蚊媒介性疾患と闘うシンガポールの新計画：虫に感染する細菌

この記事はもともとUndarkに掲載されたものです。

シンガポールの国立環境庁では、発酵した砂糖の匂いが漂う飼育室のプラスチックの箱の中で、100万匹以上の蚊がブンブンと飛び回っている。刺さないオスの蚊は野生では植物の汁を食べて育つが、ここでは砂糖水を食べて育つ。一方、メスの蚊は、水が張られたトレーに半分浸かった紙のような細長い布の上に卵を産む。毎週、この施設の蚊は2400万個の小さな黒い卵を産む。

NEA の蚊はすべてネッタイシマカで、デング熱を含むウイルスを人間に感染させる種である。デング熱は世界的に脅威が高まっており、一部の推計によると、毎年 1 億から 4 億人が感染し、約 21,000 人が死亡している。しかし、飼育されているこれらの昆虫は病気にかかっておらず、ウイルス性疾患の蔓延を阻止するために飼育されている。具体的には、NEA 研究室の昆虫はボルバキアと呼ばれる細菌に感染しており、この細菌は次世代の蚊に伝染する。

ボルバキア菌は自然界に遍在しており、蝶やスズメバチからミツバチ、トンボ、一部の蚊まで、昆虫種の 60% に見られます。しかし、この細菌はネッタイシマカには自然には存在しません。科学者がネッタイシマカにボルバキア菌を感染させると、昆虫はデング熱を人間に容易に感染させなくなります。さらに、状況によっては、この細菌が蚊の繁殖能力を妨げることもあります (これらの変化の背後にある正確なメカニズムは完全には解明されていません)。

ボルバキアをベースとした昆虫駆除法は、10年以上にわたって世界中の国々で使用されており、多くの場合、蚊が原因の病気の発生率を低下させてきた。しかし、科学者たちは、これらの方法を大規模に適用する最善の方法をまだ研究しているところだ。ボルバキアに感染した昆虫は大量生産が難しく、NEAの研究者たちは、以前は手作業で行われていた手順の一部を自動化することで対応した。それでも、「100か国以上の何万もの町や都市に住み、デング熱の危険にさらされている数十億の人々」をカバーするのは難しいだろうと、非営利の世界蚊プログラムの生産開発および供給担当ディレクター、ジェレミー・ジル氏はUndarkへの電子メールでの回答で述べた。

WMP と他の研究機関は、ボルバキアをベースとした別のアプローチを採用している。これは、実験室で飼育された昆虫をそれほど大量に必要としないアプローチである。これまでのところ、このアプローチは効果的で費用対効果が高いが、デング熱が細菌を回避するように進化する可能性など、長期的な結果を観察するにはさらに時間が必要である。

こうした困難にもかかわらず、シンガポール当局はデング熱対策にボルバキアを試すことに前向きだ。デング熱は、都市環境と温暖な気候を好むネッタイシマカにとって絶好の繁殖地となっているこの人口密集都市国家でよく見られる疫病だ。シンガポールの国立環境庁は数十年にわたりこのウイルスと闘っており、殺虫剤を散布し、人々に刺されないように助言し、家庭内で蚊が繁殖するのを防ぐための詳細な指示を与え、それに従わない人には罰金を科している。しかし、こうした取り組みは暴走列車を追うようなものだと専門家は言う。だからこそ、政府はボルバキアに頼ったのだ。

2016年以来、NEAの科学者らはシンガポール各地にボルバキアを媒介するオスの蚊を放っている。このプログラムは小規模に始まったが、2019年までにNEAは1週間あたり最大200万匹の蚊を放っていた。自動化により、その数は2022年には1週間あたり500万匹にまで増加した。これまでのところ、介入現場では、野生のネッタイシマカの個体数が劇的に減少し、デング熱の感染も大幅に減少している。

