治療・補助療法 COVID-19環境リスク

COVID-19パンデミックを背景とした室内植物の空気浄化と人体への役割: 新たな研究分野の提案
The Role of Indoor Plants in air Purification and Human Health in the Context of COVID-19 Pandemic: A Proposal for a Novel Line of Inquiry

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www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8279815/

Front Mol Biosci. 2021; 8: 709395.

オンライン公開 2021 Jun 30.

要旨

過去20年間、人間の健康に深刻な悪影響を及ぼす新規レトロウイルスが発見された。2019年後半、重症急性呼吸器症候群コロナウイルス2(SARS-CoV-2)が出現し、高い感染率と人体への深刻な影響をもたらし、5%の感染者が入院を必要とし、世界では現在までに381万人が死亡している。

この大流行におけるSARS CoV-2の感染源は、ビリオンを含むエロゾル粒子と考えられており、閉鎖空間での感染率が高まっている。そのため、公的機関や民間企業は、ウイルスの拡散を抑えるために、マスクの使用や社会的距離を置くなどの緩和策を講じなければならなかった。さらに、ウイルスの拡散を抑えるためには、空気浄化と生物学的汚染除去の役割が不可欠であることが理解されている。

空気の浄化には、ろ過や放射線照射などさまざまな方法があるが、高価であり、家庭での使用には適していない。また、室内植物が大気汚染物質や浮遊微生物を除去し、空気を清浄化する方法もある。

室内植物の利用は、費用対効果の高い室内空気浄化の方法であり、特別な要件を必要とせず、さまざまな環境に適応できることが証明され、また、人間の健康に間接的な影響を与えることができる美的価値を付加することができる。

本総説では、COVID-19のパンデミックの出現と現在使用されている空気浄化法について述べ、室内空気浄化のための新しい可能な環境に優しいツールとして、また狭い場所でのCOVID-19の拡散を抑えるために室内植物の利用を提案する。

キーワード:COVID-19、SARS-CoV-2、室内植物、空気浄化、ファイトレメディエーション、湿度、人体への影響

Ficus alii

COVID-19パンデミックの出現

ウイルスは、遺伝子の種類によって分類される小型の感染性生物である。レトロウイルスは、リボ核酸(RNA)がすべての遺伝情報をコード化するウイルスファミリーであり、このファミリーには、コロナウイルス症-2019(COVID-19)を引き起こす重症急性呼吸器症候群コロナウイルス2(SARS-CoV-2)が含まれている(Petrosillo et al.、2020年)。

レトロウイルスは、宿主体細胞に侵入・感染し、その遺伝情報を二本鎖のデオキシリボ核酸(DNA)として宿主ゲノムに組み込む能力を有している(MacLachlan et al.、2017年)。このプロセスは、そのRNA遺伝物質を相補的DNA(cDNA)中間体を介して宿主細胞内でDNAに変換できる逆転写酵素を用いて行われる(Johnson 2019; Martín-Alonso et al.、2021年)。

レトロウイルスファミリーは、各ウイルスの感染プロセスを助ける固有のスパイクタンパク質を持つ外側のエンベロープ、およびウイルスRNAの転写に不可欠なプロモーターと制御要素を含む遺伝物質をコードする一本の正鎖のRNAを含む標準構造を共有している(図1)(Zhangら、2015;Dhama, 2020;Kimら、2020;Luら、2020)。

図1 レトロウイルスの構造を示す模式図

ウイルスは、脂質二重膜に囲まれている。膜には、膜貫通領域(TM)と受容体結合糖タンパク質(SU)が存在する。ウイルス膜の内側をウイルスマトリックスタンパク質(MA)が、ウイルスのコアをカプシドタンパク質(CA)が覆っている。

ウイルスコアは、ヌクレオキャプシド(NC)タンパク質に加え、ウイルスRNAで構成されている。また、ウイルスコアには、ウイルスの複製酵素であるインテグラーゼ(IN)、逆転写酵素(RT)が含まれている。この図はBioRenderソフトウェアで作成されている


レトロウイルスファミリーは、その遺伝情報の性質上、他のウイルスと比較して(4.1 ± 1.7)× 10-3 per base per cellという高い変異率を示す。この変異活性により適応率が高く、発見されるウイルスの数は年々増加している(Cuevas et al.、2015)。

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人類は、歴史上、いくつかの社会や集団に影響を与えた多くのパンデミックの発生にさらされてきた。しかし、科学界は、これらの厳しい時代に解決策を見つけ、パンデミックの原因を理解するのに役立ってきた(History 2019)。

