専門家は、COVID-19によって世界で900万～1,800万人が命を落とすと予測している。
また、生計、メンタルヘルス、教育にも壊滅的な打撃を与えている。
パンデミックは今後何年にもわたって人類に影響を及ぼす可能性が高いため、現在および将来のすべての変異株に有効なユニバーサルワクチン（一つで全てに効くもの）は、画期的な成果となりうる。
実現は困難かもしれないが、多くの科学者はそれが可能だと考えている。
本稿では、ワクチン開発の専門家による直接的な見解を掲載している。
SARS-CoV-2（COVID-19の原因となるウイルス）は、世界を一変させた。専門家は、このウイルスにより命を落とす人の数が世界で900万～1,800万人に上る。これに加え、無数の人々の生計、メンタルヘルス、教育も破壊している。ワクチン開発が驚異的な速さで進んだにもかかわらず、パンデミックは今後も長年にわたり甚大な被害をもたらす可能性が高い。これは、新たな変異株の出現によって悪化しており、これらは世界中で広がり、ワクチン接種や今後の治療の成功に深刻な脅威をもたらしている。
SARS-CoV-2の今後の動向を予測するのは難しい。多くの科学者は、同ウイルスが世界各地で局所的に流行を続け、インフルエンザと同様に風土病（エンデミック）化すると考えている。この状況では、感染者数はおおむね一定に保たれ、時折、パンデミックへ発展する危険のある流行の再燃が起きる。世界中の人々がどれだけ広くワクチン接種を受けられるか、そして免疫がどれだけ続くかは、自然感染後またはワクチン接種後にどれだけ続くかによって大きく左右される。
長期的には、最善の解決策はユニバーサルワクチンを開発することである。それは、コロナウイルスの現在のすべての変異株と、将来出現するその他のウイルスからも防御するものだ。これがなければ、世界は再発するパンデミックの危険を冒し続けることになる。
ユニバーサルインフルエンザワクチンの開発に関して直面してきた困難を考えると、これは高い目標に思えるかもしれない。しかし、多くの科学者はそれが可能だと考えている。その根拠は、SARS-CoV-2ワクチンが急速に開発されたことである。
COVID-19は実際、第3の主要な感染症の発生であり、過去20年間に新たなコロナウイルスが動物からヒトへ伝播して引き起こされたものだ。他の2つはSARSとMERSである。
パンコロナウイルスワクチンがどこまで進展しているかを把握するため、私たちはこの分野の主要な専門家数名に話を聞いた。私たちは両者ともこの分野の専門家だが、アプローチの仕方は非常に異なる――ララ・マークスは、バイオテクノロジーとワクチンに関心を持つ医学史家であり、一方、アンクル・ムトレジャは感染症の発生追跡や感染症ワクチン開発の経験を持つ。私たちの対話からは、有望なワクチン候補が将来現れそうだ――12か月以内にヒトへの使用に向けて開発される可能性さえある。
「聖杯」
私たちが最初に話を聞いた人物の一人はリチャード・ハッチェット、感染症対策イノベーション連合（CEPI）のCEOである。2017年に設立されたCEPIは、官民、慈善団体、市民社会組織によるグローバルなパートナーシップであり、新興感染症に対するワクチン開発を100日以内に短縮することを目指している。これは、最初のCOVID-19ワクチンで実現した期間の3分の1に当たる。
すべての国によるワクチンへの公平なアクセスを見据え、2021年3月、CEPIは資金を調達し、35億米ドルを投資することを発表した。これは、パンデミックへの世界的な備えを強化するためのワクチン研究開発への投資であり、そのうち2億米ドルは、ユニバーサルコロナウイルスワクチンの開発のために確保された。このようなワクチンは、変異株にかかわらず、幅広いコロナウイルスに対する防御をもたらすだろう。これにより、ワクチンを定期的に改良する必要性が減る。
ハッチェットはこれらのワクチンを「聖杯」と表現した。しかし、そのためには何年もの投資が必要かもしれないと主張した。彼はこう述べた。「木を育てたいなら、最善の方法は20年前に植えておくことだった。もしそうしていなかったとしても、次善の策は今日植えることだ。」
SARS-CoV-2に今後対処するうえで最善のワクチンは何かと問われると、ハッチェットは次のように答えた：