蚊が蚊の飼育室で卵を産みつけたら、NEA の研究者は数百万個の小さな黒い点を廊下を通って孵化場へと運びます。孵化場は明るく、暑く、湿気が多く、魚の臭いがする場所です。卵は水が入った小さなトレイに置かれ、孵化して幼虫になるのを待ちます。

ボルバキアに感染したオスの蚊を地域社会に放つことで、シンガポールは在来蚊の個体数を抑制することを目的としたプロトコルに従っている。こうしたオスが地元のボルバキアに感染していないメスと交尾すると、メスは孵化しない卵を産み、やがて蚊の数は減少する。この抑制方法は巧妙である。偶然にも、そしてよく理解されていない理由で、蚊は両方のパートナーがボルバキアに感染していると繁殖に成功する。これを防ぐために、NEAの科学者はオスを放つ前にメスをオスから隔離している。

しかし、まず幼虫を数えて、それぞれ正確に26,000匹の幼虫が入った大きなトレイのラックに移す必要がある。正確な数は飼育環境を一定に保つために重要であり、当初はNEAのスタッフが孵化した幼虫をすべて手作業で数えていた。NEAの上級研究員であるDeng Lu氏によると、鋭い観察力を持つ研究助手がわずか4,000匹の幼虫を数えるのに2時間かかったという。現在では、この集計は自動化されている。何百万匹もの幼虫を機械に流し込むと、数分以内にトレイ1つを満たすのに必要な26,000匹を数えてくれる。

新しくて大きなトレイに入れられた幼虫は、水温 80 度で飼育され、魚粉、炭水化物、脂肪 (匂いの元) のカスタマイズされた混合物が与えられます。自然界では、オスの蛹は一般的にメスよりも小さいですが、その差は大きくなく、オスとメスの区別が難しい場合があります。この問題を解決し、性別による区別を少し​​簡単にするために、NEA の科学者は幼虫の飼育プロセスを完璧にしました。メスとオスのサイズが可能な限り異なるようにするには、餌、温度、湿度を完全に一定に保つ必要があると Deng 氏は言います。

かつては、雄の蛹と雌の蛹を分ける作業も手作業で行われていましたが、これは面倒で間違いが起きやすい作業でした。しかし現在、NEA の科学者たちは、蛹の性別選別機という別の新技術の助けを得ています。この装置では、一連の蛹をスキャンすることからプロセスが始まります。基本的には、各蛹の写真を撮り、その測定値を収集します。次に、AI ベースのコンピューター システムが分布曲線と呼ばれるグラフの一種を描画します。ここまでの作業がすべて正しく行われていれば、画面上のグラフには 2 つのはっきりと分かれたピークが表示されます。左側の小さな上向きの曲線は雄を示し、右側の大きな隆起は雌を示します。

科学者は、2 つのピーク間の距離を測定することで、特定の蚊の群れにおけるオスとメスのサイズ差を計算できます。「この群れでは、オスとメスの距離は約 200 ミクロンです」と Deng 氏は言います。「したがって、メスの分離は実際に可能です。」200 ミクロンの距離に基づいて、彼は小さい蛹だけが通過できるふるいを取り、ミニ冷蔵庫のような形をした白い機械である選別機に挿入しました。蛹が流し込まれた後、メスはふるいの上に留まり、オスは下の容器に通り抜けます。このプロセス全体にかかる時間は約 10 ～ 12 分です。

ボルバキアに感染した雄の蚊を放ってデング熱と闘っているのはシンガポールだけではない。カリフォルニア州フレズノで試験的に放つ蚊を飼育したベリリー・ライフ・サイエンシズ（旧グーグル・ライフ・サイエンシズ）の施設では、AIと自動化の助けを借りて、1週間に300万匹近くの雄を生産できる。中国広州にある世界最大の蚊工場では、その10倍もの量を生産できる。

自動化と AI により、一部の研究所では大量の蚊を生産できるようになったかもしれないが、こうしたツールは安価ではない (NEA は予算を明らかにしなかった)。これが、多くの取り組みで、性別選別を必要とせず、工場で飼育された蚊の数を減らすことができる、集団置換と呼ばれる、ボルバキアをベースとした別の方法が採用されている理由の 1 つである。この方法は、在来の集団をデング熱を伝染させない集団に置き換えることを目的としている。