21世紀最初のパンデミックは、2002年に中国で発見された重症急性呼吸器症候群(SARS)というコロナウイルス科のウイルスによって引き起こされた(Cherry and Krogstad 2004)。

これに先立つ2012年には、同じファミリーの別のメンバーである中東呼吸器症候群コロナウイルス(MERS-CoV)による流行があり、国民が重度の肺炎の症状を示して入院した後、サウジアラビア王国(K.S.A)で初めて確認された(Fehr et al.、2017年)。

2020年2月、SARS-CoV-2と呼ばれる同系統の新しいパンデミックが中国で初めて発見されたとWHOが発表し、世界が震撼した(Brooks et al.、2020; Harapan et al.、2020)。

このウイルスは、基本繁殖数R0=3.1という高い感染率(Billahら、2020;Liu Y., et al., 2020;Read et al., 2020)と、約10%の死亡率(Liら、2019)を持つことから、同じファミリーの他のウイルスよりも感染力が強いとされた。

SARS-CoV-2は、直接接触、飛沫、エロゾルなどの水平法、または外科手術や妊娠などの垂直法で感染することが示された(Belser, Rota, and Tumpey 2013; Jiang et al., 2020; Rahman et al., 2020)。

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最初のCOVID-19の発表から1カ月後、WHOはこの病気の発生を世界的な大流行として宣言した(Ullah et al.) SARS-CoV-2ウイルスは公衆衛生に脅威を与え、世界中の旅行を停止させ、死者は2,271,180人に達し、確定症例は104,370,550人(WHO 6-2-2021) (Liu et al., 2020a) になった。

しかし、現在の治療薬や治療法は依然として十分な効果を発揮していない(Liu Q., et al., 2020)。ワクチンは依然として世界的なウイルス撲滅の第一線にあるが、保存期間や世界的な入手性に制約がある。それゆえ、各国政府は抜本的な対策を施し、感染者を自宅に隔離し、重症例のみ入院させることを求めている(Kumar and Khodor, 2020; McAleer 2020; Ullah et al., 2020; Vellingiri et al., 2020)。

SARS-CoV-2ウイルスに関する概要

SARS-CoV-2ウイルスは、コロナウイルス科(CoV)(Sturman and Holmes 1983)と呼ばれる単原性レトロウイルス科に属し、そのメンバーは最大200種類の宿主に感染できる(Kasmi et al.、2019)。

このファミリーに属するウイルスは、球状でエンベロープを持ち、ポジティブセンスの一本鎖RNAを含んでいる(Holmes 1999; Ii et al., 2005; Payne 2017)。コロナウイルス科は、torovirinaeとcoronavirinaeの2つの亜科からなり、後者には4つの属がある(Kasmi et al.、2019)。

SARS-CoV-2は、他のコロナウイルス科の呼吸器ウイルス(SARS、MERS)と共にベタコロナウイルス属に属することが遺伝学的に示された。SARSとMERSは、過去20年間に世界中の人々に感染し、患者は一般的な風邪の症状を示し、その結果、ウイルスは感染後数日以内に人間の呼吸器系に深刻な影響を与えた(Li et al.、2019)。

これら2つのウイルスは、過去20年間にそれぞれ9.5%と34.4%の致死率で人命を失う結果となった。研究により、SARS-CoV-2はSARSやMERSと遺伝的に類似していることが分かっているが、致死率は約2.3%と両ウイルスより低いことが分かっている。

CoV-2ウイルスの重症度が低いことが寄与して、SARS(R0 = 1.7-1.9)およびMERS(R0 = >1)ウイルスよりもはるかに高い感染率(R0 = 2-2.5)となり(Petrosillo et al, 2020)、ウイルスは空気中に長時間留まり、緩和方法としての空気浄化の必要性を高めることになる。

SARS-CoV-2は、直径が(60-15 nm)で、ウイルスの亜型化と感染を担う180-200 KDaのスパイクタンパク質(S)を含む4つの構造タンパク質に加え、16の非構造タンパク質(Nsps)のゲノムコードを有する(ゴードンら、2020;ホアンら、2020;キムら、2020;ズゥら、2020)。

SARS-CoV-2は、SARS-CoVと75-85%のゲノムおよび系統的類似性を示し(Abdelrahman et al., 2020; Hu et al., 2020; Uddin et al., 2020)、特にS遺伝子と受容体結合ドメイン(RBD)において類似性があることが知られている(Andersen et al., 2020; Zhou et al., 2020)。