「実のところ、まだ具体的にはわかっていない。当然ながら、これはこのウイルスとの本当の初めての取り組みであり、時間とともにそれが拡大し展開していく様子を私たちは見てきた……。現在もこれについてデータを集め、経験を積んでいるところだ。現時点で私たちが知っていること、そして知りうることについて、謙虚さを持つ必要があると思う。ただ、警戒を怠ってはならない。」
なぜSARS-CoV-2は変異するのか？
インタビューした科学者の中で、SARS-CoV-2が変異していることに驚いた者はいなかった。すべてのウイルスは変異する。ウイルスの複製機構は完璧ではないため、ランダムな遺伝的変化を起こすことが多い。これは「伝言ゲーム」に似ており、子どもたちが聞いたと思ったことを繰り返す過程で途中の間違いが積み重なり、最終的なメッセージが元のものとは大きく異なってしまうようなものだ。ウイルスが一つ以上の変異を獲得すると、それは元のウイルスの「変異株」とみなされる。
変異のプロセスは、ウイルスが宿主の免疫系、ワクチン接種、薬物治療、そして自然界での競争からの攻撃に適応し、生き延びる助けとなる。ウイルスは、こうした圧力の下でより速く変化する。
科学者たちは、パンデミックの開始以来、SARS-CoV-2の遺伝的変異を監視してきた。彼らは、患者の検体から採取したウイルスの全RNA（ゲノム）を解読することでこれを行っている。ゲノムとは、生物が機能し繁栄するために必要な遺伝情報の完全な集合である。
中国の科学者たちは、武漢で原因不明の肺炎により最初の患者が入院してからわずか1週間後に、最初のSARS-CoV-2ゲノムの配列を解読した。2020年1月5日に最初に作成されたこの配列から、このウイルスは、重症呼吸器疾患SARSの流行を引き起こしたヒトコロナウイルスであるSARS-CoV-1に近縁であることが判明した。SARSは2002年に中国で初めて出現し、その後多くの他国へ広がった。このゲノムはまた、コウモリで見つかったSARS様コロナウイルスに似ていた。
一本鎖RNAから構成されるSARS-CoV-2ゲノムは、既知のRNAウイルスの中で最長のゲノムであることが判明した。配列解読により、科学者たちは素早く、スパイクタンパク質の情報を担う遺伝子を特定することができた。スパイクタンパク質は、ウイルスがヒトの細胞に侵入するのを助ける部分である。これはCOVID-19ワクチン開発における重要な標的となった。
SARS-CoV-2の初期のゲノム配列データは、インフルエンザの原因ウイルスの半分、HIVの原因ウイルスの4分の1と、他のほとんどのRNAウイルスよりも遅いことを示唆していた。しかし、その変異速度は加速しており、時間とともに感染させてきた大規模な人口と選択圧に後押しされてきた。
すべての変異が悪い知らせというわけではない。場合によっては、変異によってウイルスが弱体化し、その変異株が跡形もなく消えることもある。しかし他の場合には、ウイルスがより容易に宿主の細胞に侵入したり、免疫系をより効果的に回避したりできるようになり、ウイルスの予防と治療をより困難にすることがある。
これまでに、SARS-CoV-2の5つの新たな懸念される変異株が出現している。最初の（アルファ）株は2020年9月にイングランド南東部で検出された。その後まもなく、南アフリカ（ベータ株）、ブラジル（ガンマ株）、インド（デルタ株）、ペルー（ラムダ株）でも発見された。これら新たな変異株が懸念されるのは、より感染力が強いことであり、そのためより速く広がるようになり、再感染や感染者数の再増加の可能性が高まる。今日存在するSARS-CoV-2ウイルスはすべて元のウイルスの変異体であり、新たな変異株は今後も出現し続けるだろう。
予備的研究では示唆されている。第一世代のワクチンは、新たな変異株に対してある程度の防御効果があり、重症疾患や入院の抑制に役立つ。ただし、ウイルスがさらに変異し、ワクチン接種または自然感染によって人々が得た免疫が衰えるにつれ、これらのワクチンは時間とともに効果が低下する可能性が高い。
弱点を探す
ユニバーサルコロナウイルスワクチンに関する究極の問いは、ハッチェットによれば、「コロナウイルス科全体で保存されており、それに対して効果的に身を守る免疫反応を発達させることができる弱点があるかどうか」である。
