岡林 環樹宮崎大學工業動物防疫研究中心、宮崎大學農學部獸醫師學科獸醫師微生物學研究室 |  |
■導讀
被認爲由動物傳播給人類的新冠電腦病毒因出現突變等，至今仍沒有平息的跡象。即使疫苗有望發揮效果，但在日常生活中依然需要採取防控措施。因此，我們着眼於醫療領域過去也一直用來殺菌的深紫外線，研究發現，透過與作爲新光源普及的LED（Light-Emitting Diode）相結合，可以有效滅活包括突變電腦病毒株在内的新冠電腦病毒。本文將介紹透過宮崎大學的「醫學-獸醫師學」及「大學-企業」合作跨領域的「同一健康（One Health）」專案誕生的新冠電腦病毒研究成果。
■背景
新冠電腦病毒的大流行清楚地表明，近年來的全球化對傳染病的流行有着巨大影響。這讓人們再次意識到，作爲傳染防控對策，對週遭環境進行消毒和殺菌，以及侷限人員和動物的流動非常重要。宮崎縣在2000年和2010年遭遇過對牛和豬造成毀滅性打擊的電腦病毒性傳染病口蹄疫。當時的經驗表明，對看不見的電腦病毒進行徹底消毒以及侷限人和物的流動對儘早遏制傳染病蔓延至關重要。
宮崎大學根據這些經驗，把建立傳染病防疫體制定位爲最重要的課題，2011年10月，作爲校内共同教育研究設施成立了工業動物防疫研究中心（Center for Animal Disease Control: CADIC）。作爲傳染病研究基地，宮崎大學強化了CADIC的功能，包括設置病原體高度隔離設施BSL3（生物安全等級爲3級）。宮崎大學是日本唯一擁有以醫學-獸醫師學的合作及融合體制爲基礎的醫學獸醫師學綜合研究科研究生院的大學，因此CADIC不僅針對工業動物的傳染病，還致力於人獸共患傳染病的教育和研究，並闡明瞭人和動物的致命電腦病毒傳染的終極因數—— 重度發熱伴血小板減量症候群電腦病毒等新的傳染環鏈【1】。
另外，根據日輪機舾裝公司與宮崎大學爲建立「組織」對「組織」的聯合研究推進體制而簽訂的聯合研究全面合作協議（2016年11月簽訂），2019年11月在醫學部開設了致力於醫療領域創新的「醫療環境創新講座」。爲解決醫療環境中的課題，目前正透過產學合作體制全面開展聯合研究，並致力於研究成果的快速實用化。
2019年12月由中國報告的新冠電腦病毒的大流行徹底改變了我們的生活方式。突然發生的疫情導致口罩、手套、防護衣和消毒劑等物資被搶購一空。爲因應這種異常事態，CADIC與獸醫師學科合作，於2020年3月引進了提取和診斷新冠電腦病毒的系統，建立了研究體制。另外，醫療環境創新講座着眼於對傳染防控高度有效的紫外線，尤其是透過在短時間内提高紫外線的累積光量可實施強殺菌效果的深紫外線，推進了在醫療現場的應用。另外，日輪機舾裝公司透過引進2014年獲得諾貝爾物理可用能學獎的藍色LED技術，解決了紫外線的光輸出隨着波長變短而降低的課題。
宮崎大學認爲，儘快應答這種深紫外LED對新冠電腦病毒的滅活效果，作爲因應新冠電腦病毒防控法將其反饋給醫療機構、以及人們普通生活中是最重要的課題。因此，利用宮崎大學的醫學-獸醫師學跨界合作專案「同一健康法（One Health Approach）」推進了聯合研究。
■深紫外LED照射對新冠電腦病毒的滅活效果
在深紫外LED照射對新冠電腦病毒的滅活效果的試驗中，測試了日本分離出來的常規型新冠電腦病毒（SARS-CoV-2/Hu/DP/Kng/19-027、LC528233，來自神奈川衛生研究所）和突變電腦病毒株電腦病毒（英國型：hCoV-19/Japan/QHN001/2020 ［B.1.1.7］，南非型：hCoV-19/Japan/TY8-612/2021 ［B.1.351］，巴西型：hCoV-19/Japan/TY7-501/2020 ［P.1］，來自國立傳染症研究所）。將各種電腦病毒溶液調整爲2.0 x 104噬菌斑形成單位（PFU）/ml，在塑膠培養皿上滴下15μl。然後在輸出功率爲3.75mW/cm2、距離爲2cm的條件下，用深紫外LED向滴下的電腦病毒溶液分別照射1、10、20、30和60秒（突變電腦病毒株電腦病毒只照射了1秒和10秒）。之後用各種照射過的電腦病毒溶液傳染細胞，並測量傳染72小時後的PFU/ml。透過將各種照射電腦病毒溶液的PFU/ml與非照射組進行比較，計算了對電腦病毒傳染滴度的影響。電腦病毒培養和噬菌斑形成試驗利用VeroE6/TMPRSS2細胞。這些試驗均在CADIC的BSL3實驗室内實施的。
圖1：深紫外LED照射對新冠電腦病毒傳染性的影響（出自參考文獻2）
電腦病毒使用SARS-CoV-2/Hu/DP/Kng/19-027（LC528233，神奈川衛生研究所提供）。