コロナウイルスの外表面にある糖タンパク質のスパイクは、宿主細胞へのウイルスの付着と侵入に関与している(Shereen et al, 2020)、肺、腎臓、心臓、消化管など多くの身体器官に発現しているアンジオテンシン変換酵素2(ACE2)受容体に結合するためである(Hamming et al, 2004; Tikellis and Thomas 2012; Roca-Ho et al, 2017; Davidson et al, 2020; Samavati and Uhal 2020)。

これは、タンパク質の結合ドメインによって媒介される(Taiら、2020);これは、その後、ウイルス膜の融合(Wallsら、2020)、その後、宿主の細胞質内でその遺伝物質を解放して翻訳される(Astuti 2020)。

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主に呼吸器疾患の感染は感染後5-6日以内に起こり、COVID-19患者は乾いた咳、発熱、呼吸困難、疲労、頭痛、下痢、喉の痛みから重度の肺炎まで様々な症状を示し、生体除染の必要性が高まる(Hosseini et al.、2020年)。

ウイルスの変異率が高いため、SARS-CoV-2ウイルスの新しい亜種が発見され、(イギリス、ブラジル、南アフリカ、最近ではインドなど)発見された国によって名前が付けられており、ウイルスの封じ込め作業を複雑にしている(Callaway 2020; Jia et al, 2020; Korber et al, 2020; Desai et al, 2021; Zhou et al, 2021)。

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ウイルスゲノムを検出するリアルタイムポリメラーゼ連鎖反応(RT-PCR)の使用などの分子的方法は、この病気の診断における標準的な方法と考えられている。その他、感染時に免疫系が産生する抗体の有無を検出する迅速検出法もあり、この方法が最も費用と時間がかかるとされている。検出の特異性と精度を高め、住民の早期かつ容易な診断によってウイルスの蔓延を抑制するために、新しい診断方法が日々開発されている(Islam and Iqbal 2020)。

COVID-19感染拡大防止における空気清浄の役割

SARS-CoV-2ウイルスは、比較的小さな空気中の微小飛沫であるエロゾル(1~4 µm)、大きな呼吸器飛沫(5 µm以上)、感染した表面や人との密接な接触の3つの主要経路で広がることが分かっている。後者の2つの感染源は、表面の消毒と適切な保護具の使用によって対処することが可能である。

しかし、小さなエアロゾル飛沫は、標準的な殺菌方法では封じ込めにくく、主な感染源と考えられており、ウイルスを含む飛沫は空気中を移動して約3時間生存可能であるという報告もある(Pagliano and Kafil 2020)。ほとんどの呼吸器感染症は、咳やくしゃみの際に5μmより大きい呼吸器飛沫を介して感染し、それが表面に沈着する(Siegel et al.、2019)。

5 µmより小さいエロゾル粒子に浮遊する病原体は空気中に残り、下気道に沈着することがあるが、サイズが6~12 µmの粒子内の病原体は上気道に沈着する(Brownら、1950; Harper and Morton, 1953; Fennelly 2020)。

多くの研究が、病原体やウイルスが5μm未満の小粒子に含まれることを示している(Stelzer-Braidら、2016)。最近の研究では、RT-PCRにより隔離室の病院空気サンプルにおけるウイルスの存在を検出することができ、サイズ範囲が1~4μmおよび4μm超の粒子でウイルスが検出された(Liuら、2020b;Chanら、2020;Kariaら、2020;Rahmanら、2020)。別の研究では、COVID-19の病室からの空気サンプルの60%以上にウイルスが含まれていることが明らかになった(Santarpiaら、2020年)。

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上記の理由により、COVID-19の感染拡大と感染率を抑制するために、学校や大学などの交通量の多い施設の閉鎖、COVID-19の呼吸器飛沫への曝露を減らすための社会的距離の確保、特に物理的距離が取れない場合(乗り物の共用など)、鼻と口を覆うマスクの使用、平方単位あたりの労働者の減少、換気、空気ろ過および空調を強化して所定の環境内のウイルス含有飛沫および微小飛沫を減少させるなどの重要な緩和措置が取られた。

さらに、他の人に感染する可能性を避けるために、病気の人に家にいるように勧めること、手洗いやアルコールを含む除菌ジェルを自由に使用すること、COVIDに感染した個人と感染の可能性のある身近な人を特定するために利用できる場合はCovid-testingを行うことも緩和策であった (Health et al., 2020; Sandle 2020; Bazant and John, 2021)。 また、施設では、表面の洗浄や空気の浄化など、病原体のない環境を確保するための追加措置が必要であった(Sandle 2021)。

