Loading article…
ジアルジア・デュオデナリス（Giardia duodenalis）は、ジアルジア属の鞭毛を持つ寄生性原虫で、小腸に定着し、ジアルジア症として知られる下痢を引き起こします。 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]この寄生虫は腹側円盤（別名：粘着円盤または吸盤）によって腸上皮に付着し、二分裂によって増殖します。 [ 4 ] [ 5 ] G. duodenalisは非侵襲性の寄生虫で、消化管の他の部分には広がらず小腸の内腔に留まります。 [ 6 ] [ 7 ]この寄生虫は栄養体と嚢子の2 つの形態で存在します。この微生物は嚢胞化を起こし、宿主の外で生存できる休眠嚢胞に変化する。 [ 8 ]ジアルジアの栄養体は嫌気性で、腸管腔から栄養を吸収する。この生物を染色すると、特徴的な模様が馴染みのある「スマイリーフェイス」のシンボルに似ている。 [ 9 ]
ヒトへの感染の主な経路としては、未処理の飲料水の摂取（この寄生虫の最も一般的な感染経路）[ 3 ] 、人間の糞便で汚染された食品、土壌、下水などが挙げられ、これは多くの発展途上国で特によく見られる現象である。[ 10 ] [ 3 ]また、集約的な放牧が行われている流域では、自然水の汚染も発生する。
ジアルジア感染症は世界中で発生しています。保育園の子供、ハイカー、免疫不全患者の間で最もよく見られる腸内寄生虫です。米国では年間約20,000件の症例が報告されています。[ 11 ]
ジアルジア症に感染した人のほぼ半数は無症状のままです。症状が現れる場合、通常は感染後1～2週間で症状が現れます。一般的な症状には、腹痛、吐き気、腹部膨満感、そして大きくて水っぽく、悪臭を放ち、脂っぽい便などがあります。頻繁な軟便のため、ジアルジア症患者は脱水症状を起こすことがよくあります。[ 12 ]また、 G. intestinalisは腸上皮を損傷し、栄養吸収に直接影響を与えることも示されています。 [ 5 ]重症の場合、ジアルジア症は慢性下痢、慢性疲労症候群、小児の認知障害につながる可能性があります。[ 13 ]
G. duodenalis は、ライフサイクル中に形態的に異なる 2 つの形態をとります。栄養体は寄生虫の複製段階であり、洋ナシ型で運動性のある鞭毛を持つ細胞で、宿主の小腸内でのみ生存します。[ 14 ]栄養体は宿主細胞に侵入せず、腸上皮細胞に付着して感染を確立します。嚢子は寄生虫の環境的に安定した段階であり、宿主間の伝播を促進します。[ 8 ]
宿主における感染プロセスは、嚢子の摂取から始まり、嚢子は胃を通過して小腸の最初の部分、すなわち十二指腸へと移動します。消化酵素と酸性pHにさらされると脱嚢が誘発され、嚢子から栄養体が放出されます。[ 8 ]栄養体は腸粘液の中を泳ぎ、最終的に腹側の円盤を使って腸上皮に付着します。[ 15 ] [ 14 ]付着した栄養体はその後、摂食し、二分裂によって分裂し、病気を引き起こします。栄養体は宿主の上皮細胞に構造的および機能的な損傷を与え、腸の栄養素を効果的に吸収する能力を損ないます。[ 16 ]一部の栄養体は、生物密度が高いなどの特定の条件下で嚢子に分化します。[ 8 ]栄養体が腸管腔を通って大腸へ移動すると、アルカリ性の環境と膵臓プロテアーゼの存在によって嚢胞形成が引き起こされる。栄養体は嚢胞形成によって嚢胞へと発達し、その過程には嚢胞壁の形成を促進する特殊な小胞（ESV）が関与する。[ 16 ]
嚢子と栄養体は宿主の大腸を通過し、糞便中に排出される。[ 14 ]栄養体は宿主の外では生存できないが、嚢子は外部環境で数ヶ月間生存できる。[ 17 ]嚢子は宿主動物に摂取されるまで休眠状態にある。新たな潜在的な宿主がこの糞便で汚染された水や食物を摂取すると、嚢子は新たな宿主の消化管に入り込み、サイクルが繰り返される。[ 18 ]
栄養体は、2つの核と4対の鞭毛を持つ複雑な構造をしており、宿主の腸管腔内を泳ぐことができる。また、腹面には寄生虫が腸上皮に付着するための付着円盤がある。付着円盤は微小管で構成されており、ジアルジアにのみ見られる。この寄生虫はゴルジ体とミトコンドリアを欠いているが、ミトコンドリアから進化したと考えられるミトソームを持っている。[ 19 ]ミトソームは二重膜の細胞小器官であり、ATP合成や脂質代謝などの古典的なミトコンドリア機能に必要な酵素成分を欠いている。しかし、鉄硫黄複合体生合成に関連する特定のミトコンドリア遺伝子を含んでいることから、この生物は進化の過程でミトコンドリアを失ったと考えられる。[ 16 ]