圖1爲深紫外LED 1秒照射組、60秒照射組和非照射組的噬菌斑形成狀態和噬菌斑數量（圖1是日本分離株的實驗影像）。觀察發現，表示電腦病毒傳染的白孔（＝噬菌斑數量）隨着深紫外LED的照射時間延長而減量。表1爲各種條件下的噬菌斑數量的減量率。用深紫外LED照射10秒，電腦病毒傳染性被削弱99.9％以上，即使只照射1秒也能削弱87.4-96.3％【2】。這些結果表明，深紫外LED照射不僅對新冠電腦病毒常規型，還能在短時間内滅活突變電腦病毒株電腦病毒（英國型、南非型、巴西型）【3】。
表1：深紫外LED照射對新冠電腦病毒常規型和突變電腦病毒株的傳染性的影響
■今後的方針與課題
透過在宮崎大學踐行跨越「醫學-獸醫師學」及「大學-企業」界限的同一健康理念，成功驗證了深紫外LED照射對滅活如今已成爲全球性問題的新冠電腦病毒的有效性。在此前就用於傳染病防控的紫外線中，此次着眼於可在短時間内發揮病原體滅活效果的深紫外線的特徵，並結合小型長壽命等LED的特徵，成功實施了深紫外線的實用化。另外，由於深紫外LED已對傳染病防控表現出有效性，因此不僅是醫療領域，還有望在各個生活領域實施符合「新生活方式」的應用。
有觀點指出，新冠電腦病毒不僅透過飛沫傳播和接觸傳播，還可能透過空氣傳播。無論傳染疾病學上對傳播途徑如何定義，由於在密閉的房間或通風不良的情況下傳染風險會升高，因此改善室内的空氣流通被認爲非常重要。照射深紫外LED的瞬時電腦病毒滅活效果有望應用於這種空氣循環系統。另外，紫外線照射被指出長時間照射會引起塑膠劣化等問題，但短時間照射即可滅活電腦病毒的深紫外LED照射還可用來降低接觸傳染的風險。
此次試驗針對擁有由脂雙層構成的電腦病毒套膜的新冠電腦病毒，應答了照射深紫外LED的電腦病毒滅活效果。電腦病毒套膜在電腦病毒傳染細胞時與細胞的融合中發揮着重要作用，因此套膜是阻止電腦病毒傳染的重要靶點，酒精消毒劑和界面活性劑已應答對其有效。但這些消毒劑對沒有套膜的電腦病毒（比如諾如電腦病毒）等無效。另外，細菌和真菌等具有與電腦病毒不同的生物結構形態。雖然已應答消毒劑和抗微生物劑對細菌和真菌傳染有效，但消毒劑譜有限，而且抗藥性細菌的出現已成爲世界性課題。不僅是新冠電腦病毒，我們還在驗證深紫外LED照射對沒有套膜的電腦病毒、細菌和真菌等的滅活效果，目的是將其應用於更有效的傳染病防控措施。
■結束語
透過此次的舉措，我們針對已成爲全球性課題的新冠電腦病毒，全球率先證明了深紫外LED照射能有效預防傳染。可以說，爲了因應跨越人類-動物-環境的界限採取傳染病防控對策的緊迫課題，這是CADIC和推進醫學獸醫師學合作等跨領域教育研究的宮崎大學的「同一健康法」，以及日輪機舾裝公司與宮崎大學全面推進聯合研究的「產學合作體制」有機運作的結果。
（聯合研究人員：宮崎大學醫學部醫療環境創新講座：藤元昭一特別教授、杉山博信特別助教、稻垣浩子助教，宮崎大學農學部獸醫師學科獸醫師微生物學講座：齊藤曉副教授，宮崎大學工業動物防疫研究中心：兼子千穗助教）
參考文獻
【1】：Yamanaka, A., Kirino, Y., Fujimoto, S., Ueda, N., Himeji, D., Miura, M., Sudaryatma, PE., Sato, Y., Tanaka, H., Mekata, H., Okabayashi T. 2020. Direct transmission of severe fever with thrombocytopenia syndrome virus from domestic cat to veterinary personnel. Emerg. Infect. Dis. 26(12): 2994-2998.
doi: 10.3201/eid2612.191513
【2】：Inagaki, H., Saito, A., Sugiyama, H., Okabayashi, T., Fujimoto, S. 2020. Rapid inactivation of SARS-CoV-2 with deep-UV LED irradiation. Emerg. Microbes. Infect. 9(1): 1744-1747.
doi: 10.1080/22221751.2020.1796529
【3】：Inagaki, H., Saito, A., Kaneko, C., Sugiyama, H., Okabayashi, T., Fujimoto, S. under review. Rapid inactivation of SARS-CoV-2 variants by continuous and intermittent irradiation with a deep-ultraviolet light-emitting diode (DUV-LED) device.
doi: 10.1101/2021.05.10.443422
文：岡林環樹（宮崎大學工業動物防疫研究中心、宮崎大學農學部獸醫師學科獸醫師微生物學研究室）
原載自《產學官合作期刊》2021年9月號
翻譯編輯：JST客觀日本編輯部