空気をろ過するために多くの伝統的な方法が採用されたが、さらに、いくつかの企業が人工知能と機械化システムを使用して、時間コスト効率的にバイオ除染と清掃を行っている(Luengasら、2015、Ethingtonら、2018、Garfin 2020、Menutら、2020、Muhammad, Long, and Salman 2020、Mukhtarら、2020、Meghed and Ghoneim 2021)。

研究者はまた、ウイルスを感染させる可能性のある微小液滴を監視する高感度カメラを導入し、組織や科学者が病気の感染から身を守る方法を人々に指導できるようなデータを提供した(Noti et al.、2013)。

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換気を良くし、空気の循環を避け、屋内にいる人数を最小限に抑え、空気ろ過技術を用いることで、ウイルスの拡散を抑えられることが証明されている(Morawska et al.、2020年)。ビリオンを含むエロゾルから空気をろ過することは、病院やCOVID治療室では特に重要だ。

これは、高効率粒子アレスタンス(HEPA)フィルターなどのフィルターを使用することによって行うことができ、その最高クラスは、(ISO 29463-1:2011, 2017; Nazarenko 2021)によると、直径0.3μmのエロゾル粒子を99.97%の効率で捕捉することができる(Nazarenko 2021)。

効果的ではあるが、そのようなユニットは、広いオープンスペースの空気をろ過するために必要なユニットのコストが高いため、ほとんどの個人住宅や小規模な商業店舗では実用的でない。イオン化装置は、ウイルスを含む飛沫から空気を浄化するために使用することもできる。

Hagbomらは、イオン化装置が空気中からインフルエンザウイルスを除去し、35nmから10μmの範囲の粒子と衝突するマイナスイオンを生成することによって、ビリオンを含む粒子を捕捉することを示した。そこでは、イオナイザー装置が豚において高い効果で感染拡大を防ぐことが示された(Hagbom et al.、2015)。

また、Suwardiとカレッジは、植物由来のイオナイザーが室内でのエロゾル含有ビリオンの減少を助けることを実証した(Suwardiら、2021年)。しかし、これらの空気イオン化技術の広範な使用と効力は、まだ十分に調査されていない。

紫外線(UV)照射による空気バイオ除染は、SARS-CoV-2ウイルスの空気や表面をクリアにするために適用できる別の方法である。紫外線(200-280 nm)は、液体、固体、空気中のSARS-CoV-2ウイルスのウイルスRNAとタンパク質を損傷する能力がある(Raeiszadeh and Adeli 2020)。

この方法による空気中のバイオ除染は、人体への安全性の懸念があるため、その利用は制限されている。また、病棟や病室での陰圧気流は、SARS-CoV-2の空気中の存在を減少させることが示された(Pagliano and Kafil 2020)。表1は、細菌、真菌、ウイルスをろ過し、空気をきれいにするための空気ろ過、紫外線殺菌、イオン化技術の利用をまとめたものである。

表1 細菌、真菌、ウイルスの拡散を防ぐために使用される最も一般的な空気ろ過と浄化の方法との比較
HEPAフィルター 紫外線 イオン化
作用機序・特性 その機能は、3つの側面の組み合わせによって実現されている。

まず、ふるいのような働きをする外側のフィルターが、より大きな粒子の汚れを阻止する

254nmのUV-Cを用いた空気殺菌は、ウイルス性エーロゾルを不活性化する有効な手段である。

空気中の微生物、遺伝物質、タンパク質は、生物に深刻な細胞損傷をもたらす紫外線を吸収する

空気中のウイルス感染の感染を防ぐことができる。

イオン化装置は小型の携帯用イオナイザーからなり、プラス電荷のサンプリングカップが空気中のマイナス粒子を引き寄せるイオナイザーに取り付けられている

コンセルティーナフィルターは、非常に高密度の繊維のマットで、小さな粒子を捕捉する中間層を形成している。これは、空気中の粒子の90%を除去するように設計されている。内側の層は、空気中の粒子を捕捉する。

 

病院や矯正施設などの高暴露環境では、空気清浄機単独または上室空気との組み合わせで、紫外線殺菌照射(UVGI)によりかなりの割合でバイオエアロゾルを除去して空気を浄化できる)。

 

不活性イオナイザーと比較して、活性イオナイザーで検出されたウイルス粒子の数が多かったことから、この技術は空気中からウイルス粒子を効率的に捕捉・収集できると結論付けられた
HEPAフィルターは、グレードによって「効率性」の評価が異なる。

