エイムズ株
炭疽菌株

エイムズ株は、炭疽菌（Bacillus anthracis ）の既知の89株のうちの1つです。この株は、1981年にテキサス州サリタで死亡した、 14ヶ月齢のビーフマスター種の雌牛から分離されました。この株はテキサス獣医医学診断研究所で分離され、検体は米国陸軍感染症医学研究所（USAMRIID）に送られました。[1] USAMRIIDの研究者は、荷物の差出人住所がエイムズにある米国農務省国立獣医サービス研究所（USDA National Veterinary Services Laboratories）であったため、この株がアイオワ州エイムズから来たと誤解し、検体のラベルを誤って貼付しました。[2]

エイムズ菌株は、2001 年の炭疽菌攻撃の際に、2001 年 9 月 18 日と 10 月 9 日に、エイムズ菌株を含む 7 通の手紙がメディアや米国上院議員に郵送されたことで、広く世間の注目を集めました。

エイムズ株はその毒性のため、米国ではワクチンの開発と有効性の試験に使用されています。エイムズ株の使用は、1969年に米国の生物兵器計画が終了した後、ヴォルム1B株の兵器化研究が終了し、兵器化されたすべての在庫が廃棄された後の1980年代に開始されました。 [3]

毒性

毒性プラスミド

研究者らは炭疽菌に特異的な2つの毒性プラスミドを特定し、エイムズ株は他の株と比較して高い毒性を発現している。炭疽菌の毒性はpXO1とpXO2という2つのプラスミドに起因する。プラスミドpXO2は抗貪食性ポリ-D-グルタミン酸莢膜をコードしており、これにより炭疽菌は宿主の免疫系を回避できる。プラスミドpXO1は浮腫因子（EF）、致死因子（LF）、防御抗原（PA）という3つの毒素タンパク質をコードしている。毒性の変動はプラスミドの有無で説明できる。例えば、pXO1またはpXO2のいずれかを欠く分離株は弱毒化されていると考えられ、つまり重大な感染を引き起こさない。毒性の制御に関与している可能性のあるメカニズムの1つは、細胞あたりのプラスミドのコピー数である。分離株間のプラスミドの数は様々で、1細胞あたりpXO1のコピーが243個、pXO2のコピーが32個もある。研究により、観察される毒性の変動にはpXO2が大きく寄与しており、莢膜をより多く作る変異体は毒性レベルが高いことが示されている。[4] pXO1プラスミドを除去したが、Ames pXO2プラスミドを持つ毒性株は、マウスに対して依然として完全に毒性があった。したがって、プラスミドの1つを欠く株は通常弱毒化されるため、Ames pXO2プラスミドは特に高い毒性レベルを示すようである。さらに、Ames pXO2を持つ分離株は、同じく毒性株であるVollum 1B株pXO2を持つ分離株よりも毒性が強いことがわかった。[5]炭疽菌のもう1つのよく知られた株であるSterne株は無毒性であり、動物や人間に重大な病気を引き起こさないことを意味する。

抗生物質耐性

エイムズ株は、米国CDCが炭疽病の治療および曝露後予防に推奨する抗生物質に感受性があります。 [6] [7] [8]この感受性は、他のほとんどの炭疽菌株と同様であり、各薬剤について決定された最小発育阻止濃度と臨床検査基準協会M45文書に掲載されている感受性ブレークポイントとの比較に基づいています。[9]呼吸器炭疽病の推奨治療薬は シプロフロキサシンですが、研究により、より新しいフルオロキノロンであるガチフロキサシンは、エイムズ株に感受性のあるマウスの生存率を向上させることができることが示されています。 [10]

スターン株は、他の炭疽菌株と同様に、2つの機能的なβ-ラクタマーゼを有するが、遺伝子発現は通常、薬剤耐性を生じるほど十分ではない。スターン株は、ペニシリン感受性を有し、典型的な株であり、扱いやすいため、他の炭疽菌株との良い比較対象となる。[11]

炭疽菌ワクチン

弱毒化株を用いたワクチン開発

通常、毒性プラスミドを除去することで毒性を低下させることができ、これらの弱毒化株は炭疽菌に対するワクチンの製造に使用できます。pXO1またはpXO2プラスミドのいずれかが欠損している場合、株はすべての毒性因子を産生できず、弱毒化されているとみなされます。スターン株は天然にpXO2プラスミドを欠いているため、弱毒化されており、免疫反応を生成するために安全に使用できます。[12]弱毒化株を作成するには、通常、毒性プラスミドpXO1を除去しますが、エイムズ株はpXO1プラスミドを除去してもpXO2プラスミドが残っている場合、マウスモデルで依然として毒性を持つ可能性があります

