デルタ変異株の5つのポイント
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1. Deltaは他のウイルス株よりも感染力が強い。
イェール大学医学部の疫学者であるF.ペリー・ウィルソン医学博士は、デルタの特徴の1つとして、感染の速さを挙げています。CDCの推計によると、夏の終わり頃、米国で新たに発生したCOVID-19の症例の99％以上がデルタに起因していました。
CDCは、イギリスで最初に出現したアルファ株、南アフリカで最初に出現したベータ株、ブラジルで確認されたガンマ株と同様に、デルタ株を「懸念すべき変種」としています。(これは、イギリスで最初に発生したアルファ株、南アフリカで最初に発生したベータ株、ブラジルで確認されたガンマ株と同様の呼称です（この新しい呼称は、世界保健機関（WHO）が数字による呼称に代わるものとして定めたものです）。
ウィルソン博士は、6月に米国で発生したデルタの感染拡大について、「成長率がどのように変化するかは、実際には非常に劇的なことです」と述べています。デルタは、SARS-CoV-2のオリジナル株よりも感染力が50％高いアルファよりも、50％の速さで拡散していたという。「ウィルソン博士は、「予防接種やマスクを着用していない完全に無防備な環境では、オリジナルのコロナウイルスに感染した人は平均して2.5人に感染すると推定されます。「同じ環境であれば、デルタウイルスは1人の人から3.5人か4人の人に感染するでしょう。
"計算上、指数関数的に、より早く成長するのです。"だから、かなり控えめに見える感染率でも、あっという間にウイルスを支配してしまうのです。"
2. ワクチンを受けていない人にもリスクがある。
米国では、アラバマ州、アーカンソー州、ジョージア州、ミシシッピ州、ミズーリ州、ウェストバージニア州などの南部およびアパラチア地方で、ワクチン接種率が低いため、ワクチン未接種者が不均衡に多くなっています。(これらの州の中には、感染者数が減少しているために規制を解除している州があるにもかかわらず、感染者数が増加しているところもあります）。)
また、子供、10代、若い世代も心配です。「イギリスで行われた最近の研究では、50歳以下の子供と大人は、デルタに感染する確率が2.5倍高いことが示されました」とYildirim医師は言います。今のところ、米国では5歳から12歳までの子供に対するワクチンは承認されておらず、7月末時点で米国のティーンエイジャーの50％未満がワクチンを接種しています。
Yildirim博士は、「高年齢層がワクチンを接種すればするほど、若くてワクチンを接種していない人は、どのような変異型であってもCOVID-19に感染するリスクが高くなります」と述べています。 「しかし、デルタは以前の変異型よりも若い年齢層に影響を与えているようです」。
3. デルタは「超局地的な大流行」を招く可能性がある。
もし、デルタがパンデミックを加速させるほどのスピードで進み続けるとしたら、ウィルソン博士は、最大の問題は伝達性の高さにあると言います。その答えは、あなたがどこに住んでいるか、そしてあなたの住んでいる場所でどれだけの人がワクチンを接種しているかによって変わってくると彼は言います。「私はこれを『パッチワーク接種』と呼んでいますが、ワクチン接種率の高い地域と、ワクチン接種率が20％の地域が隣接しているのです。「問題は、ワクチン接種率の低い地域から別の地域へとウイルスが飛び移ってしまうことです」。
場合によっては、ワクチン接種率の高い地域に囲まれたワクチン接種率の低い町が、ウイルスをその境界線内に封じ込めてしまい、その結果、「超局地的な大流行」が起こる可能性があるとウィルソン博士は言います。「そうなると、パンデミックの様相は、これまで見てきたような、国中にホットスポットが存在するような状況とは異なるものになるかもしれません」。
専門家の中には、米国はワクチン接種率が比較的高いので有利だと言う人もいますし、デルタ航空を制覇するには、ワクチン接種率と変異体との競争になると言う人もいます。しかし、もしデルタが急速に進行するならば、米国内で感染が拡大してCOVID-19の上昇曲線が急になる可能性があるとウィルソン博士は言う。
つまり、3〜4年のパンデミックが発生し、十分な数の人々がワクチンを接種した後に終息するのではなく、患者数の増加がより短期間に圧縮されることになるのです。「良いことのように聞こえますが、そうではありません」とウィルソン博士。「しかし、そうではありません。特定の地域で一度に多くの人が感染すると、地域の医療システムが圧迫され、より多くの人が死亡することになるとウィルソン博士は言います。アメリカではその可能性は低いかもしれませんが、世界の他の地域ではそうなるでしょう」と彼は付け加えています。「これは私たちが心配しなければならないことなのです」。
4. デルタについては、まだ解明されていないことがあります。
一つの重要な問題は、デルタ株がオリジナルのウイルスよりも病気になるかどうかということです。CDCが引用したスコットランドの研究では、デルタ型はアルファ型の約2倍の確率で、ワクチンを接種していない人が入院するという結果が出ていましたが、デルタ型の重症度についての初期の情報はありません。
もう一つの疑問は、デルタが体にどのような影響を与えるかに焦点を当てています。Yildirim博士によると、コロナウイルスの原型とは異なる症状が報告されているとのことです。「咳や嗅覚障害はあまり見られないようです。そして、頭痛、喉の痛み、鼻水、発熱は、90％以上がDelta株によるものである英国での最新の調査に基づいて存在しています」と述べています。
専門家の間では、デルタ型とブレイクスルー型の症例についての情報が出始めています。Public Health Englandの分析（査読未了のプレプリント）では、少なくとも2つのワクチンがDeltaに有効であることが示されました。Pfizer-BioNTech社のワクチンは、デルタによる症状のある病気に対して88％、入院に対して96％の効果があり、Oxford-AstraZeneca社（mRNAワクチンではなく、米国ではまだ販売されていない）は、症状のある病気に対して60％、入院に対して93％の効果がありました。この研究では、推奨される両方の用量のワクチンを完全に接種した参加者を追跡しました。
また、Moderna社は、同社のワクチンがDeltaおよび他のいくつかの変異に対して有効であることを示した研究（査読未了）を報告しています（研究者らは、元のウイルスに対する有効性と比較して、Deltaに対する「中和力価のわずかな低下」のみを指摘しています）。
「つまり、ワクチンを接種していない人よりもリスクは大幅に低く、ワクチンを接種する前よりも安全だということです」とイルディリム博士は言います。
しかし、8月にバイデン政権は、FDAの許可が出るまでは、mRNAワクチンを完全に接種したすべてのアメリカ人にブースターショットを提供すると発表しました。この勧告の根拠となったのは、デルタ航空の感染拡大と、CDCが最近行った3つの研究で、ワクチンによる感染予防効果が薄れてきていることを示唆したことである。そのうちの1つであるニューヨーク州のデータでは、ワクチンによる感染予防効果が91.7%から79.8%に低下したものの、ワクチンによる入院予防効果は継続していました。しかし、一部の医療関係者は、ブースターショットが必要かどうかをまだ議論しています。
今年の夏の初め、ジョンソン・エンド・ジョンソン社は、同社のワクチンはデルタに有効であると報告しましたが、別の研究では同社のワクチンはバリアントに対して効果が低い可能性が示唆されており、J&J社の受信者もブースターが必要ではないかという議論が起こりました。8月、J&Jは、6ヶ月後にブースターを接種することで、初回接種から28日後と比較して、ボランティアのスパイク結合抗体が迅速かつ強固に9倍増加したという新しいデータを発表しました。このデータはまだ査読を受けておらず、科学雑誌にも掲載されていません。
デルタについては、デルタの亜種であるデルタプラスを含め、さらに疑問や懸念があります。「デルタ・プラスには、デルタの亜種が持つものに加えて、さらに1つの変異があります」とYildirim博士は言います。K417Nと呼ばれるこの変異は、ウイルスが細胞に感染するために必要なスパイクタンパク質に影響を与え、これがmRNAや他のワクチンの主な標的となると言います。
"デルタプラス "はインドで最初に報告されましたが、このタイプの変異は、それ以前に出現した "ベータ "などの亜種でも報告されていました。この新しい変異体の実際の広がりの割合や、疾患の負担や転帰への影響を明らかにするには、さらなるデータが必要です」とYildirim博士は付け加えています。
5. ワクチン接種はデルタに対する最大の防御策
デルタウイルスから身を守るために最も重要なことは、ワクチンを完全に接種することだと医師たちは言います。現時点では、例えばPfizerやModernaのような2回接種のワクチンを接種する場合、両方の注射を受けて、その注射が完全に効果を発揮するまで推奨される2週間の期間を待たなければならないということです。
ワクチンの効果が高いとはいえ、100％の保護が得られるわけではありませんので、より多くの人がワクチンを接種すれば、ブレイクスルーケースが増える可能性があることを覚えておく必要があります、とCDCは述べています。ブレイクスルー症例の入院があったとはいえ、すべてのワクチンは重症化、入院、死亡に対する最善の防御となるとCDCは述べています。
