2013/7/17

1

「エボラ出血熱ウイルス」・・・糸のような形の、やさしそうで怖いウイルスの話

高田 礼人（北海道大学人獣共通感染症リサーチセンター）

みちのくウイルス塾2013年7月13日

2005年アンゴラ

マールブルグ出血熱

363人死亡

1976年コンゴ民主共和国

エボラ出血熱

2001年～コンゴ共和国，ガボン

エボラ出血熱

185人死亡

2003年～アジア，アフリカ

H5N1インフルエンザウイルス

2003年中国，香港他

SARS

813人死亡

2001年～アメリカ合衆国，カナダ

ウエストナイル熱

256人死亡

1998年マレーシア

ニパウイルス脳炎

105人死亡

2013年 中国

H7N9インフルエンザ

279人死亡

600人以上死亡

1940年代 旧満州

腎症候性出血熱

3000人死亡

1986年イギリス

プリオン病

死亡者数未知

1991年～ベネズエラベネズエラ出血熱

30人死亡

1993年～アメリカ合衆国，カナダ

ハンタウイルス肺症候群

100人以上死亡

2001年～アフリカ全域

リフトバレー熱

1000人以上死亡

2007年ウガンダ

エボラ出血熱

22人死亡

2001年ウガンダ

エボラ出血熱

170人死亡

2009年～メキシコ発

ブタ由来H1N1インフルエンザ

感染者急増中

人 類 存 亡 の 危 機 ー人獣共通感染症の脅威ー

2009, 2012年 中国、日本

重症熱性血小板減少症候群

36人死亡

微生物の世界

寄生虫、真菌、細菌、ウイルス

感染性・病原性

あり なし

病原体

意外と種類が多くて複雑

2013/7/17

2

ウイルス宿主（細胞）に寄生し続ける必要がある

→宿主が死ぬと自分も死ぬ

・遺伝子はDNAかRNA・遺伝子は１本鎖か２本鎖か・１本鎖だった場合、プラス鎖かマイナス鎖か・遺伝子は１本か分節か・エンベロープ（脂質２重膜）を持つか・形、宿主

ウイルスの分類

ウイルスに感染すると何故病気になるのか？

私達の身体の中には、多くの種類の細胞が存在している。それぞれの細胞は、複雑なネットワークを介して身体全体の生命活動のバランスを正常に保つために働いている。ウイルスに感染して細胞が死んだり、その細胞の働きに異常が生じると、

・個々の細胞や臓器に障害が起こる。

・細胞間・臓器間のネットワークが損なわれる。

・免疫応答がおこる。

ウイルスの種類によって感染できる細胞は違う

感染する細胞によって症状はいろいろ

出血熱ウイルス

代表的なウイルス性出血熱とBSL-4病原体

ウイルス科

Arenaviridaeアレナウイルス

Bunyaviridaeブニヤウイルス

Filoviridaeフィロウイルス

Flaviviridaeフラビウイルス

疾患

ラッサ熱

アルゼンチン出血熱

ボリビア出血熱

ヴェネズエラ出血熱

ブラジル出血熱

リフト・ヴァレー熱

クリミア・コンゴ出血熱

腎症候性出血熱

ハンタウイルス肺症候群

マールブルグ出血熱

エボラ出血熱

黄熱

デング出血熱・ショック症候群

オムスク出血熱

キャサヌール森林熱

致死率 (%)

2 - 20%

15 - 30%

30%

25%

3 cases (1/3)

