コロナウイルスの1年後のパンデミック、それがどのように広がるか、感染するか、病気になるかについて科学者が知っていること

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SARS-CoV-2

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The coronavirus at 1: A year into the pandemic, what scientists know about how it spreads, infects, and sickens

www.statnews.com/2020/12/14/portrait-of-the-coronavirus-at-1/

パンデミックの背後にあるコロナウイルスは、いくつかの厄介な二面性を示している。

コロナウイルスは、病院に患者を大量に送り込み、160万人以上を死亡させたほど危険だが、ほとんどの人にとってはそれは無視できるほど軽度だ。免疫系の片腕をブロックして反応しないようにするが、他の部分を危険なハイパードライブに誘い込む。それは気道の高いところにある細胞(鼻やのどなど)に住み着くだけでなく、肺の奥深くにも潜り込み、人々を病気にすることなく感染力を最大限に高めている。

「ちょうどいいスポットにはまりこんでいる」と、スクリプス研究所の感染症専門家であるクリスティアン・アンダーセン氏は述べている。


大パンデミックから 1年が経ち、STATは、ウイルスが世界中で猛威を振るったことで科学者たちが学んだことに基づいて、SARS-CoV-2の概要を発表している。

ウイルスがどのようにして細胞を破壊し、体の第一次攻撃を回避するのか。人々が気分が悪くなる前に、どのようにして感染が広がるのか。パンデミックの黎明期からどのように変化してきたのか、そして何かあるとすれば、それは何を意味するのか。COVID-19と呼ばれる病気の原因となる雑食性が、肺だけでなく、心臓、脳、腸、そしてその先までどのように到達しているのか。

このウイルスがどのようにして被害をもたらしたかというと、他の呼吸器系ウイルスとは異なり、群衆に詰め寄るために集まって笑い、歌うために私たちの衝動を捕食し、細胞に感染して自分自身のコピーを作るための使命の飛び石としてそれらを使用している。


科学者たちがこのウイルスを略してSARS-2と呼んでいるが、基本的な生物学的な疑問から、なぜ特定の人が病気になるのかといった多面的な謎まで、SARS-2についてはまだ多くの疑問がある。しかし、時に超能力を授けられたように描かれているウイルスに対して、専門家は、SARS-2は多くの点で、まあ、ごく普通のウイルスだと指摘している。

それは、害を最小限にしたり、袖の上にあるトリックを無視したりすることではない。しかし、SARS-2は、科学者が以前に見たことのあるウイルスと多くの特徴を共有している。

シカゴ大学の疫学者で進化生物学者のサラ・コビーは、「いわば独自の性格を持っているが、何も普通とは違うものはなく、それほど奇妙なものではない」と述べた。しかし、彼女は強調した。「これはまだかなり威圧的なウイルスだ。」

SARS-2との出会い

これらのRNAウイルスは、表面から噴出する間欠泉のようなスパイクタンパク質を持っており、ヒトの細胞上のACE2と呼ばれる受容体に引っかかっている。これにより、ウイルスは細胞内に入り、細胞自身の機械の一部を引き継ぐことで、自分自身のコピーを産み出すことができる。これらの子孫はその後、細胞から飛び出し、感染するために新しい細胞を探し出す。

ウイルスを擬人化したくなるが、我々が普通に想像するような方法では、ウイルスは実際には生きていない。それらは、ルンバを複製するようなものであり、単一の目的で前進する。ただし掃除機をかけるのではなく、増殖することに執着しているのだ。

SARS-2を世界一周の旅に駆り立てた唯一の利点は- それは、気分が悪くなる前に、あるいは症状が出なくても、他の人に感染させることができるということだ。疾病対策予防センターによると、これが新規感染者の50%以上を占めている。

