発展途上国では、抗生物質の処方のほとんどは無意味であるばかりでなく、その70〜80％は薬で治らないウイルス感染症に投与されていると推定されている。米国でも同様の問題があり、抗生物質の処方箋の30〜50％がウイルス感染症に投与されていると推定されている。このたび、スタンフォード大学医学部の研究者らが開発した遺伝子発現に基づく新しい検査法により、世界中の医師が細菌感染とウイルス感染を迅速かつ正確に区別できるようになり、抗生物質の過剰使用を減らせるようになるかもしれない。この検査は、患者の免疫系が感染症にどのように反応するかに基づいて行われるものだ。
これは、より広い範囲の細菌感染を考慮して、多様な世界集団で検証された最初の診断テストであり、抗生物質耐性に対処するために世界保健機関（WHO）と革新的新診断薬財団（Foundation for Innovative New Diagnostics）によって設定された精度目標を満たす唯一のテストである。この目標値には、細菌感染とウイルス感染を識別するために、少なくとも感度90%（真陽性を正しく識別すること）、特異度80%（真陰性を正しく識別すること）が設定されている。
この新しいテストは、2023年12月20日のCell Reports Medicineに掲載され、「宿主反応に基づく頑健なシグネチャーが、世界の多様な集団における細菌感染とウイルス感染を識別する（A Robust Host-Response-Based Signature Distinguishes Bacterial and Viral Infections Across Diverse Global Populations）」 と題されている。
「抗菌剤耐性が継続的に上昇しているため、不適切な抗生物質の使用を減らすための努力がなされてきた。」と、この論文の主執筆者であるスタンフォード大学のパーヴェシュ・カトリ博士（医学およびバイオメディカルデータサイエンス准教授）は語っている。「患者が細菌感染かウイルス感染かを正確に診断することは、グローバルヘルスの最大の課題の1つだ。」
既存の方法としては、数日かかるシャーレでの培養や、PCR（ポリメラーゼ連鎖反応）検査があるが、調べるべき特定の病原体がわかっていることが必要だ。だから、多くの場合、「医師は経験的に抗生物質を処方する」とカトリ博士は言う。「抗生物質を投与して、よくなったら細菌感染。そうでなければ、ウイルス感染症である。」
免疫系に聞く
この検査は、宿主の反応、つまり患者の免疫系がどのように反応しているかを見て、感染の種類を特定する新しい診断検査の一つである。この検査では、宿主の免疫反応に関与する特定の遺伝子の発現を測定する。
「免疫システムは、何百万年も前から、何がバクテリアで何がウイルスで、それに対してどのように反応するかを常に学習している」とカトリ博士は述べている。「バグそのものを探す代わりに、免疫系に聞けばいいのだ。」
しかし、これらの宿主反応検査は、西欧や北米のデータを用いて設計されているため、中低所得国で流行している感染症の種類を考慮することができない。特に、細胞内細菌感染とウイルス感染の微妙な違いを区別することは困難だ。
「疫学的には、先進国における細菌感染症は、通常、ヒトの細胞外で複製する細菌によるものだ」とカトリ博士は述べている。これらの細胞外細菌には、大腸菌や溶連菌の原因となる細菌が含まれる。発展途上国では、チフスや結核のような一般的な細菌感染症は、ウイルスと同様にヒトの細胞内で複製する細胞内細菌によって引き起こされる。
「免疫系は、細胞外細菌感染か細胞内細菌感染かによって、異なる反応を示す」とカトリ博士は述べた。「それが厄介になる理由は、バクテリアが細胞内に入ると、経路がウイルス感染反応と重なるからだ。」
現在の宿主反応検査は、細胞外細菌感染とウイルス感染を80％以上の精度で見分けることができるが、細胞内細菌感染は40％～70％しか見分けることができない。
多様なデータ
カトリ博士のチームは、この2種類の細菌感染とウイルス感染を区別できる診断テストを開発するために、35カ国から公開されている遺伝子発現データを使用した。これには、年齢、性別、人種がさまざまで、感染が確認されている人々の4,754のサンプルが含まれていた。患者、感染症、データの種類が多様であることは、実世界をよりよく表しているとカトリ博士は述べている。このうち半数のサンプルについて機械学習を行ったところ、細菌感染とウイルス感染で発現が異なる8つの遺伝子を特定することができた。そして、残りのサンプルと、ネパールとラオスから新たに収集した300以上のサンプルで、この8つの遺伝子テストを検証した。
その結果、これら8つの遺伝子によって、細胞内外の細菌感染とウイルス感染を高い精度で区別でき、感度90％、特異度90％を達成することができた。世界保健機関と革新的新診断薬財団が提唱する基準を満たす（上回る）初めての診断薬となる。
「我々は、この8遺伝子のシグネチャーが、細胞内感染か細胞外感染か、患者が先進国か途上国か、男性か女性か、乳児か80歳かにかかわらず、細菌感染とウイルス感染の区別に高い精度と一般性を持つことを示した」とカトリ博士は述べている。
この新しい診断テストは、血液サンプルを採取するだけで、30分から45分で実施できるため、最終的にはポイントオブケア検査に変換され、先進国、途上国を問わず、医師に採用されることをカトリ博士は期待している。同チームは、この検査法の特許を申請している。
カトリ博士は、免疫・移植・感染研究所、Stanford Bio-X、Stanford Cardiovascular Institute、Maternal and Child Health Research Instituteのメンバーだ。
ラオス人民民主共和国のマホソット病院および保健科学大学、ネパールのドゥリケル病院、オックスフォード大学、トロント大学の研究者がこの研究に貢献した。
この投稿は、スタンフォード大学のライター、ニーナ・バイ氏が執筆したニュースリリースに基づいている。
