気候変動、移住、羊の致命的な病気は、パンデミックの理解をどのように変えますか?

気候変動、移住、羊の致命的な病気は、パンデミックの理解をどのように変えますか?

写真提供:Quang Nguyen Vinh Pexels

病原体の進化のための新しいフレームワークは、私たちが以前に信じていたよりもはるかに病気の発生に対して脆弱な世界を明らかにしますが、それはまた、私たちが次の問題をどのように予測して軽減するかについての新しい洞察を明らかにします。

.ソリューション何千年もの間、未知のウイルスが南アフリカの野生の反芻動物の間に静かに残っていました。 クーズー。 キリン。 ケープバッファロー。 サシバエと呼ばれるヌカカ属によって蔓延したこのウイルスは、宿主と調和して生き、病気を引き起こすことはめったにありませんでした。18世紀後半、農民がヨーロッパから純血種のメリノ羊を輸入し始めました。 もちろん、羊も反芻動物であり、やがてウイルスが侵入しました。しかし、これらの新参者は、ネイティブの羊とは異なり、抵抗を進化させる機会がありませんでした。 フランスの動物学者FrançoisLevaillantは、牛の病気も特定しました。 1780年代に喜望峰を旅して、彼は最初に南アフリカのオランダ語で「舌の病気」または「舌の腫れ」と呼ばれるものの臨床症状を記録し、「舌のひどい腫れがその後満たされる」と述べました。口全体と喉; そして、動物は常に窒息する危険にさらされています[原文のまま]。」

しかし、羊毛の輸入品は特に影響を受けやすいことがわかりました。 この病気は、毎年、何十年にもわたって持続し、毎年夏に新しい群れで燃え上がった。 1905年、南アフリカのグレアムズタウンに駐在する政府の獣医であるジェームズスプルールは、羊飼いが当時「ブルータング」と呼んでいたものに関する最初の主要な研究を発表しました。 同名の人よりも一般的なのは、他の症状の発疹でした:不安定で重度の発熱、口の泡立ち、唇の腫れ、過剰な粘液。 多くの場合、下痢。 足の病変。 やせ衰え。 彼の報告では、群れ内の死亡率は5%未満から30%までさまざまでしたが、「農家への損失」は次のように書いています。群れの大部分が受ける状態の喪失。」

獣医師は、この病気は「南アフリカ特有」であると信じていましたが、1943年にキプロスでウイルスが発生しました。 1956年に、それはイベリア半島を横切って一掃しました。 1960年代半ば、国際獣疫事務局(OIE)は、ブルータングを「リストA」の伝染病として分類し、南ヨーロッパ全体に広がることを恐れました。 その後、ギリシャの島々から少なくとも2005つの以前は感染していない国まで、南ヨーロッパと地中海に広がりました。 XNUMX年までに、この発生によりXNUMX万頭をはるかに超える羊が死亡し、科学者たちは点をつなぎ始め、気候変動が気候変動の範囲と伝播シーズンの両方を拡大したと非難し始めました。 Culicoidesイミコラ、アフロトロピックミッジ。

「ミッジの個体群が新しい場所、大きな水域に定着するためには、風による輸送と、到着場所での適切な気候および環境条件の両方が必要です」と、以前に研究したIBMResearchのデータサイエンティストであるAnneJonesは述べています。 「その結果、気候変動により、温暖化地域への拡大が起こりやすくなります。」

Culicoides imicola、ミッジ

ブルータングウイルスが、ここに描かれているCulicoides imicolaとして知られる小虫からヨーロッパ原産の小虫にジャンプしたとき、この病気は以前の予測よりもはるかに広く広がることができました。 ウィキメディアのアランRウォーカーの写真提供。 CC BY-SA 3.0

