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SARS-CoV-2 RBDをブロックできるキトサンは、COVID-19の治療薬として期待できる

Birla Institute of Technology and Sciences (BITS), Rajasthan, Indiaらのグループは、キトサン派生物がSARS-CoV-2の野生株及びその変異株の感染に対して、新規の阻害剤になり得ると報告しています。
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8313795/

キトサン派生物のライブラリーを、SARS-CoV-2の野生株のRBD、及び変異株(アルファおよびガンマ)のRBDに対して、分子動力学的ドッキング・シュミレーションを用いてスクリーニングを行いました。得られた結果は非常に興味深く、Imino-キトサンとN-benzyl-O-acetyl-キトサンが、SARS-CoV-2 Spike RBDに対して強い結合アフィニティーを示しました(-6.4 ~ -6.7 kcal/mol)。

両化合物のRBDの静電気的表面上における配位モデルを下記に示します、

シトクロムP450 (CYP450)として知られるミクロソーム酵素のファミリーは生体の異物代謝に関わっています。CYP3A4、CYP3A2、CYP2C9、CYP2C19、CYP2D6 はすべてCY450ファミリーのメンバーであり、さまざまな薬物の代謝に関与しています。薬物の理想的なシナリオとは、これらの酵素を阻害しないことであります。この点において、Imino-キトサン と N-benzyl-o-acetyl-キトサン は、両方ともまともな薬物になり得ることを示しています。

Imino-キトサン と N-benzyl-o-acetyl-キトサンの毒性プロファイルは、ラットおよびマウスでの発がん性試験、およびHERG阻害結果を使用して、変異原性および発がん性に基づいて決定されました。毒性プロファイルのすべての結果は良好であり、リガンドが潜在的な薬物である可能性があることを示しています。

小麦の根圏:ヒトの亜鉛不足を救う小麦根圏の亜鉛(Zn)可溶化バクテリア

Chinese Academy of Agricultural Sciences, Shenzhen, Chinaらのグループは、亜鉛を沢山含む小麦品種というのは、その根圏に亜鉛を可溶化するより多くのバクテリアを呼び込んでいるのだと主張しています。
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8261137/

世界人口の約20%が、亜鉛(Zn)の接種不足に悩まされています。そして、この状況は大気中の二酸化炭素の増加とともに更に悪化するだろうと予測されています。この亜鉛不足の問題を解決する効果的な方法の一つが、小麦のような主要作物の穀類中の亜鉛濃度を上げてやることなのです、即ち亜鉛の生物学的栄養強化です。小麦の亜鉛栄養強化のターゲットというのは、現在の穀物亜鉛濃度である20 ~ 30 mg/kg を 40 mg/kg に増加させることであり、それが実現できれば人類には十分なのです。

土壌の中の亜鉛の可動性は高くなく、植物の根からの亜鉛の吸収はその根圏において起こりますが、根とバクテリアの活性度を高めることによって利用できる亜鉛の量を少しは高めることができます。世界中に分布している石灰質の土壌では、アルカリ性の環境や炭酸塩の高い濃度の為に亜鉛の利用性が下がっています。各種の植物の根は、カルボン酸、アミノ酸、低分子のペプチドなどを分泌しており、根圏を酸性化することによってミネラルの中に固定化されている亜鉛を可溶化できます。更には、根からの分泌物の上で共生しているバクテリアも有機酸、鉄キレート、細胞外多糖類を分泌しており、それによって土壌根圏中の各種の栄養物を可溶化することができます。

