抗生物質耐性に対する解決策は本当にないのでしょうか? 「スーパーバグ」に対する将来の解毒剤 →

人間に病気を引き起こす病原微生物は私たちの生活のあらゆるところに存在し、私たちは常に細菌感染の危険にさらされています。自然界には細菌を怖がらせ、細菌に対抗する役割を果たす生物がいるのでしょうか？

今日は、生態学の世界における魔法のウイルス、バクテリオファージについてお話しします。

1 バクテリオファージとは何ですか?

バクテリオファージは、細菌、真菌、放線菌などの微生物に感染し侵入するウイルスです。その名前はギリシャ語の「 phagos 」（「貪食する」という意味）に由来し、主に宿主細菌を溶解する能力にちなんで名付けられました[1-2]。私たちにとって馴染みのないものですが、細菌よりも私たちの身の回りに多く存在しています。地球上には豊富で多様な生物が存在し、その数は約 1031 個と細菌の約 10 倍に上ります。彼らは細菌の数を制御し、細菌と共進化します[3]。

バクテリオファージは、現在広く使用されている抗生物質よりも13年早い1915年に発見されました。しかし、当時は第一次世界大戦の影響で、培養が面倒で宿主の範囲が狭いバクテリオファージの研究は中断されました。 1928年に最初の抗生物質であるペニシリンが導入されました。

ペニシリンの驚くべき治療効果はバクテリオファージを完全に上回り、ほとんどの科学者はより効果的な抗生物質の開発に焦点を移しました[4]。しかし、少数の科学者は、バクテリオファージの基本的な特性と病気の治療法の研究を今も続けています。彼らは100年もの間、ひそかにバクテリオファージの研究を続け、今日の薬剤耐性細菌感染症の代替治療としてバクテリオファージを使用するための確固たる基盤を築いてきました。

近年、抗生物質の乱用、新しい抗生物質の開発の遅れ、薬剤耐性菌の数と種類の急増により、科学者は解決策を見つけ、患者をより良く治療するために、長い間眠っていたファージ療法を考案しました。

2 バクテリオファージの働き

バクテリオファージは高度な特異性を持っています。言い換えれば、ファージは限られた範囲の細菌（その種類の細菌またはその変異体）のみを攻撃することができます。バクテリオファージには、毒性ファージと温和性ファージの 2 種類があります。細菌に対する態度は名前の通り、一方は「激しい」、他方は「優しい」です。

ファージは、自身と一致する細菌表面抗原を特定した後、表面に付着し、尾の下に隠れている尾の棘を使って細菌の殻を突き刺し、尾の圧迫を通じて自身の DNA または RNA を細菌に注入します。毒性の強いファージは細菌の栄養素を利用して遺伝物質を急速に複製し、新しいファージを組み立てます。温帯ファージは複製を急いでいません。まず自身の遺伝子配列を細菌の染色体に組み込み、その後細菌が分裂するにつれて分裂し、世代から世代へと受け継がれます。必要に応じて溶解能力を再開し、急速に増殖して組み立てます。細菌は最終的に過剰な内部圧力により溶解して死滅し、ファージが放出されます。新たに放出されたファージはすぐに新たな標的を探し、上記の手順を繰り返して病原菌を殺します。現在ファージ療法で使用されているファージは主に毒性のあるファージです。

3 バクテリオファージの特徴

バクテリオファージは高い特異性と多様性を持っています。

前述のように、バクテリオファージは基本的に限られた範囲の細菌（その種類の細菌またはその変異体）のみを攻撃できます。バクテリオファージは自然界に豊富に存在し、認識範囲が異なるバクテリオファージは形やサイズも多様です。

バクテリオファージは非常に効果的です。

バクテリオファージは強力な複製および増殖能力を持っています。感染した領域で指数関数的に増殖し、病原体を迅速に（24 時間以内に）効果的に排除することができます。

バクテリオファージは生物学的安全性に優れています。

バクテリオファージは他の非特異的な細菌に対しては無反応であり、他の細菌叢を破壊しません。同時に、バクテリオファージは自己制限性があり、細菌宿主の外では生存できないため、宿主が消滅するとバクテリオファージは分解されて体外に排出され、体内に留まることはない[5]。