しかし、次の夏に北ヨーロッパに到達し、最終的にオランダからスカンジナビア南部に行進したとき、研究者たちは予期しない何かを発見しました。ウイルスはネイティブのミッジにも飛び込んできました。 どの気候モデルも予測できるよりもはるかに広く病気を広めています。 ヨーロッパ全体での一連の強制予防接種プログラムは、2010年までにようやく広がりを打ち砕きましたが、わずかXNUMX年後、ブルータングはフランス、その後、ドイツ、スイスなどで再び出現しました。 そして、世界が暖かくなり、ウイルスにとってより適切な生息地が生まれるにつれて、ほぼすべてのモデルが、過去XNUMX年間だけで数十億ドルの被害をもたらしたブルータングの発生が、数年で範囲、頻度、期間が増加する可能性があることを示唆しています来る。

「ブルータングの物語は、グローバル化した貿易と旅行によって増大する気候変動の背景から病気がいかに簡単に発生するかを示しています」と、ネブラスカ大学州立博物館のハロルドW.マンター寄生虫学研究所の上級研究員であるダニエルブルックスは述べています。 「地球は、起こるのを待っている進化の事故の地雷原です。」

新興感染症の危機へようこそ。

完璧な嵐

ブルータング。 アフリカ豚コレラ。 西ナイル。 デング熱。 インフルエンザ。 鳥インフルエンザ。 ジカ。 えぼら。 MERS。 コレラ。 炭疽菌。 小麦さび病。 ライム病。 マラリア。 チャガス。 SARS。 そして今、少なくとも9兆米ドルの値札と、ほぼ19万人の命を持つ、Covid-XNUMX。 人間から作物や家畜まであらゆるものを悩ませている新興感染症(EID)のリストは続いています。 そして。 そして。 これらの病気のいくつかは、真新しいか、以前は発見されていません。 ブルータングのような他の人は、新しいホストや新しい環境で燃え上がる繰り返しの犯罪者です。 病原性の高いものもあれば、そうでないものもあります。 多くの人が気付くでしょうが、ほとんどの人は、あなたやあなたの愛する人、あるいはあなたが頼りにしている食べ物や水に個人的に感染していない限り、気づきません。

2019年XNUMX月、ブルックスと他のXNUMX人の寄生虫学者、エリックホーバーグとウォルターボーガーが出版しました ストックホルムのパラダイム:気候変動と新たな病気。 この本は、病原体と宿主の関係についての新しい理解を提供し、EIDの現在の猛攻撃を説明しています。生態学研究センターの局長でハンガリー科学アカデミーのメンバーであるEörsSzathmáryは、気候危機の「過小評価された結果」と呼んでいます。 。

EIDはすでに年間約1兆米ドルの費用がかかっている、と著者は述べていますが、Covid-19のような主要なパンデミックにもかかわらず、それらは常により頻繁になっています。 「それはとても簡単です」とブルックスは言います。 「気候変動と人間が荒野に押し込み、荒野が押し戻し、そして世界的な旅行と世界的な貿易のこの組み合わせにより、 ブーム、それは本当に速く進みます。」

地球の歴史を通して、研究者たちは、気候変動と環境破壊のエピソードは、主に新興感染症、本来の範囲を超えて生物を散乱させ、感受性の高い宿主に新しい病原体を導入することに関連していると書いています。 たとえば、最終氷河期の後退は、アラスカの大部分を乾燥した草地の生態系から低木湿地に変え、ムース、人間、その他の種をさらに北に誘い込み、無意識のうちにまったく新しい範囲の病原体にさらしました。 その意味で、人為的な地球温暖化は根本的に違いはありません。 森は破壊されています。 永久凍土が溶ける。 歴史的な干ばつが発生します。 しかし、グローバリゼーションと都市化の進展により、さらに多くの種が移動し、アフリカのメリノ羊などの新しい宿主や新しい媒介動物に感染するための経路がさらに開かれることで、これらの影響が増幅されています。 通常の年の間に、飛行機と貨物船は現在、世界中で何百万もの人々と無数の種を毎日運び、病原体を新しい、そしてしばしばもてなしの場所に運びます。 言い換えれば、現在の感染症の蔓延は、まったく新しい現象ではありません。 しかし、著者が気候変動とグローバリゼーションの「パーフェクトストーム」と呼ぶものに刺激されて、それは以前のエピソードよりもひどい可能性があり、現代人が直接目撃した最初のエピソードです。

