理化学研究所、２００９年新型インフルエンザの遺伝子変異を解析

２００９年新型インフルエンザの遺伝子変異を解析

−新タミフル耐性変異の発見など、インフルエンザ感染対策の基礎情報を提供−


◇ポイント
　新型インフルエンザの遺伝子配列を２５３検体で解析　

　国内で新たに発生した遺伝子変異グループを１２個発見　

　２５３検体の中から、タミフル耐性遺伝子変異を３検体発見　


　独立行政法人理化学研究所（野依良治理事長）は、２００９年から２０１０年にかけて国内で感染拡大した新型インフルエンザウイルス（２００９　ｐａｎｄｅｍｉｃ　Ａ／Ｈ１Ｎ１）遺伝子の塩基配列解析を行い、このウイルスが多様な遺伝子変異を引き起こしていることを発見しました。発見したこれら変異の系統を解析したところ、感染初期と感染ピーク時ではウイルスの起源が違うこと、タミフル耐性遺伝子変異が発生していたこと、交通手段の発達により変異ウイルスが国内で急速に拡散したこと、などが分かりました。これは理研オミックス基盤研究領域（ＯＳＣ、林崎良英領域長）と関西地区、関東地区の２０カ所の医療・研究機関※１の協力による成果です。

　人の遺伝子は２本鎖ＤＮＡ上にありますが、インフルエンザウイルスの遺伝子は１本鎖ＲＮＡ上にあるため、変異が極めて速く、亜種が次々と発生します。インフルエンザウイルスは、Ａ型、Ｂ型、Ｃ型の３属に大別され、特に世界的大流行（パンデミック）を人で起こしやすいＡ型は、遺伝子配列の違いに基づきＨ１Ｎ１、Ｈ５Ｎ１などに分類されます。発生した遺伝子変異を追跡し、さらなるパンデミックを早期に予測して感染拡大を防止するためには、ウイルス遺伝子の迅速な塩基配列解析が重要です。

　研究グループは、国内感染初期（２００９年５月）の大阪地区と、国内感染ピーク時（２００９年１０月〜２０１０年１月）の関西地区及び関東地区から、合計４４４検体を収集してウイルス遺伝子の塩基配列を解析しました。その結果、２５３検体が２００９　ｐａｎｄｅｍｉｃ　Ａ／Ｈ１Ｎ１であることが分かりました。これらを塩基配列に基づいて系統樹で分類したところ、感染初期と感染ピーク時の集団が異なることを見いだし、両ウイルスの起源が違っていたことを明らかにしました。さらに、感染ピーク時の集団内では、約２０個の変異グループが存在し、そのうち１２個が国内で新たに発生したものと分かりました。変異グループに関東・関西といった地域差は無かったことから、新幹線や航空機など近代交通網の発達の影響で、感染が急速に拡大したことも分かりました。また、抗インフルエンザウイルス薬「タミフル」の耐性遺伝子変異を発見し、患者の臨床所見を裏付けることができました。

　高病原性※２鳥インフルエンザなどは、人から人への伝染が危惧されており、今のうちから対策に着手することは極めて重要です。理研ＯＳＣは、研究所に検体を持ち込むことなく、臨床現場で検査可能なオンサイト迅速検出法の開発などを通して、国内感染症対策へ貢献していきます。

　本研究の一部は、科学技術振興調整費「重要政策課題への機動的対応の推進」プログラム“新型インフルエンザ対策に資する緊急研究”として行ったもので、本研究成果は、米国のオンライン科学雑誌『ＰＬｏＳ　ＯＮＥ』（４月２５日付け：日本時間４月２６日）に掲載されます。