完全にワクチンを接種した人は他の人に感染させることができますが、CDCはワクチンを接種した人の方がウイルスの遺伝物質の量が早く減る可能性があると報告しています。つまり、ワクチンを接種していない人と同じ量のウイルスを鼻や喉に保有することがわかっていますが、研究ではワクチンを接種していない人よりもウイルスを拡散する時間が短いこともわかっています。
ワクチンを接種しているかどうかにかかわらず、ワクチンを接種している人もしていない人も利用できるCDCの予防ガイドラインに従うことも重要です。米国では、より多くの人にワクチンを接種するための努力が続けられていますが、CDCは「層状予防戦略」を推奨しています。これには、ワクチン接種の有無にかかわらず、実質的に感染者が多い、または感染率の高い地域の公共の屋内環境ではフェイスマスクを着用することが含まれます。また、幼稚園から高校までのすべての教師、スタッフ、生徒、訪問者に屋内でのマスク着用を推奨しています。
「人生のあらゆることがそうであるように、これは継続的なリスク評価なのです」とYildirim博士は言います。「晴れていて屋外にいる場合は、日焼け止めを塗ります。晴れていて屋外にいる場合は日焼け止めを塗り、人混みの中にいてワクチンを打っていない人がいる可能性がある場合はマスクをして社会的な距離を保ちます。ワクチンを接種していない人でワクチンの対象となる人は、ワクチンを接種することが一番です。"
もちろん、個人的な事情や困難が障害となって、ワクチンを受けていない人もたくさんいますし、受けないことを選択した人もいるでしょう。果たして、デルタ・バリアントは、接種可能な人たちにワクチン接種を促すのに十分な効果があるのでしょうか？確実なことは誰にもわかりませんが、可能性はあります」とウィルソン博士は言い、ワクチン接種について疑問がある人は、かかりつけの医師に相談することを勧めています。
ウィルソン博士は、「地域的な流行があると、ワクチン接種率が上がります」と言います。とウィルソン博士は言います。「私たちは、あなたの知り合いが本当に病気になって病院に行った場合、あなたのリスク計算が少し変わることを知っています。このようなことがもっと起こるようになるかもしれません。ワクチン接種率が上がることを期待しています」。
Science Museum Groupより COVID-19 デルタ変異株の発生
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かつてCOVID-19の抑制に成功したと思われていた英国のようなワクチン接種率の高い国では、デルタ型の感染が急増しています。サイエンス・ディレクターのRoger Highfieldは、ケンブリッジ大学のRavindra "Ravi" Gupta教授に、なぜデルタがこれまでに確認された中で最も懸念されている変異株なのかについて話を聞きました。
COVID-19ワクチンは、重篤な病気や死亡を防ぐのに非常に有効です。
しかし、100％の効果があるわけではなく、完全にワクチンを接種した人でも、感染して病気になり、病気を遷してしまう人もいます。また、長期的な問題を発症することもありますが、ワクチンによって長期COVIDのリスクは11％から5％に削減されます。
デルタをはじめとするSARS-CoV-2ウイルスの遺伝子変異は、ワクチン接種によって高められた免疫防御機能をすり抜けることができるため、"エスケープミュータント "と呼ばれている。
デルタについては、ケンブリッジ大学ケンブリッジ治療免疫学・感染症研究所の臨床微生物学教授であるRavindra "Ravi" Gupta教授と議論した。斜体（当ブログでは斜体の代わりに青文字）で示したのは、同教授の編集による回答です。
デルタウイルスはどのように広がっているのですか？
私たちがウイルスの遺伝子配列を研究しているすべての地域で、デルタ型が主流になっています。ただし、南米ではラムダ型がかなりの割合を占めています。COVID-19のデータを共有しているGISAIDを使って、その広がりを見ることができます。
しかし、このようなウイルスに関する遺伝子データの収集が遅れているため、今起きていることを解釈するのは難しい。また、世界的な視野を得るという点では、サーベイランスの代表性が非常に低く、英国、デンマーク、米国での作業が多いため、地理的に偏っているのです。
COVID-19の原因ウイルスであるSARS-CoV-2を含め、すべてのウイルスは突然変異し、時間とともに変化します。ほとんどの変化は、ウイルスの特性にほとんど影響を与えません。有害な変化もあれば、広がりやすさや病気の重症度、ワクチンや治療薬、診断テストなどの性能に影響を与えるものもある。
SARS-CoV-2には膨大な数の変異株が存在するが、2020年後半、世界の公衆衛生へのリスクを高める変異株が出現したため、Eta、Iota、Kappa、Lambdaなどの「VOI：関心のある変異株」と、Alpha、Beta、Gamma、そしてもちろんDeltaなどのより心配な「VOC：懸念のある変異株」が検索されたのである。
アルファは英国で、ベータは南アフリカで、ガンマはブラジルで発見されました。B.1.617.2とも呼ばれるデルタは、2020年後半にインドのマハラシュトラ州で発見されたウイルスの系統に属しており、より効率的に、より早く人の間を通過するようになったため、英国で急速に定着しています。(亜種の新しい命名規則は、不可解な数値名や、罪のない地域を悪者にすることを避けるために、世界保健機関（WHO）によって制定されました)
デルタ型は現在、全大陸の高所得国および低所得国で最も多く見られるSARS-CoV-2の系統であり、イギリスでは現在、新規感染者の99％以上を占めている。
Deltaは、2020年後半に英国で確認されたアルファ変異株と比較して、伝達性が少なくとも40%高い。人々が無防備な状態で、従来株（武漢株）に感染した平均的な人が他の2.5人に感染するのに対し、デルタ株は1人の人から4人の人に感染すると考えられる。
英国公衆衛生局（Public Health England）とケンブリッジ大学MRC生物統計学ユニット（MRC Biostatistics Unit）の研究者らが4万人を対象に調査したところ、デルタ型と診断された人の入院リスクは2倍になることがわかりました（年齢、性別、民族、貧困、居住地域、陽性反応が出た日、ワクチン接種の有無などの違いを調整した後）。
また、入院または救急搬送のリスクに焦点を当てると、デルタ型はアルファ型の1.45倍でした。
あなたはデルタに関する初期の研究をっていましたが、そのことについて教えてください。
現在、Natureに掲載されている6月の画期的な感染症に関するプレプリントでは、世界で初めてワクチンによる画期的な感染症のデータを掲載しました。このデータは、デルタが出現したインドで、医療従事者にワクチンを接種した際に記録されたものです。中和抗体と呼ばれる医療従事者の防御抗体からの逃避の度合いを数値化したのですが、デルタの感染力と免疫逃避力が高まっていることがわかりました。
これらは、ワクチンのブレークスルーに関する最初のデータの一つです。この結果を受けて、米国疾病管理センターはマスク着用の指針を変更しました。ワクチンを接種していても、感染すればウイルスを媒介する可能性があるため、マスクの着用を開始する必要があるというのです。
私たちは、in vitro（実験室）でウイルスを培養し、ヒトの組織や肺や気道を模したオルガノイドシステム（ミニ臓器）の中でウイルスがどのように複製されるかを徹底的に調べました。そして、ワクチンを接種した人の抗体が、そのウイルスが細胞に感染するのをどれだけ阻止できるかを検証しました。
動物モデルを研究することもできますが、これらの実験は行うのも解釈するのも厄介です（マウスやハムスターに入った瞬間にすべてが変わってしまいます）。そこで私たちは、ヒトの細胞をベースにした3種類のモデルシステムを使用しました。
そのうちの1つは、肺がんの細胞株であるCalu-3というヒトの細胞株です。これは、ケンブリッジ大学の同僚が開発した幹細胞をマトリックスゲルに埋め込み、細胞の塊であるオルガノイドに成長させたものです。3つ目はヒトの気道上皮細胞で、これは空気と湿った組織の境界にある細胞の層で、気道で起こっていることを模倣しています。3つのシステムすべてにおいて、デルタは非常に非常に「熱く」、より多くのウイルス粒子を作っていました。
また、ワクチンを接種した医療従事者の感染を画期的に改善することができました。デルタ型は、アルファ型、ベータ型などの古い型よりも優先的に感染しやすいので、ワクチンを接種した人には有利になります。
デルタウイルスは、ワクチンを接種した人の中で進化したわけではありませんが、伝達性がはるかに高く、感染したヒトの細胞ごとに多くのウイルスを作り、自分自身のコピーも多く作るので、ワクチンを接種した人に適応しているように思えてなりません。感染した細胞から出現するウイルスは、より成熟しています（スパイクタンパク質の点で、ウイルス粒子あたりの感染力がより高くなる状態になっています）。これが、デルタの問題点を端的に表しています。
問題となっている変異体は、どのようにして生まれるのですか？