30万年の違い

Konrad Lorenz Institute for Evolution and CognitionResearchの科学ディレクターであるGuidoCanigliaによると、 ストックホルムパラダイム 「これまでに書かれた進化生物学と持続可能性の交差点で最も重要な作品のXNUMXつ」です。 しかし、その重要性と、著者の突破口がEID危機を制御するための取り組みをどのように再形成できるかを理解するためには、概念が最終的にどのようにまとめられたかを理解するのに役立ちます。

ブルックスが1970年代後半に若い寄生虫学者としてのキャリアを始めたとき、病原体と宿主の関係についてのこの新しい理解に不可欠な「系統分類学」の分野は、依然として非常に物議を醸していました。 系統発生学をステロイドの系譜と考えてください。これは、観察可能な祖先の特徴を使用して種の進化の歴史を再構築し、共通の祖先を明らかにする方法です。

「私の最初の妻は、他のポスドクのXNUMX人が「この男は、これを行う仕事に就くことは決してないだろう」と言ったため、部分的に私と離婚しました。 それは物議を醸したものでした」とブルックスは言います。 「しかし、寄生虫が動き回ったり、宿主を変えたりしていることを私に示したのは、それらの技術を使用していたことであり、それらは想定されていませんでした。」

彼の前の多くの人と同じように、彼は病原体と宿主の関係を高度に専門化された単位として考えるように訓練されていました。実際、病原体は幸運な突然変異なしに元の宿主から逸脱することはできませんでした。 非常に専門的であるため、進化の歴史—別名、 系統発生 —理論的には、病原体のそれは宿主のそれを反映しているはずです。 今日でも、ホーバーグは言います、 現在、ニューメキシコ大学の南西生物学博物館の非常勤教授。 病原体が新しい宿主を採用するためには「魔法の突然変異」が必要であるという考えは一般的です。 「これは長年のパラダイムです」と彼は言います。

一般的な考え方は19世紀後半から存在していましたが、ブルックスは実際には、博士号としての概念の証明を求めて「共スペシエーション」という用語を作り出しました。 ミシシッピ大学の学生。 しかし、ブルックスのキャリアの大きな皮肉の1980つは、彼がその大部分をアイデア全体から後退させることに費やしたことです。 ストックホルムのパラダイムは、ある意味で自己反論です。 20年にブリティッシュコロンビア大学で教授職を受け入れて間もなく、ブルックスは博士号を取得したホーバーグに会いました。 ワシントン大学の学生で、後に米国農務省によって参照ツールとして維持されている30万を超える寄生虫標本のリポジトリである米国国立寄生虫コレクションの主任キュレーターになります。 当時、ホーバーグは北極圏の海鳥の寄生虫を研究しており、ブルックスの系統発生法を使用して共種を決定しようとすると、まるで四角いペグを丸い穴に打ち込もうとしたかのように、システム全体が故障しました。 たとえば、条虫のXNUMXつのグループは、宿主の鳥自体よりもXNUMX万年以上古いものであり、寄生虫が以前に別の宿主に存在していたことを示唆しています。 Hobergのデータは、気候変動の期間に続いて、新たに感染したホストのパターンを最終的に明らかにしました。

ブルックスは当初、反対の訓練を受けて懐疑的でしたが、年月が経つにつれて、彼自身の研究はホーバーグの発見を補強するように見えました。 90年代半ば、ブルックスはコスタリカの生物多様性インベントリプロジェクトのコンサルタントとして契約し、以前に文書化された調査地域で見つかった寄生虫はすべて、元々は別の宿主に生息していました。

「それらすべて」と彼はきっぱりと言います。 「それで、エリックが北極圏で見つけたのとまったく同じものでした。」

90年代後半までに、ブルックスとホーバーグは、まだより大きな科学コミュニティではないにしても、共種化が例外であり、規則ではないことを明らかにしました。 履歴とリアルタイムの両方の証拠は、ホストの切り替えが一般的であることを示唆していました。 そして今、彼らは気候変動のエピソードがこれらのイベントの引き金となる原因であると疑っていましたが、どちらも新しいホストへのジャンプが実際にどのように起こるかをまだ説明できませんでした。 言い換えれば、ランダムな突然変異を介さない場合、病原体はどのようにして新しい宿主に感染し、たとえば、ケープバッファローからメリノ羊に、またはコウモリから人間にジャンプしますか?  