これは、ここ数十年の間に動物から人に感染し、世界的な警鐘を鳴らした他の 2 つのコロナウイルス、MERS と最初の SARS の場合とは異なる。これらの感染症は、SARS-2(特にMERS)によって引き起こされたものよりもはるかに致命的であるが、人は症状が現れてからしか感染しない。誰が感染しているかがはっきりしていれば、ウイルスを阻止するのははるかに簡単だ。(人に感染するコロナウイルスは他にも4種類知られているが、一般的な風邪の原因となる)

ペンシルバニア大学のスーザン・ワイスは、SARS-2について、「非常に巧妙なウイルスです」と述べている。「ウイルスが誰かに感染してすぐに誰かを殺してしまうと、簡単には広がらない」しかし、SARS-2では、健康に見える人々がウイルスを感染させながら生活を送ることができる – ワイスが 「極悪非道 」と呼ぶ偉業だ。

 

SARS-2がどのようにしてこれを行うのかは不明である。ウイルスは、免疫システムがその存在に気づく前に高レベルで蓄積され、それが発熱などの症状の引き金となるようである。人の鼻や喉に大量のウイルスが入っていると、呼吸(そして話したり、叫んだり、笑ったりすること)によって簡単に他の人に「流してしまう」可能性がある。

SARS-2は別の意味でも優勢だった。私たちはカモにされていたのだ。SARS-2は新しいウイルスだったので、基本的に誰もが感染症にかかりやすい「ナイーブ」だったのだ。

しかし、SARS-2の感染には不思議な事実がある。多くのケースが行き詰っている。配偶者や親のような一人の人にウイルスを感染させる人もいるが、研究者の研究によると、これまでのところ、約10%から 20%の症例が新たな感染の大部分を伝播しており、多くの場合、超拡散イベントが発生していることがわかっている。これがウイルスの脆弱性を生み出している。専門家は、どのような状況がそのような伝播を促進するか、 人々 がマスクを着用していない混雑した狭い屋内のような場所ということを知っているので、介入を最小限に抑えるように設計することができる。

実際、包括的な戦略により、多くの国がウイルスを封じ込め、あるいは少なくとも拡散を抑制していた。これは、初期の頃には明らかになっていなかったことである。それは、SARS-2を制御することが可能であるということだ。実際、専門家たちが最も驚いているのは、病原体の野生性や感染症が何をするかではなく、人間の失敗がその暴走の扉を開いてしまったことだと述べている。

「パンデミックが発生した理由は、私たちにすべて関係している」とアンダーセン氏は言う。

ウイルスが到達すると何が起こるか

新型コロナウイルスとオリジナルのSARSウイルス(それゆえSARS-2と呼ばれる)の間には遺伝子的な重複があるが、専門家によると、3万文字の遺伝子を持つ新型ウイルスの方がより効率的に感染が広がる理由を説明するための違いがあるという。

例えば、SARS-2のスパイク蛋白質の細胞に結合する部分(受容体結合ドメインと呼ばれる)は、SARS-1のものよりもACE2受容体に容易に結合している。これは、感染を定着させるためには、より少ないウイルスにさらされる必要があることを意味している。

また、SARS-1とは異なり、SARS-2にはフーリン切断部位と呼ばれる部位があり、これがウイルスの細胞内への移行を助ける。「これがSARS-2をSARS-2にした理由です」とアンダーセン氏はその違いについて語った。

しかし、コロナウイルスを何十年にもわたって研究してきた同人研究者の一人であるワイス氏は、ウイルスの生物学的性質が、なぜそのように広がるのかを完全には説明できないかもしれないと警告した。おそらくSARS-2はMERSやSARSよりも鼻の中に長く留まっているのではないだろうか。ワイス氏は、遺伝学が観測されたことを必ずしも説明できるとは限らないことがポイントだと言う。