炭疽菌ワクチンは、家畜とヒトの両方の免疫に使用されています。現在最も多く使用されている炭疽菌ワクチンの一つは、動物用の生胞子ワクチンとして、スターン株をベースとしています。生胞子を含むワクチンはヒトにとって危険であるため、分泌型毒素タンパク質である防御抗原（PA）をベースとしたワクチンが研究されてきました。しかし、PAワクチンは生胞子ワクチンよりも防御力が低く、エイムズ株に対するヒト用のPAワクチンは開発されていません。[13]

既存の炭疽菌ワクチン

アメリカで唯一認可されているヒト炭疽菌ワクチンである吸着炭疽菌ワクチン（AVA）は、防御抗原に基づいており、動物モデルによってエイムズ病に対する効果が異なります。この矛盾は、ヒト用ワクチンを試験する際には複数のモデル生物を研究する必要があることを示唆しています。[14]現在、研究者たちはホルムアルデヒドなどを用いて炭疽菌の芽胞を不活化する方法を検討しており、これは生芽胞ワクチンやPAワクチンの代替手段となるでしょう。[13]

株追跡

エイムズ株における株特異的な一塩基多型（SNP）の同定により、アウトブレイクの追跡に役立つ診断検査の開発が可能になります。SNPは特定の遺伝子群を定義できるため、細菌性病原体の検出とサブタイプ分類に重要です。6つのSNPは非常に特異的であることが特定されており、エイムズ株にのみ見られます。4つは染色体上に、1つはpXO1プラスミド上に、もう1つはpXO2プラスミド上に存在します。6つのSNPのいずれも、エイムズ株を他の88の炭疽菌株と区別することができます。しかし、SNPの1つは、エイムズ株に近縁の株に対する識別力が低くなっています

エイムズ株特異的SNPとリアルタイムPCRを使用して、調査員は何千ものサンプルをエイムズ株として確認または否定することができます。診断マーカーとしてのこれらのSNPの安定性は、炭疽菌のDNAの変異率が低いことに起因します。これらの変異イベントがないため、株が新しい状態または祖先の状態に変異する可能性は低く、これらのアッセイで偽陽性が観察される可能性は低くなります。[15]さらに、炭疽菌の胞子は長期間休眠状態を維持できるため、不活性のままで遺伝子変異を蓄積しないはずであるため、遺伝的変異性が低くなっています。[16]このように、エイムズ株の安定した性質により、研究者は小さな遺伝的変異を探し、それをソースサンプルに結び付けることができます。株特異的SNPを使用するアプローチは、他のバイオテロ物質に広く適用できる高度に特異的な株識別を可能にします。

参考文献

  1. ^ Rasko DA, Worsham PL, Abshire TG, Stanley ST, Bannan JD, Wilson MR, 他 (2011年3月). 「Amerithrax事件の調査を支える炭疽菌の比較ゲノム解析」.米国科学アカデミー紀要. 108 (12): 5027–32 . Bibcode :2011PNAS..108.5027R. doi : 10.1073/pnas.1016657108 . PMC  3064363. PMID  21383169 .
  2. ^ Warrick J (2002年1月29日). 「炭疽菌に関する一つの答え：エイムズ菌株はアイオワ州産ではない」ワシントン・ポスト.
  3. ^ Fainaru S, Warrick J (2001年11月25日). 「致死性の炭疽菌株が泥だらけの痕跡を残す」ワシントン・ポスト.
  4. ^ Coker PR, Smith KL, Fellows PF, Rybachuck G, Kousoulas KG, Hugh-Jones ME (2003年3月). 「吸着炭疽菌ワクチンを接種したモルモットにおける炭疽菌の毒性は、プラスミド量およびクローン性に関連している」. Journal of Clinical Microbiology . 41 (3): 1212–8 . doi :10.1128/JCM.41.3.1212-1218.2003. PMC 150325. PMID 12624053  . 
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  16. ^ Rasko DA, Worsham PL, Abshire TG, Stanley ST, Bannan JD, Wilson MR, 他 (2011年3月). 「Amerithrax事件の調査を支える炭疽菌の比較ゲノム解析」.米国科学アカデミー紀要. 108 (12): 5027–32 . Bibcode :2011PNAS..108.5027R. doi : 10.1073/pnas.1016657108 . PMC 3064363. PMID  21383169 . 
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