最も多く使用されているHEPAフィルターはH14フィルターで、空気中の粒子を99.997%除去するように設計されている

HEPAフィルターシステムの性能は、その設定と位置に依存する。

それでも、移動式HEPAフィルターシステムの使用は、換気オプションが利用できない場合に使用する良い代替案と思われる

 

効率性 市販のHEPAフィルター(99.95%)は、アクチノファージ粒子を9.996%以上保持)、)。

 

二酸化チタン(TiO2)コーティングのHEPAフィルターは、空気中の芽胞形成細菌と真菌を60~80%除去できることが示された)。

 

ウイルス粒子を1秒間UV-Cにさらすと致死的であり、ウイルス粒子を不活性化する可能性を持つ) エアイオナイザーは、微粒子や超微粒子を高効率で空気浄化できる)である。

 

先に述べた空気浄化・ろ過方法は効果的とされているが、家庭、学校、スーパーマーケット、小規模な組織での普及を制限する欠点もある。屋内植物は、生物学的および非生物学的汚染物質から空気を浄化する従来にない方法として、環境、そしてコストとユーザーフレンドリーな代替手段として使用することができる。

空気清浄化における植物の役割

植物は、「ファイトレメディエーション」として知られるプロセスにおいて、環境の効率的な浄化システムとして利用されている。これは、植物が環境を汚染物質から浄化する様々な技術によって行うことができる(図2)(Pilon-Smits 2005)。

室内植物は、吸収、希釈、沈殿、ろ過といったさまざまな方法で空気を浄化することができるため、天然のエアフィルターと考えられている(Kim et al.) 植物が行うよく知られたプロセスは光合成であり、植物は二酸化炭素を取り込み、酸素を放出することで空気を清浄化する。

また、呼吸は、植物が酸素を吸収し、二酸化炭素を放出するプロセスである。光合成と呼吸を通じて、空気が気孔から出入りする。気孔は、植物が吸収とろ過のメカニズムで使用する主要な装置と考えられているからである(Jones 1998)。

植物は空気中の分子を吸収し、空気中の生態系バランスを回復することができる(Agarwal et al.、2018)。さらに、植物は、二酸化炭素、揮発性有機成分(VOC)、カルボニル、粒子状物質、有機化合物、硝酸塩、硫酸塩、アンモニア、カルシウム、オゾン、炭酸塩などの汚染物質から空気を浄化することができる。

室内植物は、室内汚染物質のレベルを下げ、多くの有害化合物への人間の曝露を最小限に抑える低コストのソリューションと考えることができる(Pegasら、2012年、Soreanuら、2013年、Abbassら、2017年、Parseh Imanら、2018年、Weiら、2021年)。

図2 環境ごとに植物が利用するファイトレメディエーション技術の違いを示した図

ファイトレメディエーション技術は、大きく5つの分野に分けられる。1) ファイトスタビライゼーションは、土壌中の汚染物質や汚染物を固定化し、結果として生物学的利用能を低下させ、水への溶出や空気中への拡散のリスクを低減させるものである(Morikawa and Erkin 2003)。2) 植物抽出は植物に汚染物質が蓄積することによって行われる(Lee 2013)。

3) 植物分解は有害な汚染物質をより有害でない無毒な物質に変換することだ(Cunningham et al, 1997; Lee 2013)、4)根粒ろ過(Phyto-filtration)は、植物の根(rhizofiltration)または植物の芽(caulofiltration)または苗(blastofiltration)が水や廃水から汚染物質を除去すること(Mesjasz-Przybyłowicz et al, 2004; Yan et al., 2020)、5)ファイトボラトライゼーションは、土壌から取り込まれた後の有毒な揮発性元素を毒性の低い形に変換し、その結果、葉を介した蒸散過程を通じて空気中に放出されること(Mahara et al., 2016)この図はBioRenderソフトウェアで作成されている


室内相対湿度(RH)は、ヒト、ウイルス、植物間の相互作用を引き起こす重要な要素と考えられている。人間の快適さのために推奨される室内湿度は通常30~60%であり(Fan et al., 2017)、ウイルス感染を防ぐためには40~60%が示される(Audi et al., 2020)。

研究により、植物は空気中の小さな水蒸気粒子を吸収することができ、室内湿度を改善する能力があることが示されている(Jeongら、2008;Pérez-Urrestarazuら、2016)。室内植物は気孔から蒸散し、周囲の空気に小さな水滴を放出して湿度を上昇させるが、高湿度では植物による蒸散量が減少し、室内の湿度が人間に適したレベルに維持されるという懸念が提起された。