これらの亜種は、COVID-19に数週間から数ヶ月間感染している慢性疾患患者で発生すると考えています。多くの人は免疫抑制状態にあるため、ウイルスを完全に除去することができず、ウイルスは基本的に人間の免疫システムに適応することを学習します。今年の初め、『ネイチャー』誌に、この現象が一人の人間にどのように起こっているかを示す青写真が掲載されました。1人の患者を101日間という長期間にわたって追跡調査したところ、多くの突然変異が見られました。そのうちのいくつかは、その後、アルファ線の中で循環していることが確認されました。
また、これらの変異が何をしているのかを示すために、人工的にウイルスを作ってみたところ、免疫逃避変異や感染力増強変異が見つかりました。このような変異が他の変異株にも見られるという事実は、基本的に、私にとっては「こういうことが起こるんだ」という証明になりました。20個の奇妙な突然変異がどこからともなく現れるとは考えられませんから、ウイルスの進化は個人の中で起こっているはずです。
デルタは、ワクチンを回避するためにさらに進化する可能性がありますか？
はい、それが心配です。デルタは、時間の経過とともに免疫システムからどんどん逃れていくウイルスの出発点になる可能性があります。
また、ワクチンを接種していても感染すると、ワクチンを接種していない人と同じウイルス量になるというデータも出ています。感染後の数日間は、ワクチンを接種していればウイルス量はより早く減少します。これは、免疫システムが最終的に作動してウイルス量をコントロールするためで、感染期間はそれほど長くありません。
しかし、ウイルスはこれを逆手に取り、ワクチンを接種した人でもウイルス量を高く維持できるような変異を選択する可能性があると想像できます。そのためには、免疫反応の別の部分を活性化するT細胞受容体から逃れるか、さらなる変異が必要になるでしょう。
もし、ウイルスが急速に拡散し、変異し続けるならば、そのような逃避的な変異体はすぐ近くにあるかもしれません。
症状を引き起こす感染症に対するワクチンの防御力は、すでにファイザー社のmRNAワクチンとオックスフォード・アストラゼネカ社のデルタについては、ファイザー社で84％、アストラゼネカ社で71％と低下していることが確認されており、これらの躍進は、鼻や喉のウイルス量が多いことと関連しており、他の人にウイルスを拡散する可能性が高いことを示唆している。英国内で無作為に選ばれた30万人以上の人々を定期的に検査している国家統計局のCOVID-19感染調査のデータを用いて、アルファ型が優勢だった春とデルタ型が優勢だった夏にSARS-CoV-2の陽性反応が出た、ワクチン接種を受けた人と受けていない人の数を比較した最近の研究では、この影響が明らかになったという。
ワクチンを接種した人は、デルタ型に対する免疫がより早く失われるのではないかという懸念がありますか？
そうですね。そもそもワクチンの効果が低いので、デルタに対する防御力の低下や、重篤な病気や感染症に対する防御力の低下が早くなるのではないでしょうか。
一例として、カリフォルニア大学サンディエゴ校のヘルス・ワークフォースの研究では、症状のある病気に対するRNAワクチンの効果は、デルタ変異株に対してかなり低く、接種後時間が経つと衰える可能性があると報告されています。カタールでも低下が見られましたが、「2回目の接種後、少なくとも6ヶ月間は入院や死亡に対して強固なレベルで保護される」としています。
デルタは他のCOVIDの亜種とどう違うのですか？
デルタのスパイクにはいくつかの変異がありますが、その多くは、NTD（N terminal domain）と呼ばれるタンパク質の比較的よくわかっていない部分にあります。
また、RBD（受容体結合ドメイン）にも変異がありますが、それぞれの変異の正確な寄与はまだ完全には解明されていません。
全体的な影響としては、感染力が強化され、ワクチンや古いタイプのウイルスに感染した後に作られる抗体に対する感度が低下すると考えられます。 重要な変異はP681Rであると思われる。
デルタウイルスは、タンパク質に包まれた遺伝情報の塊で、人間の細胞を略奪して繁殖します。ウイルスの遺伝コードに突然変異が起こると、タンパク質を構成するブロック（アミノ酸）に変化が起こります。
デルタウイルスの場合は、スパイクタンパク質の1つのアミノ酸に変異が生じています。スパイクタンパク質とは、その名の通り、ヒトの細胞を認識して侵入する役割を果たすスパイクを構成するタンパク質です。COG-UKグループは、懸念される変異体をモニターしており、スパイクタンパク質の変異の影響を可視化しています（このウェブページの最後までスクロールしてください）。
P681Rと呼ばれるデルタ型の変異は、スパイクの中でも「フリン切断部位」と呼ばれる領域に位置しており、これまでインフルエンザなどの他のウイルスでは、この変異が感染力の増強に関連していました。
P681Rの変化は、昔ながらの銃のコッキング（脚注：スライドまたはレバーを手で引いてピストンを後退させ弾丸を一発ずつ発射する方式）のように、デルタウイルスを「事前に活性化」し、感染力を高める。
SARS-CoV-2のスパイクタンパク質が細胞に侵入するためには、体内に存在するヒトのタンパク質によって2回切断される必要がある。しかし、SARS-CoV-2の場合は、フリン切断部位が存在するため、感染細胞からできたてのウイルス粒子が出てくると同時に、宿主の酵素が最初の切断を行うことができる。つまり、デルタが事前に活性化されることで、ウイルス粒子がより効率的に細胞に感染するようになるのである。
インペリアル・カレッジ・ロンドンのウェンディ・バークレイらが5月に発表した研究によると、デルタ型の粒子はアルファ型の粒子に比べてスパイクタンパク質がより効率的に切断されることがわかっています。
他にも影響があるかもしれません。 P681Rの変化を持つスパイクタンパク質は、変化のないものに比べて約3倍の速さで、感染していない細胞と融合する（感染の重要なステップ）。
しかし、P681Rの変化は、感染していない菌株にも見られ、また、Delta型の変異には、違いをもたらす他の変異があるという。
デルタに関するこのような洞察は、医薬品の開発に役立ちますか？
はい、治療薬の開発に役立ちます。カモスタットは、この成熟したウイルスの形態を阻害することができるので、有効な薬剤の1つとなるでしょう。細胞レベルでは、酵素（膜貫通型プロテアーゼ・セリン2、TMPRSS2）がヒトコロナウイルスのスパイクタンパク質を初期化し、細胞への侵入と感染を促進します。カモスタットメシル酸塩はTMPRSS2の阻害剤であり、実験室での研究でSARS-CoV-2に対して強力な抗ウイルス剤であることが示されている。ですから、そのプロセスを標的とした治療薬を設計することができます。しかし、まだその段階には至っていませんし、使用上の安全性も不明です。これらの受容体の中には、体内で他の用途に使用されているものもありますので、ウイルスやヒトのタンパク質を標的にすると、意図しない結果になる可能性があります。ウィルスのタンパク質をターゲットにした方が、問題を起こす可能性が低いからです。
デルタは顕微鏡で見ても同じように見えますか？
モノクローナル抗体やその他の抗ウイルス剤の主要な結合部位である、ウイルスのN末端ドメインに違いがあることを電子顕微鏡で確認したデルタに関する論文が発表されています。しかし、効果はあるようです。私たちは、これらの変異のいくつかを元に戻す実験を行いましたが、それによってウイルスの表現型（行動など）が変わりました。
デルタが進化してワクチンを出し抜く可能性は予測できるのでしょうか？
予測することはできません。どのような突然変異が逃れることができるかを実験で検証し、経験的に判断する必要があります。しかし、問題は、もちろんリスクを伴うことであり、実験でより多くの脱出変異体を選択することは、実際には想定されていないのです。例えば、ウイルスが実験室から逃げ出すようなことがあってはいけません。
成功するワクチンとはどのようなものか、考え直さなければなりませんか？
私たちは、防御の相関関係が何であるかを再考する必要があるかもしれません。(ワクチン開発者や規制当局は、コロナウイルスの感染を防ぐのに十分な抗体のレベルなど、「保護の相関関係」を求めています）。) 中和が損なわれ、抗体の中和は感染の相関性や感染からの保護と非常に高い相関性があることが示されているため、デルタは再考のきっかけとなるでしょう。
我々は、デルタがワクチンから逃れることができる理由として、感染性の側面が非常に重要であると考えていますし、データもそれを示していると思います。ウイルスの感染力が非常に強く、量も多いため、たとえ鼻の周りに抗体があったとしても、ウイルスが侵入して感染症を引き起こすのを防ぐには十分ではないのです。
今年の夏に見られたデルタ値の急激な上昇がなぜ収まったのか？
おそらく、学校が休みになったため、急激な上昇が抑えられたのではないかと思います。しかし、巨大なピークが起こらなかった理由には、いくつもの変数があります。
さらに、COVID-19はより複雑な病気です。というのも、ワクチン接種や感染によって非常に多くの免疫を持った人々がいるため、モデル化することができないからです。さらに、モデルでは、デルタの感染性やウイルス量に関する新しい研究は一切考慮されていませんし、もちろん人間の動きも複雑です。
感染者数が急増して以来、COVIDの感染者数と入院者数は増加の一途をたどっています。
さらに詳しい情報を知りたいのですが？
