医学の謎を解く原因ウイルス診断法

生化学者 ジョー・デリシがDNAを使った驚くべき原因ウィルス診断法そして病気の治療法を紹介します。デリシ博士の研究はマラリア、 SARS、 鳥インフルエンザの研究や、通常の診療で診断できない60%のウイルス感染症の解明に役立つことが期待されます。

どうしたら私たちの周りにある

様々なウイルスを調べ
医学に役立てられるでしょうか？

また 膨大なウイルス学の知識を

ひとつの ポータブルな検査に
まとめられるでしょうか？

ウイルスや
ウイルス検出知識の全てを

例えばこのような

小さなチップに凝縮したいと考えています

このようなプロジェクト--

ひとつの検査で

同時に 多種の病原体を
検知する考えには

通常 いくつかの問題があります

ウイルスはかなり複雑な上

急速に進化しています

これはピコルナウイルスです

ピコルナウイルスの仲間には

感冒やポリオを引き起こすものもあります

これはウイルスの外観です

黄色い部分はウイルスの

急速に進化している部分です

青い部分は急激に変化していません

幅広いウイルス検出の
試薬の開発では

ウイルスが常に進化し続けていることが

問題になるものです

しかし進化にはバランスがあり

激しく進化する部分がある一方で

ほとんど変化しない部分もあります

そこで 我々は ここに注目しました

データをお見せします

普通のパソコンで
できるものです

感冒やポリオなどを引き起こす

様々なピコルナウイルスを

小さな部分に分けました

まず コクサッキーウイルスの例ですが

細かく分けた塩基配列の

青で示した部分は

他のウイルスのゲノム中にもある
同一の塩基配列です

他のウイルスのゲノム中にもある
同一の塩基配列です

ここの配列を見てください

タンパク質をコードしてさえいません
が

この種のウイルス全体に
完全に一致しています

この塩基配列をマーカーとすれば

個々のウイルスの検出を行わずに

この種に属するウイルスを
幅広く検出できます

この辺は 配列が多様な

急速に進化している場所です

ゆっくり進化している部分では
多様性が少ないのです

一方で 例えば

急性ミツバチ麻痺ウイルスには

ミツバチなら避けたいウイルスですが

コクサッキーウイルスとの共通点は
ほとんど ありません

でも このような 共通性の少ない
画面右側のウイルスでも

保存されている領域は

この部分であるはずです

そこでウイルスがどのように進化したかを示す

この進化上の「超保存領域」を ひとまとめにして

この領域のDNA やRNAの塩基配列を選んで

検出用試薬としてチップに
使うことができます

では どうやってこのチップを作ったか

大学院生だった頃から

DNAチップの作成を
いろいろ試していました

DNAをガラスにプリントするのです

小さな白い点が

ガラス上のDNAです

何千ものDNAスポットを
ガラスのチップにのせて

検出試薬として使用できるのです

チップをヒューレットパッカード社にある

原子間力顕微鏡を使って
見てみると

原子間力顕微鏡を使って
見てみると

DNA鎖がガラスの上に
ついているのが見えます

ガラスにDNAをプリントしているのです

これらのDNA鎖が
病原体のマーカーとなります

チップを作る小型ロボットも作っています

テクノロジーの普及は
とても大切だと思います

カムリ級の車を買う
お金があれば

このロボットがつくれます

ウェブ上に無料で
詳しい作り方を載せていますので

市販の部品を使って 皆さんも

自宅のガレージで
DNAチップ製造機が作れるわけです

これは緊急停止ボタンのつくり方です

（笑）

どんな重要な機械も大きな赤いボタンが必要です

とてもがっしりした機械です

ガレージでDNAのチップが作れるのです

遺伝子のプログラムをすばやく解読できて
とっても楽しいですよ

（笑）

とても素晴らしい プロジェクトです

呼吸器系ウイルスチップ の作製を
始めました

先に話しましたように

病院に行っても

診断がつかない時です

そこで 呼吸器系のウイルス全てと

比較のためヘルペスウイルスも
のせました

邪魔にはなりません

科学者としてまずすることは

実験がうまくいくのを確かめることです

そこで 組織培養細胞に

様々なウイルスに感染させ

培養細胞から出て来る遺伝物質―
主にウイルス由来の核酸ですが

それを蛍光標識し

ウイルスアレイの
どこに結合するか見ます

DNAの塩基配列が合えば くっつくので

スポットを観察すると

もし光るスポットがあれば
特定のウイルスの存在を示します

お見せしているのがそのチップです

赤いスポットはウイルスからの信号です

それぞれのスポットは 違う科の

または 違う種のウイルスを表しています

これは手の込んだ観察法です

ウイルスの科ごとに
短いバーコードで表示して

結果が直観的に得られるようにします

アデノウイルスに感染させた

組織培養細胞を調べてみると

アデノウイルスの所に黄色いバーコードが見えるでしょう

同様にパラインフルエンザ３型の感染細胞

パラミクソウイルスは
ここの小さなバーコード

RSウイルスでも試しました