高亜鉛と低亜鉛の小麦品種の間でその根圏内に集まっているバクテリアの量を比較解析すると、高亜鉛の小麦では、低亜鉛の小麦より1.5倍以上、30種のバクテリアが増加しており、2種のバクテリアが低亜鉛の小麦で高亜鉛の小麦に比べて二倍以上増加していました。この32種のバクテリアの内、既報の土壌の亜鉛可溶化バクテリア(38種)の中の一つであるシュードモナスに属する3種が特に増加していました。既報の亜鉛可溶化バクテリアのほとんど半分が小麦の根圏で増加しているものの、そのほとんどは高亜鉛と低亜鉛小麦の間では顕著な違いは示していませんでした。
異なるのは、32種の高亜鉛、2種の低亜鉛のバクテリアは、小麦の根圏でエンリッチされており、高亜鉛と低亜鉛の小麦の間でそれが大きく違うという事です、特にシュードモナスやマッシリアが高亜鉛の小麦で顕著に増えています。更に、32種の遺伝子解析からは、28種の高亜鉛バクテリアや2種の低亜鉛バクテリアには、土壌の亜鉛可溶化に関する遺伝子が含まれていることが分かりました。それ故、既報の亜鉛可溶化バクテリアはすべての小麦品種に対して亜鉛の吸収を助けるものであり、ここで同定された20種の高亜鉛及び2種の低亜鉛バクテリアは、小麦品種間での亜鉛吸収の差異に関係しているものなのかも知れません。

このような事から、高亜鉛の小麦品種というのは、土壌亜鉛可溶化に関係したバクテリアを呼び寄せており、高亜鉛と低亜鉛小麦品種の違いはその根圏の亜鉛可溶化バクテリアの存在量に依存しているのだ、と言っても良いのかも知れません。しかしながら、高亜鉛小麦品種がどのようにしてバクテリアを呼び寄せているのかは謎のままです。

COVID-19に対するmRNAワクチンを接種後に産生される中和抗体の発現とそれを裏付ける血液中のサイトカイン/ケモカイン・マーカー

National Cancer Institute, Frederick, USAらのグループは、COVID-19に対するmRNAワクチン(Pfizer)を接種後に産生される中和抗体の発現と、それと高い相関性を示す血液中のサイトカイン/ケモカイン・マーカーについて報告しています。
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8299183/

PfizerのCOVID-19に対するRNAワクチンを接種した63名に対する中和抗体の産生に関するコホート研究からです。このコホートには、二種類の受検者が存在し、58名のグループは、ワクチン接種前にはCOVID-192感染していない人達であり、6名のグループは、ワクチン接種前に既にCOVID-19に感染した人達です。58名の受検者については、ワクチン接種後3週間で免疫応答が立ち上がり(22日)、その後2回目のワクチン接種後に急激に免疫が強化されています(36日)。比較して、COVID-19の発症経験を持つ5名の受検者の場合は、ワクチン接種のその日に既に免疫応答を示し、急速に免疫が強化されました(8日)。その後は特に免疫の上昇は見られず、2回目のワクチン接種でも変わらず、しかし、非常に高い免疫応答を示しています。COVID-19を過去に発症した人は、1回のワクチン接種で十分なブーストが掛かるということです。

この研究のハイライトは、mRNAワクチンによって誘起された幾つかの免疫制御分子がワクチンによる免疫応答と良く相関しているということを示していることであり、特に、初期のサイトカインとケモカイン(IL-15、IFN-γ、そしてIP-10/CXCL10)の発現と動きが、mRNAワクチン戦略の有効性を最適化する上に置いて、非常に有効なマーカーになるということです。

シリカ粒子を用いて干ばつに強い小麦の根圏を作り上げる:土壌細菌の細胞外多糖類の分泌を増加させる

Swedish University of Agricultural Sciences, Uppsala, Swedenrらのグループは、細胞外多糖類を分泌する土壌バクテリアと共に、シリカ粒子を土壌に混ぜることによって、干ばつに強い小麦の根圏を作りました。
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8229586/

今後10年の間に、農業は地球規模で大きな困難に直面することになります。それは地球規模での水資源の蒸発と降雨の減少による干ばつであり、降雨は地域によっても季節によっても気象変動により変化しています。世界の科学界は、限られたリソースの中で、どうやって小麦のような穀物植物の収穫を上げるかという問題に対して新規な方法を模索しており、幾つかの環境に優しい方法には大きなポテンシャルがあるのですが、大規模なフィールド応用に対しては注意深く最適化されねばなりません。そのような一つの方法が、植物の生長を促す根圏を用いて、植物の自然なディフェンス・システムを強化することなのです。植物の根圏を制御することによって、土壌細菌の相互作用を生かし、植物の生産性を回復させ、植物の環境変化に対する耐性を強化し、気象変動による影響を緩和することができるでしょう。