1 - 5%

30 - 60%

0.1 - 15%

40 - 50%

23 - 88%

50 - 90%

5 - 7%

1 - 5%

0.5 - 10%

2 - 10%

ウイルス

Lassa virus（ラッサウイルス）

Junin virus（フニンウイルス）

Machupo virus（マチュポウイルス）

Guanarito virus（グアナリトウイルス）

Sabia virus（サビアウイルス）

Rift Valley Fever virus

（リフト・ヴァレー熱ウイルス）

Crimean-Congo HF virus

（クリミア・コンゴ出血熱）

Hantaan virus（ハンターンウイルス）

Sin Nombre virus（シン・ノンブレウイルス）

Marburg virus（マールブルグウイルス）

Ebola virus（エボラウイルス）

Yellow Fever virus（黄熱ウイルス）

Dengue virus（デングウイルス）

Omsk HF virus

（オムスク出血熱ウイルス）

Kyasanur Forest disease virus

（キャサヌール森林熱ウイルス）Biosafety level 4 (BSL-4) agents

2013/7/17

3

エボラウイルス

• ヒトを含む霊長類に急性で重篤な出血熱を引き起こす。

• 効果的なワクチンや抗ウイルス薬はない。

• 自然宿主はコウモリ？サル？

• その研究にはBiosafety Level 4の施設が必要。

BSL-4日本には稼働している施設がない

ウイルス性出血熱の現状と問題点

１．人獣共通感染症（Zoonosis）・節足動物媒介性感染症である為に、根絶が困難

２．社会的背景・地球環境の変化によりアウトブレイク（突発的な流行）の頻度の増加及び交通手段の発展による輸入感染症としての懸念

2013/7/17

4

３．高い病原性：ウイルス性出血熱の病態・臨床症候

１．インフルエンザ様の症状

４．免疫抑制傾向

３．広範囲な臓器・器官におけるウイルスの増殖

２．感染初期標的細胞：単球・マクロファージ、樹状細胞

５．全身性の炎症性応答症候群

６．血管透過性の異常昂進

７．血液凝固系の破綻

８．多臓器不全・ショック ー 致死的な転機を辿る

４．多くの病原体が、血液を介してヒトからヒトへ伝搬する（実験的にはエアロゾルによっても伝播可能）

５．兵器化によるバイオテロリズムへ使用される懸念

１．非常に高い病原性：致死率50ー90％ (出血熱の中で最も高い）

２．実用化されているワクチン、抗ウイルス剤、治療法がない

エボラ出血熱

フィロウイルス

エボラウイルスマールブルグウイルス

2013/7/17

5

フィロウイルスEnveloped RNA (-) virus

・Ebola virus・Marburg virus

Outbreaks of filovirus diseases

Genus Species Year Country Human case（mortality）

Marburgvirus

Marburg marburgvirus 1967 Germany, Yugoslavia 31 (7)

1975 South Africa 3 (1) a)

1980 Kenya 2 (1)1987 Kenya 1 (1)1998-2000 Democratic Republic of Congo (DRC) 154 (128)2004-2005 Angola 252 (227)2007 Uganda 2 (2)2008 USA 1 (0)b)

2008 Netherlands 1 (1)c)

2012 Uganda 12 (8)?

Ebolavirus

Zaire ebolavirus 1976 DRC 318 (280)

1977 DRC 1 (1)1994 Gabon 52 (31)1995 DRC 315 (250)1996 Gabon 37 (21)1996-1997 Gabon 60 (45)1996 South Africa 2 (1)d)

2001-2002 Gabon, Republic of Congo (RC) 122 (96)2002-2003 RC 178 (158)2005 RC 12 (9)2007 DRC 264 (187)2008-2009 DRC 32 (15)

Sudan ebolavirus 1976 Sudan 284 (151)1976 UK 1 (0)e)

1979 Sudan 34 (22)2000-2001 Uganda 425 (224)2004 Sudan 17 (7)2011 Uganda 1 (1)2012a Uganda 24 (17)2012b Uganda 7 (4)

Tai Forest ebolavirus 1994 Cote d’Ivoire 1 (0) Bundibugyo ebolavirus 2007-2008 Uganda 149 (37)

2012 DRC 62 (34)? Reston ebolavirus 1989 USA 0 (0)f)

1990 USA 4 (0)g)

1989-1990 Philippines 3 (0)g)

1992 Italy 0 (0)f)

1996 USA, Philippines 0 (0)f)

2008 Philippines 6 (0)h)

フィロウイルスによる感染症の発生

FiloviridaeGenus Marburg virus

Marburg marburgvirusGenus Ebola virus

Zaire ebolavirusSudan ebolavirusTai forest ebolavirusBundibugyo ebolavirusReston ebolavirus

Newly proposed GenusCuevavirus Lloviu cuevavirus

Bundibugyo ebolavirus (2008)Tai Forest ebolavirus (1994)

Zaire ebolavirus (1995)Zaire ebolavirus (1976)

Reston ebolavirus (1989)Reston ebolavirus (1992)

Sudan ebolavirus (1976)Sudan ebolavirus (1979)

Lloviu virus (2002)

Marburg marburgvirus (2005)Marburg marburgvirus (1980)

100

ヒト、サルヒト

ヒト、サル（食果コウモリ、ダイカー、イヌ）

ヒト

サル、ブタ（ヒト、食果コウモリ）

ヒト、サル、食果コウモリ

種

食虫コウモリ

動物

フィロウイルスの種類と感染した動物

All bars; 100nm

エボラウイルスの電子顕微鏡像 エボラウイルスの粒子およびゲノム構造

Genome: Non-segmented negative-stranded RNA

NP VP35 VP40 sGP/GPVP30 VP24 L

leadertrailer3’

