色 (M äollerの法 ) 6) を行った. 使用薬剤は時間依存性, 濃度依存性の作用機序の違いを考慮し, それぞれ代表的な薬剤である PCG, LVFX とした. 同様の試験を耐性乳酸菌についても行った. 結 1. 薬剤感受性試験酪酸菌に対する各種抗菌剤の MIC 測定結果を Table 2 に示す.S であったものが 10 種類,I であったものが 7 種類,R であったものは 3 種類のみであった. この結果を抗菌剤の系統別に分類すると,S はマクロライド系の AZM, フルオロキノロン系の LVFX 等,I が b-ラクタム系の PCG 等でみられ, 耐性乳酸菌製剤の適応がないグリコペプチド系の VCM は R であった. 2. 抗菌剤濃度希釈後の酪酸菌の生存確認薬剤感受性試験の結果が S 又は I であった場合, その薬剤の MIC の菌液を希釈し, その後の増殖に必要な希釈倍率と時間をまとめた結果を Table 3 に示 果

3 No Table 2. Categories, Action Mechanisms 7) and MICs against Butyric Acid Bacteria of Used in This Study Categories Action mechanisms MIC Judgment PCG 0.12 I ABPC 0.12 S CEZ 0.5 S CTM >2 R CTRX 1 I Betalactam Inhibit cell CFPM 2 I wall synthesis CCL 1 I CFPN 0.25 S IPM 2 I MEPM 0.25 I S/A 0.12/0.25 S Glycopetide VCM >1 R Tetracycline MINO 0.12 S Lincomycin Inhibit protein CLDM 0.12 S synthesis at ribosome CAM 0.12 S Macrolide AZM 0.12 S Fluoroquinolone Inhibit nucleic acid synthesis Trimethoprim- Inhibit folic Sulfamethoxazole acid synthesis combination LVFX 1 S MFLX 0.5 S GFLX 0.5 I ST >38/2 R Table 3. EŠect of Dilution on Growth of Butyric Acid Bacteria Treated with Antibiotics at MIC for 48 h Judgment I S Dilution ratios and incubation times necessary for vegetative growth Dilution ratios Incubation time (h) PCG 4 24 CTRX CFPM 4 12 CCL 2 24 IPM 2 12 MEPM 4 24 GFLX 4 12 ABPC CEZ S/A CFPN LVFX 8 12 MFLX 2 12 MINO CLDM 8 12 CAM 4 12 AZM 4 12 Action mechanisms Bacteriocidal Bacteriostatic す. 表中において, 再増殖に必要な希釈倍率 時間の欄が空白の薬剤は, 抗菌剤濃度を希釈しても酪酸菌が発育しなかったものである. 抗菌薬は殺菌的に作用する殺菌性抗菌薬と, 発育の抑制はするが殺菌はしない静菌性抗菌薬とに分かれる. タンパク合成阻害薬が静菌性抗菌剤に該当し, 今回使用した薬剤では MINO, CLDM, CAM, AZM が該当する. それ以外の薬剤は殺菌性抗菌薬である. 結果を見ると,MINO を除く静菌性抗菌薬では発育を抑えられていた酪酸菌の再増殖が認められた. また, 殺菌性抗菌薬では b-ラクタム系で判定が S であった薬剤を中心に, 再増殖できなかったものが多くみられたが, 耐性乳酸菌製剤の効能効果に記載がない FQs ではすべての薬剤において再増殖することが確認できた. 3. 抗菌剤存在下における酪酸菌芽胞形成の様子 PCG 及び LVFX の酪酸菌に対する MIC( それぞれ 0.12 mg/ml, 1 mg/ml) において, 酪酸菌はそ れぞれ芽胞形成していることが確認できた (Fig. 1). 一方, 耐性乳酸菌はこれらの抗菌剤に対して生菌数が減少したほか, 一部で細胞膜が破れ, 溶菌していると考えられた (Fig. 2). 考察抗菌剤投与に起因する下痢予防を目的として, 耐性乳酸菌製剤整腸剤が汎用されているが, それらが上市された以降に開発された新規抗菌剤に対する感受性は明らかではない場合がある. 1) 本研究で注目したのは, 芽胞を形成する酪酸菌 (Clostridium butyricum) を有効成分とした生菌整腸剤である. 2) 本製剤中の酪酸菌は人為的に耐性を付与されてはいないものの, 芽胞形成菌であるため抗菌剤の影響を受け難く, 下痢発症の予防 治療に有用性が認められている. 1) 佐藤らの報告によると, ラットを用いた酪酸菌製

