オゾン発生器専門店【オゾンマート】
 

オゾンによる抗ノロウイルス効果について

 

オゾンは人体への害を考えずに遣うことができる消毒・除菌薬として利用されています。本記事で扱うノロウイルスに対してもオゾン・オゾン水は強い除菌効果があることが知られています。ここでは、基礎科学的な観点からノロウイルスを解説し、オゾン・オゾン水による抗ウイルス、感染予防効果を紹介します。

オゾンによる抗ノロウイルス効果について

オゾン、オゾン水とは

オゾン(O3)とは酸素(O2)の同位体で、酸素にもう一つOがくっついた化学式O3で表されます。

オゾンは発生器で容易に発生でき、抗菌・抗ウイルス効果を示し、すばやく空気中の酸素に戻ることができるため、除菌と消毒ができる地球にやさしい抗菌物質として注目されています。

オゾン水とはオゾンが溶けこんだ水です。オゾン水のオゾンは酸化によって除菌した後に水に戻ることができるので、こちらも人体への害を考えずに遣うことができる消毒・除菌薬として利用されています。

本記事で扱うノロウイルスに対してもオゾン・オゾン水は強い除菌効果があることが知られています。

オゾン、オゾン水とは

図1 酸素(O2)とオゾン(O3)の関係

ノロウイルスとは

ノロウィルス

ノロウイルスは、ウイルス性胃腸炎を引き起こすウイルスです。

飛沫感染や経口感染で感染することが知られていて、その感染力の高さは院内や学校で食中毒を含み、集団感染を引き起こすため、知名度の高いウイルスになっています。みなさんも一度は「ノロウイルス」という名を一度は耳にしたことがあるでしょう。

一度感染するとノロウイルスは体内の小腸下部で増殖し、感染後1〜2日後に下痢や嘔吐として症状が表れるとされています。

症状自体は3日〜1週間程度で収まり、命に別状はないとされていますが、体力のない方や幼児、お年寄りは特別な治療が必要な場合もあります。

以下ではウイルス学、生物学的により詳細にノロウイルスについて見ていきます。

ノロウイルスの構造

ノロウイルスの構造

画像:https://www.niid.go.jp/niid/ja/allarticles/surveillance/2401-iasr/related-articles/related-articles-443/7023-443r08.html

ノロウイルスに関して大まかな共通認識は前項で示させていただきました。

ここからは専門的な用語を噛み砕きながら、「ノロウイルス」とはどういった「モノ」で、私たちの身体に「症状」を及ぼすのかを見ていきたいと思います。

ノロウイルスとはどういったモノ?
対策を行うためにはまず敵をよく知る必要があります。「ノロウイルス」の実体はどのような「モノ」なのでしょうか。
NIID(NATIONAL INSTITUTE OF INFECTIOUS DISEASES)国立感染症研究所のホームページ(https://www.niid.go.jp/niid/ja/diseases/ka/cholerae/392-encyclopedia/452-norovirus-intro.html)にノロウイルスに関しての項があるので、ここからノロウイルスがどういう「モノ」かに関しての情報を抜き出しました。

ノロウイルス
・小型球形ウイルス(直径約38 nm)
・Genogroup I (GI)とGenogroup II (GII)の2つの遺伝子群
・遺伝子群によってさらに14と17、あるいはそれ以上の遺伝子型
・各遺伝子型に対応した血清型

それぞれ簡単に説明させていただきます。

まず、小型球形ウイルスというのはノロウイルスを電子顕微鏡で観察した際の像からの判断です。電子顕微鏡とは数 nmの物質の形を検出し、観察することができる機械で、ここではノロウイルスがどのような形であるかの同定に用いられています。

1968年に米国オハイオ州ノーウォークの小学校で発生した集団胃腸炎から検出され、電子顕微鏡で観察されたノロウイルスが世界で最も古いノロウイルスであるとされています。

次に遺伝子群に関してですが、こちらは分子生物学的手法(PCR法)を用いてノロウイルスがどのような遺伝子を所持しているかを分類した際に2つの型があることを示しています。

