Genetic Diversity, Population Structure, and Intra-Host Variation of Mycobacterium avium subsp. hominissuis in Fattening Pigs

自然界の静かな片隅では、微細な細菌が私たちの周囲にある土壌や水、塵の中に生息しています。これらの生物のほとんどは無害ですが、中には動物や人間の体内に入り込むことで問題を引き起こすものもわずかに存在します。そのような細菌の一つである「マイコバクテリウム・アビウム・サブスペシエス・ホミニス（Mycobacterium avium subsp. hominissuis）」は、日和見感染症の原因となります。これは、通常は感染の機会をうかがって待ち構えていることを意味し、豚や人間、そして時には他の動物に忍び込める環境の中で繁殖します。豚の場合、この感染症は目立った病状を示すことなく潜伏していることが多く、屠畜場に送られた際に検査官がリンパ節に疾患の兆候を見つけるまで判明しません。農家にとって、これらの兆候が見つかることは、肉を廃棄しなければならないため、金銭的な損失を意味します。公衆衛生の観点からは、この細菌がどのように食品供給を通じて移動するかを理解することが極めて重要です。なぜなら、この細菌は種を越えて飛び移ることができるからです。科学者たちの大きな疑問は、常にこうでした。「これらの細菌はどこから来て、どのようにして複雑な豚農場のネットワークを通じて広がっているのか？」という問いです。

チューリッヒ大学の研究チームは、スイスの豚から発見された細菌の遺伝的構成を詳細に調べることで、この問いに答えようと決意しました。彼らは2015年から2022年の間に屠畜された120頭の豚から組織サンプルを収集しました。これらの動物は、スイス国内の13の地域にわたる64の異なる出生農場と75の異なる肥育農場から集められました。研究者たちは、感染を示唆する組織内の小さな結節状の塊である「肉芽腫性病変」を持つ豚に関心を持ちました。彼らは、顎や腹部のリンパ節、さらには肝臓、肺、そして筋肉組織を含む体の様々な部位からサンプルを採取しました。彼らの目的は、単に細菌の存在を確認することではなく、発見された菌株の遺伝的多様性をマッピングすること、つまり、それらが互いにどの程度親戚関係にあるかを見るための「家系図」を作成することにありました。

これを行うために、科学者たちは「可変数タンデム反復配列タイピング（VNTR typing）」と呼ばれる手法を用いました。細菌のDNAを、長いコードの文字列だと想像してみてください。この文字列の特定の場所に、細菌は特定の文字の配列を何度も何度も繰り返しています。これらの配列が繰り返される回数は細菌ごとに異なることがあり、それがユニークな指紋のように機能します。15箇所の異なる場所での繰り返し回数を数え、さらに「hsp65」と呼ばれる特定の遺伝子を読み取ることで、研究者たちは高い精度で異なる菌株を区別することができました。実験室で培養することに成功した342の細菌サンプルの中から、84の異なる遺伝的型が見つかりました。これは、一度や二度しか現れない非常に珍しい変異体と、何度も繰り返し現れる少数の支配的な菌株が混在する、驚くほど多様性に満ちた集団であることを明らかにしました。

この研究は、感染がどのように広がるかについて、驚くべき複雑さを明らかにしました。ほぼ半数の豚（117頭中56頭）が、2種類以上の異なる菌株に同時に感染していました。場合によっては、一頭の動物が最大6種類の異なる菌株を保有していることもありました。これは、豚が単に一つの病原体を捕らえて持ち続けているのではなく、環境から絶えず異なる細菌変異体にさらされていることを示唆しています。研究者たちは、こうした混合感染が異なる個体間だけでなく、同じ個体の体内においても一般的であることを発見しました。同じ菌株が複数の臓器で見つかることがあり、これは広範な感染を示していますが、一方で同じ組織内に異なる菌株が共存していることも発見されました。このパターンは、豚が他の豚から連鎖反応のように感染を広げているのではなく、農場の土壌、水、または敷き藁などの環境から繰り返し細菌に曝露されているという考えを強く支持しています。

チームがアウトブレイクの地理的状況を調査したところ、最も一般的な菌株は特定の地域に留まっているわけではないことが分かりました。代わりに、同じ支配的な菌株が、異なる州や年をまたいで農場に点在して見つかりました。農場同士が近い場合は、同じ菌株を共有する傾向がわずかにありましたが、その差は距離が主要な要因であることを証明するには有意ではありませんでした。細菌は至る所に存在しており、高度に連結されたスイスの豚産業システムを通じて移動していたのです。研究者たちは、彼らの知見を他国の牛や人間のデータと比較しました。その結果、スイスの豚で見つかったのと全く同じ細菌株が、スイスの牛や、オランダおよび日本の人間にも存在していることを発見しました。この共通の遺伝的一致は、動物、人間、そして環境の健康は深く結びついているという「ワンヘルス（One Health）」の概念を裏付けるものです。

最も衝撃的な発見の一つは、細菌が通常疾患が見つかるリンパ節だけに限定されないということでした。研究者たちは、見た目には完全に健康に見える5つの筋肉サンプルから、細菌の培養に成功しました。これらすべてのケースにおいて、細菌は肝臓や肺といった他の臓器でも発見されました。これは、目に見える疾患の兆候がない場合でも、感染が食用となる筋肉組織に広がっていることを裏付けています。この研究は、肉を食べることで人間が病気になることを証明するものではありませんが、検査官が見逃してしまう可能性のある、曝露への潜在的な経路を浮き彫りにしています。また、本研究では他の種類の細菌も見つかりましたが、病変の大部分はこの特定のマイコバクテリウム株によって引き起こされており、これがこれらの症例における主要な原因であることを確認しました。

研究者たちは、スイスの豚におけるこの細菌の集団は、環境への繰り返しの曝露によって駆動されていると結論付けました。高い遺伝的多様性、多くの希少な変異体の存在、そして単一の動物内における異なる菌株の頻繁な混合はすべて、豚が一生を通じて周囲の環境から細菌を拾い上げていることを示しています。至る所で見られる少数の支配的な菌株は、一部の変異体が農業システムを通じて生き残り、広まることに特に長けていることを示唆していますが、それらはユニークで局所的な変異体の海に囲まれています。この研究は、これらの細菌がどのように移動するかについてのより明確な全体像を提供しており、それらが単なる豚から豚への単純な感染の連鎖ではなく、農場、動物、そして潜在的には世界中の人々にまで及ぶ、環境曝露という複雑な網の目であることを示しています。この多様性を理解することで、科学者や農家は、これらの目に見えない脅威をより正確に追跡し、食料供給の安全を守るための戦略を立てることができるのです。