Pegasらは、湿度がカビや細菌、ベト病などの生物学的病原体の数や存在と高い相関があり、人間の健康に大きな影響を与えると述べている(Pegas et al.) 植物は、高湿度時に葉面吸水によって湿度を高め、バイオエアロゾルを低減する可能性があることが知られている(Lohr and Pearson-Mims 1996; Limm et al, 2009; Gawrońska and Bakera 2014; Brilli et al, 2018; Chiam et al, 2019)。したがって、今後、植物は、ウイルス感染の効率を低下させる液体エロゾル中のSAR-CoV-2の生存率を低下させる中間レベルに維持する空気湿度を制御することができる。

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植物は、ポリフェノールやアルカロイドなどの二次代謝産物やその誘導体を大気中に少量放出することができる。このプロセスは、アレロケミカルと呼ばれる周囲の環境と相互作用する植物の技術の1つと考えられている(Mushtaq et al.、2019)。それらの化合物は抗菌活性を持ち、植物に近い空気中の微生物と相互作用することが報告されている(Yang H. et al., 2012; Othman et al., 2019)。

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Wolvertonらは、室内観葉植物が、植物がない室内空間と比較して、空気中の微生物を50%減らす能力があることを報告したように、植物による空気中の病原体の減少を示す実験が行われた。彼らのデータは、15種類の観葉植物を含む水耕栽培プランターシステムが、植物のない部屋と比較して、空気中の微生物の増殖を直接的および間接的に抑制することができることを示しているが、特定の種には言及しておらず、ウイルスもテストされていない。

この研究では、観葉植物が放出する揮発性物質が、植物を取り入れた環境における空気中の微生物集団を制御する主な理由であるかもしれないと論じている(Wolverton and Wolverton 1996)。

Ficus benjamina

最近の研究では、植物がない場所と比較した場合、植物が空気中のマイクロバイオームを著しく減少させ、より健康的な環境を提供し、空気感染する病気の暴露リスクを低減できることが示された(Li et al.、2021)。

また、植物が微粒子を減少させることができるという証拠を示す研究も行われた。2016年、Stapletonは11種の家庭用植物を評価し、室内環境における超微粒子の大幅な減少を示した(Stapleton and Ruiz-Rudolph 2018)。表 2 は、空気中の病原体や大気汚染物質を減らすことが証明されたさまざまな室内植物種をまとめたものである。

表2 空気中の病原体や汚染物質を減少させることが検証された家庭用植物
学名 一般名 ファミリー 病原体 その他の室内汚染物質 参考文献
フィカス・ベンジャミン

Ficus benjamina

シダレヤナギ クワ科 細菌・放線菌・カビ ホルムアルデヒド ),),,,.
揮発性有機化合物
フィカス・エイジ

Ficus alii

アリイ・フィカス クワ科 細菌・放線菌・カビ )、)
Spathiphyllumsp. ピースリリー サトイモ科 細菌・放線菌・カビ ベンゼン )、)。
けしからん

Chrysalidocarpus lutescens

アレカ椰子 ヤシ科 細菌・放線菌・カビ アンモニア ),),)
ホルムアルデヒド
総揮発性有機化合物(TVOC)、CO2、およびCO
ドラセナ・フラガンス “マッサンゲアナ”

Dracaena fragans “Massangeana”

コーン工場 アスパラガスか 細菌・放線菌・カビ ベンゼン オゾン )、)。
トルエン・キシレン・ホルムアルデヒド・トリクロロエチレン
えんじゅぼさつ

Rhapis excelsa

レディパーム ヤシ科 細菌・放線菌・カビ ホルムアルデヒド )、)。
ドラセナ

Dracaena dermensis “Warneckei”

 

ワーネッキー アスパラガスか 細菌・放線菌・カビ トルエン )、)、)。
キシレン
ベンゼン
エチルベンゼン
ホルムアルデヒド
デイフェンバキア“エキゾチカコンパクタ”

Deiffenbachia “Exotica compacta”

ダムケーン サトイモ科 細菌・放線菌・カビ トルエン )。
キシレン
デイフェンバキア

Deiffenbachia camille

ダムケーン サトイモ科 細菌・放線菌・カビ トルエン )。
キシレン

Philodendron domesticum

フィロデンドロン サトイモ科 細菌・放線菌・カビ ホルムアルデヒド )。
黄膚

Epipermum aureum

ゴールデンポトス サトイモ科 細菌・放線菌・カビ ベンゼン )、)。
さやえんどう

Syngonium podophyllum

ヤグルマギク サトイモ科 細菌・放線菌・カビ CO2 )、)。
揮発性有機化合物(VOC)
ベンゼン
サンセベリア・フリファシアタ“ローレッティ”