科学者たちはまず、オスとメスの両方の蚊にボルバキアを感染させる。科学者たちにはまだ理由がわかっていないが、この細菌はデング熱を含む特定のウイルスを媒介するメスの能力を弱める。インドネシアのジョグジャカルタ市で行われた非ランダム化研究では、個体群置換プロトコルを開始してから2年後、介入地域のデング熱発生率は対照地域と比較して73パーセント減少したことが示された。ブラジルで行われた同様の研究では、デング熱発生率が69パーセント減少し、チクングニア熱と呼ばれる別のウイルスの症例が56パーセント減少したことが示された。

オスの蚊は刺さないのでデング熱を広めることはできないが、それでもオスにボルバキアを感染させ、感染したメスと一緒に放つことが重要だ。ボルバキアのオスが野生の感染していないメスと交尾しても卵は孵らず、時間が経つにつれて、実験室で飼育されたメスと競争する感染していないメスの数は減る。同時に、ボルバキアのメスが野生のオスと実験室で飼育されたオスの両方と交尾すると、卵は孵り、子孫がボルバキアを運ぶ。最終的には、在来のネッタイシマカの個体群が細菌に感染した個体で構成されるようになることが期待されている。

性別による選別が不要なため、シンガポールのアプローチよりもシンプルになります。

さらに、蚊の個体群を置き換えるには、実験室で培養された蚊の数がかなり少なくて済む。「目的は、蚊の個体群を抑制することではなく、ボルバキアをその個体群に拡散させることです。そのため、放出する必要のある蚊の数は、オスのみの抑制プログラムの場合よりも桁違いに少なくなります」と、グラスゴー大学の微生物学および熱帯医学教授、スティーブン・シンキンス氏は述べた。

ジョグジャカルタ市の研究では、7か月間に放出された蚊の数はわずか170万匹だったが、シンガポールでは毎週500万匹だった。そのため、この方法はより安価である。「予算、特に医療予算が限られている場合、放出の規模が小さいため、私たちは間違いなく交換アプローチを推奨します」とシンキンス氏は述べた。

代替法の採用を容易にするもう 1 つの理由は、それが自立的に機能するように設計されていることです。「正しく実行すれば、放出は目立たない期間で、その後は停止できます。ボルバキアは高い安定した頻度で存在し、そこに留まり、デング熱の感染を長期間ブロックします」とシンキンス氏は言います。デング熱対策としてボルバキアを蚊に放出した世界初の代替プロジェクトが 2011 年に実施されたオーストラリアでは、9 年経ってもこの細菌はネッタイシマカの個体群の中で安定していました。

置き換え方法がシンプルで手頃な価格であることは、ブラジル、メキシコからベトナム、オーストラリアまで12カ国でボルバキアプログラムを立ち上げた世界蚊プログラムがこれを選んだ理由の一つだ。「私たちは生産プロセスを可能な限り簡素化することを目指しています」とジル氏は電子メールで述べた。「プログラム全体を通じて自動化を最小限に抑えるよう努めています。」

では、なぜシンガポールは抑制方法を選択したのでしょうか。NEA 環境衛生研究所所長の Ng Lee Ching 氏によると、理由の 1 つは刺されの問題です。蚊の個体群を置き換えるには、研究者は厄介なメスの蚊を放つ必要があります。「私たちの人々は蚊に刺されることに慣れておらず、嫌がります。そのため、置き換えアプローチに対する国民の受け入れ度はそれほど高くないと思います」と彼女は言いました。数十年にわたって島でさまざまな蚊駆除プログラムが実施された結果、シンガポール周辺を飛び回る蚊はもはやほとんどいません。そして、蚊の群れに襲われたことがある人なら誰でも明らかな理由から、地元住民は蚊を再び持ち込むことに熱心ではありません。

