より良い蚊の構築：A. gambiaeとA.ネッタイシマカ蚊のマラリアとデング熱の抵抗を使用可能にする遺伝子を特定

私はジョージ・ディモプーロスです。ジョンズ・ホプキンス公衆衛生大学院の分子微生物学・免疫学部門、マラリア研究所の助教授を務めています。私の研究グループでは、マラリアを媒介する蚊（ガンビアハマダラカ）の研究に取り組んでおり、特にマラリア原虫の排除に関与する蚊の自然免疫系の分子生物学的な解析を行っています。

私たちは、この免疫系がどのように機能しているのか、そして寄生虫を殺すためにどの遺伝子や分子が重要であるのかを解明したいと考えています。この系の生物学的メカニズムを理解することで、将来的にマラリアの制御戦略の開発にその知見を応用できると考えています。マラリアは世界で最も深刻な疾患の一つです。

マラリアは実質的に人類と共にあり続けており、今なお根絶されていないことは非常に残念なことです。毎年4億人がマラリアに感染し、200万人が亡くなっており、その大部分はサハラ以南のアフリカ地域で発生していますが、南米やアジアの他の発展途上国でも見られます。マラリアはPlasmodium属の原生動物寄生虫によって引き起こされ、ヒトマラリアの原因となるPlasmodium属の種は4種類存在します。

その中で最も重要なのが *Plasmodium falciparum* です。*Plasmodium falciparum* は主に *Anopheles* 属の蚊によって媒介され、サブサハラアフリカにおけるマラリア伝播の最も重要な媒介蚊は *Anopheles gambiae* 種複合体に属し、主にアフリカのサブサハラ地域に分布しています。デングウイルスはフラビウイルスであり、主に *Aedes aegypti* という蚊によって媒介されます。

その地理的分布はマラリアと非常に似ています。アメリカ大陸、東南アジア、およびアフリカで確認されています。デングウイルスは出血熱を引き起こします。

約25億人がデングウイルスの感染リスクにさらされており、このウイルスは毎年数百万人もの人々に出血熱を引き起こしています。デング出血熱は、過去10年間で最も深刻な媒介性疾患の一つとなっています。また、マラリア原虫は、ヒト宿主の間で伝播を担う蚊という媒介動物と、ヒト宿主の両方において複雑なライフサイクルを持っています。

私の研究グループでは、蚊におけるマラリア伝播の生物学的機序を研究しています。蚊が感染した血液を吸い込むと、同時に Plasmodium falciparum 原虫も摂取します。この原虫のガメトサイト（生殖母細胞）は中腸内で受精し、吸血から約 18 ～ 35 時間後に ookinete（オーキネト）を形成します。

これらのオーキネア（ookinete）は、ここで蚊の中腸上皮に侵入します。ほとんどのオーキネアはこの段階で蚊の免疫系によって排除されますが、ここが私たちの研究の焦点となっています。これはオーキネアの共焦点顕微鏡画像です。中腸を通過できたオーキネアは、こちらの基底側にオーシスト（oocyst）を形成します。このシスト内で数千個のスポロゾイト（sporozoite）段階の原虫が発達し、蚊が血吸を摂った約15日後に、これらのスポロゾイトは唾液腺へと移動します。そして、唾液腺からスポロゾイトは新しい宿主へと伝播されます。また、スポロゾイトが蚊の血腔に放出される際、この段階においても蚊の免疫系による排除に関与しています。

蚊のゲノムは2002年に解読され、これにより、いわゆるマイクロアレイを用いて、さまざまな感染条件下における蚊の全遺伝子（約14,000個）の遺伝子発現を研究するための、新しい分子生物学およびゲノミクスツールを開発することが可能になりました。数年前に開発したこちらのマイクロアレイには、当時の蚊の全トランスクリプトーム（既知のすべての蚊の遺伝子）と、プラスモジウム原虫の遺伝子の両方が含まれています。そのため、感染中の蚊と原虫の両方における遺伝子活性を同時に解析することができます。

蚊がプラスモジウム原虫に感染した際に活性化する遺伝子を特定したら、それらの遺伝子が原虫の殺傷に関与しているかどうかを検証する必要があります。これにはRNA干渉による遺伝子サイレンシングという手法を用います。具体的には、標的とする遺伝子のRNAを注入します。この二本鎖RNAが、蚊の標的遺伝子のmRNAを分解するため、これらの遺伝子からタンパク質が生成されなくなります。その後、蚊に原虫を感染させます。

ここで、蚊の特定の遺伝子をサイレンシングまたは不活性化させ、その結果、非処理の蚊よりも寄生虫の感染率が高まったとします。そうなれば、この遺伝子が何らかの形でマラリア原虫の殺傷に利用されていることが示唆されます。これは、蚊において遺伝子が寄生虫の殺傷に関与しているかどうかを検証するために、私たちが採用している主要な手法です。

ほとんどのプラスモジウム寄生虫は蚊の体内で死滅しますが、この死滅の主な要因は蚊の先天性免疫系にあるという強力な証拠が得られています。当研究室および共同研究先の研究室では、この死滅に関与するさまざまな遺伝子を特定してきました。遺伝的に選別された蚊の系統の中には、先天性免疫防御機構によって中腸内のすべての寄生虫を死滅させるため、マラリアを媒介しない個体も存在します。

