蚊の秘密兵器と栽培のコツ丨世界蚊の日

8月20日は「世界蚊の日」です。これは蚊を祝うためではありません。この記念日が制定された主な理由は、マラリアなどの蚊媒介感染症に対する人々の意識を高めることです。蚊は多くの危険な病原体を運ぶ可能性があり、それらは蚊の「秘密兵器」と呼べるかもしれません。それで、どうやって人間に感染するのでしょうか?近年、科学者たちは蚊の媒介効果を理解するために多大な努力を払い、蚊の「栽培の秘密」の多くを解明した。

著者：Chen Lu （清華大学医学部基礎医学科） 、Liu Jianying （深圳湾研究所感染症研究所） 、Cheng Gong （清華大学医学部基礎医学科）

蚊は一般的な吸血昆虫として、常に夏の厄介者とみなされてきましたが、その背後に潜む健康上の脅威は人々の認識をはるかに超えています。蚊は多くの重大な病気の媒介者であり、「死の翼」と呼ぶのは誇張ではありません。蚊媒介性疾患は、蚊に刺されることで広がる疾患です。その中でも、マラリア、デング熱、黄熱病、ジカウイルス感染症などは、人々によく知られている代表的な例です。これらの疾患による死亡者数と罹患数は毎年依然として高く、世界の公衆衛生の安全に深刻な脅威を与えています。マラリアなどの蚊媒介感染症に対する意識を高めるために、毎年8月20日は「世界蚊の日」と定められています。今日は、蚊がどのようにして人類の「生涯の敵」となったのかを見てみましょう。

マラリア：最も古い蚊媒介性疾患

マラリアは間違いなく、人間にとって最も致命的な蚊媒介疾患です。マラリアが蔓延している多くの国では、マラリアが病気や死亡の主な原因となっています。典型的な症状は、繰り返し起こる悪寒、疲労、嘔吐、頭痛です。すぐに治療しないと、症状が進行して黄疸、脾腫、貧血、てんかん、さらには死に至ることもあります。世界のマラリア死亡率は0.3%～2.2%ですが、重症マラリアの死亡率は30%に達することもあります。マラリアの影響の広さと深刻さは世界的な健康問題となっている。毎年、マラリアの症例は2億件に上り、数十万人が死亡していると推定されています[1] 。さらに衝撃的なことに、歴史家たちは、人類の歴史が始まって以来、マラリアが約60億人の死を引き起こした可能性があると推測しています[2]。

マラリアは人類史上最も古い病気の一つです。古代の文書によれば、マラリアは中国からメソポタミア、エジプトからインドに至る主要な文明に広がった。古代ギリシャの時代から、沼地に住む人々は発熱や脾臓肥大を起こすことが多いことに気づいていました。当時、沼地で発生した「瘴気」を吸い込むことが原因であると一般に信じられていました。マラリアの「malaria」という単語は、「mala」（悪い）+「aria」（空気）から来ています。

科学者たちがこの病気についてより深く理解し始めたのは 19 世紀後半になってからでした。 1880 年、シャルル・ルイ・アルフォンス・ラヴェラン博士は、マラリア患者の血液中に非常に特殊な生物であるマラリア原虫を発見しました (図 1)。彼は、この生物が移動できるだけでなく、宿主の体内で繁殖し、最終的にマラリアの発症を引き起こすことを観察した。それ以来、人類はマラリアに対する科学的な戦いを始めました。

図1.アルフォンス・ラヴェラン[3]による熱帯熱マラリア原虫の図解。画像出典：参考文献[3]

マラリア原虫の感染メカニズムはかつて科学者を困惑させた。蚊がフィラリア症寄生虫を媒介することは知られていたが、マラリア原虫の具体的な媒介者は謎のままであった。インドに駐留していた軍医ロナルド・ロス氏は、マラリア感染地域で何千匹もの蚊を検査したが、マラリア原虫の痕跡は発見されなかった。しかし、マラリア患者の血液をさまざまな種類の蚊に与えてみたところ、ハマダラカの一種にマラリア原虫のスポロゾイトが見つかった。 1899年、ロスは三日熱マラリア原虫に感染したハマダラカを使って医学生の息子とボランティアを感染させることに成功し、ハマダラカがマラリア媒介者であることを確認した[4]。彼は後に、マラリア原虫の胞子を発見した1897年8月20日を「蚊の日」と名付けた。この日は現在「世界蚊の日」として祝われており、人々はロス氏の貢献をいつまでも忘れないだろう。