Sanseveria frifasciata “Laurenetii”

スネークプラント アスパラガスか 細菌・放線菌・カビ )、
らくようじょう

Codiaeum varigatium

クロトン トウダイグサ科 細菌・放線菌・カビ トルエン ),)
エチルベンゼン
莎草

Cyperus alternifolius

アンブレラ草 カヤツリグサ科 細菌・放線菌・カビ )、)

植物が環境制御を通じてウイルス感染の抑制に直接関与していることを示す実験的証拠はない。植物が細菌や真菌を含む空気中の微生物に影響を与えることができるという証拠を提供するために、いくつかのアプローチが行われたが(WolvertonとWolverton 1996; Pegasら、2011; Liら、2021)、これらのアプローチはまだ、ウイルスの生存と感染に対する室内植物の直接的な影響をテストするものではなかった。

さまざまな植物が空気中の微生物を減らすことができるメカニズムを解明し、どの植物が空気中の細菌やウイルスを減らし、室内の病気の感染を制限するのに最適なのかを特定するためには、さらなる調査が必要である。

Cyperus alternifolius

湿度調節を介したCOVID-19対策における室内植物の役割の可能性

SARS-CoV-2の感染を抑えるために植物が果たすことができる最も可能性の高い役割は、室内環境の湿度を調整することだ。研究では、(40~60%)の湿度レベルでは、インフルエンザウイルスの伝播がジニーブタで減少したことが示されており、これらの条件ではウイルスが不活性化したと結論付けている(Yang Wanら、2012;Bhattacharyyaら、2015年)。また、これらの条件下では、ウイルス脂質エンベロープに影響を与えることで、ウイルスの安定性が低下した(Audiら、2020)(Tang 2009)。

SARS-CoV-2の感染に対する相対湿度の影響を評価する試みが行われ、高湿度条件下ではウイルス感染率が低下すると結論付けられており(Wang et al. )温度、光、気流、その他定かでない要因など、その他の環境要因もウイルス感染に関与している可能性がある。

植物は30%以上のレベルで室内の湿度を調節するため(Kerschen et al.、2016)、我々は、室内植物の使用により、限られた場所の湿度を調節し、その後、空気粒子内のSARS-CoV-2の安定性を低下させてその感染率を低下させることを提案する。提案する室内植物の役割を図3で説明する。

図3 湿度調整による空気感染ウイルスの低減における室内植物の潜在的役割の説明図

左図は、植物がない環境で、相対湿度が低く、ウイルスの感染率が高い状態を表している。右側は、湿度を上げ、ウイルスの感染を減少させる植物の効果を表している。

この図はBioRenderソフトウェアで作成されている


室内植物が健康に果たす役割

植物は、人類の生存を左右する重要な役割を担っている。それは、健康に暮らすことで、病気と闘うための免疫力を高めることだ。この役割は、栄養バランスのとれた食事と健康的な環境での生活によって達成される(EEA (European Environment Agency), 2020; Mathus-Vliegen 1995)。

植物は、人間の健康を直接的・間接的に向上させる、人間環境における重要な要素となっている(Deng and Deng 2018)。直接的には、人間に酸素や食料を提供することによって、植物の抽出物は、病気の予防や治療を助けるために製薬業界で広く使用されてきた(Ribnicky et al.、2002年)。

一方、空気浄化や大気汚染物質の除去を通じて環境を改善することによって間接的に(Qin et al.) さらに、レモンバームヒソップなどの室内植物は、風邪やインフルエンザの症状の管理を助ける家庭薬として使用することができる(Doukani et al., 2021; Judžentienė 2016)また、植物には人間の生産性や人間の免疫に影響を与える脱力感に影響を与える心理作用がある(Bringslimark et al.) 室内植物は、周囲に美的価値を与えることが知られている。

lemon balm

しかし、人間の免疫系や健康に与える影響、心理的効果については十分に調査・定量化されていない。ある研究では、ゴムの木、イングリッシュアイビー、クモの木などの室内植物が、教室での生徒の成績を向上させたことが示されている(Kim et al.、2014)。

別の研究では、ラベンダー、ポインセチア、アロカシアの根茎、アップルゼラニウムなどの香りのある植物と香りのない植物が室内にあると、人間の快適性が高まることが示されている(Qin et al.) さらに、植物の光合成は、マイナス空気イオンを生成することにより、空気の質を改善することが示されている。