蚊には寄生虫を標的とするさまざまな成分やメカニズムがあると考えられており、現在の最大の課題は、これらの機能がどのように作用しているかを理解し、それらを操作して耐性を持つ蚊を開発することです。GTI蚊は、Gambia種が心臓フィラリア感染を制御するために用いるものとは異なるメカニズムを用いてデングウイルス感染を制御しています。エジプトカイ蚊は、すべての真核生物と同様に、RNA干渉と呼ばれるRNA依存性防御メカニズムを備えています。

これは基本的に、ウイルスのRNAを標的にして分解させることが可能な防御機構であり、このようにしてウイルス感染から自身を保護しています。私たちはこの防御機構を理解し、それをどのように操作すればウイルスに耐性を持つ蚊を創出できるかを探究しています。過去10年間で、分子生物学は非常に劇的な進歩を遂げました。特に、研究速度を飛躍的に向上させた手法面の進歩が顕著です。

大きな進歩の一つは、全ゲノムの高スループットシーケンシングを可能にしたシーケンシング技術です。これらの技術により、現在は ous Gambia および A, this gyp モスキートのゲノムの完全な配列決定がなされています。これにより、感染制御に関与する遺伝子を以前よりもはるかに容易に特定することが可能になりました。

機能ゲノミクス分野におけるその他の非常に重要な進歩に、マイクロアレイを用いたハイスループットな遺伝子発現解析があります。マイクロアレイとは、数千個のDNA断片が固定化された小さなガラススライドであり、これらいわゆるDNAチップを用いることで、非常に多くの遺伝子の発現をモニタリングすることができます。また、この分野におけるもう一つの非常に重要な進歩が、RNA干渉による遺伝子サイレンシング手法です。これにより、蚊の特定の遺伝子を標的にして不活化させることができ、いわゆる逆遺伝学的アプローチを用いて、遺伝子の機能や、目的の遺伝子が寄生虫を死滅させる上でどのように重要であるかを研究することが可能になります。

私たちと共同研究者がこれらの研究の大部分で用いた蚊は、最長で30年間にわたりラボ条件下で維持されてきた蚊のコロニーに由来しています。現在、これらの蚊は、自然界で見られる蚊とは明らかにかなり分化しています。自然界の蚊は、ラボ内の非常に安定した条件とは対照的に、フィールドで大きく変動するさまざまな微生物やその他のパラメータによる絶え間ない選択圧を受けています。

したがって、野外で採集した蚊を用いて直接研究を行えば、より有益な知見が得られると言えるかもしれません。しかし残念ながら、それは容易ではありません。前述の通り、野外には十分なインフラが整っていないことに加え、野外から蚊を採集してコロニーを構築させることは非常に困難であるためです。

したがって、現在において最高の生物学的モデルは研究室モデルですが、もちろん、いずれはフィールドに出向いて、研究室の蚊を用いた発見から得られた主要な知見を検証し、確認する必要があります。蚊の防御システムが、これらの昆虫が媒介するヒト病原体を死滅させるに関与していることは分かっています。現在、この死滅がどのように起こるのか、どの遺伝子が関与し、どのメカニズムが関与しているのかを解明できれば、それらを操作し、その操作を利用して病原体を媒介できない遺伝子組み換え蚊を開発できる可能性があります。

このような遺伝子組み換え蚊を開発できれば、実際にそれらを野外に放出し、感受性を持つ蚊に対して優占種とする方法を検討することができます。これを実現するために広く議論されている戦略の一つは、基本的に、病原体への耐性を付与する耐性遺伝子を自然集団の中に拡散させることであり、これはいわゆるジンドライブ（遺伝子ドライブ）機構を通じて達成される必要があります。現在、多くの研究がこのようなジンドライブ機構の開発に焦点を与えています。

もちろん、あらゆる種類の遺伝子組み換え生物を自然界に放出する際には、多くの倫理的な検討事項があります。野外では遺伝子組み換えが常に自然に起こっていることを忘れてはなりません。今回の3つの変異において、病原体の伝播能力が向上した蚊や、その他の望ましくない特性を持つ蚊が現れると考える根拠はほとんどありません。

最悪のシナリオは、病原体がいつかこの組換え蚊に対して耐性を獲得することです。当然ながら、遺伝子組換え蚊を野外に放出することを検討する前に、多くの野外試験とラボでの試験を行う必要があります。また、これらの制御戦略について人々に周知し、誰もが納得し、この種の戦略に同意していることを確認しなければなりません。蚊という媒介物の中で病原体をブロックすることに基づいた疾患制御戦略を実現するには、まだ多くの障害があります。

これらの障害の中には、私たちが解決すべき技術的な問題や実験的な問題が含まれています。例えば一つの障害として、耐性遺伝子を集団内に効率的に広めることを可能にする遺伝子ドライブ機構の開発が挙げられます。疾病媒介生物の生物学という科学分野は、昆虫と病原体の相互作用に関する生物学的理解が、実際には制御戦略の開発に寄与し得るという認識により、過去10年から15年の間に飛躍的な進歩を遂げました。

そして、この認識によって、この分野の研究に対する資金提供が増加しました。私たちがこれまで達成してきた勢いを維持し、媒介動物と病原体の相互作用の生物学を解明し、その生物学的知見を疾患制御戦略の開発に活用するという使命を完遂するためには、この資金提供と取り組みを継続することが極めて重要です。