干ばつ耐性を向上させるために、まず初めに、土壌細菌A26に対して、4-phosphopantetheinyl transferaseを遺伝子的にノックアウトしたA26Sfpという株を作りました。A26Sfp株は、野生型のA26に比べて、グルクロン酸を主成分とする細胞外多糖類からなる菌膜の生産能力が向上しています。そもそも多糖類は親水性であり、保水能力を上げるにはとても適しています。

A26とA26Sfpを1/2 Tryptic soy broth (TSB)培地に50 µg/mL の濃度でシリカ粒子を加え、30℃で24時間培養しました。シリカ粒子の添加は、土壌細菌の数には影響を与えませんでしたが、細胞外多糖類の生産は、A26 と A26Sfp に対して、それぞれ46%、29%向上しました。A26Sfpの細胞外多糖類の生産は、その野生型A26に対して30–40%高くなっているのですが、シリカ粒子の点かで、それが更に20%増加しました。どうしてシリカ粒子の添加が、そのような効果を示すのかについては明確ではないのですが、形態的には細菌が長くなり、細菌集団の形成が見られ、これらが細胞外多糖類の産生増加に関係していると思われます。

質量分析を用いて、細胞外多糖類の定量化を試みたところ、A26Sfpによって作られた細胞外多糖類が、野生型A26のそれに比べて長鎖構造になっていることが分かりました。長鎖の細胞外多糖類が土壌の保水力を上げる原因になっていることはほぼ間違いがないでしょう。

新型コロナウイルス(COVID-19)の起源について確度の高いレポートが米国から出る

新型コロナウイルス(COVID-19)の起源について、確度の高い報告書が米国共和党議員(Michael T. McCaul氏)より提出されたようです。
以下にその結論と主要な時系列をご紹介させて頂きますが、詳細は是非原文を拝読ください。
https://gop-foreignaffairs.house.gov/wp-content/uploads/2021/08/ORIGINS-OF-COVID-19-REPORT.pdf

COVID-19の起源について、多くの公開討論が、当初は武漢の海鮮市場に焦点を当ていましたが、数多くの有力な状況証拠から、ウイルスは武漢ウイルス研究所からリークしたものと考えられます。武漢ウイルス研究所において、コロナウイルスに対して機能獲得実験が行われてきたという事、人に感染しやすいようにウイルスに遺伝子操作を加えていたという事、しかもそれがBSL-2という安全性の低い環境で実施されていたという事、そして更に、武漢ウイルス研究所はコロナウイルスの収集では世界最大規模であるという事を考慮すれば、一人或いは数人の研究員が偶然にもウイルスに感染し、研究所外に流出した、というのが最も確かな結論なのです。

  1. 武漢ウイルス研究所のウイルスとサンプルのデータベースが何の説明もなく、2019年9月12日の真夜中にシャットダウンされました;
  2. 2019年に、中国当局のTOP科学者から安全性の懸念が表明され、武漢ウイルス研究所のメンテナンスが突如計画されました;
  3. 2019年の10月に、武漢において行われた世界軍人競技会に参加したアスリートが武漢において、そしてまた帰国して間もなくCOVID-19に良く似た症状を示す病気を発症しました;
  4. 2019年9月から10月にかけて取られた武漢の衛星写真によれば、武漢ウイルス研究所を取り巻く病院に数多くの人達が集中していることが確認され、COVID-19の似た症状を示す多くの患者がいたということと合致しています;
  5. 2019年後期初頭に、人民解放軍のバイオ兵器専門家が、武漢ウイルス研究所(BSL-4)の所長として就任しました;
  6. 中国当局や武漢ウイルス研究所と直接間接的に関係を持つ科学者達によって武漢ウイルス研究所で行われていた実験に対する隠ぺい工作が行われました;