斜面に出て

次の20年間で、ブルックスと彼の共著者は、ストックホルムパラダイム(一連の独創的なワークショップの場所にちなんで名付けられました)を一時的につなぎ合わせました。これは、新旧両方のいくつかの生態学的概念の統合であり、ますます不快になると説明しています。明らかな真実:病原体は、変化に適応して新しいホストを利用できるだけでなく、非常に優れています。 長年の教義を拒否したにもかかわらず、ストックホルムパラダイムは科学界に一般的に受け入れられたようです。 本のレビュー 概して前向きであり、ブルックスは彼が何の反発も受けていないと言います。 「私たちは慎重に影響を与えたと思います」と彼は言います。

すべての種はそれに多くの先祖の特徴を持っており、それらの同じ特徴は他の関連する種に受け継がれています。 これは病原体にとって幸運です。なぜなら、彼らは確かに専門家ですが、特定の宿主ではなく、形質自体に特化しているからです。 遠く離れているが関連する宿主(メリノ羊など)が突然病原体の環境(南アフリカなど)に押し込まれた場合、病原体はそれ以上の能力を発揮します。 感染のために中間宿主(ベクター)を必要とするブルータングの場合、ウイルスが別の種類のミッジを採用したときに、このプロセスが繰り返されました。 病原体は、別のベクターを採用するために、新しい能力やランダムな突然変異を必要としませんでした。 病原体が新しい家を見つけるために必要なすべての遺伝資源はすでに整っていました。

ブルータングウイルスの低温電子顕微鏡画像

2015研究、UCLAの研究者は、ブルータングウイルスの低温電子顕微鏡画像を作成しました。これは、ウイルスが健康な細胞にどのように感染するかについて学ぶのに役立ちました。 写真提供:周博士とUCLAカリフォルニアナノシステム研究所

このプロセスは「生態学的フィッティング」と呼ばれ、生物が潜在的な資源のすべてを利用することは決してないという考えの下で機能します。 病原体が現在存在する場所とそれが存在する場所の間の小刻みに動く部屋 可能性 現在のホストと広範囲の潜在的なホストの間に適切な機会が与えられれば存在します。これは「ずさんなフィットネススペース」と呼ばれます。 従来の寄生虫学では、各病原体は特定の宿主にしっかりと結合していると想定されていますが、「ずさんなフィットネススペース」の概念は、病原体がどれほど専門的になっても、少なくともある程度の柔軟性、またはリソースを利用するための固有の能力を持っていることを示唆しています。現在のホストを超えて。

「これは、システムが変化に対応するための自由度を提供します」と、2008年にこの用語を作り出したバージニアコモンウェルス大学の生理学的生態学の准教授であるSalAgostaは言います。すべてが特定の条件に完全に適合しています」とAgosta氏は言います。 「しかし、これらの条件が変わるとどうなりますか? すべてが絶滅します。 しかし、すべてが絶滅するわけではありません。」 生物は、手に持っている特性を使って新しい環境に適応します。

そして、新しいホストを利用する能力を継承したのは、最終的に新興感染症の危機を可能にするすべての傾斜です。 環境破壊のエピソードが種を新しい領域に押しやるとき、彼らは途中で新しい資源に遭遇します。 ストックホルム大学のブルックスの同僚のXNUMX人、たとえば生態学者SörenNylinとNiklasJanzは、宿主植物を新しい生態系に追いかけている特定の蝶の家族が、途中で他の適切な宿主植物に遭遇したことを示しました。 これらの新しい関係は最終的に分裂し、別の外乱がそれらを再び斜面に押し出すまで、残りの部分から分離して専門化し、種分化します。 病原体は、より多様な宿主にさらされると、より多様化します。 病原体は、気候変動などの環境圧力に反応して、長期間にわたって、特殊化と一般化の期間の間、隔離と拡大の間で振動します。

