マサチューセッツ州のロックダウン – 蚊研究が思っている以上に重要な理由

マサチューセッツ州のプリマス町は、公園や野原を閉鎖し、夜間ロックダウンを実施しています。一方、当局は蚊が媒介する稀ながら致命的な疾患である東部馬脳炎（EEE）への対応として、屋外の夜間外出禁止を推奨しています。

数週間前、マサチューセッツ州の保健当局は、2020年以降初めてのヒト感染例が確認されたと発表しました。

先週末、プリマスは馬がこの疾患に感染したことを受け、日没から夜明けまで公共の屋外レクリエーション施設の閉鎖を宣言しました。他の町でも、当局が他の4つの都市も「危機的リスク」にあると警告したため、9月末まで夜間の外出を控えるよう呼びかけています。

州全体の住民には、蚊除けを使用し、溜まった水を排除するようさらに推奨されています。これは、オックスフォードで男性がウイルスに感染し、家族が「たとえ生き延びても、ひどい身体的・精神的影響がある」と報告したことを受け、町長のジェニファー・カラハンが述べたものです。

「ベイステート」ことマサチューセッツ州でのウイルスの存在は、先月の蚊サンプルで実際に確認されました。コネチカット州とロードアイランド州の蚊サンプル検査でもEEEが陽性と判明しています。また、今年はマサチューセッツ州に加えて、ニュージャージー州とバーモント州でもヒトのEEE感染例が報告されています。

2019年、マサチューセッツ州でのアウトブレイクでは、確認された12例のうち6例が死亡し、その後も追加の症例が続きました。

州の公衆衛生局は、マサチューセッツ州では10〜20年ごとにEEEのアウトブレイクが発生し、2〜3年間続くと述べています。

EEEには治療法もワクチンもありません。疾病管理予防センター（CDC）によると、感染者の約30％が死亡し、生存者はしばしば永続的な障害を抱えることが多いです。

このウイルスは頭痛、発熱、嘔吐、下痢、眠気、痙攣、行動変化を引き起こすことがあります。しかし、感染した多くの人は症状を示さず、さらに全世代がEEEに罹患しやすいものの、15歳未満と50歳以上の人が最もリスクが高いです。

米国では、CDCのデータによれば、毎年報告されるEEEの症例はごく少数で、主に東部やメキシコ湾岸の州で見られます。

この疾患は実際には鳥類に広く見られ、人間も感染することはありますが、感染を他者に広げることはありません。この致死性ウイルスは通常、感染した蚊に刺されることで人間に伝わります。

これは蚊が問題を引き起こす初めてではありません。実際、蚊は過去20万年にわたり地球上の人口の半数の死因となってきました。

私たちが以前の記事で報じたように、蚊はこの惑星に10億年以上存在し、2019年には驚異的な100兆匹に達しました。これらの数は今後増加する見込みです。都市化や不十分な蚊駆除対策が原因で将来的に増加すると予測されています。気候変動も温暖で湿度の高い環境を好む蚊の増殖を後押ししています。

膨大な個体数と致死性疾患の拡散における役割を考えると、蚊の機能をより深く理解し、効果的な予防策を探ることが極めて重要です。最新の研究はまさにこの目的を目指しています。

蚊が人間を追跡する方法：赤外線検知の役割

蚊が媒介する疾患は毎年数億人に影響を及ぼし、特にヒトスジシマカ（Aedes aegypti）は黄熱病、デング熱、ジカ熱のウイルスを運ぶ主要なベクターです。また、毎年1億件以上のデング熱症例の原因でもあります。

別の種であるハマダラカ（Anopheles gambiae）はマラリア原虫を媒介し、世界保健機関（WHO）によれば毎年40万人以上の死亡者を出す致命的な疾患です。この分野の治療研究はノーベル賞を受賞するほど重要視されています。

これらの数字は蚊を「我々最も致命的な捕食者」と呼ばせましたが、実際にどのようにしてそれを実現しているのでしょうか？1世紀以上にわたり、科学者は蚊が宿主を見つける方法を研究してきました。その結果、蚊は距離に応じて異なる感覚を使い情報を収集していることが分かっています。

カリフォルニア大学サンタバーバラ校（UC Santa Barbara）の研究者は、蚊が宿主を特定する重要な手がかりを発見しました。その手がかりは宿主の位置と生化学的な作用メカニズムに関わります。

その手がかりは赤外線検知です。これは夜間ビジョンカメラや宇宙ミッション、分光分析、炎センサー、ガス分析装置のコアコンポーネントでもあります。

蚊は生まれつき宿主を探す能力を持っています。雌蚊は卵の発育に血液が必要で、皮膚の匂い、視覚情報、呼気中のCO2など複数の手がかりを統合して探します。これらの手がかりは異なる距離で感知されます。