新型コロナウイルス(COVID-19)の特徴的なふたつのグループに見られる免疫反応の違いと重症度との相関について

Sorbonne Universite, Inserm, Universite de Paris, Franceらのグループは、新型コロナウイルス(COVID-19)の異なった免疫プロファイルを持つ二つのグループを同定し、それがCOVID-19の重症度と関係していることを報告しています。
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8312547/

非常に興味深いことに、COVID-19入院患者がふたつのグループに分けられることが分かりました。入院時における全血のトランスクリプトームの主成分解析から、グループ1(青)は健常者に近く、グループ2(赤)は離れていました。

グループ2において高発現している遺伝子は、骨髄細胞の特徴、好中球の活性度、炎症応答、TLRとType I IFNのシグナルパス、T細胞増殖の抑制(例えば、arginase 1、PDL1、PDL2、CD276/B7-H3)らに属しています。
反対に、CD8 や NK細胞機能、T細胞活性化、ヘルパーT細胞分化、共刺激受容体(TNFRSF4 (OX40)、ICOSLG (ICOS ligand)、TNFRSF18 (GITR)、TNFRSF11A (RANK))、そして抗原提示らに関係している遺伝子は、グループ2において低発現となりました。これらの結果は、異なった免疫プロファイルを持つ患者がいることと適合しています、即ち(i)獲得免役トリガーのグループ(group 1)と(ii)悪化した骨髄系自然免疫応答と獲得免役不全(group 2)という訳です。

グループ2とグループ1では、年齢や糖尿病において差があるわけではありません、が、グループ2の方が肥満度はグループ1よりも高くなっています。COVID-19の重症度の基準はWHOの定めたそれに従っています、軽症が4-5 WHO scoreとなり、重症が >6 WHO scoreとなります。驚くべきことに、グループ2のほとんどすべての患者(94%)は、WHO scoreが6以上となっており、それに比べてグループ1の同比率は25%にしかすぎません。ふたつのグループの間で見られるその他の重要な器官や組織(例えば、肝臓、腎臓、心臓、血管)における生物学的な指標を比較すると、肝臓のダメージを反映する脂肪肝指標 (HSI)やプロトロンビン比 (% PR)、腎臓障害を反映する尿中 Na+やNa+/K+比、循環器のダメージを半円するトロポニン、血管内皮の状態を反映するE-セレクチンや胎盤増殖因子 (PlGF)らが、グループ2において顕著にグループ1とは異なっていました。包括的に言えば、多臓器不全、血管内皮のダメージや血栓症がグループ2の患者で際立っているという事ができます。また、死者の88%はグループ2に属していることからも、グループ間の免疫応答の違いが顕著な結果の違いとして現れています。

ふたつのグループ間の免疫細胞数の違いについては、グループ2の特徴は、白血球の増加、顕著なリンパ球減少症、CD8+ T細胞の減少、CD4+ T細胞の増加、NK細胞の減少、好中球の増加がみられることであります。加えて、グループ2においては、血中の炎症性サイトカイン(IL-6、IL-8、TNF-α、可溶性TNF受容体2)らが顕著に増加しています。これらのデータは、グループ2において炎症反応や好中球反応が高く、NK細胞やT細胞応答が低下していること、グループ1においてはより獲得免役反応を好むようなプロファイルになっていることを裏付けています。注目すべきは、グループ2においては、PMBCのTLR3の発現が上昇していることかも知れません。

SARS-CoV-2の変異株(アルファ、ベータ、ガンマ、デルタ、イプシロン、カッパ)とACE2の結合力の分子動力学的なシミュレーションから

Lehigh University, Bethlehem, USAのグループは、SARS-CoV-2の各種変異株のRBDとACE2の間の結合力について、糖鎖修飾も考慮に入れた形で分子動力学シュミレーションを行っています。
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8328061/

SARS-CoV-2 RBDとACE2複合体に対して、RBDとACE2それぞれの重心間の距離の関数として引き剥がすに必要な引っ張り力を分子動力学シュミレーションにより評価しています。RBD-ACE2複合体については、N型糖鎖の完全修飾を仮定し、下記の6種のSARS-CoV-2変異株について計算が行われました。