マラリアは蚊によってのみ伝染することが発見され、マラリア原虫の人体におけるライフサイクルが完全に解明されたのは 1957 年になってからでした。マラリア原虫に感染したハマダラカが人間を刺すと、その唾液腺にあるマラリア原虫のスポロゾイトが唾液とともに人間の体内に侵入します。その後、スポロゾイトは急速に血流を介して肝臓に移動し、肝細胞に感染し、そこで成熟して増殖します。この段階は潜伏期間と考えられており、臨床症状はありません。マラリア原虫が増殖と複製を完了すると、感染した肝細胞から多数のメロゾイトが放出され、赤血球に侵入します。この時点で、感染者は臨床症状を発症し始め、死に至ることもあります[5]。

現在使用されている 2 つの主要な抗マラリア薬は、2 つの重要な植物、すなわちヨモギ属の植物由来のアルテミシニンとキナ属の植物由来のキニーネから抽出されています。キニーネとアルテミシニンは現在最も効果的な抗マラリア薬です。この時点で、人類によるマラリア原虫の探査の物語は、ようやく基本的に完了したことになります。ノーベル賞が創設されてから120年以上が経ちますが、マラリア関連の研究で4つの賞が授与されています。1902年には、ハマダラカがマラリア媒介動物であることを確認し、マラリア原虫の発生史を解明したロナルド・ロスに授与されました。 1907年、血液細胞内のマラリア原虫を発見したアルフォンス・ラヴェランに授与された。 1965年、キニーネの最初の人工合成に対してロバート・バーンズ・ウッドワードに賞が授与されました。 2015年には、新たな抗マラリア薬であるアルテミシニンを単離した屠呦呦氏にこの賞が授与されました。人類のマラリアとの長い闘いの歴史において、彼らは医学史上画期的な役割を果たしました。

黄熱病：最も古い蚊媒介ウイルス性疾患

寄生虫に加えて、ウイルスも蚊媒介性疾患を引き起こす重要な要因です。黄熱ウイルスは蚊によって伝染することが確認された最初のウイルスでした。歴史的データによれば、1648年にはメキシコで黄熱病の発生が記録されている。その後200年間、黄熱病は最も致命的で恐れられる感染症の一つであり続け、アフリカとアメリカ大陸で多数の死傷者を出した。[6]

黄熱ウイルス感染症は、発熱、筋肉痛、頭痛、吐き気、嘔吐などの軽度のインフルエンザに似た症状を伴う自然治癒する病気など、さまざまな臨床症状を呈することがあります。ほとんどの場合、症状は3〜4日後に消えます。しかし、少数の患者は24時間以内に第2段階のより毒性の高い段階に入り、その間に高熱、出血、黄疸、黒色尿、肝不全、腎不全などを繰り返すことがあります。再発した患者の半数は7～10日以内に死亡します[7]（図2）。

図 2. 19 世紀に描かれた黄熱病の 4 つの臨床段階。画像クレジット: Etienne Pariset と André Mazet。 1820年。黄熱病の進行を示す4つのイラスト。

19 世紀以前は、黄熱病の原因と感染方法は不明でした。 1881年になって初めて、キューバの医師カルロス・フアン・フィンレイが、蚊が黄熱病を広める可能性があるという疫学に基づいた「蚊仮説」を提唱し、それがその後の黄熱病に関する科学的研究の基礎を築きました。 1901 年、ウォルター・リードはボランティアの蚊刺しによる研究を行い、ネッタイシマカが黄熱病の主な媒介者であることを確認しました。その後キューバで実施された蚊媒介介入措置により、黄熱病の発生は抑制されました。さらにリードは、黄熱病は患者の血液中に存在する極めて小さな孔を通過できる物質によって引き起こされることを観察し、黄熱病の病原体が細菌よりもはるかに小さいことを示唆した。しかし、黄熱ウイルスが分離され、歴史上初めて分離されたヒトウイルスとなったのは1927年になってからでした[8] 。その後、マックス・タイラーは、黄熱病ウイルスの毒性は動物内で複数回継代すると徐々に低下することを発見しました。何年もの実験を経て、テイルはついに17Dと呼ばれる弱毒化株を分離した。 17D は毒性が非常に低いですが、防御免疫反応を誘発することができます。これを基に、テイルは接種後30～35年間免疫を維持する黄熱病ワクチンを開発し、これはこれまでに開発されたワクチンの中で最も効果的なものの1つと考えられています。[9] マックス・テイルは、この功績により1951年のノーベル賞も受賞しました。

