ゲイツ氏とザッカーバーグ氏が支援する疾病追跡システムがカンボジアの新型コロナウイルス感染症対策に取り組む

ジェシカ・マニング氏にはコロナウイルスの経験がなかった。感染症研究者の彼女は2013年から断続的にカンボジアに滞在し、メコンデルタに生息する蚊とその唾液がヒトへの感染拡大にどのように関与しているかを研究していた。しかし1月、カンボジアで初の新型コロナウイルス感染症患者が確認され、診断を行った研究所は、患者とその家族から採取した検体をマニング氏に送付し、さらなる検査を依頼した。

マニング氏はプノンペンにある国立アレルギー・感染症研究所マラリア・ベクター研究室に勤務している。この研究所は、NIAIDとカンボジア国立寄生虫学・昆虫学・マラリア対策センターとの数十年にわたる共同研究の一環である。9月、彼女のチームは白い機械を起動させた。飛行機の頭上収納スペースに収まるほど小型で、DNAの塩基配列を一つ一つ読み取るように設計されている。ここ数カ月、彼らはこの新型シーケンサーを使い、デングウイルス以外のどの微生物がカンボジアでこれほど多くの高熱を引き起こしているのかを解明してきた。そして今、彼らはこのシーケンサーに、カンボジアに到着したばかりのコロナウイルスの遺伝子を解析させようとしていた。そして、IDSeqと呼ばれるシステムの助けを借りて、その作業を行う予定だった。

IDSeqは、メタゲノムシーケンシングのためのクラウドベースのオープンソース・バイオインフォマティクス・パイプラインです。科学者の専門用語を使わずに説明すると、サンプル（例えば、ヒトの血液のチューブや鼻に挿入された綿棒など）から抽出されたすべての遺伝物質をくまなく調べるコンピューターコードのパッケージです。IDSeqは、これらのDNAとRNAの断片を既知の微生物の膨大なデータベースと照合し、混在する微生物を特定します。IDSeqを実行するには、使い方を習得したシーケンサーとインターネット接続さえあれば十分です。

IDSeqは、カリフォルニア大学サンフランシスコ校の生化学者ジョー・デリシ氏の研究室で行われた研究プロジェクトとして始まりました。17年前、デリシ氏のチームはSARSを引き起こすコロナウイルスを特定する技術を開発しました。近年、デリシ氏の研究室は臨床メタゲノムシーケンシングへの取り組みを後押しし、近隣の病院で治療を受けている患者の医学的謎を解明するのに役立つ検査を開発しています。脳に侵入するサナダムシの症例もその一つです。

2016年、小児科医のプリシラ・チャンと夫でFacebook創業者のマーク・ザッカーバーグは、感染症対策に10年間で30億ドルを投じることを誓約し、最初の投資先としてデリシを共同経営者に選んだ。それは、6億ドル規模の新設研究センター「チャン・ザッカーバーグ・バイオハブ」だ。バイオハブに着任後まもなく、デリシは大規模なデザイナーとエンジニアのチームを結成し、自身の研究室で何年もかけて寄せ集めたコードを、産業レベルのソフトウェアパッケージへと昇華させた。2018年10月、彼らは少数のテストユーザーを対象にIDSeqをソフトローンチした。そのすべての計算処理費用はFacebookの巨額の資金で賄われた。

より多くの科学者、特に資源が不足している地域の科学者にIDSeqを届けるため、バイオハブはビル＆メリンダ・ゲイツ財団と提携しました。財団からの助成金により、南アフリカ、バングラデシュ、マダガスカルなどの国々から10の研究チームがバイオハブに招かれ、IDSeqの使い方を学んでいます。助成金は、トレーニングに加え、各国際チームに小型シーケンサーを支給し、それぞれの研究室に持ち帰れるようにしています。

マニングさんは、カンボジアで原因不明の発熱患者を調査する活動を拡大するため、そうした助成金のひとつを受け取った。昨年の夏の終わり、カンボジア史上最悪のデング熱の流行がピークを迎えていたころ、彼女は研究室の技術者2人とともにサンフランシスコに飛び、バイオハブで1週間の研修を受けた。11月までに彼女のチームはIDSeqを稼働させ、カンボジア全土の野戦病院で発熱患者から採取した血液サンプルを処理していた。1月初旬、デリシはバイオハブのチームを連れてマニングさんの研究室を訪れ、抱えている問題のトラブルシューティングを行った。旅行中、彼らは中国の武漢から発生した原因不明の肺炎症例のニュース報道について話し合ったとマニングさんは回想している。当時は医療従事者の感染は広く報道されていなかったため、すぐに収束するだろうと彼らは考えていた。デリシのチームはカリフォルニアに戻った。「それからすべてが急に悪化したんです」とマニングさんは言う。