ユニバーサルワクチン作成における重要な課題は、ワクチンがどの程度の広範な防御を提供すべきかという点である。この点は、アンドリュー・ワード（スクリプス研究所、カリフォルニア州）も私たちに指摘した。彼は次のように述べた：
「SARS-CoV-2とその変異株を対象とすべきか？ SARS-1とSARS-2を対象とすべきか？ すべてのサルベコウイルス［SARS-CoV-1と2が代表的なメンバーであるSARSウイルスのサブグループ］、あるいはSARS様ウイルスを対象とすべきか？ それは分かっていない。SARSウイルスはコウモリやセンザンコウに存在することが知られているが、現在ほど大きな問題になったことは一度もなかった。しかし、それが本当に問題でないなら、私たちはそれを追うべきか、また先んじてワクチン接種プログラムを展開し、人々にワクチン接種を行うか、ワクチンを備蓄すべきか、という類のものだ。」
ユニバーサルワクチンの作成そのものが非常に困難である。例えば、科学者たちは何年も試みてきたが、インフルエンザのユニバーサルワクチン開発にはまだ成功していない。HIVに対するものも、まだ作成できていない。その理由の一部は、これらのウイルスに見られる表面タンパク質が頻繁に外観を変えることにある。このため、私たちの免疫系がウイルスを認識しにくくなっている。
しかし科学者たちは近年、インフルエンザやHIVを引き起こすウイルスと免疫系との相互作用の理解において、大きな前進を遂げている。彼らは現在、この知見を活用して、コロナウイルスのためのユニバーサルワクチンの開発に取り組んでおり、コロナウイルスはそれほど速くは変化しない。
ワクチン革新の長い歴史
ユニバーサルコロナウイルスワクチンに対する楽観的な見方の理由の一つは、SARS-CoV-2ワクチンの成功した開発である。記録的な速さで作られたこのワクチンの基盤は、何年も前に築かれていた。1980年代まで、ほとんどのワクチンは、ウイルスや細菌を、もはや危険でないように改変することで開発されていた。これは、病原体を弱毒化または不活化して、免疫反応を刺激するために安全に注射できるようにすることで達成された。麻疹、ポリオ、狂犬病、水痘など多くの病気の予防に非常に効果的だったが、このアプローチはすべての病気で有効とは証明されなかった。
1980年代までに、ワクチン生産はバイオテクノロジーの出現に助けられ、変革の転換点に立っていた。これが最初に成功裏に応用されたのは、B型肝炎に対するワクチンの開発であった。B型肝炎は世界中で結核、HIV、マラリアよりも多くの死を引き起こしていると推定されている。
最初のB型肝炎ワクチンは、メルク社のモーリス・ヒルマンによって開発された。1981年に承認されたそれは、がんを防ぐ最初のワクチンであった。慢性B型肝炎は肝臓がんの主要な原因である。実際、それはヒトに対する発がん物質としてタバコに次ぐ位置にある。B型肝炎ワクチンの斬新だった点は、研究室で増殖させるのが難しいB型肝炎ウイルス全体を使う代わりに、ウイルスの外殻の表面粒子のみを用いたことである。これはワクチン技術における大きな躍進であった。
ウイルス粒子を用いるもう一つのワクチンは、子宮頸がんを引き起こすヒトパピローマウイルス（HPV）に対するものである。この病気は世界で毎年26万人の女性の命を奪っている。2005年に初めて承認されたHPVワクチンは、開発に何年もかかった。このワクチンは、実際のHPV 4種類の外殻に似た微小なタンパク質で構成されており、酵母で産生される。
合成ワクチン
ワクチン技術は、2009年1月から19か月間世界を席巻した豚インフルエンザのパンデミックの発生に続いて、さらなる革命を遂げた。このパンデミックにより、世界で151,700人から575,400人の人々が死亡した。H1N1インフルエンザウイルスによるこの事態は、パンデミックがどれほど速く発生し、どれほどの混乱をもたらしうるかを改めて示す重要な教訓であった。また、パンデミックに対抗するために数億回分の承認済みワクチンを開発した企業にとっても、教訓となった。わずか6か月以内という歴史的記録を達成したものの、十分な速さではなかった。その時点で、感染のピークはすでに過ぎていた。