アルファ変異株 (英国において発見, B.1.1.7: N501Y),
ベータ変異株 (南アフリカにおいて発見, B.1.351: K417N, E484K, N501Y),
ガンマ変異株 (日本とブラジルにおいて発見, P.1: K417T, E484K, N501Y),
デルタ変異株 (インドにおいて発見, B.1.617.2: L452R, T478K)),
イプシロン変異株 (カリフォルニアにおいて発見, B.1.427: L452R) ,
カッパ変異株 (インドにおいて発見, B.1.617.1: L452R, E484Q)),

アルファ変異株が、ACE2からの引き離しには一番強い力を必要とし、ベータ変異株、ガンマ変異株或いはデルタ変異株の順になります。ベータ変異株とガンマ変異株のK417N/T変異が、アルファ変異株に比べて力が弱くなっている原因のようです。加えて、イプシロン変異株はL452R変異によって不安定化したRBDの構造により他の変異株よりも力が弱くなっています。デルタ変異株は、RBDとACE2の距離が相対的に遠い場合に最も強い力を必要とするようです。

興味深いことに、デルタ変異株の様子は、他の変異株とは違っています。T478K変異の影響にて、RBD-ACE2間の距離が78Åで完全に分離するときに最も強い力を必要とします。何がその違いを生み出しているかなのですが、T478K変異によって、デルタ変異株のRBDとACE2bの間には他の変異株の場合よりもより多くの分子間結合点があるようです。デルタ変異株のK487は、距離=78ÅにおいてACE2のP84とM82に結合しているのですが、イプシロン変異株のT478ではこのような相互作用は消失しています。フレキシブルなループに存在する478残基がACE2と一番最初に結合するチャンスがあり、その間の強い相互作用がデルタ変異株がその高い感染力で蔓延した原因になっているのかも知れません。

SARS-CoV-2 Spikeは、レクチン捕体系路を活性化できる

University of Cambridge, Cambridge, UKらのグループは、COVID-19の重症化病理におけるレクチン捕体系路の重要性について言及しています。
https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fimmu.2021.714511/full

補体経路は、自然免疫及び獲得免疫における重要な免疫機構の一つであり、現在までに三種の捕体系路が知られています、古典経路、代替経路、そしてレクチン経路です。
mannan-binding lectin-associated serine protease-2 (MASP-2) がレクチン経路におけるキーとなる酵素です。活性化された MASP-2 が C4 を効果的に切断でき、C3 及び C5 転換酵素複合体 C4bC2a 及び C4bC2aC3bを作ることが出来、順次活性化して、最終的な細胞膜侵襲複合体を作ります。pathogen-associated molecular patterns (PAMPs) 認識分子がMAPS-2を活性化するにはキーとなります。ヒトにおけるPAMPs認識分子には、mannose-binding lectin (MBL)、collectin-11 (CL-11)、そしてCL-11 と CL-10 と ficolinのヘテロ結合分子があります。レクチン経路は、このPAMPs認識分子が病原菌のPAMPsに結合することで開始されるということになります。

SARS-CoV-2のSpikeタンパク質やNタンパク質に対するこれらPAMPs認識分子の結合が調べられました。ELISA MTPにSARS-CoV-2 Spikeタンパク質, SARS-CoV-2 Nタンパク質 或いはまたコントロールリガンド(mannan を MBLに、N-acetyl BSA を ficolin 2(FCN2)に、zymosan を CL-11に)固定化し、血清の希釈系列をWellにアプライしています。以下に示すように、PAMPs認識分子(MBL、ficolin2、CL-11)がSARS-CoV-2に結合することが明確に示されています。

このレポートにおいては、レクチン経路がCOVID-19の重症化に関わっているかどうかについてはデータは示されていないのですが、これが、急性呼吸窮迫症候群(ARDS)に関わっている可能性はあるのではないでしょうか?