さらに、植物は汚染物質、および揮発性有機成分を除去し(いくつかの例を表2に示す)、植物は温度と湿度を調節することも明らかにされた(Deng and Deng 2018)。全体として、室内植物の存在は、人間の心理的な健康や空気環境の強化に多くの利点がある。とはいえ、室内植物が人間の生体機能に及ぼす影響については、定量化方法が確立されていないため、十分に研究されているとは言えない。

SARS-CoV-2蔓延対策における植物の役割の将来展望

上記の仮説は、植物がSARS-CoV2に特化したウイルス伝播の抑制だけでなく、人間の健康増進のための一般的な展望として、さらなる調査や実験を行う必要性を示している。前節で述べたように、屋内植物は、限られた空間におけるSARS-CoV-2の感染拡大を抑えるための経済的かつ環境に優しい解決策となり得る。

これは、低所得国や家庭において、複雑なろ過システムの安価な代替手段として利用できることを提案する。この提案は、湿度を上げることによって、室内の環境条件をウイルスにとってずっと不利な環境に連鎖させることで実現できるだろう。しかし、これは新しいアイデアであり、我々の提案した仮説を確認するための研究が必要である。

室内植物の空気質への影響を調査する研究は、いくつかの理由により限られている。例えば、実験場所の選定や実験装置の選定など、様々な要因が結果に影響を与え、また、精度を上げるための細かな実験設計には高いコストがかかる。これらの理由により、理論的根拠と実践との間に大きな隔たりが生じている。

このような情報の欠如は、発見されたデータが、有害な病気から身を守り、ウイルスの感染率を抑えるなど、人間の健康にとって非常に有益な効果をもたらす可能性があるにもかかわらず、残念なことだ。学者や研究者は、室内環境を模倣し、人工知能技術を導入してすべての要因をモニターする、制御された室内コンピューター実験の標準化されたプロトコルを確立する必要がある。

このプロトコルは、データのエラーを最小限に抑え、最終的にはより健康的な人間環境につながる有用な研究ガイドラインを提供することができる。つまり、SARS-CoV-2の感染を減らすために室内植物を導入することは、近い将来、COVID-19の流行に対する我々の戦いを助けるために、よく設計された実験と制御されたパラメータで追求する価値のあるアイデアなのである。

Dracaena dermensis “Warneckei”

まとめ

COVID-19の大流行により、世界的に政策が大きく変わった。人との接触を減らすことが望ましいとされ、ウイルスの高い感染率を抑えるために空気中のバイオ除染と表面殺菌が必要となった。また、ウイルスは大小の飛沫で長時間滞留し、空気中を移動することが研究で明らかになっており、その結果、病院などの換気の悪い場所で空気を再利用した場合に高いウイルス汚染率が確認された。

これらの理由から、換気の悪い場所でのウイルスの拡散を抑制するために、すべての公共および民間の屋内空間で空気清浄と生物学的除染の技術を使用することが推奨される。特に、世界中で発見される新型ウイルスが免疫反応を回避する可能性があるため、ウイルスは予想以上に長い間、人間の体内に留まる可能性がある。

フィルター、紫外線、イオン化などによる空気浄化は、大きな企業や施設での空気清浄に利用できる。しかし、これらの方法は、コストが高く、専門的なメンテナンスが必要なため、地方や家庭、発展途上国、低予算の施設には適用できないといった欠点がある。

そのため、低コストの空気浄化方法が強く望まれている。その答えが、室内植物を使った空気浄化かもしれない。いくつかの研究で、室内植物が空気の質を高め、汚染物質を除去し、細菌や真菌の感染拡大を抑えることが示されているが、いずれも空気中のウイルスに関するものではなかった。

植物が空気を浄化する技術は十分に理解されておらず、ウイルスの感染制御における植物の役割については、限られた研究情報しか得られていない。さらに、植物が狭い場所での相対湿度を調整する役割を提案することは、SARS-CoV-2の生存率を下げ、周辺環境に美的価値を与えるために使用できる代替ソリューションと考えられる。

結論として、低予算の場所での感染率を下げる方法を探すために、この分野でのさらなる研究が必要である。特に、室内植物が人間の快適性を高め、人間の健康全体を増進させることがわかったからである。

利益相反

著者らは、本研究が利益相反の可能性があると解釈される商業的または金銭的関係がない状態で実施されたことを宣言する。

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