5’

Editingsite Intregenic

region

OverlapOverlap Overlap

L NPVP35

VP30

Nucleocapsid (NC)RNP complex

VP24: Functional NC stabilization and incorporation in virion

VP40: Matrix protein, virion assembly and budding

GP: Viral entry (attachment, fusion)

2013/7/17

6

出芽

遺伝子複製

侵入

Nucleus

ウイルス蛋白質

転写/翻訳

RNA (+)

会合 RNA (-)

吸着

mRNA

膜融合

フィロウイルスの細胞内増殖過程 エボラ出血熱の発症機序モデル

広範囲の臓器（肝臓、リンパ器官等）におけるウイルスの増殖と、それに伴う臓器障害

広範囲の臓器（肝臓、リンパ器官等）におけるウイルスの増殖と、それに伴う臓器障害

多臓器不全・ショック症状による患者の死

感染初期における自然免疫・炎症性応答の抑制感染初期における自然免疫・炎症性応答の抑制

リンパ器官及び血中におけるリンパ球の細胞死リンパ器官及び血中におけるリンパ球の細胞死

Dendritic cells

Macrophages

初期感染細胞初期感染細胞

全身性の過剰な炎症性応答（SIRS）サイトカインストーム

全身性の過剰な炎症性応答（SIRS）サイトカインストーム

血管透過性の異常昂進血管透過性の異常昂進

血液凝固系・繊溶系の破綻（DIC）血液凝固系・繊溶系の破綻（DIC）

エボラウイルスと出血熱の発症

ウイルスはふだんどこにいるの？

自然宿主

ヒトに対して致死性が高い → 終宿主

自然宿主って？

不顕性感染

感染しても致死的な病気にならない宿主

自然宿主体内あるいは集団内にウイルスが維持されている

アレナウイルス、ブニヤウイルス → げっ歯類

エボラウイルスの自然宿主

2013/7/17

7

フィロウイルスの自然宿主と伝播経路？

Nature 438, 575-576 (1 December 2005)

Fruit bats as reservoirs of Ebola virus

Eric M. Leroy, Brice Kumulungui, Xavier Pourrut, Pierre Rouquet, Alexandre Hassanin, Philippe Yaba, André Délicat, Janusz T. Paweska, Jean-Paul Gonzalez and Robert Swanepoel

Bat species eaten by people in central Africa show evidence of symptomless Ebola infection.

The first recorded human outbreak of Ebola virus was in 1976, but the wild reservoir of this virus is still unknown. Here we test for Ebola in more than a thousand small vertebrates that were collected during Ebola outbreaks in humans and great apes between 2001 and 2003 in Gabon and the Republic of the Congo. We find evidence of asymptomatic infection by Ebola virus in three species of fruit bat, indicating that these animals may be acting as a reservoir for this deadly virus.

・ウイルスが分離されていない

・たまたま感染していただけかもしれないので、自然宿主であるとは断言できない

フィロウイルスの自然宿主は？

ザンビアの野生動物からフィロウイルスを探す。まずは、Fruit bats。

ホットゾーン

2013/7/17

8

Eidolon helvum

・臓器→ウイルス遺伝子検出、ウイルス分離・血清→特異抗体検出

2006 2007 2008 2009 2010

OD value

＊

＊＊ ＊

＊＊ ＊ ＊

＊ ＊ ＊＊

＊

＊＊

＊

＊

Zaire

＊＊

＊＊＊

＊

＊ ＊＊＊ ＊

Sudan

＊ ＊＊＊＊ ＊ ＊ ＊＊ ＊ ＊

＊

＊ ＊ ＊

Tai forest

＊ ＊ ＊

＊＊ ＊ ＊＊ ＊ ＊＊

Bundibugyo

＊＊

＊ ＊ ＊＊＊ ＊ ＊ ＊ ＊

Reston

＊＊

＊

＊＊＊＊＊＊＊＊＊ ＊ ＊ ＊

Marburg

Serum dilution 1:100

Zaire Sudan Tai Forest Bundibugyo Reston Angola

0

0.5

1

1.5

2

0

0.5

1

1.5

2

2.5

0

0.5

1

1.5

2

2.5

0

0.5

1

1.5

00.5

11.5

22.5

3

0

0.5

1

Abs

orba

nce

(450

nm)

Abs

orba

nce

(450

nm)

