科学者はどのくらい早く新しいコロナウイルス株を発見できるのか？

先週末、カリフォルニア大学サンフランシスコ校のチャールズ・チウ氏の研究室は、カリフォルニア州公衆衛生局から試験管の荷物を受け取りました。これは珍しいことではありません。感染症専門医であるチウ氏は、ほぼ1年間、州保健局と協力し、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検査で陽性反応を示した人々の検体の遺伝子配列解析を行ってきました。他のウイルスと同様に、SARS-CoV-2は集団内で移動するにつれて変異します。これらの変異のほとんどは軽微で、ウイルスの挙動を変えるものではありません。しかし、これらの変異を記録することで、科学者はコロナウイルスの拡散を追跡し、さまざまなアウトブレイクの起源をより深く理解することができます。

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チウ氏は数ヶ月にわたってこの種の遺伝子探索研究に協力してきた。しかし今回は、チームが何か新しい発見をするだろうと確信するだけの理由があった。

検体のうち2つは、カリフォルニア州ビッグベアに住むある世帯の人々のものでした。彼らは、イギリスから最近帰国した旅行者と接触した後に発病しました。そして、標準的な診断検査を行ったところ、両方の検体に異常が見られました。検査では、ウイルスのゲノムを保護するタンパク質の一部が検出されましたが、SARS-CoV-2が細胞侵入に用いるスパイクタンパク質は検出されませんでした。つまり、これらの人々に感染した株が何であれ、ウイルスのスパイクタンパク質遺伝子に少なくとも1つの変異が生じていた可能性が高いということです。この部位の変異は、イギリス国内、そして今や世界中で急速に広がっている、より感染力が強いと思われる新しいコロナウイルスの特徴の一つです。

土曜日までに、チウ氏の研究室はシーケンシング結果を受け取りました。そして案の定、2つのサンプルからスパイクタンパク質に23の決定的な変異が見つかりました。2人ともB.1.1.7として知られる英国型変異株に感染していました。12月29日にコロラド州で英国型変異株が初めて発見されて以来、当時、米国における同様の症例は10件未満でした。米国疾病対策センター（CDC）のデータによると、1月8日現在、少なくとも52人がこの新型株に感染したことが確認されています。これまでに、カリフォルニア州とコロラド州に加え、ニューヨーク州、フロリダ州、ジョージア州でも感染が確認されています。

チウ氏は、実際の状況ははるかに悪いと考えている。「アメリカのほぼすべての州でこのウイルスが蔓延しているのではないかと考えています」と彼は言う。「ただ、他の州には同じような遺伝子配列解析能力がないだけです」

パンデミックが始まって以来、コロナウイルスの遺伝子解析は断片的で場当たり的な作業であり、ウイルスの進化を熱心に調査する科学者を擁する大規模な生物医学研究機関がある地域で主に行われてきた。国際的なウイルス共有データベース「GISAID」の最新データによると、カリフォルニア州やコロラド州などの州では、毎週数百のウイルスゲノムを解析し、アップロードしている。しかし、他の州では、解析したのは合計で数十件にとどまっている。11月の米国最悪のアウトブレイクという不名誉な記録を保持していたノースダコタ州は、まだ1つのサンプルも解析していない。国レベルでは、米国は、問題となる新たな変異がどこで発生しようと監視できる、強力で協調的なゲノム監視システムを構築できていない。その結果、遺伝子解析が不足しているだけではない。国の大部分が監視対象外となっているのだ。

「地理的に代表性の高いデータを得るという点では、私たちは本当に遅れをとっています」と、公衆衛生研究所協会の感染症部長、ケリー・ウォロブレフスキー氏は語る。彼女は、今回の失敗は、診断検査の強化からワクチンの展開まで、新型コロナウイルス対策のほぼすべての側面を各州に委ねるというトランプ政権の決定の必然的な結果だと考えている。「国家レベルでのシークエンシング計画は存在しませんでした。なぜなら、国家レベルでの計画がほとんど何もなかったからです」と彼女は言う。

GISAIDによると、米国で公式に報告された2,150万件以上の新型コロナウイルス感染症症例のうち、わずか59,438人、つまり0.3%未満から採取した検体について、変異株の配列解析と分析が行われている。対照的に、英国は新型コロナウイルス感染症症例の10%以上を定期的に配列解析している。これにより、英国の公衆衛生当局は、B.1.1.7変異株が12月初旬には稀にしか見られなかったものの、3週間後には新規感染者の大部分を占めるまでに変化する様子をリアルタイムで監視することができた。この点で英国は顕著な例かもしれないが、英国だけではない。ワシントン・ポスト紙の最近の分析によると、世界の新型コロナウイルス感染症症例の4分の1を米国が占めているにもかかわらず、米国よりも多くの症例を配列解析している国は42カ国に上る。

「米国が今やっていることは全く不十分だ」とチウ氏は言う。彼は、米国政府当局者は10%の閾値を目指すべきだと考えている。しかし、米国の医療制度の分断によって、その取り組みは間違いなく複雑化するだろう。英国は単一の国営医療サービスとそれを支える微生物学サービスを有しており、検体とデータの流通は比較的容易だ。一方、米国では、民間部門が依然として検査市場を支配している。チウ氏の研究室に検体が届くには、民間の研究所から郡の研究所、そして州の研究所へと送られ、ようやく彼の元に届くと、同氏は言う。それには数週間かかることもあり、そもそも届くかどうかも分からない。公衆衛生局の疫学者が遺伝学的に調査したい症例に遭遇する頃には、元の検体がすでに廃棄されていることも多い。「律速段階は配列決定ではなく、検体を入手することなのです」とチウ氏は言う。「だからこそ、州や郡の研究所に社内で検査を実施できるように権限を与え、より早くデータを取り出せるようにする必要があるのです。」

