ヒトロタウイルスの人工合成に成功

ヒトロタウイルスの病原性発現機構解明に大きく前進　新規ワクチン開発、治療薬開発を加速

2019-02-13 12:30

藤田医科大学の河本聡志講師、福田佐織研究補助員、谷口孝喜名誉教授、村田貴之教授らの研究グループは、北里大学の小山ちとせ研究員、片山和彦教授との共同研究により、ヒトロタウイルスの人工合成に世界で初めて成功しました。この研究成果は、自然なヒトロタウイルスの感染および増殖機構を再現できるので、病原性発現機構の解明、ヒトに対する安全性に優れた次世代ワクチンや治療薬開発の加速が期待できます。

ポイント

・ヒトロタウイルスの人工合成に世界で初めて成功しました。
・ロタウイルス遺伝子のみで人工合成が可能で、ロタウイルス以外の遺伝子産物を必要としません。
・自然なヒトロタウイルスの感染、増殖の機構を再現できるので、ヒトに対する安全性に優れた次世代ワクチンや治療薬開発への応用が期待されます。

背景

近年、ウイルスの遺伝情報を解読して、その核酸配列情報を元に、試験管内でウイルス遺伝子を大量に人工合成できるようになりました。試験管内で合成したウイルス遺伝子を細胞に導入して、感染性ウイルスを人工合成する技術を“リバースジェネティクス”と言います。リバースジェネティクスが可能になると、ウイルスが何故病気を起こすのか、ウイルスの増殖を止めるにはウイルスの何処を狙って薬を作れば良いのかを、ウイルス遺伝子を直接操作して研究できるようになり、ワクチンや治療薬の開発を一気に加速することができます。C型肝炎ウイルスやインフルエンザウイルスの治療薬は、このようにして作り出されたのです。

乳幼児に重篤な下痢症を引き起こすロタウイルスは、安全なワクチンや治療薬の開発のため、リバースジェネティクスの構築が切望されてきました。しかし、ロタウイルスのリバースジェネティクス構築は困難を極めました。なぜなら、ロタウイルスはウイルス内部に11本もの遺伝子断片を持つため、人工合成した11種類の遺伝子すべてを、同時に一つの細胞のなかに導入しなければならなかったからです。

2017年に、増殖能力が飛びぬけて良いサルロタウイルスを用いて、最初のリバースジェネティクスが開発されました。しかし、このシステムでは、動物ウイルス由来のFASTタンパク質※1と牛痘(ワクシニアウイルス)※2由来の酵素などを発現する別の遺伝子を同時に細胞に導入してロタウイルスの複製を助ける必要があり、純粋にサルロタウイルスの遺伝子のみではシステムが動かなかったのです(図1)。また、ヒトロタウイルスの試験管内実験系での増殖能力は、サルロタウイルスの～1/100程度であり、このシステムを利用しても上手くいきませんでした。
ヒトロタウイルスは、病原性、レセプターおよび増殖して細胞から出てきた新生ウイルスに感染力を持たせるための前処理条件などが、サルや他の動物ロタウイルスとは異なります。ヒトロタウイルスを正しく理解し、ヒトロタウイルスのワクチンや治療薬を開発するためには、動物のロタウイルスではなく、ヒトロタウイルスのリバースジェネティクスが必須なのです。

研究成果

本研究グループは2018年に、動物ロタウイルスの11本の遺伝子のうち、2種類の遺伝子(非構造タンパク質NSP2とNSP5)を他の9本の遺伝子の3倍量にして細胞に導入することで、従来の～1,000倍も効率良く、ロタウイルスを人工合成できることを見出しました(Komoto et al. J Virol 92:e00588-18)。そこで、本研究で、ヒトロタウイルスの11本の遺伝子のうち、NSP2とNSP5遺伝子を他の9本の遺伝子の3倍量にして、さらに、ロタウイルス胃腸炎患者便中のウイルスを効率良く分離する技術(高濃度のトリプシン添加と回転培養)を利用することで、ヒトロタウイルスを人工合成することに成功しました(図1)。

本研究成果の意義

この研究成果により、世界で初めてヒトロタウイルスの遺伝子を自由自在に改変することが可能となりました。さらに、本研究グループの構築したヒトロタウイルスのリバースジェネティクスは、ロタウイルスの遺伝子のみで稼働し、ロタウイルス以外の遺伝子産物を必要としません。自然なヒトロタウイルスの感染、増殖、病原性発現の機構を再現して研究できるので、ヒトに対する安全性に優れた次世代ロタウイルスワクチンや治療薬の開発が飛躍的に進むものと期待できます(図2)。
本研究は、藤田医科大学の河本聡志講師、福田佐織研究補助員、谷口孝喜名誉教授、村田貴之教授らの研究グループが、北里大学北里生命科学研究所の小山ちとせ研究員、片山和彦教授との共同で行ったものです。
本研究成果は、2019年2月6日(米国東部時間)発行の「Journal of Virology　電子版」に掲載されました。

論文タイトル：Generation of infectious recombinant human rotaviruses from just 11 cloned cDNAs encoding the rotavirus genome
著者：Satoshi Komotoa, Saori Fukudaa, Masanori Kugitaa, Riona Hatazawaa, Chitose Koyamab, Kazuhiko Katayamab, Takayuki Murataa, Koki Taniguchia
Department of Virology and Parasitology, Fujita Health University School of Medicine, Toyoake, Aichi, Japana; Laboratory of Viral Infection I, Kitasato Institute for Life Sciences, Graduate School of Infection Control Sciences, Minato-ku, Tokyo, Japanb

引用文献

Komoto S, Fukuda S, Ide T, Ito N, Sugiyama M, Yoshikawa T, Murata T, Taniguchi K. Generation of recombinant rotaviruses expressing fluorescent proteins by using an optimized reverse genetics system. 2018. J Virol. 92(13):e00588-18.