「遺伝学の小さな違いが行動に大きな違いをもたらすことはあるが、それを現時点で意味のある方法で何かに変換するには、私たちにはわからない」とワイスは言う。

免疫反応

病原体が侵入してきたら、あなたはあなたの免疫システムが作動することを望む。最初に一般的な防御を行い、次に新たな敵の特定の特徴を知ることで、より標的を絞った戦闘機を用意する。しかし、免疫システムはまた、それをやり過ぎることがある。COVID-19で重症化した場合、多くの場合、それはウイルスそのもののせいではなく、免疫システムが激しく暴走して呼吸困難に陥り、時には死に至ることがある。

SARS-2は、厄介なコンボを提示しているようである。SARS-2は、あなたが望む免疫反応を妨害したり、他の部分を制御不能に陥らせる方法で自分自身を隠蔽したりすることができる。

すべてのウイルス、つまり私たちを病気にするすべてのウイルスは、免疫システムの最初の反応を鈍らせる能力を持っている。通常、インターフェロンと呼ばれるものが、「準備しろ、病原体はここにある」という信号を発することから、ウイルスの複製を遅らせるのを助けるが、ウイルスはそれをブロックする。

イェール大学の免疫学者である岩崎明子氏は、「SARS-CoV-2はインターフェロンを減衰させるのに非常に効果的なのかもしれません」と語った。これにより、感染は足跡だったものから完全に足踏み状態になる可能性がある」と述べている。

 

SARS-2はインターフェロンのバットシグナルに「拮抗」しているため、ケモカインと呼ばれる炎症性分子を含む免疫系の別の機能を自由に働かせることができる。そこからは、免疫系の混乱のサイクルは、最初の防御機能の低下を体が過剰に補うために、さらに悪化する。

「私に言わせれば、COVID-19を発症したことによるすべての結果は、その特定の属性に起因している」と、マウントサイナイのイカーン医学部のウイルス学者であるベンジャミン・テンオーバーは述べた。

他の感染症も有害な免疫反応につながるが、「コービッドを非常に珍しいものにしているのは」結果として生じる炎症の強さだ、とテンオーバー は言った。感染症の部位で肺の奥深くに発生すると、流体が漏れて、人々 が呼吸することが困難にすることが可能だ。

もちろん、この危険な免疫反応は、患者のサブセットでのみ発生する。ウイルスと宿主(それは私たちです)の間のこれらの戦いのほとんどでは、宿主の防御が病原体を克服することができる。SARS-2をすぐに撃退した患者では、初期の免疫反応がウイルスの抗インターフェロン作用を通り越してウイルスを一掃するのに十分であると考えられる。他のケースでは、免疫系が適切なギアに入り、SARS-2を標的とすることができる戦闘機を搭載するのに少し時間がかかるかもしれないが、最終的には感染を撃退するだろう。

では、なぜ一部の人が重度のCOVID-19にかかるのであろうか?年齢が重要な要因だ。高齢者は免疫システムが眠くなっているため、初期反応の鈍化がさらに影響を与え、危険なスパイラルを始めることができる。しかし、八歳児であっても、最も可能性の高い結果は、感染症を乗り切ることである。遺伝学、他の健康状態、性ホルモン、そしておそらくどのように人々がSARS-2にさらされているかのすべての要因が考えられる – なぜこのようなさまざまな反応がある理由を説明する。

「20歳のように見える75歳の人もいれば、75歳のように見える20歳の人もいるでしょう」と岩崎氏は言う。

人によっては、感染後も免疫システムがベースラインまでリラックスできないこともあるようである。これは「ロングホーラー」と呼ばれる人たちに起こっていると専門家は考えている。COVID-19から回復した人たちは、軽症であっても合併症が長引くことが多い。何人かは、自己抗体と呼ばれる分子を生成しているかもしれないが、それは侵略者の後に行く代わりに、感染によって破壊された細胞によって残されたものを攻撃する。

他の急性ウイルス感染症も長期的な影響をもたらす可能性があるが、COVID-19はあまりにも早く何百万人もの人に感染したため、何千人もの人が最初の感染から数ヶ月後に頭痛、疲労、物忘れなどの症状に悩まされているのだ。

