「研究目的」

　

近年の新たな感染症の発生・拡大が直接的・間接的に人間生活の脅威となっている現状をふまえて、コイヘルペスウイルス感染症をモデルとして、(1)人間による環境改変、(2)感染症の発生・拡大、(3）人間生活の変化、という3者間の相互作用環を明らかにして、感染症の大規模な発生と拡大を未然に防ぐ環境と、人間と病原生物の共存のあり方を提案する。

 

「研究の背景」

 

近年、ヒトや家畜から野生生物に至るまで、新たな感染症が発生している。このような感染症の拡大は、人間を直接死に至らしめるだけでなく、経済的損失や生態系の崩壊を引き起こす可能性があり、人類が直面するきわめて深刻な地球環境問題である。世界の感染症対策は、感染症の診断法や感染症が起きた後の拡大の防止法の研究に力が注がれている。感染症発症の病理メカニズムの解明は進展しているが、自然環境中における病原生物の動態と病原生物を生み出す背景と考えられる人間・環境相互作用環の理解が著しく遅れている。その理由は、
(1)既存学問分野において、このような研究課題が緊急かつ重要な研究課題であるとは考えられなかったこと、
(2)研究を進める方法論の開発が遅れていること、
(3)実証研究が困難であること、
(３)分子生物学から、環境学、人間社会までレベルの異なるシステムの繋がりに注目し、総合研究を進めようとする研究者や研究チームが少なかったことが挙げられる。本研究は「環境改変—感染症—人間」の相互作用環のモデルシステムの研究であり、感染症の発生・拡大を未然に防ぐ予防医学をめざした概念を作るための実証的研究である。このような研究の進め方は世界的に見ても新規性のある研究と考えられる。

 

「地球環境問題の解決のどう資する研究なのか？」

 

感染症の大規模な発生と拡大という地球環境問題に対して、本プロジェクトでは、実験可能で、かつ様々な感染症に共通する基本的パラメーターを有すると考えられる、1998年から急速に世界中へ拡大したコイヘルペスウイルス(KHV)感染症を研究モデルとしてとりあげ、KHV感染症の発生を予見する方法と、大規模な発生と拡大を未然に防ぐ環境と、KHVとコイと人間の共存のあり方を具体的に提案する。このことによって、直接的には、人類にとって貴重な食糧や生態系の構成種としてのコイの保全に貢献し、さらに間接的には、本研究方法と成果を他の感染症に適用し、感染症の発生・拡大を未然に防ぐことをめざした学問の方向性を示し、予防医学野観点から環境問題の解決に資する。

 

 

「領域プログラムにおける位置付け」

本プロジェクトでは、世代をつなぐ生物のライフサイクルの繰り返しを阻害する生物間相作用と物質循環の諸相(速度、頻度、質、分布等)との関係を明らかし、持続的生態系の構造を明らかにする。具体的には、「環境改変—感染症—人間」の繋がりの実態を明らかにし、生態系が持続できる条件を明らかにする研究である。生態系の持続には生態系構成種のライフサイクルが繰り返し実現できるライフサイクルの循環を保証する生息環境が必要である。その環境は、生物の代謝が関わる物質循環によって生み出される物理化学環境と生物間相互作用の連環によって作られ、感染症の発生と拡大は、生態系の持続を阻害する。その原因は人間による生物の生息環境の改変によってもたらされという視点で研究を行っている。

【何がどこまで分ったか】

 

「水辺の環境改変−KHV感染症−人間」の相互作用環の主な部分が実証できました。これにより、水辺の環境改変によって、KHV感染症が発生・拡大するという仮説がほぼ実証できました。さらに、この相互作用環を概念モデルとして、様々な感染症に適用し、人間による環境改変が感染症の発生・拡大に係る過程の理解が深まりました。

 

 

【これまでの主な成果】

 

1)水温変化を引き起こす水辺環境改変

　人間の水辺改変が水温変化を引き起こす事がわかった。自然の水辺では多様な水温環境が存在するが、人工的な水辺では水温が時空間的に均質化することが明らかになった。この水温分布の変化が、コイの行動、KHVに対する免疫獲得、コイのストレスに影響を与えることが考えられた。

 