嚢胞には、4 つの核、軸糸、中央体、および硬い嚢胞壁が含まれています。さらに、嚢胞の細胞質内には接着円盤の断片が含まれています。[ 8 ] [ 16 ] 2 層の嚢胞壁は、化学処理などのさまざまな環境条件から寄生虫を保護します。嚢胞の代謝活動は栄養体の代謝活動に比べて著しく低いため、寄生虫は寒冷環境などの過酷な条件下でより長く生存することができます。[ 8 ]
ジアルジア・デュオデナリスは、ジアルジア症と呼ばれる感染症を引き起こします。この病気は世界中で風土病および流行病の原因となっており、米国とカナダで最も頻繁に確認される腸内寄生虫です。 感染者は1日に100万個から10億個の嚢子を排出し、感染に必要な量はわずか10個の嚢子です。 このため、ジアルジアは非常に感染力が強いと言えます。
毎年世界中で2億8000万人以上が感染し[ 20 ]、 50万人以上が死亡すると推定されている。最も影響を受けるのは0歳から4歳までの子供である。世界的に、G. duodenalisは最も一般的に確認されている原虫性腸内寄生虫である[ 21 ] 。ジアルジアの感染率の分布には季節的なパターンがあり、晩夏から初秋にかけてピークを迎える[ 22 ] 。
シストは冷水で数週間から数か月生存できるため[ 17 ]、この寄生虫は汚染された井戸や水道システム、特に自然にできた池、雨水貯留システム、さらには見た目はきれいな山の小川などの停滞した水源に存在する可能性があります。シストは汚染された表面、土壌、食品にも見られます[ 23 ] 。シストは塩素処理やオゾン分解などの従来の浄水処理方法に耐性があるため、都市の貯水池にも発生し、浄水処理後も残存する可能性があります[ 17 ] 。人獣共通感染も起こり得ますが、頻度は低いです。ジアルジア感染症は、荒野でキャンプをしたり、汚染された小川や湖、特にビーバーのダムによって形成された人工湖で泳いだりする人にとって懸念事項です（そのため、ジアルジア症は「ビーバー熱」という通称で呼ばれています）。
水系感染源に加えて、ジアルジア感染症は成人よりも小児に多く見られ、これは嚢胞の糞口感染によるものと考えられています。例えば、先進国では成人の約2%、小児の約8%が感染しています。発展途上国では、10歳未満の小児の感染率は15%から20%に達します。[ 12 ]このように、感染率は地域によって大きく異なります。[ 21 ]
子供と接する仕事に従事する人も感染のリスクがあり、感染者の家族も同様です。保育園への入園検査を受けた1～3歳児の7%、乳幼児の11%が感染していることが判明しました。[ 21 ]ジアルジア感染症は必ずしも症状が現れるわけではなく、多くの人が知らず知らずのうちに寄生虫の保菌者になっている可能性があります。再感染や慢性感染が起こることもあります。[ 20 ]
ジアルジア・デュオデナリスは、ヒトに感染する最も広く分布している腸内寄生虫です。ジアルジア・デュオデナリスは、発展途上国と先進国の両方を含む世界中のあらゆる場所で見られます。しかし、ヒトの感染は熱帯および亜熱帯気候で最も一般的です。[ 20 ] [ 24 ]ジアルジア・デュオデナリスは、河川、湖、レクリエーション用プールなどの水域に生息するため、世界中でよく見られます。[ 25 ]ジアルジア症は、先進国に比べて衛生状態や全体的な衛生状態が悪い発展途上国でより蔓延しています。[ 21 ]先進国ではジアルジア症の有病率は2～5%ですが、発展途上国では20～30%とかなり高くなっています。[ 20 ]米国では、ジアルジア・デュオデナリス寄生虫に感染した人の大多数は都市部に住んでいる傾向があり、感染した患者は米国南部に住んでいる可能性が高いことがわかっています。[ 26 ]
ジアルジアはヒトに感染するだけでなく、ネコ、イヌ、鳥類に感染する最も一般的な寄生虫の1つでもあります。哺乳類の宿主には、ウシ、ヒツジ、[ 28 ]、ヤギ[ 28 ]など数十種が含まれます。