このウイルスは全国の保育所の
悩みの種です

このウイルスは全国の保育所の
悩みの種です

（笑）

同じ科であっても

重症になる パラインフルエンザ３型とは

全く違うのがわかります

ウイルスの指紋といえる
独特のサインが得られるのです

ポリオとライノは同科で
とても似ています

ライノウィルスは感冒の原因
ポリオはご存じのとおり

でも それぞれを区別することができます

カポジ肉腫に合併するヘルペスウイルスが

独特のサインを示しています

ひとつの縞模様ではなく

バーコードを全体として見ることで

ウイルスが特定できるのです

さて 一種類のライノウイルス に注目します

そのライノウイルスのバーコードを
拡大したものです

異なるライノウイルスではどうでしょう

どの種に感染しているか
分かるでしょうか？

研究者が集めた限りでは

感冒には102もの類似種が関連しています

毎年 新しいウイルスが見つかります

ここには４種類のライノウイルスがあります

肉眼でも

パターン照合を行う複雑なコンピューターの

認識ソフトアルゴリズムがなくても

バーコードを識別することができます

これはちょっとズルをしています

これらのライノウイルス遺伝子の
塩基配列を

全部知っていたので それを使って

チップをデザインすれば良かったからです

では 遺伝子の塩基配列が分からないものでは
どうでしょう？

新しく見つかったものの配列は
わかりません

この４つのライノウイルスは

未知のもので

塩基配列も解析されていませんが

それぞれ独特のパターンを
持っています

全てのウイルスの「指紋」を収集し

情報ライブラリーが
できるかもしれません

でもこれもまだ生簀で魚釣りをする程
簡単すぎます

組織培養から得られたウイルスではなく

実際の人間でも
この方法は使えるでしょうか？

人間の状況はそれぞれ違い

採取する唾液や痰などにも
何が混じっているかわかりません

しかも とても複雑です

たくさんのウイルスや細菌

また人間の遺伝物質も混ざっています

では どうすれば

テストの陽性コントロールを作れるか？

実は簡単です

私が鼻洗浄を受けているところです

要は 実験的にウイルスを
感染させてみようということです

治験審査委員会の承認済みですし
被験者に報酬も払っています

基本的には 感冒ウイルスを

実験的に感染させます

もっと良いのは 患者を救急室から

連れてくることです

原因不明の市中で感染した
気道感染症の患者です

本当にどんな患者が
病院にやってくるか分かりません

ではウイルスを感染させた人から始めましょう

健康な人の

鼻からウイルスを注入すると

どうなるか見てみましょう

初日：何も起こっていません

健康でウイルスもみつかりません

健康そうにしていても

注入したのでウイルスが
いっぱいと思っていたのに

ほとんど何もありません
まったく健康そうです

２日目：はっきりした
ライノウイルスのパターンが見られます

研究室の組織培養実験のものと
とても似ています

はっきりしたパターンが見える

でも まだこれも 実験としては
ずるをしているようなものです

膨大な量のウイルスを
注入したんですから

（笑）

実験成功のためでしたが
実際 彼は風邪をひいてしまいました

では 病院に来る患者はどうでしょう

匿名IDで識別される２名の患者です

２人ともライノウイルスに感染しています

かつて誰も見たことのない

新しいライノウイルスです

先ほどの 進化の中で保持された配列

この配列を使えば

新しく未研究なウイルスも検知できます

進化を通じて保持された部分を調べるからです

ちょっと診断ゲームをしてみましょう

ここに示したウィルスたちは

パラミクソウイルスの仲間です

それぞれのウイルスの

どれに反応が出ているでしょうか

幸い 犬ジステンパーではない様です

（笑）

しかし９番ブロックを見てみると

RSウイルスであるのが分かります

家に小さなお子さんが
いるのかもしれません

また 関連したウイルスのRSVBも見つかりました

すばらしいです

こちらの患者から別々の日に

2回サンプルを採取しました

パラインフルエンザ１型に患っていました

ここに見える 縞でわかるのは

センダイウイルス
マウスパラインフルエンザの一種です

遺伝的関連性が非常にあり 面白いでしょう

今まで

発見された全てのウイルス

植物ウイルス 昆虫ウイルス 海洋ウイルス

国の遺伝子データバンクから得られる

すべての配列を
このチップに収めました

このようなチップの用途を説明します

この様な膨大なチップは

インフォーマティクスが必要になってきます

自動診断をするシステムを考案しました

仮想のパターンを使うシステムです

全てのウイルスのサンプルを得るのは

不可能ですが
仮想パターンを使って

実際の結果と比較し

とても複雑なパターンを
点数化するわけです

それがライノウイルスである可能性はどれくらいか？

という具合にです

例えばパピローマウイルスに

慢性感染している培養細胞を使い

コンピューター解析してみます

アルゴリズムが示したのは
パピローマ18型