パンデミックがどこまで拡大しているかについての最新情報は、ジョンズ・ホプキンス・コロナウイルス・リソースセンターやロバート・コッホ研究所で見ることができます。
英国のCOVID-19実験室で確認された患者数と死亡者数は、国家統計局の数字と合わせて確認できます。
さらに詳しい情報は、私が以前に投稿したブログ記事（focusTerra、ETHチューリッヒによるドイツ語の記事、スイスに関する追加情報を含む）、英国研究・イノベーション機関（UKRI）、EU、米国疾病対策センター、WHO、COVID-19ポータル、Our World in Dataに掲載されています。
ロジャー・ハイフィールド
ロジャー・ハイフィールドは、科学博物館グループのサイエンス・ディレクター、英国医学研究評議会のメンバー、オックスフォード大学ダン・スクールおよびUCL化学部の客員教授を務めています。オックスフォード大学で化学を学び、世界で初めてシャボン玉で中性子を跳ね返した人物でもあります。ロジャーは、20年間にわたりデイリー・テレグラフ紙の科学編集者を務め、2008年から2011年にかけてはニューサイエンティスト誌の編集者を務めました。これまでに8冊の人気科学書を執筆または共同執筆し、新聞や雑誌に何千もの記事を掲載してきました。
ロジャーが書いた記事は39件
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『呼吸器系ウイルスの空気感染』Science誌より 5/5
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（Review Summaryの図）呼吸器系ウイルスの空気感染に関わる段階。
ウイルスを含んだエアロゾル（100μm未満）は、まず感染者の呼吸活動によって発生し、それが吐き出されて環境中に運ばれます。これらのエアロゾルは、感染力が維持されていれば、潜在的な宿主が吸い込んで新たな感染症を引き起こす可能性があります。飛沫（100μm以上）とは対照的に、エアロゾルは空気中に何時間も留まり、吐き出した感染者から1～2m以上離れた場所まで移動し、近距離でも遠距離でも新たな感染を引き起こす。
なお文章中の括弧の数字は引用論文等を示している。
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abd9149
考察
空気感染は、呼吸器系ウイルス疾患の感染経路として、長い間、十分に評価されてこなかった。その主な理由は、ウイルスを含んだエアロゾルの生成と輸送プロセスの理解が不十分であることと、逸話的な観察結果が誤って伝えられていることである。SARS-CoV-2の空気感染の優位性を示す疫学的証拠は、時間の経過とともに増加し、特に強くなっている。まず、屋内と屋外の感染の違いは、飛沫感染では説明できない。なぜなら、重力で動く飛沫は屋内でも屋外でも同じ動きをするからだ。屋外での感染に比べて屋内での感染が多いことから、空気感染の重要性が指摘されている（63）。室内での感染と超拡散クラスタに換気不良が関与していることが明らかになっているが、これはエアロゾルの場合のみで、飛沫や媒介物による感染は換気の影響を受けないからである。SARS-CoV-2の長距離空気感染は、感染が非常に少ない国のホテルの検疫所（166）や大規模な教会（72）で観察されている。
新種の呼吸器ウイルスが出現している間、リスクをうまく軽減して感染拡大を防ぐためには、すべての感染様式（空気感染、飛沫感染、排泄物感染）を認める、より包括的なアプローチが必要でである。空気感染を認識して対策を追加する前に、サンプリングしたエアロゾルの感染性を示す直接的な証拠が必要とされるため、人々は潜在的なリスクにさらされている（69）。SARS-CoV-2、インフルエンザウイルス、およびその他の呼吸器系ウイルスの感染経路に関する従来の定義にとらわれなければ、100μm以下のエアロゾルによる感染の方が、ごく近距離にいる人の粘膜に吹き付けられたまれにしかない大きな飛沫による感染よりも、はるかに一貫性があるといえる。最近、WHO(48)や米国CDC(49)がSARS-CoV-2の空気感染を認めたことで、この感染経路に対する防御策を近距離と遠距離の両方で実施する必要性が高まっている。
空気感染のメカニズムを十分に理解し、エアロゾルによる感染が近距離で最大であることを認識した上で、飛沫とエアロゾルの両方に対する予防策と緩和策（距離を置く、マスクなど）が重複していることが明らかになったが、近距離と遠距離の両方でエアロゾル感染を緩和するためには、特別な考慮をしなければならない。具体的には、換気、気流、マスクの装着と種類、空気のろ過、紫外線消毒などに注意し、屋内と屋外の環境を区別して対策を講じる必要がある。まだまだ知識は増え続けていますが、呼吸器系ウイルスの空気感染をより確実に防ぐための防護策を追加するには、すでに十分な知識が得られており、「飛沫予防策」は置き換えられるものではなく、むしろ拡大されるものであることに注意が必要である。
SARS-CoV-2に感染しても、検査時に症状がない人の割合が高い（167、168）。SARS-CoV-2に感染した人の約20～45％は、感染後も無症状のままであるが、一部の感染者は前駆症状の段階を経て、感染後数日後に症状が出始めた（168、169）。SARS-CoV-2の感染力は、症状が出る2日前にピークを迎え、1日後まで続く（170）。また、インフルエンザウイルスやその他の呼吸器ウイルス感染症でも、高い無症候性感染率が報告されている(171-173)。空気感染は、特に唾液中のウイルス量が少ないと思われる無症状の人や軽度の症状の人にとっては、効率的な感染経路ではないとする研究もあるが(55)、発症前の人のウイルス量は、症状のある患者と同程度である(174, 175)。症状のない感染者が話したり、歌ったり、単に呼吸したりしたときに発生する感染性ウイルスを含んだエアロゾルにさらされないような管理を行うことが重要である。このような人は、自分が感染していることを知らないため、一般的に社会活動を続け、空気感染を引き起こす。
効果的な換気システムを導入することで、感染性ウイルスを含んだエアロゾルの空気感染を減らすことができる。十分な換気量を確保し、再循環を避けるなどの戦略が推奨される（190、191）。二酸化炭素センサーは、呼気の蓄積の指標として使用することができ、換気をモニターして最適化するための簡単な方法となる(192, 193)。エアロゾルセンサーは、HEPAおよびHVACのエアロゾルろ過効率の評価にも使用できる。最低限の換気量を4～6回/時とし、二酸化炭素濃度を700～800ppm以下に維持することが推奨されているが、換気の種類や気流の方向、パターンも考慮する必要がある（148、194）。HVACシステムの空気ろ過の効率を上げたり、独立型のHEPA清浄機を導入したり、上階の部屋に紫外線消毒システムを導入したりすることで、ウイルスを含んだエアロゾルの濃度をさらに下げることができる（47、127、140、141、195）。
また、飛沫感染の緩和策として導入されている物理的な距離をとることも、エアロゾルを吸い込む機会を減らすのに有効である。WHOや多くの国の公衆衛生機関は、物理的な距離を1mまたは2mに保つことを推奨しているが、この距離では、その範囲を超えて移動するエアロゾルを防ぐのに十分ではない。もし大きな飛沫が感染の主役であれば、距離をとるだけでSARS-CoV-2の感染を効果的に抑えることができたはず。超広域感染で繰り返し示されているように、空気感染は換気の悪い部屋で、居住者が感染した部屋の空気を吸い込むことで起こる（18, 36, 62, 64, 71）。さらに、距離を置くことは、呼吸プルームの最も集中した部分から人々を遠ざけるのに役立つが、距離を置くだけでは感染を止めることはできず、換気やろ過、感染性エアロゾルを放出している人の数、密閉された空間で過ごす時間など、他の対策を考慮しなければ十分ではない（196）。特定の環境下に存在する無症候性（発症前を含む）の感染者の数が不明であることは、呼吸器疾患対策における新たな課題である。空気感染のリスクを低減するためには、換気、ろ過、上室の紫外線消毒などによりエアロゾル濃度を低減する工学的対策が重要である。
呼吸器系ウイルスの空気感染についての認識は高まっているものの、さらなる調査が必要な問題が数多くある。例えば、エアロゾルや飛沫に含まれるウイルスの濃度を大きさの関数として直接測定し、新たな感染を引き起こす可能性を調べる必要がある。さまざまなサイズのエアロゾル中のウイルスの寿命については、体系的な調査が必要である。エアロゾルや飛沫によってもたらされるウイルス量と感染症の重症度との関係を定量化するためには、さらなる研究が必要である。また、病気の重症度がエアロゾルの大きさや数、気道に付着した場所と相関するかどうかを調べることも重要である。さらに多くの研究が必要であるが、空気感染がSARS-CoV-2をはじめとする多くの呼吸器系ウイルスの感染拡大の主要な経路であることは明白な証拠である。換気、気流、空気ろ過、紫外線消毒、マスクの装着などを中心に、短距離と長距離の両方でエアロゾル感染を軽減するための予防措置を講じなければならない。これらの介入は、現在のパンデミックを終息させ、将来のパンデミックを防ぐための重要な戦略である。室内空気の質を改善するために提案されたこれらの対策は、COVID-19のパンデミックをはるかに超えた健康上のメリットをもたらす、長期にわたる改善につながるものであることに留意する必要がある。