デング熱：熱帯地方の潜在的な致死性疾患

デング熱は、デングウイルスによって引き起こされる急性熱帯ウイルス性疾患であり、デングウイルスには 4 つの血清型があります。主にネッタイシマカやヒトスジシマカの刺咬によって感染します。この病気は熱帯および亜熱帯地域で広く蔓延しています。私の国では、広東省、福建省、雲南省、台湾でデング熱の流行が発生しています。デングウイルスに感染した人のほとんどは無症状ですが、症状のある感染では、高熱、頭痛、筋肉痛や関節痛、発疹などのインフルエンザの症状が現れることが多いです。重症の場合は出血、ショック、さらには死に至ることもあります[10]。

2019年、世界保健機関（WHO）はデング熱を潜在的に脅威となる疾患のトップ10に挙げました。世界中で約35億人がデングウイルスに感染する危険にさらされています。デング熱の症例は1999年から2019年の間に600%増加したと推定されています[11] 。デング熱の蔓延は、世界的な人口移動、気候変動、都市化の継続的な拡大により、今後も拡大し続けるでしょう。 2023年7月、世界保健機関（WHO）は、地球温暖化により蚊の増殖と蚊媒介性疾患の蔓延が促進されるため、今年の世界のデング熱感染者数は過去最高を記録する可能性があると警告した。

日本脳炎：アジアの見えない脅威

デングウイルスとは異なり、日本脳炎ウイルス (JEV) は通常、イエカによって伝染し、ウイルスの自然サイクルには複数の脊椎動物宿主が関与します。豚と水鳥は、JEV 増幅の最も重要な 2 つの宿主であると考えられています。感染後は通常は無症状ですが、蚊にウイルスを感染させるのに十分な高ウイルス血症を発症する可能性があります。人間と馬は JEV の偶発的な宿主であると考えられており、蚊に対する JEV 感染の重要な発生源ではありません。 JEVに感染すると、人間は低レベルかつ一時的なウイルス血症を経験するだけですが、感染者の1％未満に致命的な脳炎の症状が現れます[12] 。 JEV は主に中国、韓国、日本、タイなどのアジアで蔓延しており、これらの国々におけるウイルス性脳炎の主な原因となっています。 JEV は重篤な神経疾患を引き起こす可能性があります。脳炎の急性期の症状としては、首のこわばり、片麻痺、けいれん、高熱などがあります。これは非常に深刻な病気であり、脳炎患者の死亡率は30％にも達することがあります。生存患者の30％～50％は、難聴、麻痺、発話不能などの永続的な知的障害、行動障害、神経障害を患う可能性がある[13]。

ジカウイルス感染症：新たな公衆衛生上の脅威

ジカウイルスはもともと1947年にウガンダのジカの森に生息する哨戒ザルから分離されました。2007年以前は、ジカウイルスは重篤な病気や大規模な流行を引き起こすことなく、アフリカやアジアの多くの地域でひっそりと蔓延していました。ジカウイルスに感染した人のほとんどは、発熱、関節痛、発疹、結膜炎などの比較的軽い症状を経験します。しかし、2015年から2016年にかけて、ジカウイルスは世界中で大きな注目を集めました。ブラジルでは2015年だけでも、ジカ熱感染の症例が数百万件報告された。ジカウイルスの感染が直接的に致命的となることはまれですが、まれな免疫疾患であるギランバレー症候群を引き起こす可能性があります。感染者が妊婦の場合、ウイルスは胎児に先天性小頭症を引き起こし、流産を引き起こす可能性もあります[14, 15]。

蚊媒介ウイルスの伝播メカニズムに関する研究

蚊が血を吸うときに動物に病原体を感染させることは誰もが知っていますが、ウイルスは蚊の中でどのように働くのでしょうか?

