2021-02-25 情報・システム研究機構 国立極地研究所,東京医科歯科大学,東邦大学
レジオネラ属の細菌は土壌や水に広く分布していますが、この細菌を含むエアロゾルが重症肺炎を引き起こすことがあり、感染症対策上、重要な細菌です。南極の昭和基地ではこれまで、浴槽水などでの検出が報告されていましたが、温暖な環境で増殖しやすいと考えられていたレジオネラ属菌が南極の自然環境にも生息しているのか、また、どのような経緯で基地に定着したのかについては分かっていませんでした。
東京医科歯科大学の島田翔氏と国立極地研究所、東邦大学、産業技術総合研究所などの研究チームは、病原菌の網羅的な調査を目的として、第60次南極地域観測隊(2018年～2019年)において昭和基地の上水設備(貯水ダムなど)と南極大陸沿岸の湖(20か所)から試料を採取しました(図)。帰国後、試料からDNAを抽出し、培養を介さない方法で細菌叢(多様な細菌の集まりのこと)を大規模に解析しました。
その結果、レジオネラ属菌由来のDNA配列は、基地の上水設備と、調査したすべての湖沼で確認されました。また、その中の一部のDNA配列については、基地と湖沼の双方で検出されており、南極の自然環境から基地に侵入し、定着した菌種があると考えられました。一方、基地のみで検出されたDNA配列については、観測隊員が南極の外から持ち込んだ菌種のものである可能性があります。
南極の自然環境でレジオネラ属菌が調査されたのは初めてのことで、この属が低温にも適応できる多様な種を含んでいる可能性が示唆されました。また、人間活動により持ち込まれた菌種が基地に定着していることは、南極や宇宙など、隔離環境で活動する人々の移動の際に生じる病原菌持ち込みのリスクを示しており、南極においても継続的なモニタリングが重要です。
図:サンプリングの様子。(左)昭和基地から約50km離れたスカルブスネス菩薩池 (右)昭和基地の管理棟にある浴槽。
研究の背景
水系感染症は、病原性微生物で汚染された水を吸入あるいは摂取することで引き起こされ、世界的にも公衆衛生上の重大な課題です。特に南極のような医療資源へのアクセスの乏しい遠隔地に滞在する人々にとって、厳密な水質管理は感染対策の上で重要になります。水系感染症の病原体の中でもレジオネラ属菌は、自然環境の水や土壌に広く分布するありふれた細菌ですが、この属の約半数の種はヒトへの病原性が確認されており、レジオネラ属菌で汚染されたエアロゾルを吸入すると重症肺炎を発症することが問題となります。
昭和基地内では、過去に南極観測隊の医療隊員によって、レジオネラ属菌の基地内上水系(浴槽水やシャワーヘッドのぬめりなど)への定着が繰り返し報告されていました。しかし、これらの調査はPCR法によるレジオネラ属菌の存在の確認にとどまり、菌種までは明らかになっていなかったことと、温暖な環境(25℃～45℃)を好むと考えられているこの菌の寒冷環境における生態についての研究報告は少なく、南極大陸の自然環境において調査された研究がなかったことから、昭和基地に定着するレジオネラ属菌が人間活動により大陸外から持ち込まれているのか、それとも南極環境中から侵入しているのかは謎のままでした。
研究の内容
本研究では、昭和基地に定着するレジオネラ属菌および水系感染症を引き起こす可能性のある細菌を網羅的に割り出すことと、その侵入源を明らかにすることを目的として調査を実施しました。2018年12月から2019年1月、第60次南極地域観測隊の一般研究観測として、昭和基地内貯水ダムなどの上水設備、および、基地から離れた露岩域に点在する氷河湖から環境試料を採集し、日本国内に持ち帰りました。その後、試料からDNAを抽出し、細菌の分類に用いられる遺伝子領域をPCR増幅した後、そのDNA配列を大規模に決定して細菌叢を解析しました。また、レジオネラ属菌のみを標的とするPCR増幅と解析も並行して実施し、その詳しい菌種や分布の把握を試みました。
湖沼試料の分析の結果、レジオネラ属菌、シュードモナス属菌、マイコバクテリウム属菌など病原性の報告のある菌種を含む菌属が湖沼においても広く分布していることが分かり、レジオネラ属菌においては調査したすべての湖沼で確認されました。さらに、レジオネラ属菌の詳細な群集構造の解析を通じて、寒冷な南極湖沼においても予想外に多様なレジオネラ属菌が分布していることが確認されました。今回、検出されたレジオネラ属菌の配列のほとんどは報告されている同菌種の遺伝子配列との類似性が低いことから、未報告の菌種に由来する遺伝子であると考えられました。
一方で、基地内で検出されたレジオネラ属菌の群集を湖沼の群集と比較した結果、両者で共通する配列もみられましたが、基地内では病原性が報告されている既知の菌種に近い配列が多くの割合を占めました。これらの種は南極の湖沼ではほとんど検出されなかったことから、人間活動により持ち込まれた可能性も示唆されました。なお、昭和基地の蛇口の水(浄水処理後の水)からはレジオネラ属菌は検出されませんでした。
今後の展開
今回、南極の寒冷環境においても未知の多様なレジオネラ属菌が広く分布していることが初めて明らかとなり、レジオネラ属菌は低温環境においても適応できる多様な菌種を含む可能性が示唆されました。
今後、これら寒冷環境のレジオネラ属菌の環境への適応メカニズム、ヒトへの病原性を明らかにしていくことが、極地で活動する観測隊の感染対策を考える上で重要です。また、基地内で高い割合で検出された既報のレジオネラ属菌由来のものと類似性の高い塩基配列は、南極環境中からはほとんど検出されなかったことから、人間活動により持ち込まれたレジオネラ属菌に由来する可能性が考えられます。これは、南極や宇宙など、隔離環境で活動する人々の移動の際に生じる病原菌持ち込みのリスクについて注意を喚起するものであり、南極においても継続的なモニタリングが重要です。
発表論文
掲載誌: Applied and Environmental Microbiology 87: e02247-20
タイトル:Chasing waterborne pathogens in Antarctic human-made and natural environments with special reference to Legionella spp.
著者:
島田 翔(東邦大学医学部 微生物・感染症学講座/東京医科歯科大学大学院 医歯学総合研究科 器官システム制御学講座 統合呼吸器病学分野)
中井 亮佑(産業技術総合研究所 生物プロセス研究部門)
青木 弘太郎(東邦大学医学部 微生物・感染症学講座)
下枝 宣史(とちぎメディカルセンターとちのき)
大野 義一朗(東葛病院)
宮崎 泰成(東京医科歯科大学 医歯学総合研究科 統合呼吸器病学分野)
工藤 栄(国立極地研究所 生物圏研究グループ)
伊村 智(国立極地研究所 生物圏研究グループ)
渡邉 研太郎(国立極地研究所)
石井 良和(東邦大学医学部 微生物・感染症学講座)
舘田 一博(東邦大学医学部 微生物・感染症学講座)
DOI:10.1128/AEM.02247-20
URL:https://aem.asm.org/content/87/2/e02247-20
論文出版日:2021年1月4日
研究サポート
南極での試料の採取は、第60次南極地域観測隊の一般研究観測(AP0924、AP0937)として実施されました。