「名詞は進化できないので、ジェネラリストやスペシャリストのようなものは今ではないと信じています」とブルックスは言います。 「彼らが占めるずさんなフィットネススペースの量に関連して一般化または専門化されている種だけがあります。 そして、これが進化の原動力です。」

2015年、ブラジルのパラナ連邦大学の物理学者であるSabrina Araujoは、ストックホルムパラダイム、特にずさんなフィットネス空間内での生態学的適合の仮説をテストするためのモデルを構築しました。 当初、結果は圧倒的だったと彼女は言います。 このパターンは、自然淘汰にすぎないように思われました。宿主に最も適応した病原体は、生存の可能性が最も高いのです。 しかし、XNUMX番目の真実がすぐに明らかになりました。不適合な病原体もしばしば生き残ります。そして、その不完全さが彼らに新しい宿主を採用するより大きな機会を与えます。 踏み石のプロセスを通じて、元のホストの限界的で不適合なバリアント(または既存の遺伝物質の組換え)が次のホストで新しいバリアントを生成するため、遠くに関連するホストでさえ実行可能なオプションになる可能性があります。

「当時、この作品は決して引用されないと信じていましたが、ダンが予測したように、今では最も引用されている作品です」とアラウージョは言います。 実際、国立アレルギー感染症研究所(NIAID)の所長であり、ホワイトハウスコロナウイルスタスクフォースのリーダーであるAnthony Fauciと、NIAIDの上級科学顧問であるDavid Morensは、 最近引用されたアラウジョのモデル Covid-19が中国の武漢の生鮮市場で野生のコウモリから食用動物にどのように移動したかを説明する際に。

「私はそれをよりはっきりと見始めました、そして私は私たちのモデルが言っていることについて少し怖くなってきました」とAraujoは言います。 「それは、病原体が別の宿主に感染するために新たに好まれる突然変異を必要としないことを意味します」。

それはまた、病原体が変化の準備ができていることを意味し、その病気は、間接的であるとしても、温暖化する惑星のさらに別の症状です。

または、ブルックスが言ったように、「私たちはひどい状態にあり、それを無視するという選択肢は本当にありません。」

予測して軽減する

ブルックスと彼の同僚にとって、Covid-19のパンデミックは、公共政策が、ワクチン接種やその他の反動策にほぼ独占的に依存していることを、追いついていないか、聞いていないか、または望んでいないことをさらに毎日思い出させます。 ストックホルムパラダイムは、私たちが以前に信じていたよりもはるかに病気の発生に対して脆弱な世界、つまり新しい病原体を新しい宿主に急速に導入する世界を明らかにする一方で、次の病原体をどのように予測して軽減するかについての新しい洞察も明らかにします。

「パラダイムシフトは簡単ではありません。 私の同胞[Ignaz] Semmelweisは、手洗いが感染に対して何ができるかを同僚が理解していなかったため、夢中になりました」と、19世紀のハンガリーの医師について語るSzathmáryは言います。 「既存のフレームワークは、ウイルスや治療法などの特定の側面に集中しています。 しかし、疫学では、予防は治療よりも優れているでしょう。」

の著者 ストックホルムパラダイム EID危機と積極的に戦うために、調査結果に基づいて青写真を作成しました。 彼らはそれをDAMAプロトコル(文書化、評価、監視、行動)と呼び、疾病管理予防センター、世界保健機関、および国連によってすでに実行されているインベントリおよび監視プログラムを合理化するための包括的なポリシーとして意図されています。 国立衛生研究所は最近、「DAMAに非常に近い」EID研究のための新しい82万米ドルのイニシアチブの設立を発表しました、とホーバーグは電子メールで書いています。 しかし、一般的に、彼は次のように書いています。「ほとんどのアプローチは、多様性の特定されたホットスポットに焦点を当てており、これらのホットスポットは比較的静的であり、将来的に病原体の発生源になると予想しています。 これは、生物圏の複雑さ、特に気候と環境の変化によって引き起こされる範囲拡大に関連するすべてのプロセスを説明するものではありません。」