少し複雑になりますが、形態学的分類では見分けることができないウイルスが持つ遺伝子の違いを分子生物学的な方法によって分類しているのです。

さらに、ウイルスが持つ遺伝子を細かく分類すると、より細かく分類することができると下2つの項目では述べています。

例えるならば、ペンの中にシャープペンシルとボールペンがあって、それぞれシャープペンシルとボールペンもいろいろと分類することができるといったところでしょうか。

そしてここに、ノロウイルスの感染予防の難しさがあります。

1つの型へのワクチンを仮に作ったとしても、少なくとも全部で数10の遺伝子型があるため、効果を示すかどうかは確率的に非常に低いものとなってしまいます。

ワクチンの開発費用も考えるとあまり現実的な対応策ではありませんね。

そこで、現場レベルではウイルスの消毒が重要視され、今回はオゾン・オゾン水が持つ抗ノロウイルス効果が注目されているわけです。

「ノロウイルス」がどういう「モノ」かに関して概念的なところはお伝えすることができたと思います。

ここでさらに、最新の研究から「ノロウイルス」の構造を見ていき、ノロウイルスがどういう「モノ」なのか数Å(オングストローム、nmの10分の1の単位)のスケールで見ていきたいと思います。
High-resolution cryo-EM structures of outbreak strain human norovirus shells reveal size variations James Jung, et al. bioRxiv preprint. 2019

こちらはコールド・スプリング・ハーバーの研究グループが2019年の3月にプレプリント・サーバーにアップロードしたヒトノロウイルスの構造に関する研究データを引用し、掲載しています。

本研究データはクライオ電子顕微鏡という2017年にノーベル化学賞を受賞した技術を用いて構造解析が行われています。

本技術のすごいところは電子顕微鏡のデータからそのまま構造解析を行うことができることです。つまり、数Åまで実際に「見る」ことができるのです。

そのクライオ電子顕微鏡を用いてヒトノロウイルスで最もよく知られている株GII. 4の構造解析を行っています。

ノロウィルス

High-resolution cryo-EM structures of outbreak strain human norovirus shells reveal size variationsのFig.S3 AをAとし、Fig.2E, FをそれぞれB, Cとしています。

Aはヒトノロウイルスのクライオ電子顕微鏡像を示しています。

粒子の外径は490Åで内径は280Å程度で、これまでの先行研究のノロウイルスのデータとも一致しています。

Bはクライオ電子顕微鏡によって撮影した図から三次元再構成を行った3Dモデリング図です(解像度4.1 Å)。ウイルスに特徴的な正二十面体の構造が非常に美しくモデル化できています。

緑、黄色、ピンク、紫のモノはそれぞれタンパク質を表しており、数種類のタンパク質によってウイルスが構成されていることがわかります。Cはヒトノロウイルスの3Dモデルの横断図です。

中心からの距離によって色が青から赤色になっています。また、ウイルスの層構造も見て取れます。

本論文の筆者らは、本研究によって最もヒトに感染性の高いノロウイルスの構造が明らかになったことでノロウイルスに対してのワクチン製剤の開発に拍車がかかるだろうと主張しています。

以上、基礎科学の研究からノロウイルスがどのような「モノ」であるか詳細に解説させていただきました。ここで強調しておきたいことは、2019年6月現在、最先端の技術、知見を総動員してやっとヒトノロウイルスの構造が明らかになってきたという段階なのです。

つまり、医療の現場でワクチンを実用化したり、ノロウイルスだけにターゲットを絞っての感染対策はまだまだ年月が必要であることが予想されます。

以上のことから、現場レベルでの「効いた」「効いてない」がどれほど重要であるか伝わったでしょうか。

では、こうした知見を踏まえてオゾン・オゾン水がノロウイルスに効果を示す先行研究を読み解いていきます。

オゾン、オゾン水が抗ノロウイルス効果を示す具体例(研究紹介)

オゾン、オゾン水が抗ノロウイルス効果を示す具体例(研究紹介)

具体例その① オゾン水によるムラサキウマゴヤシ種子に付着するノロウイルスとその代替物の不活性化
Inactivation of Human Norovirus and Its surrogates on Alfalfa Seeds by Aqueous Ozone.Yeargin T, et al. J Food Prot. 2015.

オゾン水によるムラサキウマゴヤシ種子に付着するノロウイルスとその代替物の不活性化

画像:http://www.tokyo-shoyaku.jp/modules/webphoto/index.php?fct=photo&p=231

ムラサキウマゴヤシの種子はたくさんの食中毒のアウトブレイクと関連しています。本研究ではオゾン水がヒトノロウイルスとその代替物(テュレーンウイルスとマウスノロウイルス)の感染を防ぐことができるかどうかを評価しています。

ムラサキウマゴヤシの種子はヒトノロウイルス、テュレーンウイルス,マウスノロウイルスに曝され、6.25 ppmのオゾン水を含んだ状態で0.5, 1, 5, 15, 30分処理しています。

ヒトノロウイルスとテュレーンウイルス、マウスノロウイルスはいずれもオゾン水処理によって消毒効果を示したが、マウスノロウイルスは最も高い消毒効果が示された。

さらに、オゾン水によるウイルスの不活性化は塩素の代替品にもなりうることを示しました。

具体例その② オゾンによる新鮮な食品に付着するヒトノロウイルス代替物の制御とその不活性化メカニズム
Control of human norovirus surrogates in fresh foods by gaseous ozone and a proposed mechanism of inactivation Predmore A, et al. Food Microbiol. 2015.