最新の研究は、Natureに掲載され、Aedes aegyptiが人間を見つける際に新たな手がかりを利用していることを示しています。この種はターゲットから放射される赤外線（IR）を感知し、他の手がかりと組み合わせて中距離での高効率なナビゲーションに利用しています。研究は次のように述べています：

「熱赤外線放射が卓越した中距離指向性手がかりであるという認識は、蚊が宿主を極めて効果的に見つけ出す仕組みへの理解を拡げます。」

研究は約3,500種の蚊の中から「人間の宿主を見つける能力が特に優れている」Aedes aegyptiを選び、同研究の共同第一著者でUCSBのクレイグ・モンテル教授研究室に所属するポスドク研究者ニコラ・デボーベンは、蚊がどのようにこれを実現できるかを説明しました。

この侵入性の蚊種はフラビウイルスを媒介し、出血熱や脳炎など致死的な症状を引き起こすRNAウイルスで、世界人口のかなりの割合に影響を与えます。

単一の刺激だけに頼るのではなく、蚊は複数の手がかりを統合して人間を探し、そこへ向かってナビゲートします。

ある手がかりを使用すると、他の宿主由来の刺激に対する感受性が高まります。例えば、呼気中のCO2を感知すると運動活動が活発になり、視覚手がかりへの感受性が上がります。ただし、各手がかりには限界もあります。

Aedes aegyptiは視覚 acuity が低く、宿主の識別に限界があります。嗅覚手がかりは風や宿主の急速な動きに左右され、追跡が妨げられます。

そこで研究者は、より信頼できる指向性手がかりを探し、赤外線放射にたどり着きました。蚊が皮膚表面に近づくと（約10cm以内）熱上昇を感知し、着地時に温度を測ります。

他の動物、例えばピットバイパーや吸血コウモリが温かい獲物の熱赤外線を感知できることから、Aedes aegyptiも同様の能力を持つかどうか調べるのは自然な流れでした。

実験では、雌蚊を2つのゾーンがあるケージに入れました。両ゾーンは人間の呼吸と同濃度のCO2と人間の匂いを提供しましたが、片方のゾーンは皮膚温度と同じ温度のIR光源も加えました。研究者は蚊が血管を探すかのように探査を開始した数をカウントしました。

34℃の熱IR光源を加えると、蚊の宿主探索活動は2.5フィート（約0.76m）先まで有効に二倍になりました。

「この研究で最も印象的だったのは、IRがどれほど強力な手がかりになるかということです。すべてのパラメータを正しく設定した結果、結果は明白に示されました。」

– DeBeaubien

過去の研究では熱赤外線が蚊の行動に影響を与えることは見逃されていましたが、シニア著者のクレイグ・モンテルは、手法の違いが原因かもしれないと考えています。科学者は赤外線信号だけを提示して熱IR効果を分離しようとすることがあります。

単一の手がかりだけでは蚊の宿主探索活動を刺激できず、他の手がかりと組み合わせたときにのみ効果が現れる、とモンテルは述べています。モンテルはNSF大統領若手研究者賞とDuggan & Distinguished Professor of Molecular, Cellular, and Developmental Biologyを受賞しています。

熱赤外線放射に関して言えば、蚊は可視光と同じように検知できません。IRエネルギーは動物の目で可視光を感知するロドプシンタンパク質を活性化するには低すぎるからです。

では、どのように機能するのでしょうか。ここで蚊の触角が関与します。触角の先端には熱感知ニューロンがあり、研究チームがこれらの先端を除去すると、蚊はIR検知能力を失うことが確認されました。

TRPA1という温度感受性タンパク質が触角の先端に存在することが別の研究室で見つかっています。UCSBチームは、機能的なtrpA1遺伝子がない蚊はIRを感知できないことを観察しました。

したがって、蚊はTRPA1を使って赤外線を感知します。しかしそれだけではありません。温度上昇に敏感な数種のロドプシンも同じ触覚ニューロンで発現しており、これが長距離でのIR検知を可能にしています。

研究チームはTRPA1をノックアウトすると蚊のIR感受性が失われることを示しました。一方、ロドプシンに問題がある蚊は完全に感度が失われるわけではなく、感度は大幅に低下しました。

研究結果は、強い熱IRが直接TRPA1を活性化し、低レベルの熱IRはロドプシン（Op1とOp2）を活性化して間接的にTRPA1を刺激することを示しています。皮膚温度が一定であるため、TRPA1の感度が増幅され、蚊のIR感知範囲は約2.5フィートまで拡大します。

この発見により、研究はこの引力を妨げる戦略やより効果的な餌の設計に役立つ可能性を高めることを目指しています。デボーベンは次のように述べています：

「小さな体格にもかかわらず、蚊は他のどの動物よりも多くの人命を奪っています。我々の研究は蚊が人間を標的とするメカニズムの理解を深め、蚊媒介疾患の伝播を制御する新たな可能性を提供します。」