中国当局が新型コロナウイルスの爆発的な感染拡大への対応を開始する中、国際保健の専門家たちは、南太平洋にある中国より技術的に遅れた隣国に感染が広がった場合の事態を懸念していました。新たな感染症が発生した場合、その感染拡大を追跡することは極めて重要です。これは、単に新規感染者数を把握する以上の意味を持ちます。ウイルスの遺伝情報を収集することで、公衆衛生当局はウイルスがどのようにして自国に侵入したかを理解し、感染拡大を遅らせるための対策を講じることができます。また、研究者がウイルスの変異を監視し、診断検査の効果を低下させる可能性のある変異の有無を確認するのにも役立ちます。

しかし、資源の乏しい環境では、こうしたアウトブレイクを特定し封じ込める取り組みは困難を極めます。例えば、ジカウイルスはブラジルで最初の症例が報告される2年前から流行していました。研究者たちは、南北アメリカ大陸全域の患者から採取したウイルスのゲノムを解析することで、この事実をずっと後になってようやく解明しました。

そのため、疫学者たちは、マレーシア、インドネシア、カンボジアといった中国よりも公衆衛生インフラが弱く、歴史的に遺伝子解析能力が不足している国々では、新型コロナウイルスが検知されずに蔓延し続ける可能性があると考えるだけの理由があった。彼らは、診断されていない感染者が密かにアウトブレイクを持続させ、世界規模での感染拡大を加速させるのではないかと懸念していた。

しかし、マニング氏の研究室にシーケンサーが導入されたことで、カンボジアは患者の検体を用いたメタゲノムシーケンシングが可能になった。1月26日、カンボジアパスツール研究所の技術者らは、武漢から到着し発熱したばかりの60歳の中国人男性の鼻と喉のスワブからウイルスRNAを抽出した。翌日、保健省当局はこれらの検体が新型コロナウイルス感染症（COVID-19）の陽性反応を示し、同国初の感染者となったと発表した。

3日後、マニングの研究室は患者のスワブから抽出したRNAの入った小瓶を数本受け取った。彼女のチームはそれをシーケンシング用に準備し、新しい装置でサンプルを解析し、得られたデータをIDSeqに送信した。その後、IDSeqのアルゴリズムが遺伝子コードの塊をすべてふるいにかけ、各断片をGenBank（公開されているすべての遺伝子配列のコレクション）と比較するのを待った。当時、中国の科学者たちはCOVID-19を引き起こすコロナウイルスの配列を解析し、そのゲノムデータをGenBankに登録していたが、デリシの研究チームはソフトウェアをアップデートしておらず、データベースの最新版を検索できていなかった。彼らはIDSeqを盲目的に運用し、何が見つかるかを見極めようとした。

2時間後、結果が届いた。マニングはコンピューターの画面に映し出されたGenBankへのヒット数を示すヒートマップを見つめた。最も濃い赤色（サンプルとGenBankの配列の一致数、つまり「リード」が最も多いことを示す）は、SARSを引き起こすコロナウイルスのリードだった。しかし、完全に一致したわけではなかった。ほぼ同数のリードが、コウモリから発見されたコロナウイルスにマッピングされたのだ。「SARSと近縁だが、まだ特徴が解明されていない新型コロナウイルスだと分かります」とマニングは言う。

約1週間後、IDSeqチームはGenBankの最新版にインデックスを更新した。GenBankには約8万5000件の新規データが追加され、その中には世界中の患者から採取された新型コロナウイルス感染症（COVID-19）を引き起こすコロナウイルスの配列54件も含まれていた。今回、チームがサンプルを解析したところ、ソフトウェアは明確な答えを返した。ほとんどのリードが、数週間前に武漢で発生したウイルスと完全に一致したのだ。