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過去10年間、公衆衛生研究所は、全米における食中毒の発生追跡という役割の一環として、遺伝子解析能力を強化してきた。ウォロブレスキー氏によると、すべての州立研究所に加え、少数の大規模な地方研究所もこの技術をすぐに利用できる状態にあるという。しかし、パンデミックの間、基本的な診断検査と接触者追跡を行うだけで手一杯だったため、この技術を広く展開することができなかったと彼女は言う。そして数週間前まで、彼らは何か別のことをするようにとの指示も出されていなかったのだ。

しかし、ようやく状況が変わり始めています。

CDCは12月中旬、全国の公衆衛生研究所に1500万ドルを支給し、全国の遺伝子配列解析の出力向上を図った。これは、現在CDCが進めている多方面からの取り組みの一環で、特徴付けられるコロナウイルス変異株の数と、それらの採取場所の両方を増やすことを目指している。この資金は、CDCが11月に開始したNS3と呼ばれる専用のSARS-CoV-2株監視プログラムに各州が参加するのに役立つ。プログラムが本格的に稼働すると、公衆衛生研究所はランダムに選ばれた10個のコロナウイルス検体をアトランタのCDC研究所に隔週で送ることになっている。検体は、さまざまな年齢、人種、民族グループの患者、そして各州の地理的多様性を代表するものでなければならない。CDCの科学者は、検体の遺伝子配列解析に加え、追加の検査を行うために利用できる集中型の株ライブラリを構築するためにも検体を使用する。

「シーケンシングは多くのことを教えてくれますが、全てを教えてくれるのは不可能です」と、CDCの高度分子検出局を率いるグレゴリー・アームストロング氏は語る。例えば、公衆衛生の専門家が懸念していることの一つは、過去に新型コロナウイルス感染症（COVID-19）に罹患して免疫を獲得した人が、この新たな英国株による感染をどの程度防ぐことができるかということだ。これを検証するには、科学者たちは新型コロナウイルス感染症の生存者の血液中に存在する抗体が、B.1.1.7型のウイルスをどの程度攻撃し、中和するかを評価できなければならない。また、これまでに開発・承認されたワクチンが、新たな株に対してそれほど効果的ではない可能性も懸念される。「それらの答えを得るためには、変異株のライブラリーが必要です」とアームストロング氏は言う。

アームストロング氏が今月末までに本格稼働開始を見込んでいるNS3プログラムは、その一助となるだろう。しかし、公衆衛生当局がB.1.1.7やその他の新興株（南アフリカで発生した警戒すべき株など）がアメリカ国民の間でどのように広がっているかを追跡するのに必要な量の遺伝子データは、このプログラムでは得られないだろう。そのため、CDCは大規模な民間検査機関も参加させている。12月には、ラボコープ社およびイルミナ社と契約を締結し、現在、全米各地からサンプルを収集・解析する能力を持つ他の機関ともさらなる契約交渉を進めている。さらに、CDCは9月以降、学術機関のシーケンシングセンターに約800万ドルの助成金を交付しており、現在、さらに多くの施設をオンライン化しようと努めている。これらの取り組みから得られたデータは、CDCの科学者によって継続的に分析され、他の研究者が利用できるようGISAIDなどの公共データベースにアップロードされている。

これらの新たな取り組みは、パンデミックの初期段階からCDC主導の160以上の研究機関、非政府組織、公衆衛生機関からなる「Spheres（公衆衛生上の緊急対応、疫学、監視のためのシークエンシング）」と呼ばれる連合に参加してきたチウ氏のような科学者の取り組みを後押しすることを目的としています。この連邦政府の取り組みは、科学者がデータと品質基準について合意できるよう支援することを目指していますが、実際の実験作業の費用は負担していません。そして、パンデミックの進行に追いつくことができていません。

「シーケンシングが十分ではないと強く感じています」とアームストロング氏は語る。「だからこそ、今まさに規模拡大に向けてこれらの措置を講じているのです」。昨年12月には、全米の研究所で週あたり約3,000個のウイルスゲノムのシーケンシングが行われていた。彼は、公的機関、大学、民間の研究所の力を結集することで、1月末までに全米で週あたり最大6,500個のウイルスゲノムをシーケンシングできると楽観視している。

ウォロブレスキー氏は、CDCが新たに緊迫感を感じているのは、複数の要因が重なり合った結果だと推測している。窮地に立たされた公衆衛生機関がトランプ政権の政治的干渉から逃れようともがいているまさにその矢先に、より感染力が高く、おそらくより危険な新たな変異株が出現したのだ。理由が何であれ、適切な対応をとるための時間は刻々と過ぎているとチウ氏は指摘する。「監視を行う目的は、こうした希少な変異株を発見し、その過程で、それらが今後も希少であり続けるようにすることです。今監視を実施すれば、これらの変異株が爆発的に増加して主流の系統となるのを防ぐことができるでしょう。そうなれば大惨事です。」

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