2）感染症対策に根本的改革をもたらす考え方の提示

　2007年に開発に成功した自然水域中のKHV検出法を用いて、琵琶湖の湖水、底泥、プランクトン、全国の河川からKHVが検出された。これらのデータから、2003年に国内で初めてKHV感染症が報告されて以来、全国の湖と河川はKHVで汚染されていることが強く示唆された。この事から、KHV感染症対策は、KHVを持ち込まないようにする従来の水際対策から、KHVが存在しても甚大な感染症が起きない環境対策へ変更を迫る結果を得た。

 

3)感染ホットスポットの発見

　コイの成体がKHV抗体を持ち、水温上昇とコイの繁殖が起こる春季にコイ体内のKHVの量が増加し、集団繁殖が起こる場所の湖水中のKHV量が増加する事から、コイの集団繁殖場所がKHV感染のホットスポットになっている事がわかった。

 

4)水温変化とストレスの関係解明

　水中のコルチゾール濃度を測定する事によって、水温上昇に伴いコイに対するストレスが増加することが、実験的に明らかになった。

 

5)KHV感染症モデルを「環境改変―感染症―人間」の事例研究へ展開

　KHVモデルをレジオネラ感染症、非結核性マイコバクテリア症、メチシリン耐性黄色ブドウ球菌(MRSA)感染症、KHV感染症（中国）、ノロウイルス感染症（以上、他大学に所属する共同研究員が中心に研究を推進）ケニアの住血吸虫、タイのテラピア死亡の研究に適用した。

 

6)研究の意義の国内外発信

　「環境改変―感染症―人間」のつながりに関するシンポジウム、ワークショップを企画し、研究成果を発表（地球研、東京大、イスラエル・ヘブライ大にて）した。

 

 

調査は琵琶湖全域と中国雲南省アーハイ(Erhai)で行いました。研究体制は、以下のように研究グループ5班および統括班からなります。

 

1班（人間による環境改変班）

　人間による環境改変のうち水辺環境改変を取り上げ、これらの相互関係を実験的に明らかにする。

2班（病原生物・宿主生態班）

　病原生物であるKHVと宿主であるコイ(Cyprinus carpiocarpio)の動態と、これらに係る環境要因を明らかにする。

3班(感染経路・生態系影響班)

　KHV感染症伝播の経路と機構およびコイが焼失した場合の生態系影響を明らかにする。

4班(経済・文化班)

　KHV感染症が発生した場合の経済的、生態的および文化的資源価値の消失とその代償的価値の創出過程を明らかにする。

5班（フィードバック班）

　「病原生物KHVと人間の相互作用環」の概念モデルを構築する。

統括班

　「KHVと人間の相互作用環」モデルを他の感染症へ適用する。さらに、感染症拡大のリスクを抑えた人間と病原生物とのかかわり方について提言する。

【成果の発信（2012年度）】

 

 　計4回の国際シンポジウムの企画および発表、国際学術雑誌での特集号Environmental change, pathogens, and human linkageの出版、さらに国際学術雑誌での論文の発表を通して、「環境改変と病原生物と宿主と人間」の連環の考え方を、世界の研究者へ発信しました。琵琶湖における生態系サービスの持続的利用の取り組みが、国際的に影響を与えることを鑑み、地球研地域連携セミナー「水辺の保全と琵琶湖の未来可能性」において、水辺の消失がKHV感染症の発生と拡大を招く可能性があることを一般市民および滋賀県の行政関係者に紹介しました。

 

 

 【地球環境学に対する貢献】

 

研究手法の開発：自然環境中のKHVおよび宿主であるコイの居場所を定量的に把握する世界初の手法を開発しました。このことによって、世界の研究機関が手法を共有し、世界規模の調査が可能になりました。

 

感染症対策の考え方を提案：世界の感染症対策は、診断法や拡大防止法の研究に力が注がれていましたが、KHV感染症をはじめ様々な感染症の事例から、感染症の発生・拡大を未然に防ぐためには、細胞や個体レベルの病理的メカニズムの解明に併せて、自然環境中における病原生物の動態と病原生物を生み出す背景と考えられる「環境改変と病原生物と宿主と人間 」の相互作用環の理解が不可欠であることがわかりました。 KHV感染症の例では、コイの大量斃死後もKHVが広域的長期的に水域に存在することから、KHVをコイの生息地から排除する事はきわめて難しく現実的ではないことがわかりました。このことから「病原生物が存在しても甚大な感染症が起きない環境対策」への必要性が提示できました。さらに人間の環境改変によって感染症が発生・拡大するという見方ができたことから、感染症対策には「感染症を軽減する環境と人間の関係を築く事が重要である」という考え方が提案できました。

