細菌を「特定の時点で除去」することはできますか？そんな薬は本当に存在するのでしょうか？

私たちの印象では、ウイルスは病気や癌を引き起こす感染源となることが多いようです。変異しやすく、治療法も限られているため、人々は恐怖を感じています。しかし、発見以来、科学者によって細菌感染症の治療に有望な薬として考えられてきたウイルスが1種類あります。それはバクテリオファージです。

科学者によるバクテリオファージの研究と改良は、現在一般的に使用されている抗生物質よりも前から行われていました。進歩は遅いものの、ファージ療法は徐々に抗生物質よりも優れていることがわかってきています。これらは、腸炎、敗血症、体のさまざまな部分の感染症などの病気に影響を及ぼす可能性があります。

名前が示すように、バクテリオファージは細菌を宿主として利用するウイルスの一種です。バクテリオファージは細菌に感染し、細菌内で複製・増殖し、時には細菌の溶解を直接引き起こすこともあります。放出されたファージは次の宿主を探します。細菌がいるところにはバクテリオファージがあり、私たちの体も例外ではありません。私たちの皮膚、腸、その他の体の部分の細菌叢には、数十億のバクテリオファージが生息しています。細菌のファージ感染の主な特徴はその選択性です。 1 つのファージは 1 種類の細菌にのみ感染できます。バクテリオファージのマイクロフィラメントタンパク質が細菌の表面にあるタンパク質またはリポ多糖類と偶然一致すると、それは鍵穴に挿入された鍵のようなものとなり、細菌の扉がバクテリオファージに対して開きます。バクテリオファージが細菌に感染するこの特性こそが、細菌を殺す際に標的となるという抗生物質にはない利点を持っているのです。

現在一般的に使用されているペニシリン、セファロスポリン、テトラサイクリンなどの抗生物質は、服用すると多数の細菌を殺します。感染するたびに、黄色ブドウ球菌などの病原菌は 1 つか 2 つだけかもしれませんが、抗生物質の無差別攻撃によって私たち自身の腸内細菌叢も破壊され、まさに「敵 1,000 人を殺し、味方 800 人を負傷させる」効果が得られます。もう一つの厄介な問題は、薬剤耐性病原菌の増加です。薬剤耐性病原菌は抗生物質の効かない生き残りであるため、抗生物質がまったく効きません。抗生物質でスクリーニングしたところ、耐性のない菌はすべて死滅しましたが、耐性のある菌は徐々に成長して強くなっていきました。一部の病原体は複数の抗生物質の攻撃を回避することさえできます。私たちはこれらの多剤耐性菌に対して無力であり、抵抗するためには私たち自身の免疫システムに頼るしかありません。

棒状細菌上の複数のバクテリオファージ、Tuchong.com からの写真

ファージ療法の成功した臨床例はありますか?米国では、68歳の患者が膵臓の近くで多剤耐性アシネトバクター・バウマニ感染症を発症した。複数の抗生物質が同時に効かなかったため、患者は昏睡状態に陥り、死の危険さえありました。患者を治療したカリフォルニア大学サンディエゴ校はファージ療法の使用を申請し、FDAから承認を得た。最終的に、患者は9種類のファージを用いた治療を受け、細菌感染が抑制され、さまざまな生理学的指標が徐々に改善しました。 11 週間の継続的な治療と 245 日間の入院観察の後、患者は回復し、仕事に復帰しました。

最近発表された別の研究では、5種類のバクテリオファージの混合物からなるカクテル療法が、肺炎患者の多剤耐性肺炎桿菌の増殖を抑制し、それによって肺炎を治すことができると示されています。

ファージ療法は命を救うことができるのに、なぜ臨床現場で大規模に使用されていないのでしょうか?ファージ療法には主に 2 つの制限があります。まず、ファージ療法では単一のファージではなく複数のファージの組み合わせが使用されることが多いため、ファージ療法を標準化することは困難です。さまざまな感染症に合わせてさまざまな組み合わせを設計し、最適化する必要があります。組み合わせるファージ株を間違えるとうまくいきませんし、選びすぎると無駄になってしまいます。そのため、研究開発コストが比較的高く、標準化がより困難になります。

第二に、ファージ療法には薬剤耐性の問題もあります。細菌は抗生物質による排除を回避できるので、ファージに耐性を持つ細菌が存在するはずです。科学者たちは、患者の治療のいくつかのケースにおいて、細菌の結合を避けるために自身の細胞表面タンパク質の構造を変化させることでファージの侵入を逃れることができる細菌を検出した。一部の細菌は、自己防衛のためにファージゲノムを破壊する酵素を発現することもできます。細菌は逃げ出したいと思っても、バクテリオファージはただ座って死を待つつもりはありません。結局のところ、宿主なしでは生き残ることはできません。

細菌表面の受容体タンパク質の構造が変化し、それに応じて細菌に結合するファージの尾部のタンパク質繊維も変化し、両者は時間との競争の中で共進化することになる。一部のファージはメチルトランスフェラーゼも持っており、宿主細菌によるゲノムの破壊を防ぎます。ファージのこうした特性と急速に進化する能力により、科学者はファージ療法に期待を寄せています。独自の特性を生かし、遺伝子編集技術などと組み合わせることで、より安定的で効果的なファージ治療薬の開発が可能になる可能性がある。今後の道のりはまだ困難に満ちているが、超耐性菌の脅威に直面して、人類は本当に最小の微生物であるバクテリオファージに頼り、ファージ療法の研究開発にさらなる時間と費用を投入しなければならないかもしれない。

この記事は、科学普及中国星空プロジェクトの支援を受けた作品です。

著者: 趙北

査読者: タオ・ニン (中国科学院生物物理研究所准研究員)

制作：中国科学技術協会科学普及部

制作：中国科学技術出版有限公司、北京中科星河文化メディア有限公司