子供と大人の免疫反応の如何る違いがCOVID-19の病態の違いを生むのだろうか?

The University of Hong Kong, Hong Kong, Chinaらのグループは、子供と大人の免疫反応の如何る違いがCOVID-19の病態の違いを生むのかについて考察しています。
https://www.nature.com/articles/s41467-021-24938-4

SARS-CoV-2 の感染において、子供の方が大人よりも軽症であることは良く知られていますが、その免疫機構の違いについては良く分かっていません。いくつかの仮説は提唱されています、例えば、自然免疫の強さ、自己抗体の減損、抗体反応の違い、過去に罹った一般的な風邪のコロナウイルスとの交差反応の強さ、ベースラインのIgMの量などです。

大局的にみると、本研究からは次のことが分かります、(1)SARS-CoV-2のウイルス構造タンパク質に対するIFNγ CD4+ 及び CD8+ T-細胞応答、ORF1abタンパク質に対するCD8+ T-細胞応答らが子供において大人よりも顕著に低いという事、(2)過去のβ-coronavirus に対する免疫が子供の方が大人よりも顕著に少なく、免疫ベースラインに違いがあることを示唆すること。

してみると、過去の β-coronavirus に対する弱い免疫や、弱いT-細胞応答が、子供がCOVID-19で軽症で済んでしまうことをドライブしているかも知れないのです。

SARS-CoV-2が細胞膜上のヘパラン硫酸に結合して補体因子Hの結合を阻害することが補体経路を異常に活性化し炎症を加速する

Johns Hopkins School of Medicine, Baltimore, USAらは、COVID-19の重症化において、補体代替経路の異常な活性化が深く関係していることを示唆しています。
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34289657/

免疫の捕体経路には、現在以下の3種類があるとされています。古典捕体系路、補体代替経路、そしてレクチン経路であります。古典捕体系路は、抗体による活性化を必要とするのですが、補体代替経路の場合には、C3が直接細胞表面に結合し、B因子、D因子によって直接的に活性化されます。

COVID-19 の58人(内、32人は最小限の酸素吸入を必要としたもの、7名は最大限の酸素吸入を必要としたもの、17名は人口呼吸器を必要といたもの、2名は死亡)から得た血清が、補体を介した細胞死を招くことが補体機能アッセイで確認され、細胞表面において膜侵襲複合体(C5b-9)の結合を増加させました。41.2% 人工呼吸器を必要としたCOVID-19 患者の41.2%が、補体機能アッセイで陽性となりました(20%以上の細胞が死んだ場合を陽性)、最低限の酸素吸入しか必要としなかった患者では、その割合は僅かに6.3%に留まりました。そして更に、C5とD因子の阻害は、COVID-19患者の血清によって誘起される補体活性化の増幅を緩和し、血清中のBb因子の増加は、COVID-19患者の重症度と相関しており、補体代替経路の異常な活性化が重要な役割を果たしていることが示唆されました。

SARS-CoV-2 spike タンパク質が、補体因子Hのヘパリンへの結合を直接的にブロックしているようであり、それが細胞表面での補体調整不全に繋がっているようです。 つまり、感染初期の段階で、SARS-CoV-2 spike タンパク質が肺上皮細胞上のヘパラン硫酸と結合し、補体因子Hのヘパラン硫酸への結合を阻害することで、補体代替経路の調整不全が起きているようです。補体因子Hの結合が抑制されることで、因子Dによる因子Bの切断が増加し、Bbの生成が増加します。因子Bbは、C3bに結合し、C3転換酵素(C3bBb)が形成され、C3が切断され C5転換酵素(C4b2a3b or C3bBb3b)が形成されます。C5転換酵素は、C5を切断し、C5aとC5bを作り、C6-9と共に細胞膜侵襲複合体(C5b-9)を形成し、細胞を殺します。そしてこのことが過剰な炎症を招きます。このようにして、SARS-CoV-2 Spikeに起因する補体代替経路の調整不良が、COVID-19のCOVID-19の病理に深くかかわり、それが重要化のマーカーになるやも知れません。

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