 

新しい人間の責務:感染症を人間の倫理の問題として位置付けることによって、「感染症の軽減に対して、人間の新しい責務」が生じたという観点が提案出来ました。

 

 

【今後の主な取り組み（2011年度）】

 

汎用性の高い手法の開発

1)コイの現存量を迅速・簡便に測定する方法を確立する。

2)自然環境水中のKHVの量と活性を迅速・簡便に測定できる方法を開発する。

 

病原生物と宿主の生態学的知見の蓄積

3)KHVの現存量と活性、およびコイの現存量に関わる環境要因を明らかにする。

4)コイに対する水温変化ストレスとKHV感染症発症の関係を実験的に明らかにする。

 

コイと人間の関係

5)コイの食料資源としての価値を評価する。

6)コイの消失の経済的・文化的影響を評価する。

 

感染症の概念モデル

7)琵琶湖で得られた「環境改変―病原生物―人間」の連環の概念モデルを他の感染症に適用し、環境改変によって感染症が発生し、拡大するという観点の妥当性を検討する。

 

病原生物と人間の共存哲学

8)本プロジェクトで取り上げた感染症の事例を元に、病原生物と人間の共存の在り方を検討する。

 

学問の創出

9)「環境疾患予防学」の観点から研究成果を国内外に発信し、研究継続発展のための研究組織を構築する。 

 

 

【今後の主な取り組み（2010年度）】

 

1)湖水以外の試料(底泥やコイ以外の生物など)からKHVの検出する方法を確立する。

2）琵琶湖においてKHVの分布と活性を明らかにする。

3)自然環境水中のKHVの量と活性を迅速・簡便に測定できる方法を開発する。

4)KHVの現在量に関わる要因を明らかにする。

5)コイの水温選択性を明らかにするための実験を野外設置水槽で行う。

6）KHVとコイの存在場所が一致する環境特性を明らかにし、どのような場所で感染が起きやすいかを明らかにする。

7)コイに対する水温変化ストレスとKHV感染症発症の関係を実験的に明らかにする。

8)コイの生態系影響を調べるための予備実験を野外設置水槽で行う。

9）コイの食料資源としての価値を評価する。

10）コイの消失の経済的・文化的影響を評価する。

11）KHVと人間の相互作用環の骨格モデルを作る。

12）琵琶湖で得られたモデルが他の湖に適用できるかどうか検討するために、中国雲南省アーハイ(Erhai)の環境調査を行う。

13）他の感染症の事例を人間との相互作用から解析する。

14）DIVERSITAS（生物多様性科学国際共同研究計画）との研究を強める。

15）病原生物と人間の共存のあり方を検討する。

 

【2010年度以降への課題】

　本年度の研究の遂行からこのプロジェクトとして得られた課題は、KHV感染症の発生と拡大を予測をするために、自然環境水中のKHVの活性を現場で測定する技術が必要になった。現在、ナノテク技術を駆使したシステムの開発を行っている。琵琶湖の「病原生物と人間の連環」モデルを、中国に適用するために、現在，中国側の関係者と打ち合わせ、共同調査、データーの共有等を進めているが、これらにかなりの時間を費やしている。プロジェクト研究期間が限られているため、研究のスピードが問題となる。現在、領域プログラムの研究戦略の内容が明確ではないので、具体的な回答を保留したい。概念的には次のように考えている。生態系を持続させるためには、物質循環が不可欠である。物質循環には必ず生物が関与する。生態系の持続には生物がそのライフサイクルを全うできることが必要である。
生物間および生物と環境の繋がりを解明し、どこに手を付ければ、循環が持続され、あるいは阻害されるのかという視点の研究はきわめて重要である。病原生物は時としてこのつながりを激変させる。従って、病原生物と人間の相互作用環の解明はきわめて重要な循環プログラムの研究課題であると考えている。