研究者は、どの病原体が存在するかを知らなければ、新興感染症の蔓延を予測することはほとんどできません。これまでのところ、ブルックス、ホーバーグ、ベーガーは、世界の病原体の10%未満しか特定されていないと推定しています。 DAMAプロトコルは、特に公園、都市、牧草地、農地に焦点を当てた強力なインベントリプロジェクトを強調しています。人間、家畜、野生生物が重なる可能性があり、新しい病原体が病気を引き起こす可能性がある場所です。 これらの地域内では、プロトコルは、悪影響を与えることなく病原体を宿すことが知られている貯水池の宿主(ダニ、げっ歯類、コウモリなど)を対象としています。 人間、作物、家畜に直接ジャンプする可能性が最も高いのは、これらの宿主内の不適合な病原体であり、縁にほとんど付着しない、または踏み石を介して間接的にジャンプする可能性が高いと彼らは言います。 Covid-19が無症候性のコウモリから他の食用動物を介して無防備な人間へと進んだ可能性が高い武漢で見られるようなメカニズム。

「一般通念のもうXNUMXつの要素は、新しい病気がいつ発生するかを予測できないことです。 これは、たまたま新しいホストにジャンプできるランダムな突然変異が発生する必要があるという仮定に基づいています」とブルックス氏は言います。 「DAMAプロトコルは、スイッチが既存の生物学に基づいているため、膨大な量を予測できるという認識に基づいています。」

これらの生態学的国境地帯を調査している間、研究者は、病原体の進化の歴史を使用して病気の可能性を評価し、ブルックスが「系統発生トリアージ」と呼ぶものを実践する必要があります。 他の地域に病気を広めることが知られている種、または病気を広める近親者がいる種を優先する必要があります。 次に、研究者は、地理的範囲、宿主範囲、および伝播動態の変化についてこれらの病原体を監視する必要があります。 そして最後に、このすべての情報を迅速に公共政策に変換する必要があります。 この最後のステップは重要であり、無視されることが多すぎると彼らは言います。 たとえば、中国の研究者は 最初に警告された 15年以上前のコウモリにおける感染の可能性のあるコロナウイルスの分析、 しかし、その情報は、Covid-19の波及を防いだかもしれない公共政策に翻訳されることはありませんでした。

「彼らはすでにコウモリにコロナウイルスがあることを知っていました。 彼らは血清陽性の人々がいることを知っていました。 そして、あなたは人々がどのように露出されているかについて点を結び始めます」とホーバーグは言います。 「あなたは経路を壊そうとします。 あなたは感染の可能性を止めようとします。」

船首を横切る警告ショット

DAMAプロトコルが完全に実現されたとしても、EIDはここにとどまります。 専門家によると、目標は病気の発生を防ぐことではなく、打撃を和らげることです。 気候変動が生物圏を刺激し続ける限り、病原体は動き続け、耐性が進化した後でも、他の種ではいわゆる「病原体汚染」として存続し、再び攻撃を待つことになります。 たとえば、ロシア当局は現在 マーモット狩りに対する警告 19世紀以上前に最初に世界を襲った腺ペストのいくつかの新しい症例がモンゴルで表面化した後。 そして、著者によると、Covid-19は、人間、またはおそらく私たちのペットを介して野生に戻ることができますが、最終的に勝利を宣言した後にのみ再出現します。 それが、パンデミックが発生した直後にブルックスがCovid-XNUMXの影響を受けやすい非ヒト貯水池の調査を求めた理由、ホーバーグがブルータングの潜在的な新しい反芻動物宿主の検査を奨励した理由、および ストックホルムパラダイム 潜在的な病気の原因となる生物の捜索は、気候変動とグローバリゼーションによって二重に活気づけられた生物圏で積極的かつ継続的でなければならないと主張する。

「Covid-19の経済的影響が深刻化するにつれて、これは単なる警告でした」とブルックスは言います。 「Covidの教訓は、私たちの巨大で強力なグローバルな技術の世界が非常に脆弱であるという認識よりも、病気自体とは関係がありません。」
 
編集者注:このストーリーは、 食品・環境報告ネットワーク、非営利の調査報道機関

 

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