ザンビアのコウモリから検出されたフィロウイルスに対する抗体の特異性

中央アフリカで優勢なフィロウイルス種の割合と実際の出血熱の発生頻度に相関がある？

2007-8 Uganda, Bundibugyo ebolavirus

2005 DRC, Zaire ebolavirus

2007 DRC, Zaire ebolavirus

2008-9 DRC, Zaire ebolavirus

2011 Uganda, Sudan ebolavirus

2012 Uganda, Sudan ebolavirus

2012 DRC, Bundibugyo ebolavirus

2007 Uganda, Marburgvirus

2012 Uganda, Marburgvirus

0% 50% 100%

2006

2007

2008

2009

2010

2011

2012

Zaire Sudan Tai Forest Bundibugyo Reston Angola

コウモリ抗体の相対的な割合 報告された出血熱の発生

2013/7/17

9

2009 20102008

OD value

Zaire

Sudan

Côte d’Ivoire

Bundibugyo

Reston

Marburg

Serum dilution 1:100

(Chlorocebus pygerythrus and Papio ursinus)

OD

450

#307 #116 #340

0

1

2

3

1 2 3 4 5 6 7

＊

＊＊

1 2 3 4 5 6 70

1

2

3

1 2 3 4 5 6 7

＊

1 2 3 4 5 6 7

＊

0

1

2

3

1 2 3 4 5 6 71 2 3 4 5 6 70

1

2

3

1 2 3 4 5 6 7

＊

1 2 3 4 5 6 70

1

2

3

1 2 3 4 5 6 7

＊

1 2 3 4 5 6 7

＊

0

1

2

3

1 2 3 4 5 6 71 2 3 4 5 6 7

3

2

1

0

#304 #182 #214

GPNP

VP40

250150100755037

1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 71 2 3 4 5 6 71 2 3 4 5 6 7

1: ZEBOV2: SEBOV3: TFEBOV4: BEBOV5: REBOV6: MARV7: NC

Upper panel: GP-based ELISA

Lower panel: Western blotting with virus-like particle consisting of GP, VP40, and NP

Nidom, CA. et al. (2012) PLoS ONE 7: e40740.

インドネシアのオラウータンから検出されたフィロウイルスに対する抗体の特異性

Positive ratesArea ZEBOV SEBOV TFEBOV BEBOV REBOV MARVEastKalimantan 5.3% 5.8% 1.1% 3.7% 1.6% 2.6%

CentralKalimantan 14.1% 1.8% 1.2% 1.2% 1.2% 0.6%

Total 9.3% 4.0% 1.1% 2.6% 1.4% 1.7%

複数のフィロウイルスの存在？アフリカで見つかっているフィロウイルスと似たウイルスの存在？フィロウイルスに血清学的に似たウイルスの存在？

Nidom, CA. et al. (2012) PLoS ONE 7: e40740.

2013/7/17

10

Lloviu virus 2002にフランス、スペイン、ポルトガルの洞窟に棲むコウモリ(Miniopterus schreibersii)の大量死が起きた。肺、肝臓、脾臓、結腸からフィロウイルスと相同性の高い遺伝子が検出された。

エボラウイルスでもない、マールブルグウイルスでもない新しいフィロウイルスのメンバーとして、Lloviu virus と名付けられた。

フィロウイルスの生態？

サル・ヒトに致死的

サル・ヒトに病原性低い

?

?

?サルで抗体陽性率が高いのは何故?

コウモリからウイルスが分離されないのは何故?

フィロウイルスの生態？

?サル・ヒトに致死的

サル・ヒトに病原性低い

Ecology of filoviruses?

?Lethal to primates

Nonlethal to primates

インフルエンザウイルスの生態？

ヒトに対して病原性有り

ヒトに対して病原性無し

馬のウイルスとして独立した系統

家禽のウイルスとして独立した系統

ブタのウイルスとして独立した系統

ヒトのウイルスとして独立した系統

• フルーツバットは本当にフィロウイルスの自然宿主なのか？

• 霊長類にそれほど病原性を示さない（不顕性感染？）フィロウイルスが存在するのか？もそのようなウイルスは野生の霊長類間で維持され得るのか？

• フィロウイルスのヒトへの伝播経路として、ある種の家畜（ブタ等）が関与しているのか？

• 様々なフィロウイルスが（未知のウイルスも含めて）、アフリカだけではなく、アジアやヨーロッパに広く分布しているのか？

これから明らかにしなければならないこと 今日のキーワード

• 人獣共通感染症• ウイルス性出血熱• Biosafety Level 4• 自然宿主• 不顕性感染• ウイルス特異的抗体• ウイルスの生態