まさに この培養細胞が

感染しているウイルスでした

少々難しい課題に挑戦しましょう

私たちは 診断がつかない患者が

病院に来た時に連絡するよう

サンフランシスコ近郊の病院に

頼んであります

３週間前にあったケースです

喫煙も飲酒もしない

旅行歴のない健康な28歳の女性です

症状は 10日間の発熱
寝汗に血痰

喀血や筋肉痛もありました

病院へ行き 抗生物質を処方されました

そして帰宅

ところが熱は下がらず
10日後 再び病院へ行くと

低酸素血症―
肺に十分な酸素がありません

CTスキャンの結果です

健康な肺は全体的に黒っぽく写ります

白いところはすべて良くない所です

この木とつぼみのような影は
炎症のあることを示します

感染の可能性大です

第３世代セファロスポリン系抗生物質や

ドキシサイクリンを投与し３日経っても

効果がなく
呼吸不全に陥り

挿管が必要となり

人工呼吸機器を装着しました

自分では呼吸できない状態だったのです

次の手段は？分かりません

さらに抗生物質を変えました

なぜインフルエンザだと

思ったのかわかりませんが

タミフルに変更されました

６日目には他に手立てがなく

開胸肺生検が行われました

検査だけでも8%の死亡率です

何がわかったのでしょうか？

これが検査結果です

病理医でなくとも

多くの腫脹を伴う
気管支炎のあることが分かります

結論は「原因不明」

病院独自の検査で

70種類以上の分析が

行われました

細菌・カビ類・ウイルスに関する

既存の検査の全てです

SARS､メタニューモウイルス､HIV､RSVもです

10万ドル以上かかりましたが 全て「陰性」でした

病院側としては
出来る限りのことをしたのです

8日目に 私たちに連絡があり

気管内吸引のサンプルを受け取りました

挿管チューブから採取した液体です

挿管チューブから採取した液体です

その液体をチップに載せたところ なんと

パラインフルエンザ４型が現れました

普通 パラインフルエンザ４型の
テストはしません

塩基配列も
ほんの少ししか解明されておらず

疫学的にも

ほとんど研究されていなかった

誰もそれが呼吸不全を起こすとは

思わなかったからです

どうしてでしょう？
この例も一つの逸話にすぎません

病気が軽症であるとも
重症化するともデータがありません

でも 今回 健康な人でも
重症になることがわかりました

でも 一つの症例報告にすぎません

さて 最後の２分間で

明日 発表される研究についてお話します

このチップが 新たな発見のために

応用しうることを示したケースです

「前立腺がん」については

皆さんよくご存じでしょう

米国でのがん死因の第３位

多くの危険因子がありますが

その一つが「遺伝的要因」です

前立腺がんの約10%は

遺伝が関わっています

早期発症型の前立腺がんには

RNASELという遺伝子が関わっています

抗ウイルス防衛酵素を作るものです

そこで考えました

抗ウイルス防衛システムに欠陥があると

なぜ前立腺がんを患うのか？

ウイルスの影響があるのでしょうか？

そこで100例を超える腫瘍由来DNAを
チップで分析してみました

RNASELの欠陥者のものがどれか
わかっています

信号が陽性となるチップの部分は

レトロウイルスの塩基配列でした

抗ウイルス防衛システムに欠陥があり

がんを患った男性からは

40%の確率で

未知の レトロウイルスが
陽性になりました

ちょっとした発見と思いませんか？

そこで このウイルスをクローン化しました

コンピューターの自動解析では

ネズミのウイルスと非常に似ているということしか

わかりませんでした

そこでウイルス全体をクローン化したのです

これがウイルスのゲノムです

典型的な ガンマレトロウイルスですが

誰も見たことのないものです

一番似ているのはマウスのウイルスです

そこでこのウイルスを
マウス以外の動物に感染するので

「異種指向性レトロウイルス」と
呼ぶことにしました

これは 他のウイルスとの関係を表す

進化系統樹です

数多くの患者で調べた結果

感染源はすべて個々のものだと言えます

同じウイルスですが

異なり方から

個別に感染したと考えられます

このウイルスは 本当にがんの中にあったのか？そうです

がんを取り出し 組織を薄く切って

ウイルスの存在場所を特定したところ

ウイルス粒子を持つ
細胞が見つかりました

患者はまさに ウイルスに感染していたのです

このウイルスが前立腺がんの原因なのでしょうか？

まだ 因果関係は分かりません

発がんとの関連はわかりません

これらの患者が
ウイルスに侵されやすいのでしょうか？

可能性はありますが
がんとは無関係かも知れません

しかし あくまで可能性です

現段階では ウイルスの存在と

がんに関連する遺伝子の変異に
強い繋がりがある

それしかわかりません

調べれば調べるほど疑問が膨らむ

そこが科学の強いところです

これは研究室にいる

皆の努力の成果

これは私と ドンの共同研究

これがこのプロジェクトを始めた仲間

これが前立腺関係の研究をしている仲間です

ありがとうございました（拍手）