動物ウイルスが人間に危険をもたらす可能性があるとき、どうやって知ることができるのでしょうか?カナダは2024年にH5N1型鳥インフルエンザ（「鳥インフルエンザ」と呼ばれることが多い）のヒト感染者を確認したが、これはカナダで感染したことが知られている中では初の感染者となった。患者は13歳のブリティッシュコロンビア人で、呼吸不全などの重篤な症状に見舞われたが、病院の集中治療室で回復した。
この鳥インフルエンザの人間のケースのように、病原体がどのように動物から人間に飛び移るのかについての洞察を明らかにすることは、研究者や公衆衛生機関が将来の流行に備えるのに役立ちます。最近の研究で、私たちの研究室はこの症例のウイルスの突然変異を調べ、予期せぬ結果を発見しました。つまり、これらの突然変異の影響は、人間に感染するように適応したウイルスに見られると予想される通常の警告サインと一致しませんでした。
私たちが普段どのようにインフルエンザを監視しているか
公衆衛生機関と協力団体は、補完的なアプローチを使用して感染症の発生とリスクを監視しています。ヒトの集団感染に関するデータは、介護施設や関連する監視研究所、病気の状態に関するボランティアの報告、廃水の監視など、さまざまな場所から入手されます。公衆衛生研究所における現在の日常的なウイルス学的検査には、ウイルス遺伝子配列決定、抗ウイルス耐性検査、および対象となる株に対する免疫の評価が含まれます。
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カナダの政府機関は、野生動物と農業の監視から、鳥インフルエンザの主要なH5N1系統の到来を追跡しており、BC州の症例もその一員である。このBC州のヒトH5N1患者の場合、配列決定の取り組みにより、3つの興味深い変異が見つかりました。 1つは、鳥類から哺乳類への適応の兆候であり、すでによく研究されています。
「免疫と社会」は、人間の健康の理解と保護の方法を変える新しいワクチンの発見と免疫に基づくイノベーションを特集する、The Conversation Canada の新しいシリーズです。 Bridge Research Consortium とのパートナーシップを通じて、免疫学、生物製造、社会科学、人文科学におけるカナダの主要な専門家によって書かれたこれらの記事は、最新の開発とその影響を調査しています。
他の 2 つの変異は、あまりよく理解されていないため、私たちの注目を集めました。両方とも、細胞に結合し、ウイルスと細胞膜を融合させることによって感染を開始するウイルス表面タンパク質であるヘマグルチニンに含まれていました。これらの変異、E190D および Q226H (配列決定された血球凝集素の遺伝物質のそれぞれ 28 パーセントと 35 パーセントに相当) は、宿主細胞上の受容体と相互作用することが知られている血球凝集素の一部にありました。
鳥と人間の細胞は異なる種類の受容体を示す傾向があるため、科学者は種への適応の一般的なテストとして受容体の結合を使用します。これらの血球凝集素の変異が、H5N1 型インフルエンザにおいてヒト様受容体への結合を切り替えることはこれまで観察されていませんでした。
この事件で明らかになったもの
(NIH/クラブツリー アンド カンパニー)CC BY-NC
私たちの研究室は、これらのウイルスがどの種類の受容体により有利に結合するかという、これら 2 つの変異の役割を調査しました。受容体への結合は、ウイルスがどの細胞および種に感染する可能性がより高いかに影響を与える可能性があります。そこで、各変異を含むものと含まないバージョンの赤血球凝集素タンパク質を作成し、それらが異なる受容体にどのように結合するかを測定しました。
結果は予想外でした。これらの変異のいずれかを含むヘマグルチニンタンパク質を生成すると、ヒトの感染をサポートするヒト様受容体への期待された結合が観察されなかっただけでなく、鳥類の受容体への結合も大幅に減少しました。標準的なアプローチを使用すると、いかなる受容体への結合も本質的に検出できませんでした。
しかし、BC 患者のウイルスはヒトの組織内で明らかに複製されました。そこで私たちのチームは、両方の変異を持つ赤血球凝集素変異体がヒト肺細胞由来の細胞を融合する能力をテストしました。宿主細胞に結合した後、融合は血球凝集素によって媒介される 2 番目の主要なステップです。融合の結果、ウイルスの遺伝物質と複製に必要なタンパク質がウイルス粒子の内部から宿主細胞に放出され、そこで機能できるようになります。
受容体の結合を調べたときに見たように、ウイルスのヘマグルチニンタンパク質が肺由来細胞の膜を融合する能力が大幅に低下していることが観察されましたが、これはおそらく結合の低下の結果であると考えられます。しかし、我々は低レベルの融合を検出したため、実際の人間の肺をよりよく模倣した条件下で受容体結合活性と膜融合活性の両方を確認できることが示唆されました。
通常は鳥に影響を与えるウイルスがヒトに感染した場合、通常、表面タンパク質（ヘマグルチニン）がヒトの受容体に結合することが予想されます。これは鳥から人間に適応したウイルスでは典型的だろう。
しかし、ヒトH5N1感染のBCで我々が観察したのは、ヒトの受容体だけでなく鳥の細胞の受容体にも結合する能力が低下しており、その結果、細胞膜と融合する能力も低下しているということでした。しかし、ウイルス表面の多くの赤血球凝集素タンパク質と細胞表面の多くの受容体を組み合わせることで、個々の受容体に結合する能力の低下を補うことができます。
この事例から何を学べるでしょうか?
この事例は、ウイルスが人に感染する能力の発達につながる可能性のある複雑な要因について学ぶべきことがたくさんあることを示しています。数十年にわたる調査から、これらの血球凝集素の変異が興味深いものであると信じる理由があったので、これは私たちの既存の知識ベースにとっては成功です。
私たちの研究室は、BC州疾病管理センター公衆衛生研究所が患者のウイルスを配列決定し、そのデータをインフルエンザ研究コミュニティに公開できるようにした公衆衛生システムの成功と、連邦および州の情報源からの私たちの研究への寛大な支援に依存してきました。
予想外の発見は、人間の病気のリスクをより機能的に理解する必要があることを示唆しています。動物の発生を監視しているため、既存の一連の突然変異の警告兆候はすべての脅威を捉えているわけではありません。機能実験室での研究は時間がかかり、費用もかかりますが、ウイルスがどのように動作するかをより直接的に知ることができます。
公衆衛生機関はすでに、季節性インフルエンザワクチンの適合性の評価など、特定の機能検査をその場で実行しています。このデータは、アウトブレイクへの私たちの対応を引き続き知らせます。他のインフルエンザ機能の監視を強化すれば、公衆衛生の取り組みがさらに強化されるでしょう。
これらのウイルスがどのように機能するかについての基本的な理解が深まれば深まるほど、監視データをより適切に解釈し、大流行に備え、介入を設計できるようになります。