『呼吸器系ウイルスの空気感染』Science誌より 4/5
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（Review Summaryの図）呼吸器系ウイルスの空気感染に関わる段階。
ウイルスを含んだエアロゾル（100μm未満）は、まず感染者の呼吸活動によって発生し、それが吐き出されて環境中に運ばれます。これらのエアロゾルは、感染力が維持されていれば、潜在的な宿主が吸い込んで新たな感染症を引き起こす可能性があります。飛沫（100μm以上）とは対照的に、エアロゾルは空気中に何時間も留まり、吐き出した感染者から1～2m以上離れた場所まで移動し、近距離でも遠距離でも新たな感染を引き起こす。
なお文章中の括弧の数字は引用論文等を示している。
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abd9149
エアロゾル感染に影響を与える環境要因
エアロゾル中のウイルスの生存率（持続性、安定性、感染性の保持とも呼ばれる）は、回転ドラムを用いて実験的に測定するのが一般的で、静止したチャンバーに比べてエアロゾルを長く浮遊させることができる。ウイルスの崩壊は、以下のような一次速度論で表される。
C = Co × e-kt
ここで，Cは時間tにおける感染性ウイルスの濃度，Coは感染性ウイルスの初期濃度，kは不活化速度定数である（122）。不活化速度定数は、ウイルスによって異なり、温度、湿度、紫外線、ウイルスがエアロゾル化した液体の化学組成など、多くの要因に依存する（45, 46, 123）。このような依存性、特に呼吸器系の液体組成に依存するため、異なる研究結果を比較することは困難である。99.99％の不活化に必要な時間は、数時間から数ヶ月と様々である（124）。減衰速度は半減期で定量化でき、実験室で生成されたエアロゾル中のSARS-CoVとSARS-CoV-2では約1～3時間である（125-127）。
温度
エアロゾル中のウイルスの生存と感染には、温度が非常に重要である（125、128、129）。これは、ウイルスを構成するタンパク質、脂質、遺伝物質の安定性に影響を与えるためと考えられる。上気道は肺よりも数度低い温度に保たれており(130)、上気道での複製能力が高まっていることが示唆されている(131)。SARS-CoV(132)、SARS-CoV-2(133)、インフルエンザウイルス(134)は、低温でより安定しているが、これはおそらく、（アレニウス方程式に支配されるように）崩壊速度が遅くなり、エンベロープ型ウイルスのリン脂質の秩序が強くなるためである。疫学的証拠や動物実験によると、上気道に感染することが知られている呼吸器系ウイルスの感染は、低温の方が有利であることが示唆されている（128, 135）。
相対湿度
相対湿度（RH; relative humidity）は、エアロゾルの蒸発速度と平衡サイズを調整することで、エアロゾルの輸送とエアロゾルに含まれるウイルスの生存率に影響を与える（113、114、129）。呼吸器エアロゾルは、飽和環境から低いRHに移行する際に、呼吸器から周囲の空気に放出される際に蒸発する。蒸発プロセスは数秒で終わると予想される(114, 136)。低い周囲RHでは、蒸発はより迅速に起こり、より小さな平衡サイズで平衡化する(136)。80%以下のRHでは、呼吸器系エアロゾルは元のサイズの20〜40%の最終直径に達する(129)。
インフルエンザウイルス、風邪の原因となるヒトコロナウイルス、RSVなどの症例の季節性は、少なくとも部分的にはRHに起因している(134)。RHに対するウイルスの感受性は、環境中のウイルスの持続性および/または免疫防御に対するRH関連の影響によって影響を受けるかもしれない。粘膜繊毛のクリアランスは、低いRHではそれほど効率的ではない(134)。動物実験では、インフルエンザウイルスの感染は低RHで有利であることが示されている(135, 137)。しかし、2009年のパンデミックインフルエンザAウイルス(H1N1)をより生理学的に現実的な媒体で研究した結果、ウイルスは20〜100%の広いRH範囲で非常に安定して感染力を維持したと報告されている(138)。また、空気中に浮遊する11種類のウイルスのRHに対する感受性を調べた研究では、一部のRNAウイルスは低RHで最もよく生存するが、その他のウイルスは高RHでよりよく生存することがわかった(139)。液滴やエアロゾル中のRHとウイルスの生存率の関係は、ウイルスに特徴的であり、ウイルスの固有の物理化学的特性と周囲の環境の両方によって調節される(113, 129, 139)（図2）。
紫外線照射
紫外線照射は，インフルエンザウイルス(127, 140)，SARS-CoV，その他のヒトコロナウイルス(141)など，空気中に浮遊するウイルスを不活性化するための効果的な手法として古くから確立されている。培養液中のSARS-CoV-2（142）やエアロゾル中のSARS-CoV-2（47）は，地上の太陽光に含まれる波長の紫外線によって急速に不活性化される．紫外線は遺伝物質にダメージを与え、ウイルスを不活性化させる(143)。とはいえ、紫外線消毒ランプの操作時には、目や皮膚に直接触れないように注意しなければならない。
室内環境の空気の流れは、換気システムの種類（窓やドアを開けた自然換気か、送風機を使った機械換気か、あるいはそれらのハイブリッドか）、空気の流れのパターン、空気交換率、空気ろ過などの補助システムなど、換気システムの設計と運用状況によって左右される（145、148）(Figure.4) 。WHOは最近、一人当たり毎秒10リットルの換気量を推奨している（149）。また、0.3μm以上のエアロゾル粒子を99.97％以上除去できる携帯型の高効率微粒子空気（HEPA; High Efficiency Particulate Air Filter）清浄機を適切に配置することも、特に換気やユニバーサルマスキングと組み合わせることで、感染性エアロゾルの曝露を減らすのに有効である（150-152）。換気やろ過は、ウイルスを含んだエアロゾルを除去するのに役立つが、エアロゾルの拡散や吸入のリスクを減らすためには、正しく実施する必要がある（93、151）。ある研究では、エレベーター、教室、スーパーマーケットにおいて、無症候性の人によるCOVID-19の空気感染のリスクを、現場での測定と数値流体力学（CFD; computational fluid dynamics）シミュレーションを組み合わせて定量的に評価し、不適切な換気によって、他の部屋の場所よりもリスクがはるかに高いホットスポットが生じる可能性があることを示した（93）。さらに、室内での咳やくしゃみによる飛沫の飛散を防ぐために設計された物理的なプレキシガラスの障壁は、空気の流れを妨げ、さらには高濃度のエアロゾルを呼吸ゾーンに閉じ込める可能性があり、SARS-CoV-2の感染を増加させることが示されている（153）。
翻訳、一部追記。
空気感染のリスクと換気量との相関関係は、ウイルス輸送の箱型モデルとWells-Riley感染モデル(17, 64)によって評価することができる。
ここで、Pは感染確率、Nは感染確定例数、Sは感受性例数、Iは感染者数、qは量子（感染量）発生率（量子／時間）、pは感受性者の肺換気量（立方メートル／秒）、tは曝露時間（時間）、Qは室内換気量（立方メートル／秒）である。Wells-Riley法を用いたモデルを、ある合唱団の練習でCOVID-19の大規模な地域集団発生に適用したところ、症状があることがわかっている指標症例が1例あり、出席していた61人のメンバーのうち53例が感染した（二次発病率87％）。その結果、換気の悪さに加えて、混雑した会場、大きな声での発声、長時間の活動などが二次攻撃率の高さにつながったと結論づけられた（64）。合唱団の練習では、顔を合わせる機会が少なく、手指の消毒に細心の注意が払われていたため、糞便や飛沫感染による大きな影響は否定された（64）。今後は、さまざまな条件下で許容される最低限の換気量や、換気の種類が感染のリスクに及ぼす影響についての研究が必要である。
ウイルスを含んだエアロゾルの沈着
ウイルスを含んだエアロゾルを吸い込むと、宿主となる可能性のある人の気道に沈着する可能性がある。気道の解剖学的構造、呼吸パターン、気道内のエアロゾル輸送の空気力学、および吸入エアロゾルの物理化学的特性を含む多くの解剖学的、生理学的、空気力学的要因が沈着パターンに影響を与えるが、エアロゾルの大きさが沈着場所を決定する上で再び中心となる。ウイルスが感染力を維持し、適切な受容体が存在する場合には、沈着部位で感染が開始される可能性がある。
100μmまでのエアロゾルを吸入することができる。エアロゾルは、その大きさに応じて、慣性沈降、重力沈降、ブラウン拡散、静電沈降、遮断など、いくつかの重要なメカニズムのいずれかに基づいて、気道の異なる領域に沈着する(154, 155)（Figure.5A）。吸入時には、ほぼ飽和状態の気道で吸湿成長するため、吸入されたエアロゾルのサイズが大きくなることがある(156)。国際放射線防護委員会（ICRP）は、人間の肺構造に基づいて、エアロゾルの大きさの関数として沈着効率を定量化するモデルを開発した（157）（Figure.5B）。5μm以上のエアロゾルは、主に慣性による圧迫と重力による沈降により、主に鼻咽頭部に沈着する（87〜95％）（115）；5μm未満のエアロゾルもそこに沈着するが、肺のより深い部分に侵入して肺胞内腔に沈着することもある（115、157、158）。ブラウン拡散は、気管支および肺胞領域における0.1μm未満の吸入粒子の主な沈着メカニズムである（78, 116, 159）。自然な静電気を帯びたエアロゾルは、気道壁に引き寄せられる可能性がある（160）。沈着部位に細胞受容体が存在すれば、感染が開始される可能性がある。感染効率は、気道に沿った細胞受容体の分布とウイルス-宿主間の相互作用によってさらに支配される。