蚊媒介性疾患の分野では、この号は主に蚊の媒介能力、つまり蚊が昆虫媒介性ウイルスを獲得、維持、伝播する能力の研究に焦点を当てています。まず、卵の孵化サイクル中に栄養のために血を吸う必要があるのは一部の種の雌の蚊だけであり、ほとんどの蚊は花の蜜や植物の樹液を餌としていることを理解する必要があります。

研究により、蚊がウイルスを含む血を吸った後、ウイルスは中腸に入り、蚊の中腸上皮細胞で安定した複製を確立することが判明しています。その後、ウイルスは蚊の血リンパに放出され、脂肪体、血リンパ細胞、筋肉、唾液腺、神経組織などの蚊の全身組織に広がります。その後、ウイルスは唾液腺に蓄積し、次の吸血過程で、病原体は唾液中の抗凝固物質やアレルゲンとともに次の宿主に侵入します（図3）。蚊の唾液は、蚊が媒介するウイルスの宿主への伝染を促進することが確認されており、関連する疾患の発症に関与していると考えられています。

図 3. 蚊がウイルスに感染し拡散するプロセス。画像出典: Snodgrass、Robert Evans。 1959年。「蚊の解剖学的生態」スミソニアン雑集、139、(8)、1–87。

明らかに、蚊は感染した人を吸血することによってのみウイルスを獲得し、それを拡散し続けることができますが、ではなぜ蚊は感染者をそれほど簡単に見つけることができるのでしょうか?人間の体臭は蚊の行動を制御する重要な要素です。デングウイルスとジカウイルスは感染者の皮膚微生物を制御し、その匂いを変化させ、それによって蚊の嗅覚に影響を与え、蚊が感染者を効率的に見つけ出し、ウイルスを含む血を吸うことを可能にする[16]。

最近の研究では、宿主の血液中の成分（鉄イオン[17]や分泌されたウイルス非構造タンパク質NS1 [18]など）が蚊によるウイルスの獲得を制御できることが明らかになっています。宿主の血液成分に加えて、蚊の腸内共生生物もウイルス獲得に重要な役割を果たします。蚊の腸内には豊富で多数の腸内微生物叢が存在します。研究によると、ネッタイシマカの腸内にはセラチア・マルセセンスの一種が存在し、これがウイルスの蚊の腸内感染を助け、ネッタイシマカの蚊媒介性ウイルスに対する感受性を著しく高めることが明らかになっています[19] 。最近の研究では、唾液タンパク質が哺乳類の免疫細胞におけるジカウイルスとデングウイルスの感染を大幅に促進できることが研究者によって発見され、それが蚊媒介ウイルスの伝播を助ける重要な因子であることが証明されました[20]。これらの研究は、宿主、媒介蚊、ウイルス間の相互作用を明らかにするだけでなく、重要な蚊媒介ウイルスの予防と制御のための新たな介入目標とアイデアも提供します。

近年、蚊媒介ウイルス感染および伝播の分野では目覚ましい進歩が見られ、多数の研究により宿主、媒介蚊、ウイルス間の複雑な関係が明らかになってきました。蚊、ウイルス、宿主の相互作用に関する研究者の理解は急速に広がっていますが、蚊が深刻な病理学的反応を引き起こさずにウイルスの複製を許容する仕組みなど、深く研究する必要がある不可解な謎がまだ多く残っています。異なるウイルスが伝染するために異なる種類の蚊を好む理由遺伝的背景と環境の違いが蚊の媒介効果にどのように影響するか。何億年もの進化を経て、蚊は常に人類の進化とともに存在してきました。それらが私たちの生存に影響を及ぼし続けることは予測できます。したがって、蚊が人間に及ぼす脅威をいかに効果的に軽減するか、そして蚊といかに平和的に共存していくかは、今後も私たちが探求し続けていく重要なテーマとなるでしょう。より効果的な制御および予防戦略を開発するには、蚊と病原体との相互作用メカニズムをさらに調査する必要があります。さらに、公衆衛生教育を強化し、蚊媒介ウイルスの伝染に対する人々の意識を高めることも予防の鍵となります。科学者、医師、そして地域社会は、これらの課題に立ち向かう上で重要な役割を担っています。これらの問題を解決するには、コラボレーションとイノベーションが鍵となります。協力し合うことで、人々の健康を守りながら、蚊とのより調和のとれた共存を確立できると期待しています。

参考文献

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この記事は科学普及中国星空プロジェクトの支援を受けています

制作：中国科学技術協会科学普及部

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