背景

　２１世紀は感染症の時代ともいわれています。２００９年３月にメキシコで発生した豚由来の新型インフルエンザウイルスは、瞬く間に世界中に伝播しました。同年６月には、世界保健機関（ＷＨＯ）が警戒水準（フェーズ）を最高度の「６」に引き上げ、世界的大流行（パンデミック）が発生したと宣言して、このウイルスを「２００９　ｐａｎｄｅｍｉｃ　Ａ／Ｈ１Ｎ１」と命名しました。新型インフルエンザの大流行は、１９６８年に発生した「香港風邪」以来４１年ぶりで、日本でもこの２００９　ｐａｎｄｅｍｉｃ　Ａ／Ｈ１Ｎ１は急速な広がりをみせ、多くの感染者を出しました。

　インフルエンザウイルスは、オルトミクソウイルス科に分類されるウイルスのうち、Ａ型、Ｂ型、Ｃ型の３属を総称する名称で、特にＡ型は、遺伝子領域での変異型が多く、世界的な大流行（パンデミック）を起こしやすいために有名です。人の遺伝子は、２３対ある染色体を構成する２本鎖ＤＮＡ上にありますが、インフルエンザウイルスの遺伝子は１本鎖ＲＮＡ上にあり、例えばＡ型インフルエンザウイルスの場合、ＨＡ，　ＮＡ，　ＰＡ，　ＰＢ１，　ＰＢ２，　Ｍ，　ＮＰ，　ＮＳと呼ぶ８本のＲＮＡが存在しています（図１）。これら８本のＲＮＡの中でも、特にＨＡとＮＡの遺伝子には変異が多く、すでにＨＡに１６個、ＮＡに９個の大きな変異が見つかっており、その組み合わせの数だけ亜型が確認されています。これら亜型の違いは、Ｈ１Ｎ１や　Ｈ１６Ｎ９といった略称で表現されており、現在、人のインフルエンザの原因となることが分かっているのは、Ａソ連型として知られている「Ｈ１Ｎ１」、Ａ香港型として知られている「Ｈ３Ｎ２」、「Ｈ１Ｎ２」、「Ｈ２Ｎ２」の計４種類です。その他にも、人に感染した例として、「Ｈ９Ｎ１」や高病原性鳥インフルエンザで有名な「Ｈ５Ｎ１」など、いくつかの種類が報告されています。

　現在のところ、高病原性鳥インフルエンザは人から人への伝染が起きていないため、大流行には至っていません。しかし、いずれ新型インフルエンザが定期的に大流行するだろうともいわれています。そのため、パンデミック発生時の日本国内の人の移動の特性とウイルス感染経路を詳細に解析し、病院での初期対応体制などを国レベルで決定しつつ、迅速なインフルエンザウイルスの同定と適切な薬剤の処方、感染拡大の防止を実施していくことが、さらなるパンデミックを防ぐうえで非常に重要であると考えられています。


研究手法

　研究グループは、科学技術振興調整費「重要政策課題への機動的対応の推進」プログラム“新型インフルエンザ対策に資する緊急研究”として始めた、ＳｍａｒｔＡｍｐ法※３迅速インフルエンザ検出キット開発のために、医療機関の協力を得て、インフルエンザ陽性の検体を収集しました。まず、国内感染初期（２００９年５月１６日〜２０日）に、大阪府立公衆衛生研究所管轄の６地域の保険所が採取した９１検体と、国内感染ピーク時（２００９年１０月１３日〜２０１０年１月６日）に、大阪・東京・千葉の複数の医療機関が採取した３５３検体を用いて解析を行いました（図２）。その結果、感染初期の検体から４６検体と、感染ピーク時の検体から２０７検体の、合計２５３検体が２００９　ｐａｎｄｅｍｉｃ　Ａ／Ｈ１Ｎ１であると同定しました。これら２５３検体について、８本のＲＮＡを数個の断片に分けてＰＣＲで増幅し、シーケンサーを用いてその塩基配列を解析しました。