翻訳、一部追記。
疾患のある肺では、気道の表面構造の変化や粘液による閉塞のため、エアロゾルの沈着が正常な肺とは異なる可能性がある(161)。喘息の気道における呼吸器上皮の表面特性の変化や、慢性閉塞性肺疾患（COPD; chronic obstructive pulmonary disease）による気道狭窄は、吸入エアロゾルの気流や空気力学的挙動を変化させ、その結果、エアロゾルの沈着動態や沈着部位を変化させる（162、163）。一般にCOPD患者は健常者に比べて沈着量が多く、喘息や慢性気管支炎の患者では気管支への沈着量が多い(154)。
ウイルスは小さなエアロゾル（5μm以下）に多く含まれるため、下気道の奥深くまで移動し、沈着する可能性があります。SARS-CoV-2は、上気道に比べて下気道でのウイルス量が多く、ウイルスの残存期間も長いことが報告されている（164、165）。現在のスクリーニングでは、綿棒を使って鼻咽頭や口腔から検体を採取するのが一般的であるため、下気道で感染が始まると、患者の診断に技術的な課題が生じる。
『呼吸器系ウイルスの空気感染』Science誌より 3/5
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（Review Summaryの図）呼吸器系ウイルスの空気感染に関わる段階。
ウイルスを含んだエアロゾル（100μm未満）は、まず感染者の呼吸活動によって発生し、それが吐き出されて環境中に運ばれます。これらのエアロゾルは、感染力が維持されていれば、潜在的な宿主が吸い込んで新たな感染症を引き起こす可能性があります。飛沫（100μm以上）とは対照的に、エアロゾルは空気中に何時間も留まり、吐き出した感染者から1～2m以上離れた場所まで移動し、近距離でも遠距離でも新たな感染を引き起こす。
なお文章中の括弧の数字は引用論文等を示している。
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abd9149
環境中のウイルス入りエアロゾル
エアロゾルの物理的特性は、空気中の輸送に影響を与える。呼吸器系エアロゾルの初速度は、エアロゾルが気道内でどのように生成され、どのように放出されるかに依存する。例えば、咳をすると、話すよりも高い速度で飛沫やエアロゾルが放出される(109)。エアロゾルの輸送は、気流や環境の特性、エアロゾル自体の物理的特性の組み合わせによって制御される。エアロゾルは、慣性、ブラウン運動、重力・電気泳動・熱泳動などの外力によって流線から外れることがある。このような運動は、表面に付着することによって空気中から除去されることにもつながる。空気中のウイルスの寿命は、物理的な輸送と生物学的な不活性化の関数であり、これらは温度、湿度、紫外線（UV）などの環境因子の影響を受ける。
空気中に残る呼気エアロゾルの大きさは、蒸発、凝固、および／または沈着の結果、時間とともに変化する。水性エアロゾルからの水の蒸発は、通常、Hertz-Knudsen方程式(110)で表される。しかし、呼吸器系エアロゾルには、タンパク質、電解質、その他の生物種などの不揮発性成分が含まれているため、蒸発速度は純水よりも遅くなります（111）。蒸発の際、エアロゾルは、位相、形態、粘度、pHなどの変化を受けるが、これらはすべて、実際の呼吸器エアロゾルではなく、シミュレーションで研究されている(83, 112)。エアロゾルの物理的特性の変化は、含まれるウイルスの輸送や運命に影響を与え、それに伴うエアロゾルの化学的特性の変化は、ウイルスの生存率に影響を与える(113)。空気中のウイルスを含むエアロゾルの全体的なサイズ分布も時間とともに変化する。これは、大きなエアロゾルが地面などに沈降して優先的に除去され、分布の中央値が小さなサイズにシフトするためである(114)。
ウイルスを含んだエアロゾルの空気中での滞留時間は、その拡散範囲を決定する上で非常に重要である。他の力が働かない場合、特定サイズのエアロゾルの滞留時間は、粘性抗力と重力のバランスから生じる終末沈降速度upに関連しており、層流にさらされた小粒子に対するストークスの法則で説明されている(115, 116)
ここで、dpはエアロゾル粒子の直径、gは重力加速度、ρpはエアロゾル粒子の密度、Ccは粒子径が気体分子の平均自由行程と同程度になったときに生じる滑りによる空気抵抗の減少を考慮したカニンガム滑り補正係数、ηは空気の動的粘度である。
このようにして、特定のサイズのエアロゾルが地上に到達するまでの沈降時間は、周囲の空気が静止していると仮定して見積もることができる（図3）。静止した空気中では、5μmのエアロゾルが1.5mの高さから地面に沈むのに33分かかるのに対し、1μmのエアロゾルは12時間以上空気中に浮遊している（116）。しかし、ほとんどの現実的な環境では、周囲の気流の速度を考慮に入れる必要がある。さらに、呼吸器系のエアロゾルが吐き出されると、これらの粒子は、独自の速度と軌道を持つ呼気中の湿度の高いプルームに含まれ、これも最終的な到達可能距離と方向を決定する役割を果たす(86)。ウイルスを含んだエアロゾルの移動距離は、エアロゾルの大きさ、エアロゾルを運ぶ流れの初速、その他の環境条件（屋外の風速や、自然換気や暖房・換気・空調（HVAC）システムによって引き起こされる室内の気流など）に左右される（117、118）。呼気エアロゾルの濃度は、発生源（感染者）の近くで最も高く、呼吸プルームが周囲の空気と混ざることで距離とともに低下する（50, 119）。
翻訳、一部追記。赤文字で直径約3.6μmのエアロゾルが1時間滞留する
咳や会話の際に発生する呼気エアロゾルの軌跡と蒸発については，計算モデルを用いて研究されている（117，120）。大きな液滴はすぐに最大水平距離に達し、数メートル以内に地面や表面に落下する傾向があるが、エアロゾルは数秒から数時間にわたって浮遊し、長距離を移動し、換気の悪い空間では空気中に蓄積される(117)。ウイルスを含んだエアロゾルの流れの多相性は、特に咳のように気流の速度が速い呼気の場合、流れの力学とエアロゾルの移動距離に大きく影響する(121)。
『呼吸器系ウイルスの空気感染』Science誌より 2/5
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（Review Summaryの図）呼吸器系ウイルスの空気感染に関わる段階。
ウイルスを含んだエアロゾル（100μm未満）は、まず感染者の呼吸活動によって発生し、それが吐き出されて環境中に運ばれます。これらのエアロゾルは、感染力が維持されていれば、潜在的な宿主が吸い込んで新たな感染症を引き起こす可能性があります。飛沫（100μm以上）とは対照的に、エアロゾルは空気中に何時間も留まり、吐き出した感染者から1～2m以上離れた場所まで移動し、近距離でも遠距離でも新たな感染を引き起こす。
なお文章中の括弧の数字は引用論文等を示している。
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abd9149
ウイルスを含んだエアロゾルの生成
呼気活動は、異なるメカニズムで気道内の異なる部位からエアロゾルを生成する。呼吸、発声、咳などの動作によって発生するエアロゾルは、エアロゾルのサイズ分布や気流の速さが異なり(76, 77)、その結果、各エアロゾル粒子が運ぶウイルスの種類や負荷、空気中での滞留時間、移動距離、そして最終的にエアロゾルを吸い込んだ人の気道内の沈着部位が決定される(78)。感染者が放出するエアロゾルには、ウイルス（39, 79-81）のほか、電解質、タンパク質、界面活性剤、呼吸器表面を覆う液体中のその他の成分（82, 83）が含まれている可能性がある（Fig.2）。
エアロゾルの生成部位
呼吸器系エアロゾルは、生成される部位によって、肺胞エアロゾル、気管支エアロゾル、気管支エアロゾル、喉頭エアロゾル、口腔エアロゾルに分類される(3, 84, 85)。気管支のエアロゾルは、通常の呼吸時に形成される(3)。呼気の際に、気管支の内腔表面を覆っている液体の膜が破れ、小さなエアロゾルが発生する。このようなエアロゾルは、空気-液体または空気-粘液の界面を不安定にするせん断力によって生成される。呼吸器系の気流は、特に上気道の大きな内腔では高流速下で乱流となることが多く、気管支や細気管支では層流に移行する（76, 86-88）。喉頭のエアロゾルは、発声時の声帯の振動によって発生します(3)。声帯が重なることで液体の橋が形成され、それが呼気の際に破裂してエアロゾルとなる。一方、100μm以上の液滴は、主に口腔内の唾液から生成される（3）。エアロゾルの放出率は、歌や叫びなどの活動時の気流速度や発声量に応じて増加する(9, 89, 90)。
数とサイズの分布