遅延の一部は、卵または培養された哺乳類細胞で十分な量のウイルスを増殖させるのに時間がかかったことによる。遺伝子工学を用いてウイルスを製造する別の方法ははるかに速かったが、規制上の障壁に阻まれた。将来のパンデミックに備えてワクチンの供給を加速させることを決意した専門家たちは、2011年から、ゲノム学の進歩と電子配列データのオープンな共有を活用する新たな戦略を導入した。この戦略は、遺伝子を合成する新たな能力と組み合わされ、これらのツールにより科学者たちは、ウイルスからゲノムセグメントを設計し、実際のウイルスが侵入した場合にそれを認識して標的とするよう体を訓練するためのワクチンを準備する力を得た。
重要な点として、新しい合成アプローチにより、ワクチン開発は、ウイルスを異なる拠点間で分離・輸送し、大規模に培養するという時間のかかるプロセスから脱却した。必要なのは、インターネットから関連する配列データをダウンロードし、適切な遺伝子を合成して、ワクチン開発を始めるための関連ウイルス成分を生成することだけであった。新たな方法がもたらした利点は、速さだけではなかった。それは、ワクチン製造に関わる潜在的なバイオハザードのリスクを低減させたことである。
ワクチン試験プロセスの効率化にも注意が払われた。通常、ワクチン開発の中で最も遅い部分であり、このような試験は完了までに数年かかることが多い。まず動物で試験が行われ、ワクチン候補の安全性、誘導される免疫反応の強さ、防御効果が評価される。これが完了すると、ヒトでの試験が行われる。
ヒトを対象とした臨床試験は3段階で実施され、各段階で被験者数が増え、費用もかさむ。必要な時間を短縮し費用を削減する一つの方法は、新しいバイオマーカーを活用することだった。これらは、正常な過程と病理学的過程の両方、さらには薬剤への反応を測定する手段を提供した。このようなバイオマーカーは、臨床試験プロセスのずっと早い段階で、候補の毒性と有効性を判断することを可能にし、安全性を損なうことなく、複数の試験を並行して実施できるようにした。
2011年、ノバルティス社、シンセティック・ジェノミクス社、およびクレイグ・ベンター研究所（非営利の研究機関）の科学者グループは、ワクチン候補を数日のうちに開発できることを実証した。
このアプローチが初めて実際に試されたのは2013年3月で、中国の保健当局が新型の鳥インフルエンザに3人が感染したと報告した時である。ウイルスのゲノム配列を入手してからわずか1週間で、リノ・ラッポリが率いるノバルティスのチームは、完全合成RNAベースのワクチンを作成し、前臨床試験に向けて準備した。これは安全性が確認され、良好な免疫反応を引き起こした。
ラッポリ氏が「アナログワクチン」から「デジタルワクチン」への転換と呼ぶこの流れを示した2013年の研究は、2020年3月11日にCOVID-19がパンデミックと宣言された際の雛形を提供した。モデルナが開発したCOVID-19ワクチン候補の最初の投与量は、2020年3月16日までに第I相のヒト試験の準備が整っていた。その後、多くの他のワクチン候補が次々と開発パイプラインに入った。
新たな知見
最初のCOVID-19ワクチンの前進を後押ししたもう一つの要因は、ウイルス表面のタンパク質とそれに結合する抗体の原子構造に関する知識の爆発的な増加であった。ワード氏によれば、これは、彼が「HIVやその他の病原体への扉を開いた」と述べるクライオ電子顕微鏡の進歩によって大きく助けられた。この技術を用いて、ワードと同僚らは発見したのは、コロナウイルスがスパイクタンパク質の先端にある「S-2P」と呼ばれる小さなアミノ酸のループの助けを借りて、ヒト細胞に侵入し融合することである。これはCOVID-19ワクチンを作成するための重要な基盤を築いた。
広範中和抗体（bNAb）の発見も、もう一つの重要な進展であった。これは1990年代初頭にHIV-1感染者の血清から初めて単離されたもので、これらの抗体は数年の感染後にのみ一部の人に現れる。このような抗体の利点は、ウイルスの複数の多様な株を一挙に中和できる点にある。
bNAbの発見は、ワクチン設計に決定的に新たな道を開いた。特に、インフルエンザのユニバーサルワクチンを作成する可能性や、変異が非常に速いため、これまで作成が困難であったHIVのワクチンの可能性を示した。COVID-19が発生する前に、いくつかのグループは既にこの分野で進展を遂げており、それらをすぐにコロナウイルスへと振り向けた。彼らの目標は、コロナウイルスのスパイクタンパク質上にある受容体結合ドメイン（RBD）を標的とするbNAbの産生を刺激するワクチンを作成することだった。