新しい病原体が病気を引き起こすと、免疫システムは記憶を作り出し、その細胞は、もしそれが再び戻ってきた場合には、侵略者を標的にして殺すことができるようになる。人はどのようにして免疫力を身につけていくのであろうか。

病気

もし、SARS-2が上気道の細胞に感染するために非常によく広がるならば、それはまた、肺の深部に移動することができるので、それは人々を非常に病気にさせる。(呼吸器系のウイルスは、どちらか一方の部位を狙う傾向がある。) しかし、COVID-19を単なる呼吸器系の感染症と考えるのは、その変幻自在な性質を否定することになる。

COVID-19を持つ人々は、心臓の合併症や内臓や腎臓のトラブルを抱えていた。初期の段階では、患者が匂いや味が感じられないと訴えていたが、神経系に何らかの影響を与えていることが明らかになった。

COVID-19が特に折衷的であるかどうかを推測するのは難しい。多くの人が感染しているので、私たちはこの感染症が引き起こす可能性のある症状の全範囲を見ている。他のウイルスでも、さまざまな見た目の病気を引き起こす可能性がある。

ジョージタウン国際保健科学・安全保障センターのウイルス学者であるアンジェラ・ラスムッセン氏は、次のように述べている。「個々の宿主によって、様々な結果が得られる可能性がある」

一部の専門家によると、SARS-2は肺を超えて到達する特筆すべき能力を持っているようであるが、これはおそらくウイルス自体、それに伴う炎症、またはその2つの組み合わせの結果であろう。例えば、炎症性分子が肺に氾濫すると、破壊された細胞の残骸と一緒に血流に乗っていく。それらは体の他の部分に移動することができ、血栓だけでなく、そこに組織に損傷を与える炎症につながる。

「あなたは駆け引きができないことによって、血液中の循環に多くのものを得てしまう」と、マウント サイナイ ウイルス学者のテンオーバーは述べた。

直接感染も損傷のいくつかを駆動している可能性がある。岩崎氏は、例えば、彼女が見た「異常な量の [神経系]へ の関与」は、COVID-19 から脳へのウイルスの「炎症だけではなく、侵入」によって引き起こされことだと説明する。

ACE2受容体は体中の組織に張り巡らされており、ウイルスがそこに到達することができれば、感染しやすい状態になっている。血液の研究では、高いウイルスレベルは示されていないが、おそらく一部の人は、ウイルスがリンパ系や血流を通って他の臓器にヒッチハイクをしているのだろう。(低年齢の子供が高齢者ほど感染しない理由の1つの潜在的な要因は、ACE2受容体の数が思春期まで比較的低いままであるからだ)。

COVID-19は、症状の異質性だけでなく、重症度も異質だ。感染した 5 人に 1 人は全く気分が悪くなることはないが、別の 5 人に 1 人は重度または重症化する。専門家によれば、大多数の人が無事に回復するという事実が、すべての人にこの病気を真剣に受け止めてもらうことを難しくしており、ひいては自分自身や地域社会、医療システムの能力を守るための予防措置をとることを難しくしている。専門家は、もしSARS-2の死亡率が1%以下ではなく、SARSのように10%近くになっていたら、人々は違った行動をとるのではないかと考えている。

カリフォルニア大学リバーサイド校のウイルス学者ジュリエット・モリソン氏は、「あなたは、より深刻な病気を発症する遺伝的傾向があるかもしれませんし、あなたが知らない基礎的な危険因子を持っているかもしれません。それがどのように一人の個人や大多数の人に見られるかを見ても、同じ病気の症状が出るとは限りません。」と言う。