呼気エアロゾルのサイズは、その運命を左右する最も影響力のある特性の1つである。なぜなら、サイズはエアロゾルの空気力学的特性だけでなく、その沈着力学や感染部位も決定するからである。呼吸器エアロゾルのサイズ分布は，1890年代から光学顕微鏡，高速度写真，さらに最近ではレーザーを用いた検出技術など，さまざまなアプローチで研究されてきた(1, 2, 91)。初期の研究では、5μm未満のエアロゾルを検出できない測定技術や分析方法が用いられていたが(1, 92)、空気力学的粒子径測定装置や走査型移動度粒子径測定装置などの現在の装置では、より小さなエアロゾルの検出が可能になっている。呼吸器系エアロゾルは、0.1μm、0.2～0.8μm、1.5～1.8μm、3.5～5.0μm付近にピークを持つマルチモーダルな粒度分布を示し、それぞれが異なる生成部位、生成プロセス、呼気活動を表している（2、8、9、85、91、93）。モードサイズが小さいほど、エアロゾルの発生源が呼吸器の奥にあることを示しています。話し声では145μm、咳では123μmを中心とした大きめのモードが、主に口腔や唇から発生している(3)。呼気エアロゾルの数は、呼吸、会話、咳などのほとんどの呼吸器活動において、5μm以下のものが多く、1μm以下のものも多く含まれています(8, 9)。全体として、会話では、100μm以上の液滴に対して100μm未満のエアロゾルが100倍から1000倍生成される(3)。
通常の呼吸では、呼気1リットルあたり最大7200個のエアロゾル粒子が放出されることが示されています(9, 93)。呼吸中に個人が排出するウイルス入りエアロゾルの数は、個人差が大きく、病期、年齢、肥満度、既往症などに左右されます(94, 95)。一般的に、小児の肺は発達途上であり、エアロゾルを形成する気管支や肺胞の数が少ないため、成人に比べてウイルスを含んだエアロゾルの排出量は少ない(96)。エアロゾルの形成に関わるプロセス、特にエアロゾルを形成するために分解する傾向に影響を与える気道を覆う液体の特性は、吐き出されるエアロゾルの数に重要な役割を果たす(94)。ある研究では、1分間の会話で少なくとも1,000個のエアロゾルが発生すると報告されている(97)。咳は短時間でより多くのエアロゾルを発生させることができるが、連続した呼吸や会話に比べて散発的であり、特に感染者には臨床症状が見られない。したがって、感染者の呼吸や会話などの継続的な発声は、頻度の低い咳よりも、ウイルスを含んだエアロゾルの総量が多くなると考えられる。
エアロゾルのウイルス含有量
エアロゾルのウイルス量は、空気感染の相対的な貢献度を決定する重要な要素である。しかし，空気中のウイルスは濃度が低く，サンプリング中に破壊されたり不活性化されたりしやすいため，空気中のウイルスをサンプリングして検出することは困難である。大気中のウイルスは，高感度の定量的ポリメラーゼ連鎖反応（qPCR）や定量的逆転写PCR（qRT-PCR）法により，ウイルスゲノムの存在を分析することが多い。しかし、遺伝物質が存在するだけでは、ウイルスが感染力を持つかどうかは分からない。ウイルスの生存率は、ゲノム物質、核タンパク質、カプシド（※脚注追記 ウイルスゲノムを取り囲むタンパク質の殻）、エンベロープ（※脚注追記 脂溶性の外膜）などの完全性と機能に依存する。空気からウイルスを培養しようとして失敗した研究もあるが、液体凝縮回収装置などのより穏やかな方法を用いることで、エアロゾル中のインフルエンザウイルスやSARS-CoV-2など、多数の生存可能な呼吸器系ウイルスを検出することができるようになった(35, 40, 98)。
呼気や室内の空気サンプルからは、アデノウイルス（29, 99）、コクサッキーウイルス（100）、インフルエンザウイルス（22, 23, 98, 101）、ライノウイルス（9, 26-28）、麻疹ウイルス（16, 17）、RSウイルス（RSV; Respiratory syncytial virus）（25, 102）、SARS-CoV（31）、MERS-CoV（32, 103）、SARS-CoV-2（34, 35, 40-44）など、多くのウイルスが分離されている（Table.1）。COVID-19患者2名がいた病室の空気中のSARS-CoV-2の濃度は、1リットルあたり6～74TCID50（1リットルあたりの組織培養感染量の中央値）であった（35）。エアロゾル粒子の異なるサイズ間でのビリオンの分布は、その生成部位、生成メカニズム、および生成部位での感染の重症度に関連しており、ウイルスごとに異なる(104)。一般的には、臨床検体（喀痰や唾液など）中のウイルス濃度は、呼吸液から発生する飛沫やエアロゾル中の濃度に直結すると考えられている。つまり、ウイルス量は飛沫やエアロゾルの初期体積に比例すると考えられている（50、55、71）。しかし，A型またはB型インフルエンザウイルス，パラインフルエンザウイルス，コロナウイルス，hRV，RSVに感染した人の呼気から採取したエアロゾルと，さまざまな環境で採取した空気をサイズごとに分けてみると，ウイルスはより小さなエアロゾルに濃縮されることがわかった（10）。インフルエンザ患者が呼吸、会話、咳をしながら採取したサンプルでは、ウイルスRNAの半分以上が4～5μm未満のエアロゾルに含まれていた（23, 104, 105）。いくつかの呼吸器系ウイルスを対象とした研究では、大きなエアロゾルよりも小さなエアロゾル（<5μm）にウイルスRNAが多く含まれていた（39）。診療所で測定した環境エアロゾル中のインフルエンザウイルスとRSVの分布を調べたところ、A型インフルエンザウイルスRNAの42％が4μm以下のエアロゾルに含まれていたが、RSVのRNAは9％しか含まれていなかった（102）。また、診療所、保育所、飛行機内のエアロゾルを採取した研究では、A型インフルエンザウイルスRNAの半数以上が2.5μm以下のエアロゾルに含まれていた(106)。ある研究では、COVID-19患者の一部は、呼気中に1時間あたり最大105～107のSARS-CoV-2ゲノムコピーを放出するが、他の患者は検出可能なウイルスを吐き出さないことがわかった(107)。生成されるエアロゾルの数とそのウイルス量の両方に大きな個人差があることが、COVID-19による感染の過分散に寄与している可能性があり、これは超拡散現象には欠かせない要素である(108)。
表の記載内容は翻訳した内容に置き換えた。
感染力のあるウイルスは小さなエアロゾルに多く含まれるが、ある数のウイルスにさらされたときの感染確率を規定する用量反応関係は、まだ明らかになっていない。感染しやすい宿主の場合、最小感染量はウイルスの種類と気道内の沈着部位によって異なるため、肺の奥深くに沈着する小さなエアロゾルを吸入すれば、感染を開始するために必要なウイルスの量は少なくて済む可能性がある。インフルエンザウイルスの研究では、ヒトの感染開始に必要な量をプラーク形成単位（PFU; plaque-forming units）で表すと、エアロゾルを吸入した場合は、鼻腔内に接種した場合の100分の1程度であることが示されている（101）。エアロゾル中のウイルス量や感染性ビリオンの分布を粒子径の関数として、様々な人や病気の段階で評価することができれば、呼吸器ウイルスの空気感染についての理解が深まると考えられる。
『呼吸器系ウイルスの空気感染』Science誌より 1/5
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（Review Summaryの図）呼吸器系ウイルスの空気感染に関わる段階。
ウイルスを含んだエアロゾル（100μm未満）は、まず感染者の呼吸活動によって発生し、それが吐き出されて環境中に運ばれます。これらのエアロゾルは、感染力が維持されていれば、潜在的な宿主が吸い込んで新たな感染症を引き起こす可能性があります。飛沫（100μm以上）とは対照的に、エアロゾルは空気中に何時間も留まり、吐き出した感染者から1～2m以上離れた場所まで移動し、近距離でも遠距離でも新たな感染を引き起こす。
なお文章中の括弧の数字は引用論文等を示している。
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abd9149
概要
COVID-19のパンデミックにより、呼吸器ウイルスの感染経路に関する従来の考え方を更新する必要性と、その理解に決定的な知識のギャップがあることが明らかになった。従来の飛沫感染や空気感染の定義は、ウイルスを含んだ呼吸器の飛沫やエアロゾルが空気中を移動して感染に至るメカニズムを説明していない。この総説では、エアロゾルによる呼吸器系ウイルスの感染について、エアロゾルの生成、輸送、沈着に関する最新の知見を紹介するとともに、感染経路として、飛沫・噴霧による沈着とエアロゾルの吸入の相対的な寄与に影響を与える要因について考察している。重症急性呼吸器症候群コロナウイルス2（SARS-CoV-2）の研究によってエアロゾル感染に関する理解が深まったことで、他の呼吸器ウイルスの主要な感染経路を再評価する必要があり、それによって空気中の感染を減らすためのより良い情報に基づいた制御が可能になると考えられる。