4 バクテリオファージの応用

ファージ療法は徐々に私たちの生活に入り込んできました。抗生物質耐性の問題が悪化し続ける中、ファージは薬剤耐性細菌感染症の代替治療として、細菌感染症によって引き起こされる複数の疾患において画期的な進歩を遂げてきました。現在のファージ療法の主な方向性は、全ファージ療法と溶解酵素調製療法です。

科学者はバクテリオファージの高い特異性を利用し、異なる抗菌スペクトルを持つ複数のファージを混合して「カクテル製剤」を作ります。この療法は「カクテル療法」と呼ばれ、フルファージ療法でよく使われる方法です。殺菌効果を高めるために、バクテリオファージと抗生物質の相乗的な使用が治療に用いられるようになりました。

現在開発中の医療用ファージ製品は、黄色ブドウ球菌による化膿性炎症、腸チフス、チフス菌やパラチフス菌による急性胃腸炎や敗血症、赤痢菌による細菌性赤痢、リステリア菌やクレブシエラ菌による感染症、さらにその他の病原菌による腸炎、急性・慢性大腸炎、細菌異常症、耳鼻咽喉の感染性炎症など、さまざまな細菌による疾患をカバーしています。

バクテリオファージが関与する疾患としては、連鎖球菌性疾患、大腸菌性疾患およびその他の胃腸疾患の予防、臓器移植中の定着細菌の除去、臓器移植の成功率の向上、細菌感染を予防するための複数の表皮部位の細菌叢の調整などが挙げられる[6]。

5 バクテリオファージは「スーパーバクテリア」の解毒剤となるかもしれない

「スーパーバクテリア」とは、ほぼすべての抗生物質に耐性があり、死を免れる多剤耐性菌を指します。一度このような細菌に感染すると治癒が難しく、かつては治療法もなく、私たちの健康に大きな脅威となっていました。

科学者がこの問題を解決するには、通常 2 つの方法しかありません。1 つは、抗生物質に対抗するための新しい抗生物質の開発を継続し、スーパー細菌が新しい薬剤耐性を獲得する前に代替品を開発することです。もう 1 つは、別の方法を見つけて、ファージ療法を使用して、ファージ耐性なしで突然殺すことです。

現在、抗生物質の開発はボトルネック期に入っており、開発速度は遅くなっています。特に、スーパーバクテリアがもたらす圧力を軽減するために新たな抗生物質を使用することは困難です。バクテリオファージはスーパーバクテリアの解毒剤となる可能性があり、同時に重度の多剤耐性細菌感染症の患者に生命の希望をもたらす可能性があります。

バクテリオファージの宿主スペクトルが狭いため、特定の病原体を選択し、正常な細菌叢を回避することが可能です。これにより、患者に害を与えることなく治療を行うことができます。病原菌や常在菌を無差別に攻撃する抗生物質の問題を解決し、人体自体に害を及ぼす抗生物質によって引き起こされる問題と同様の問題を防ぐための新しいアイデアを提供します。

バクテリオファージの時代が到来しました。日常の医療に取り入れられることを期待し、病原菌の侵入に対して共に戦いましょう。

この記事のポピュラーサイエンスのテーマは、「Research Frontiers 2024」レポートの生物科学分野のトップ10のホットなフロンティアから派生したものです。

【参考文献】

[1] Cong Cong、Li Jibin、Wang Lili 他。中国におけるバクテリオファージの初期の歴史文書に関する研究[J]。外国医学（抗生物質）、2023、44（2）：73-82。

[2] Dion MRB、Oechslin F、Moineau S.ファージの多様性、ゲノミクスおよび系統発生[J]。ネイチャーレビューマイクロバイオロジー、2020年、18：125。

[3] Salmond GPC、Fineran P C. ファージの世紀：過去、現在、そして未来[J]。ネイチャーレビュー微生物学、2015、13(12):777-786。

[4] 洪若璇細菌感染症に対するファージ療法の研究進歩のレビュー[J]。現代ビジネスと産業、2019(13):71-74。

[5] 張志紅、鍾有紅、王鵬。ファージ療法の研究状況[J]中国熱帯医学誌、2021年、21(7):698-703。

編集者：劉楊、趙娜

校正：Li Na、Li Yule

プロデューサー: 彭斌

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