4 852 Vol. 132 (2012) Fig. 1. Spore Formation of Butyric Acid Bacteria Vegetative cells are stained blue, and spores are stained red. (a) Butyric acid bacteria (intact). (b) Butyric acid bacteria under the MIC of PCG. (c) Butyric acid bacteria under the MIC of LVFX. Fig. 2. Spore Formation of Antibiotic-resistant Lactic Acid Bacteria Vegetative cells are stained blue, and spores are stained red. (a) Antibiotic-resistant lactic acid bacteria (intact). (b) Antibiotic-resistant lactic acid bacteria under the MIC of PCG. (c) Antibiotic-resistant lactic acid bacteria under the MIC of LVFX. 剤投与後の腸管内動態についての検討において, 酪酸菌は投与 30 分後には小腸の上部から中央部で発芽し, 投与 2 時間後には分裂増殖を始めることが確認されている. 8) これは, 酪酸菌が消化管内において抗菌剤に曝露される時点では発芽状態である可能性が高いことを示している. そのため今回,in vitro における薬剤感受性試験は発芽状態の酪酸菌に対して行った. 酪酸菌に対する各種抗菌剤の MIC を測定した結果 (Table 2) より, 酪酸菌が感受性 (S) を示した薬剤が 20 種類のうち 10 種類, 中間 (I) であった薬剤が 7 種類であった. したがって, 酪酸菌は多くの薬剤に対して感受性を示すことが明らかとなった. これは耐久型の芽胞に対してではなく, 発芽後の酪酸菌に対して薬剤感受性試験を実施したためと考えられた. 耐性乳酸菌製剤は新規抗菌剤に対して感受性であり, 耐性乳酸菌製剤の添付文書上記載のない抗菌剤に対しては, 酪酸菌製剤の投与が望ましいと報告されている. 1) ところが, その中でも FQs に対し, 本研究と同じ条件, すなわち in vitro における発芽状 態の酪酸菌は感受性を示すことが明らかになっており, 3) われわれの薬剤感受性試験の結果もこれを支持している. そこで今回, 抗菌剤曝露により発育が抑制された酪酸菌の菌液を希釈後再度培養し, 菌の発育の有無を調べた. Table 3 に示した抗菌剤濃度を希釈した実験の結果を見ると,MINO を除く静菌性の抗菌剤に加え, 殺菌性の FQs と一部の b-ラクタム系抗菌剤において酪酸菌が希釈後に再増殖したことが確認できた. したがって, 酪酸菌は殺菌性の抗菌剤に曝露されても, 試験した薬剤の半数以上で生存していることが示唆された. 今回再増殖が確認できなかった CTRX を除く ABPC, CEZ, S/A, CFPN, MINO については, 薬剤感受性試験において Table 1 に示した該当薬剤の最小濃度でも酪酸菌が生育しなかった. これらの菌液を希釈しても, 酪酸菌に対する抗菌剤の MIC を下回らなかった可能性がある. 酪酸菌に芽胞染色を施した Fig. 1 の結果から, 酪酸菌は抗菌剤曝露によって増殖が抑制されると芽胞形成することが明らかとなり, 酪酸菌は抗菌剤に

5 No より生育が阻害されると芽胞形成するものと考えられた. これに対して耐性乳酸菌は, これらの抗菌剤に対して生菌数の減少, あるいは一部で溶菌を起こしていることから, 殺菌性の強い抗菌剤服用時には整腸作用を発揮できない可能性があると考えられた (Fig. 2). これらの結果は, 酪酸菌が抗菌剤に曝露されても芽胞として生存しているという仮説を支持するものであり, 酪酸菌が抗菌剤の影響を受け難いことを示したマウスを用いた実験の結果 2) はある程度説明できるものと考えられた. したがって, 酪酸菌は消化管内の抗菌剤濃度が低下すると再び発芽 増殖し, 整腸剤としての機能を回復するものと考えられ, 耐性乳酸菌製剤が臨床的に無効な場合の代替製剤となり得る可能性が示唆された. REFERENCES Higuchi N., Nakashima M., Ichikawa N., Sasaki H., Yakugaku Zasshi, 126, (2006). 2) Yamasaki K., Miyagawa N., Yuzawa T., J. New Rem. & Clin., 45, (1996). 3) Goromaru T., Sasaki T., Fujii R., Ichiki T., Takahashi K., Fukunaga M., Eto S., Jpn. J. Pharm. Health Care Sci., 34, (2008). 4) Gotoh S., Chemotherapy, 38, (1990). 5) Nagayama A., Jpn. J. Chemother., 56, (2008). 6) ``Biseibutsugaku Jisshu Teiyou,'' ed. by Alumni Association, the Institute of Medical Science, the University of Tokyo, Maruzen Co., Ltd., Tokyo, 2006, pp ) Watanabe A., ``Today's Antibiotic Therapy,'' ed. by Shinkoh Igaku Shuppansha, Tokyo, 2009, pp ) Sato R., Tanaka M., Microbiol. Immunol., 41, (1997). 1) Egashira K., Kitahara T., Kashiwagi K.,

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