呼吸器系ウイルスは、感染者の咳やくしゃみから発生する大きな飛沫が、感染者の目や鼻、口などの粘膜に付着したり（飛沫感染）、感染者が触れた表面に付着して粘膜に移ったり（フォマイト感染）することで感染すると考えられてきた。これらの飛沫は、感染者から1～2メートル以内の地面に落ちると考えられており、多くの公衆衛生機関が呼吸器系ウイルスに感染した人からの安全な距離を推奨する際の重要な前提となっている。一方、あまり一般的ではないと考えられている空気感染は、感染性のエアロゾルや「液滴核」（空気中で蒸発した液滴）を吸い込むことを指し、その大きさは5μm以下で、感染者から1～2m以上離れた場所を移動すると定義されている。エアロゾルとは、液体、固体、半固体の微小な粒子で、空気中に浮遊しているような状態のものをいう。呼吸器系のエアロゾルは、健康な人でも呼吸器系の感染症にかかっている人でも、呼吸、会話、歌、叫び、咳、くしゃみなど、すべての呼気活動で発生する(1-4)。
これまでの空気感染の定義では、エアロゾルが感染者の至近距離で吸入される可能性も無視されており、吐いたエアロゾルは吐いた人に近いほど濃度が高くなるため、暴露の可能性が高くなる。また、エアロゾルと液滴の大きさの違いは、従来の5μmではなく、空気力学的な挙動で区別するため、最近では100μmに更新することが提案されている（5-7）。具体的には、100μmは、静止した空気中に5秒以上浮遊し（1.5mの高さから）、感染者から1m以上離れて移動し、吸い込むことができる最大の粒子を表す。感染者が咳やくしゃみをしたときに発生する飛沫は、0.5m以下の近距離でも感染を伝える可能性があるが、会話などの呼気活動によって発生するエアロゾルの数やウイルス量は、飛沫に比べてはるかに多くなる(8-10)。エアロゾルは、空気中に滞留したり、換気の悪い空間に蓄積したり、近距離でも遠距離でも吸入されたりするのに十分な大きさであるため、現在の呼吸器疾患対策プロトコルにエアロゾル対策を盛り込むことが急務となっている。COVID-19のパンデミックでは、主に飛沫や糞尿による感染を防ぐことに重点が置かれてきたが、空気感染ルートを防ぐための対策を追加するには、より多くの証拠が必要だった。
呼吸器系疾患の蔓延において、異なる感染様式の相対的な重要性をめぐる議論は、何世紀にもわたって行われてきた。20世紀以前は、呼吸器系の感染症は、感染者が放出する「疫病粒子」によって広がると考えられていた（11、12）。1900年代初頭、チャールズ・チャピンは、呼吸器疾患の主な感染経路は接触であり、飛沫感染は接触感染の延長線上にあると主張し、空気感染に関するこのような考え方を否定した（13）。Chapinは、空気による感染に言及すると、人々が怖がって行動しなくなり、衛生習慣が失われることを懸念した。Chapinは、近距離での感染を飛沫感染と同一視し、エアロゾル感染が近距離でも起こるという事実を無視していた。この根拠のない仮定が疫学研究で広まり(14)、それ以来、呼吸器系ウイルスの感染を抑制するための緩和策は、飛沫や媒介物による感染を制限することに重点が置かれるようになった(15)。これらの戦略の中には、エアロゾル感染の抑制にも部分的に有効なものがあり、その有効性が飛沫感染を証明するものであるという誤った結論に至っている。
飛沫感染が主流であると考えられているが、多くの呼吸器ウイルスの空気感染を裏付ける確かな証拠がある。ヒトライノウイルス（hRV）（9, 26-28）、アデノウイルス、エンテロウイルス（29）、重症急性呼吸器症候群コロナウイルス（SARS-CoV）（30, 31）、中東呼吸器症候群コロナウイルス（MERS-CoV）（32）、SARS-CoV-2（33-36）など、多くの呼吸器ウイルスが空気感染する（Table.1）。A型インフルエンザウイルスは、家庭内での感染を対象としたある研究では、空気感染が感染の約半分を占めると推定されている（20）。ライノウイルスの感染に関するヒトチャレンジ研究では、エアロゾルが主要な感染様式である可能性が高いと結論づけられている（26）。ハムスターやフェレットのSARS-CoV-2感染症は、直接接触や飛沫感染による影響を排除するように設計された実験構成において、空気を介して感染することが示されている（33、37、38）。インフルエンザウイルス，パラインフルエンザウイルス，RSV，ヒトメタニューモウイルス，hRVに感染した際の呼吸器排出物を分析したところ，さまざまなサイズのエアロゾル中にウイルスゲノムが存在していることが明らかになった。SARS-CoV-2のRNAが検出され、0.25～4μm以上のエアロゾルから感染性ウイルスが回収されている（34, 35, 40-44）。インフルエンザウイルスのRNAも、感染者から吐き出された微細なエアロゾル（5μm以下）と粗いエアロゾル（5μm以上）の両方で検出されており、微細なエアロゾル粒子に含まれるウイルスRNAの方が多いことがわかっている（23）。実験室での研究によると、エアロゾル化したSARS-CoV-2の半減期は約1～3時間であることが分かっている（45-47）。世界保健機関（WHO）と米国疾病予防管理センター（CDC）は、2021年4月と5月にそれぞれ、ウイルスを含んだエアロゾルの吸入が、近距離と遠距離の両方でSARS-CoV-2を拡散させる主要なモードであることを公式に認めた（48、49）。
表の記載内容は翻訳した内容に置き換えた。
呼吸器系病原体の曝露に関する数学的モデリングによると、感染者から2m以内のほとんどの距離では、感染は短距離エアロゾルの吸入によって支配され、会話時には0.2m以内、咳時には0.5m以内にいる場合にのみ飛沫が支配的となる(50)。麻疹ウイルス(16-18)や結核菌(51,52)の感染は、これまで飛沫のみが原因とされてきたが、近距離でのエアロゾルによる感染も含まれているという逸話がある。これまで飛沫感染とされてきた呼吸器系疾患の多くは、空気感染が重要であるか、あるいは支配的であると考えられるため、さらなる研究が必要である。
COVID-19のパンデミックの初期には、麻疹に比べて比較的低い基本再生産数（R0）を根拠に、飛沫や付着物が主な感染経路であると考えられていた（53-55）（表1）。R0とは、均一な感受性を持つ集団において、一次感染者が引き起こす二次感染の平均数である。この議論は、空気感染する病気はすべて感染力が強いに違いないという長年の信念の上に成り立っている。しかし、空気感染する病気のR0値は様々であり、その平均値は様々な要因によって変化するため、科学的根拠はない。例えば、結核（R0、0.26～4.3）は空気感染する偏性の細菌感染症ですが(56)、COVID-19（R0、1.4～8.9）よりも伝達性が低いとされている(57-59)。空気感染に影響を与える要因としては、大きさの異なる呼吸器粒子中のウイルス量、エアロゾル中のウイルスの安定性、各ウイルスの用量反応関係（特定の暴露経路で一定数のウイルスに暴露した場合の感染確率）などが挙げられる。さらに、R0は平均値であり、COVID-19は大きく過剰分散しているため、ある条件の下では感染力が強いことを意味しうる。疫学調査によると、SARS-CoV-2の場合、10～20％の感染者がその後の感染者の80～90％を占めることがわかっており、二次感染率（曝露した人が感染する割合）の不均一性が浮き彫りになっている（60～63）。
COVID-19に関する研究が進んでいることから、SARS-CoV-2の感染経路は空気感染が圧倒的に多いことが証明されている。この感染経路は、特定の環境条件、特に換気の悪い屋内環境で優勢である（6, 34, 35, 41, 42, 45, 50, 64-68）。これは、換気の影響を受けるのは大きな飛沫や表面ではなくエアロゾルだけであることから、エアロゾルのみが関係しているという観察結果である。さらに、屋内と屋外の感染率の顕著な違いは、空気感染でしか説明できない。なぜなら、換気ではなく重力沈降の影響を受ける大きな飛沫は、どちらの環境でも同じように振る舞うからである(69)。疫学的分析、気流モデルのシミュレーション、トレーサー実験、レストラン（36）、食肉加工工場（70）、クルーズ船（71）、合唱団のリハーサルでの歌唱中（64）、教会での長距離感染（72）などの様々な組み合わせにより、浮遊物や飛沫よりもエアロゾルが最も可能性の高い感染経路であることが示唆されている。これらのイベントに参加したほとんどの人が、同じ汚染された表面に触れたり、感染者の咳やくしゃみから発生した飛沫を至近距離で浴びたりして、感染を引き起こすのに十分なウイルス量に遭遇する可能性は極めて低い。しかし、これらの屋内イベントに参加するすべての人に共通しているのは、同じ部屋で共有された空気を吸い込んでいることである。スーパースプレッディングイベントに共通するのは、屋内であること、人ごみであること、曝露時間が1時間以上であること、換気が悪いこと、声を出すこと、適切なマスクを着用していないことなどである(36)。飛沫感染は、0.2メートル以内の距離で会話をしている場合にのみ支配的であり（50）、SARS-CoV-2が汚染された表面を介して感染する可能性は低い（73-75）ことを考えると、超拡大現象はエアロゾルを感染経路に含めなければ説明できない。
呼吸器系ウイルスの空気感染を防ぐための効果的な指針や政策を確立するには、そのメカニズムをより深く理解することが重要である。空気感染が起こるためには、エアロゾルが生成され、空気中を輸送され、感受性の高い宿主に吸入され、気道に沈着して感染が開始される必要がある。ウイルスは、これらの過程で感染力を維持しなければならない。この総説では、ウイルスを含んだエアロゾルの生成、輸送、沈着に関わるプロセスと、これらのプロセスに影響を与える重要なパラメータについて説明し、効果的な感染制御対策を考える上で重要な情報を提供する（図1）。
図の記載内容は翻訳した内容に置き換えた。