ほとんどの人に起こること

再感染と抗体の衰退についての憂慮すべき見出しは、おそらく私たちの免疫システムは、感染から回復した後、二度目のCOVID-19のケースから私たちを守る義務を果たしていないことを示唆している。しかし、専門家によれば、ほとんどの人は他の感染症と同じようにこのウイルスに反応しているという。彼らは抗体とT細胞を作り、SARS-2を標的とすることができる。時間の経過とともに抗体のレベルが低下しても、感染した場合に抗体を作り出せないわけではない。

言い換えれば、これは起こるはずのことなのだ。

「軽い病気や無症状の感染症を持つ大多数の人々では、このウイルスは他の呼吸器感染症と同じように動作します」と、エール大学の免疫学者である岩崎氏は言った。「それはおそらく上気道に含まれているか、またはそれはすぐに肺からクリアされます」

免疫反応は一様ではなく、防御は異なる速度で衰えていく。しかし、SARS-2に再び感染した人は、一般的にはその後の感染で症状が軽くなり、おそらく無症状の感染であっても症状が軽くなると予想されている。免疫システムは感染を完全に防ぐことはできないかもしれないが、病気になるのを防ぐことはできる。

これまでにどれだけの再感染例があったのかは不明だが、専門家は無症状で軽度のケースが多いと推測しており、現在のところ一般的には稀なケースと考えられている。しかし、米国で最初に文書化された再感染は、2回目の再感染で症状が悪化したため、懸念が高まった。なぜそのようなことが起こったのかは完全には明らかではないが、一つの説明としては、軽度の初期感染者がいる場合、体がしっかりとした反応を起こす機会を得る前に、ウイルスが打ち負かされてしまう可能性があるということである。

今のところ、これは外れ値のようだ。

「合併症を起こさずに感染から回復した人の大多数は、良好な防御反応を示している可能性が高いです」と岩崎氏は述べている。

変化するウイルス

ウイルスは進化する そしてすでに、D614Gと呼ばれるスパイクタンパク質の1つの突然変異が、ウイルスをより透過性の高いものにしているように見える(しかし、それが人々を病気にする方法に影響を与えているようには見えない)。

専門家によれば、元の変異体が伝達能力に欠けていたわけではないし、D614Gを捕まえることができないわけでもないという。しかし、突然変異はウイルスに余計な力を与え、中国からヨーロッパ、アメリカ、そしてそれ以上の国へと広がっていく中で、ウイルスが支配的な系統として現れるのを助けたのかもしれない。

「D614Gがこの状況を助けたわけではありませんが、ウイルスはかなり前から広がっていました」と、フレッド・ハッチンソン癌研究センターの進化生物学者であるジェシー・ブルーム氏は言う。

突然変異の懸念は、ウイルスがワクチンによって与えられた保護を「逃れる」原因となる可能性があることだ。主要なワクチンは、スパイクをコードする遺伝子に基づいて設計されているため、そこに変更を加えると予防接種の効果が低下する可能性がある。

コロナウイルスはインフルエンザやHIVのように迅速に変異することはなく、校正システムを持っているが、その間にも変化を拾っていく。しかし、重要なのは突然変異率だけではない、とシカゴ大学のCobey氏は指摘している。スパイクタンパク質が突然変異に対してどれだけ「寛容か」ということでもある。もし、ワクチンが効かなくなるような変化が起きたとしても、スパイクが細胞に結合できなくなるように変化したとしても、それは問題にはならないだろう。

本質的には、ウイルスは突然変異の数だけではなく、変化をもたらすためには正しい突然変異でなければならない。

専門家によると、SARS-2でそれが起こるまでにはしばらく時間がかかるかもしれないが、それは目を光らせておくべきことだという。すでに、国際的な取り組みとして、新興の亜種をモニタリングするための努力が行われている。もし脱走が起きた場合、ワクチンはその変化に合わせて調整される可能性がある。

「私は、これが心配すべきことだとは思いません」とブルーム氏は言う。「ただ注意を払う必要があるだけです」

 

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