これら2つの検査を組み合わせることで、IDSeqがデリシ氏の約束通り、既知の病原体の拡散を検知し、新たな病原体の早期警戒システムとして機能することが証明されました。デリシ氏とマニング氏のチームは先週、この概念実証をbioRxivのプレプリントで報告しました。Biohubはカンボジアのコロナウイルス症例に関するプロジェクトページも公開し、このソフトウェアを初めて一般公開しました。

「このことに興奮で頭がくらくらしています」とデリシ氏は語る。IDSeqの第一目標は、科学者が自国で高度な分子診断を実施し、地域課題の解決に役立てることだと彼は言う。しかし、第二の目標は、資源の乏しい地域におけるメタゲノムシーケンス能力の拡大であり、パンデミックが発生した場合、世界中の科学者がそれを検出できるようにすることだ。「これは、この技術がサーバーファームを多数保有する超富裕層向けのものではないことを、実に素晴らしい形で証明するものです」とデリシ氏は言う。「これは現場で実行可能であり、少しの支援があれば、大きな変化をもたらすことができます。」

どれほどの違いがあるのか​​はまだ分からない。IDSeqと、サンプル中のウイルス物質の量を増やす新技術を併用することで、マニング率いるチームは最終的に、カンボジアで発生したウイルス株の全ゲノムを組み立てることに成功した。先月、科学者たちがウイルスの拡散と変異を追跡するために使用している公開データベースにこのゲノムを追加したところ、このゲノムは、アウトブレイクの震源地に近い低所得国から得られた数少ない配列の一つとなった。

マニング氏によると、彼女のグループは、カンボジアの公衆衛生当局によって確認された新たな症例の遺伝子検査を待機しているという。しかし、カンボジアが新型コロナウイルス感染症の検査を積極的に開始したのは、カンボジアを旅行した日本人が帰国後に陽性反応を示したことを受けて、先週になってからのことである。報道によると、この日本人は40人のカンボジア人と接触しており、現在40人は医療隔離下で経過観察されている。土曜日、カンボジア保健省はそのうち1人が新型コロナウイルス感染症と診断されたことを確認した。

これを受けて、カンボジア首相は2週間の休校を命じた。この措置は、政府が数週間にわたり感染拡大の深刻さを軽視してきたこととは対照的だった。批評家は、これは感染拡大防止ではなく、カンボジア最大の外国投資国である中国との良好な政治的・経済的関係を維持するための努力だと批判した。2月には、ハーバード大学T・H・チャン公衆衛生大学院の研究者たちが武漢とカンボジア間の航空便を分析し、カンボジアで症例が1件（マニング氏の研究室が遺伝子配列を解析した症例）だけである可能性は統計的に低いと判断した。つまり、カンボジアで新たな症例が見つからなかったのは、保健当局が調査を怠っていたためである。

こうした状況を踏まえ、マニング氏は、確定症例が増加するにつれて、ウイルスの配列をGenBankにさらに提供したいと考えています。彼女のチームは現在、週末に確認された症例の配列解析を進めているところです。このデジタルコロナウイルスライブラリは、疫学者がウイルスの拡散と進化を追跡するのに役立つだけでなく、カンボジアで開発される可能性のある治療法やワクチンが、同国で蔓延しているウイルス株に対して有効であることを保証するのにも役立つ可能性があります。

「これらの配列解析により、このウイルスがいかに急速に変異しているかをほぼリアルタイムで確認でき、対策開発へのロードマップとして役立ちます」とマニング氏は語る。しかし、彼女のチームは、一度に1つのサンプルしか解析できない新型シーケンサーの処理能力に制限を受けることになる。カンボジアで感染者数が急増すれば、すぐに未処理の検体が積み上がってしまうだろう。それでも、少なくともカンボジアは疫学者の地図に載ることになる。少しでも配列解析ができれば、何もないよりはましだ。

WIREDのCOVID-19に関するその他の記事

• 先延ばしにしてきたことを、今こそ始める時です。その方法をご紹介します。
• 孤立が心（そして体）に及ぼす影響
• 退屈ですか？極限の屋内アクティビティのビデオガイドをご覧ください
• 新型コロナウイルス感染症生存者の血液が治療法への道を示す可能性
• ウイルスはどのように広がるのか？（その他、COVID-19に関するよくある質問への回答）
• コロナウイルスに関する当社の報道はすべてこちらでご覧いただけます