私たちに概要を示されたアプローチの一つは、バートン・ヘインズ（デューク大学の免疫学者）によるもので、複数のコロナウイルス由来のRBDの小片をタンパク質ナノ粒子に結合させ、ワクチン候補として用いるというものである。有望なことに、その効果はサルにおいて、SARS-CoV-2とその懸念される新たな変異株だけでなく、SARS-CoV-1や、将来ヒトに伝播する可能性のあるコウモリのコロナウイルス群をも阻止することが示された。
別の潜在的なワクチンについては、私たちに説明してくれたのはパメラ・ビョルクマン、構造免疫学者で、所属はCaltech。このチームは、2016年にオックスフォード大学で最初に考案されたウイルス粒子プラットフォームに基づいてこれを開発しました。彼女は次のように述べています:
「私の研究室は実際に構造生物学を行っています。つまり、免疫系の標的の3D構造を調べており、それらは通常、ウイルスから突き出ているスパイクです。コロナウイルスには有名なスパイクがあり、HIVやインフルエンザにもあります。
[ワクチンのために]私たちが取り組んできたことの一つは、ナノ粒子を作ることです。これは、小さなサッカーボールのような小さなものです。そして、オックスフォード大学で開発された非常に簡単な技術を使って、スパイクの断片をそれに付着させます。」
このワクチンは、ナノ粒子の足場に結合した小さなタンパク質に、さまざまな動物のコロナウイルス由来の多様なRBD断片を移植して提示します。マウスでの試験では、示されましたワクチン1回の接種で、ワクチン設計に含まれていないものを含め、複数のヒトおよび動物のコロナウイルスを中和できることが
比較病理学者で、ケンブリッジ大学のジョナサン・ヒーニーへのインタビューによると、彼のグループも有望な広範囲カバーのコロナウイルスワクチンを開発しています。ウイルスの構造を詳細にスクリーニングした結果、従来のワクチンプラットフォームや最新のmRNAワクチン技術に組み込むためのDNAコンストラクトを合成しました。
このベクターは、時に生命を脅かすこともある意図しない過剰炎症反応を引き起こさないよう特別に設計されています。動物実験では、彼らの候補ワクチンは防御効果を示しました。これは、SARS-CoV-1、SARS-CoV-2、および多くのコウモリコロナウイルスを含むサルベコウイルス属の様々なウイルスに対するものです。
提示された3つのアプローチはいずれも、まだヒトでの試験は行われていません。ケンブリッジ大学のものは秋にフェーズ1試験に入る予定で、デューク大学のものもその節目に近づいています。ケンブリッジ大学とCaltechの候補はいずれも、熱に安定した凍結乾燥粉末として製造できるという利点があります。これにより、現在のmRNAワクチン(モデルナおよびファイザー)よりも保管と流通がはるかに容易になります。また、製造コストも大幅に下がり、これは世界中で公平なワクチン供給を確保し、パンデミックを収束させるために不可欠です。
新たなパンデミック
科学者たちは1年以内にパンコロナウイルスワクチンを開発するツールを持っていますが、その開発が物語の終わりを意味するわけではありません。人口密度の増加、人の移動、生態系の変化により、世界は今後も新たなパンデミックの脅威に直面し続けるでしょう。
この課題に対応するには、COVID-19パンデミックの終息後も長期にわたり、ワクチン開発への継続的な投資に加え、高度な感染症発生への警戒、政治的意思、国際協力が必要です。WHOは2020年9月に次のように述べています。「世界的なパンデミックを終息させるには、世界全体の努力が必要です。全員が安全になるまで、私たちの誰も安全ではありません」。
ワクチンへのアクセスは、パンデミックと闘うために必要なものの一つにすぎません。SARS-CoV-2が私たちに教えてくれたのは、新たに出現する脅威を迅速に検知するため、現場での最前線のゲノムシーケンシングが重要であるということです。ハッチェット氏が主張するように、世界への感染症およびパンデミックのリスクを根本的に低減する鍵は、「より早い検知、より早いシーケンシング、そしてより早く、より適切に調整された公衆衛生対応」にあります。