腸管系ウイルスの伝搬は新鮮な食品の生産には大きな懸念点として挙げられる。一般的に使われる消毒剤は食品の生産は食中毒ウイルスを取り除くことに非効率であることが知られている。

それゆえ、オゾンガスによるウイルスの不活性化に関して本研究では調べています。彼らはオゾンが食品の安全性に貢献に4つの利点があると主張しています。

・オゾンは潜在的な消毒薬である。
・オゾンは広範囲の微生物に対して効果がある。
・オゾンはアメリカでは食品の消毒への使用が許可されている。
 ※日本においてもオゾンは食品添加物として認められています。
・オゾンは自発的に酸素に分解される。

彼らはこうしたオゾンの利点をベースに2つのヒトノロウイルスの代替ウイルス(マウスノロウイルスとテュレーンウイルス)のオゾンガスによる消毒効果を検討しました。

ウイルスを頒布した食品は6%のオゾンガス下で0、10、20、30、そして40分暴露され、ウイルスプラークアッセイを用いてウイルスの生存を評価しました。

ウイルスはその性質として単体で増えることができないため、宿主を利用したプラークアッセイという手法で生存を評価します。彼らは、その手法を用いてオゾンガスは濃度依存的にノロウイルスを不活性化することを確認しました。

一般にウイルスは他の微生物よりも消毒効果は低いとされていますが、彼らの研究はオゾンガスによる消毒は新鮮な食品の安全品の向上に貢献することが示されました。

ノロウイルスの構造から上記2点の例の作用メカニズムを考察

ノロウイルスの構造から上記2点の例の作用メカニズムを考察

さて、ノロウイルスがどういった「モノ」か、そしてそんな「ノロウイルス」がオゾンガスやオゾン水によって消毒されることをこれまで解説させていただきました。

ただ、こちらの拙文をお読みになった方にはなんとなく伝わったかと思いますが、実際の基礎研究ではオゾンがどのようにウイルスに直接的に関与するのか、詳細なメカニズムは明らかでありません。

しかしながら、オゾンは確かにウイルスの感染効果を抑制することが知られているのです。

重要なことはメカニズムが明らかになっていないことではなく、オゾンが確かにノロウイルスの感染予防に効果があるという点です。

ここで、ウイルスの構造に着目し、オゾンがどのようにノロウイルスの感染機構に影響を及ぼすか簡単に考察してみます。ヒトノロウイルス自体は正二十面体を持っていることが明らかになっており、中は層構造を形成していることがわかっています。

また、オゾンは細菌を直接破壊するのではなく、細胞内器官に影響を及ぼし、増殖を防ぐことが先行研究によって示唆されています。

これらから考えられることはおそらく、オゾンはノロウイルスのウイルス内に侵入し、ウイルスの増殖に欠かせない因子をブロックするような働きをすることでウイルスの感染効果を抑制していると考えられます。

本仮説を証明するためには、オゾン暴露下でのノロウイルスの形態学的検討や構造解析が必要で、今後の基礎科学的なさらなるアプローチが待たれます。

オゾン・オゾン水による抗ノロウイルス効果、感染予防のまとめ

今回はウイルス学的なウイルスとしての知見はほどほどに、より基礎科学的な観点からノロウイルスを解説し、オゾン・オゾン水による抗ウイルス、感染予防効果を紹介させていただきました。

「ウイルスを消毒する」と言葉では言っても中々その実体は理解しにくいですよね?とんでもなく複雑で多様な構造を持っているノロウイルスを基礎科学的なアプローチで一つ一つ対処していくためにはまだまだ多くの年月がかかります。

しかしながら、実際現場レベルの研究で、オゾンという化学物質によってノロウイルスが消毒され得ることが示されているのです。

オゾン・オゾン水は塩素による消毒と同じかそれ以上のレベルで消毒効果を示すことも示唆されており、人体への害も無いため、今後のノロウイルスの感染予防のスタンダードになるかもしれません。

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