研究成果

（１）遺伝子変異の系統的解析　
　塩基配列を解析した結果、多様な変異を見いだしたため、それらをベイズ＝マルコフモデル※４で解析して系統樹に分類しました（図３）。これまでの国立感染症研究所チームの報告（Ｓｈｉｉｎｏ　ｅｔ　ａｌ，　Ｊｕｎｅ　２０１０　ＰＬｏＳ　ＯＮＥ）は、国内感染初期（２００９年５月〜９月）の検体だけを用いた系統の解析で、ウイルスは１２個の変異グループで構成される集団であるとされていました。しかし今回の場合、感染初期の検体はその集団内にありましたが、感染ピーク時の検体は、感染初期とは異なる集団に分類できることを発見しました。さらに、この感染ピーク時の集団内には約２０個の変異グループが存在し、そのうち１２個が国内で新たに発生したものと分かりました。また今回の解析から、２００９　ｐａｎｄｅｍｉｃ　Ａ／Ｈ１Ｎ１遺伝子変異が、従来の予想の２倍以上の速度で起こることも明らかとなりました。

　これらのことから、感染初期と感染ピーク時では、持ち込まれたインフルエンザウイルスの起源が異なっていた上に、感染ピーク時のウイルスは、変異を頻繁に繰り返して進化していたことが分かりました。

　また、関東地区と関西地区の検体が同一の集団内に混在していたことから、日本国内は交通機関が発達して人の移動が活発であるため、変異したインフルエンザウイルスが１つの地域に留まらず、急速に伝播していったことが示唆されました。

（２）タミフル耐性ウイルスの発見　
　さらに、２００９　ｐａｎｄｅｍｉｃ　Ａ／Ｈ１Ｎ１では初めての報告となるタミフル耐性変異を発見しました。すでにタミフル耐性変異として、ＮＡのＲＮＡから作られるタンパク質の２７５番目のアミノ酸であるヒスチジンが、チロシンに置換した遺伝子変異（Ｈ２７５Ｙ）が感染初期の集団から報告されていましたが、今回新たに、２９５番目のアスパラギンがセリンに置換する遺伝子変異（Ｎ２９５Ｓ）を発見しました。研究グループが発見したタミフル耐性変異は、Ｈ２７５Ｙが２検体、Ｎ２９５Ｓが１検体で、共に感染ピーク時の集団から発見しました。中でもＨ２７５Ｙの変異を持つ患者の１人は、約２カ月に及ぶ集中治療室での入院となりましたが、感染したウイルスがタミフル耐性変異である、という解析結果が患者の治療方針決定にも役立ちました。


今後の期待

　今回、タミフル耐性ウイルスの検出は、２５３検体中３検体（１．２％）に留まりました。しかし次の感染ピークでは、その割合が顕著に増えることも予想されています。特に、高病原性鳥インフルエンザが人へ感染した場合、早期に感染経路を特定し、そのウイルスが薬剤耐性かどうかを判定することが求められます。今後も、このような遺伝子解析によるアプローチが、インフルエンザ感染拡大の詳細を知る上で重要な方法であると考えられます。

　理研ＯＳＣはすでに、科学技術振興調整費「重要政策課題への機動的対応の推進」プログラムのもと、臨床現場での迅速な検出が可能となるＳｍａｒｔＡｍｐ法を用いた２００９　ｐａｎｄｅｍｉｃ　Ａ／Ｈ１Ｎ１の簡易迅速検出キットを開発し、２０１０年１１月２２日付で、理研ベンチャーの株式会社ダナフォームが薬事法による製造販売承認を受けています。現在は、タミフル耐性ウイルス検出キットの開発と、文部科学省「感染症研究国際ネットワーク推進プログラム」インフルエンザ研究コンソーシアムのもと、Ｈ５Ｎ１高病原性鳥インフルエンザ検出キットの開発（研究代表者：石川智久上級研究員）を進めています。研究グループはこれらの開発を通して、国内でのパンデミックを防ぐため一刻も早いキット完成を目指しています。


　※　補足説明・図１〜３は、関連資料参照