蚊駆除の革新的アプローチ：未来がもたらすもの

約1年前、ジョンズ・ホプキンス・マラリア研究所の研究者らは、Aedes aegyptiの生物学を研究しました。彼らはデング熱ウイルス、ジカウイルス、黄熱病ウイルス、マヤロウイルス、チクングニアウイルスに感染した際のAedes aegyptiの免疫応答の主要因子を詳細に解析し、致死的ウイルスの人への伝播を減少させる新たな手法の開発を目指しました。

この蚊種はウイルスに感染しても致死せず、通常の吸血を続けるため、ウイルスを私たちに伝えることになります。これらの蚊がウイルスに感染しても健康でいられる要因はArgonaute 2タンパク質です。

蚊において、このタンパク質は小干渉RNA（siRNA）経路の重要な抗ウイルス機構の一部であり、ウイルスRNAを認識・破壊します。

Ago2遺伝子を欠損したAe. aegyptiはsiRNA経路が障害され、ウイルス感染が重症化します。その結果、蚊のウイルス伝播能力は劇的に低下し、感染後数日で死亡します。

siRNA抗ウイルス経路が障害されるだけでなく、Ago2に依存するDNA修復とオートファジーの二つのプロセスにも欠陥が生じ、感染蚊は広範なDNA損傷、過剰感染、細胞死時の分子廃棄物蓄積を示します。

この発見は、蚊をウイルス感染に対して耐性が低く、感染に弱くなるように設計し、病原体伝播能力を損なう新たな戦略への道を開きます。

研究チームは現在、Ae. aegyptiを遺伝子操作し、マラリア感染に対して病弱化させる新たな疾病制御戦略の可能性を検証中です。

このような研究は血液凝固問題の解決にも応用でき、以前報告したように研究者は蚊に見られる分子を模倣した合成分子を実際に作成しました。これは蚊の生物学をより深く理解することで初めて可能になる成果です。

さらに、先月の興味深い研究では、蚊が人間の血液を欲しがる理由を探りました。何がそのメカニズムなのか？ジョージア大学アテネス校の昆虫学者マイケル・ストランドは、二つのホルモンが協調して血液欲求を活性化または抑制することを発見しました。

雌蚊は卵の発育のために血液を吸い、満腹になると卵を産むまで食欲がなくなります。

研究中、ストランドは宿主探索時に腸ホルモンF(NPF)のレベルが急上昇し、血餌が終わると急激に低下することを観察しました。

さらにストランドは腸内分泌細胞を解析し、NPFレベルが血餌前にピークに達し、6時間後に低下することを確認しました。NPFレベルは蚊の人間への関心を左右し、血餌後は人間血に興味を示さず、卵を産んだ後に再び血を求めます。

もう一つの腸ホルモンRYamideも血液欲求に影響し、NPFが低下するとRYamideが上昇し、逆もまた然りです。したがってNPFとRYamideは共に蚊の人間や他の宿主への引力を促進・抑制します。

この発見により、新しい方法や殺虫剤が開発され、蚊の繁殖と疾病伝播を防止できることが期待されています。

致死性疾患の拡散リスクを減らすため、研究者は化学薬品を使用しない完全自動化機械の導入も検討しています。大規模な殺虫剤散布は人間や有益な昆虫（蝶やミツバチ）に害を及ぼします。

そこで研究者は、ロボット装置を開発し、雄と雌の蛹を正確に識別して別々の容器に分別できるようにしました。この研究は侵入性蚊の種を対象としています。

「これらの技術の拡大利用は、現在主に殺虫剤に依存している蚊駆除に比べ、環境へのプラス効果が非常に大きいでしょう。」

– 研究共同著者 ジェレミー・ブイヤー

では、蚊問題に積極的に取り組んでいる2社を見てみましょう。

#1. Thermo Fisher Scientific 

Thermo Fisher Scientific (TMO ) は、ベクター制御や蚊が媒介する疾病管理のための診断ツールや技術を提供する主要な先端科学ソリューションプロバイダーです。ジカ、デング、マラリアなどの蚊媒介疾患の研究と追跡に必要な機器を提供しています。

#2. Precigen, Inc. (Previously known as Intrexon Corporation)

Precigen は、蚊の個体数削減と蚊媒介疾患の伝播抑制を目的とした遺伝子組換え蚊を開発しています。これには、デング熱やジカ熱の対策として各地で放飼されたOxitec蚊が含まれます。

結論 

蚊は世界で最も致命的な動物であり、毎年他のどの生物よりも多くの人命を奪っています。デング熱、マラリア、黄熱病、ジカ熱、チクングニア熱、西ナイル熱、リンパ系フィラリア症などのウイルスや寄生虫を媒介します。

10億人がこれらのウイルスに感染している一方で、世界的な旅行、気候変動、都市化が蚊の個体数増加と世界的拡散を促進しています。したがって、科学者は蚊をより深く理解し、個体数削減と蚊媒介疾患との闘いを強化して、より健康な世界を実現する必要があります。

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