11 月のある朝、マシュー・バーカイク氏はシンガポールの町イーシュンに到着し、実験室で飼育された雄のネッタイシマカ約 4,400 匹を放した。イーシュンはかつてデング熱のホットスポットで、蚊があふれていた。6 年間の放流を経て、現在、地元のネッタイシマカの個体数は 98% も減少し、デング熱の症例は 88% 減少している。「ビフォーアフターは非常に驚くべきものです」と、国立環境庁の上級研究員であるバーカイク氏は言う。「『ちょっと待って。蚊がいない。何が起きているんだ?』と気づくまで、注意を払いません」

彼は、それぞれ約200匹のボルバキアに感染した雄が入った22個の黒い容器が入ったバスケットを手に取り、12階建てのアパートの裏にある最初の放出地点まで歩いた。場所はランダムではなく、ヴェルカイクはこれらの場所を慎重に選んだ。一般的に、彼は住民1人あたり約6匹の蚊を放出し、1階だけでなく高層階でも建物の脇で等間隔に放出した。

建物のゴミ捨て口のそばに立っていたヴェルカイクさんは容器をつかみ、蓋を開けて振った。すると虫が小さな黒い塊となって現れた。容器を数個開けると、蚊はブンブン飛び回り、壁に止まり、いたるところにいた。このプログラムは地域から強い支持を得ているため、概して地元住民は気にしていないようだ。2021年の調査では、92パーセントの世帯が近隣地域での放出に懸念はないと回答した。

シンキンス氏によると、メスが噛むという問題にもかかわらず、代替プロジェクトは一般市民に歓迎される傾向があるという。「デング熱の感染率が高い地域をターゲットにしてきたことが主な理由だと思います」と同氏は言う。「他の対策がまったく効果がなかったため、地域社会の受け入れは非常に良好です」

しかし、シンガポールが人口置換ではなく抑制方法を選択した理由は、蚊に刺されることを減らすことだけではない。もう1つの理由は、ウイルスの進化の潜在的なリスクだとン氏は述べた。新型コロナウイルスと同様に、デング熱は比較的急速に進化するRNAウイルスによって引き起こされる。置換地域には依然として多くの蚊がおり、少数の蚊に散発的なデング熱感染が発生するリスクが常にある。このような画期的な感染は、デング熱ウイルスが進化して細菌に適応する機会を与える可能性がある。

ウイルスの進化は、一部の専門家を懸念させている。「それはリスクです」と、世界蚊プログラムを所有するオーストラリアのモナシュ大学の微生物学研究員、キャット・エデンボロー氏は述べた。「これは私たちが積極的に調査するものです」。しかし、人から人へと感染しながら進化する可能性があるSARS-CoV-2とは異なり、デング熱は蚊と人間という2つの種を宿主として必要とすると彼女は指摘した。エデンボロー氏によると、これによりウイルスの進化が遅くなるはずだ。研究者がデング熱ウイルスをボルバキアに感染したネッタイシマカの細胞に10回通した最近の研究では、ウイルスが適応する兆候は見られなかった。

ボルバキアプログラムはここ数年で勢いを増しているが、まだやるべきことはたくさんある。科学者たちは、ボルバキアが蚊の体内でどのように機能するのか、どのように進化するのか、そしてボルバキアがウイルスを撃退させるのかどうかを正確に理解したいと考えている。また研究者たちは、ボルバキアがマラリアなどの他の病気と戦うのに役立つかどうかも知りたいと考えている（可能性があるという兆候もある）。世界保健機関は、2030年までにデング熱の発生率を2016年比で60％削減するという目標を掲げている。「その目標に到達するには、できることはすべて活用する必要がある」とエデンボロー氏は語った。

更新: この記事の以前のバージョンでは、シンガポールの国立環境庁のオスの蚊はメスの蚊から選別された後にボルバキアに感染していると誤って記載されていました。実際には、オスは選別される前に細菌に感染していました。記事は訂正されました。

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