病原体の拡散と進化、およびワクチンや抗生物質に対する反応をマッピングする新しい方法は、将来の流行を予測し、予防するのに役立つ重要な洞察を提供します。このアプローチは、病原体のゲノムデータと、匿名化された携帯電話データから取得した人間の移動パターンを組み合わせたものです。
ウェルカム・サンガー研究所、ウィットウォーターズランド大学、南アフリカ国立感染症研究所、ケンブリッジ大学の研究者らと、グローバル肺炎球菌シークエンシングプロジェクトのパートナーらは、約7,000人の 肺炎連鎖球菌 （肺炎球菌） 南アフリカで収集されたサンプルには、詳細な人間の移動データが含まれています。これにより、肺炎や髄膜炎を引き起こすこれらの細菌が地域間をどのように移動し、時間の経過とともにどのように進化していくかが明らかになりました。
本日（7月3日）発表された調査結果は、 自然2009年の肺炎球菌ワクチンに関連する抗生物質耐性の初期の減少は一時的なものに過ぎない可能性を示唆しており、ペニシリンなどの抗生物質に耐性を持つ非標的株が68パーセントの競争上の優位性を獲得した。
研究者らがさまざまな肺炎球菌株の適応度（生存能力と繁殖能力）を正確に数値化できたのは今回が初めてだ。この知見は、最も有害な株を標的とするワクチン開発に役立つ可能性があり、他の病原体にも応用できるかもしれない。
結核、HIV、COVID-19など多くの感染症は、複数の株や変異体が同時に蔓延しているため、研究が困難です。世界中で肺炎、髄膜炎、敗血症の主な原因となっている細菌である肺炎球菌は、世界中に100種類以上、900以上の遺伝子株がある代表的な例です。肺炎だけでも、毎年5歳未満の子供約74万人が死亡しており、子供の感染症による死亡原因としては最大のものとなっています。
肺炎球菌の多様性は、主要な菌株を標的とするワクチンが空いたニッチを他の菌株が埋める余地を残すため、制御の取り組みを妨げている。これらの細菌がどのように広がるのか、ワクチンが細菌の生存にどのように影響するのか、抗生物質に対する耐性は、まだ十分に解明されていない。
この新しい研究では、研究者らは2000年から2014年の間に南アフリカで収集された6,910個の肺炎球菌サンプルのゲノム配列を分析し、さまざまな株の分布を経時的に追跡した。研究者らはこれらのデータを、Metaが収集した匿名化された人間の移動パターンの記録と組み合わせた。
研究チームは計算モデルを開発し、主に地域的な人間の移動パターンが原因で、肺炎球菌株が南アフリカ全土で完全に混ざり合うまでに約50年かかることを明らかにした。
研究チームは、2009年にこれらの細菌の特定の種類に対する肺炎球菌ワクチンが導入されて、それらの種類によって引き起こされる症例数が減少する一方で、これらの細菌の他の非標的株が68％の競争上の優位性を獲得し、ペニシリンなどの抗生物質に耐性を持つ割合が増加していることを発見した。これは、抗生物質耐性に対するワクチン関連の保護が短命であることを示唆している。
この研究の第一著者であり、ウェルカム・サンガー研究所の元博士課程学生で、現在はスペインのバルセロナ・スーパーコンピューティング・センターのシュミット科学フェローであるソフィー・ベルマン博士は、次のように述べている。「肺炎球菌は一般的にゆっくりと広がることがわかったが、ワクチンや抗菌剤の使用により、この動態は迅速かつ大幅に変化する可能性がある。私たちのモデルは、薬剤耐性やワクチンの有効性の観点から、病原体の広がりをよりよく理解し、予測するために、他の地域や病原体にも応用できるだろう。」
南アフリカのヨハネスブルグにある国立感染症研究所の研究著者であるアン・フォン・ゴットバーグ博士は、「ワクチン接種の取り組みにもかかわらず、肺炎は南アフリカの5歳以下の子供の死亡原因の1つであり続けています。これらの病原体の驚くべき適応力に対抗するための継続的なゲノム監視と適応性のあるワクチン接種戦略により、私たちはより適切に介入して病気の負担を抑えることができるかもしれません」と述べた。
肺炎球菌の多様性により、特定の菌株が地域から地域へとどのように広がるのかは不明瞭でした。細菌ゲノムと人間の移動データを使用したこの統合アプローチにより、私たちはついにその複雑さを解消し、初めて高解像度で隠れた移動経路を発見することができました。これにより、研究者は、新たに出現した高リスク菌株が次にどこに定着するかを予測し、潜在的な感染拡大に一歩先んじることができるようになります。」
ウェルカム・サンガー研究所の研究主任著者、スティーブン・ベントレー教授
ソース：
ジャーナル参照:
ベルマン、S.、 その他. (2024). 肺炎球菌の地理的移動と適応度のダイナミクス。 自然。 doi.org/10.1038/s41586-024-07626-3。
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#ゲノムと人間の移動データを使用して病原体の拡散と進化をマッピングする
2024-07-04 01:02:00