猫は簡単に治癒し、子羊は通常体重が減るだけですが、子牛では寄生虫は致命的になる可能性があり、抗生物質や電解質に反応しないことがよくあります。子牛の保菌者は無症状の場合もあります。この寄生虫はチンチラにとって致命的であるため、安全な水を与えるなど、特別な注意を払う必要があります。犬は感染率が高く、1歳未満の犬の30%が犬舎で感染していることが知られています。感染は成犬よりも子犬に多く見られます。感染した犬は隔離して治療するか、犬舎の犬全体をまとめて推定治療することができます。犬が感染の兆候を示してから少なくとも1か月間は、犬舎や運動場は汚染されていると考えるべきです。嚢子は環境中で長期間生存する可能性があるためです。予防策としては、感染した犬を少なくとも20日間隔離し、清潔な水の供給を注意深く管理・維持することが挙げられます。
G. duodenalis の栄養体は洋ナシ型の細胞で、長さ 15 μm、幅 8 μm、厚さ 3 μm です。[ 14 ] [ 15 ] 4 対の鞭毛によって運動し、腸内を移動します。[ 15 ]注目すべきは、G. duodenalis の各細胞には 2 つの核があり、どちらも活発に遺伝子を転写していることです。[ 14 ]核の隣には、細胞の大部分に広がる小胞体があります。 [ 29 ]嚢子に分化しようとしている栄養体には、嚢子壁の構築が始まると消える嚢子形成特異的小胞と呼ばれる目立つ小胞も含まれています。[ 29 ]他のほとんどの真核生物とは異なり、G. duodenalis細胞には目に見えるミトコンドリアはなく、代わりにミトソームと呼ばれる大幅に縮小した代謝オルガネラが含まれています。[ 15 ]さらに、細胞にはゴルジ体が含まれていないようで、代わりに分泌系は小胞体と細胞全体に分散した多数の小胞（末梢小胞と呼ばれる）のみで構成されています。[ 29 ]末梢小胞は、細胞外栄養素の取り込みと細胞外への老廃物の排出の両方を担っています。[ 30 ]各細胞には、 G. lamblia の細胞骨格の一部を構成する中央体と呼ばれる一対の硬い構造も含まれています。[ 14 ]栄養体は、腹側ディスクと呼ばれる特殊な円盤状のオルガネラを介して宿主上皮細胞に付着します。[ 14 ]
シストは栄養体よりわずかに小さい楕円形の細胞である。[ 15 ]シストには鞭毛がなく、滑らかで透明なシスト壁で覆われている。[ 15 ]各シストには4つの核と腹側円盤の断片が含まれている。[ 15 ]
G. duodenalis は主に解糖系とアルギニンデイミナーゼ経路を介してグルコースを分解することでエネルギーを生成します。ヌクレオチドを自力で合成することはできず、代わりに宿主からそれらを回収します。鉄硫黄クラスターの合成は、ミトソームと呼ばれる二重膜で囲まれた区画で行われ、これはミトコンドリアの残骸であると考えられています。[ 19 ]各細胞には 25 ～ 100 個のミトソームがあり、細胞全体に散らばっている末梢ミトソームと、理由は不明ですが細胞の中心に集まる中心ミトソームの 2 つのカテゴリーに分けられます。[ 31 ]ミトコンドリアと同様に、特定のペプチドシグナル配列を持つタンパク質がミトソームに輸送され、取り込まれます。ミトコンドリアとは異なり、ミトソームは独自のゲノムを持っていません。すべてのミトソーム遺伝子は、ジアルジアの核ゲノムによってコードされています。[ 19 ]
ジアルジアと他のディプロモナス類は、外観、DNA含有量、転写、複製時間において類似した2つの細胞核を持つ点で独特である。ジアルジアは多倍体生物であり、1個体あたり5つの染色体のそれぞれについて少なくとも4つ、おそらく8つ以上のコピーを持つ。[ 32 ]ゲノムは配列決定され、2007年に発表されたが、配列にはいくつかのギャップがある。配列は約1200万塩基対で、約5000個のタンパク質コード遺伝子を含む。[ 33 ] [ 34 ] GC含有量は46%である。栄養体は4倍体であり、嚢子は8倍体であるため、ジアルジアが同じ核と反対側の核の染色体間の均一性をどのように維持しているかという疑問が生じる。最新のシーケンス技術は、異なる株の再シーケンスに使用されている。[ 35 ]これまでにG. duodenalisの 8 つの遺伝子型アセンブリ(AH) が認識されている。[ 27 ]さまざまな宿主から分離されたG. duodenalisの遺伝子型解析により、アセンブリ A と B が最も広範囲の宿主種に感染し、ヒトに感染する主要なアセンブリであることが明らかになった。[ 27 ]
ジアルジア感染症は免疫機能が正常な人では自然に治癒しますが、免疫不全症の人は慢性ジアルジア症を発症する可能性があります。感染中は、自然免疫系と獲得免疫系のさまざまなメカニズムが活性化されます。最初の物理的バリアは粘液層で、そこで病原体は上皮細胞、免疫細胞、これらの細胞から放出される抗菌ペプチド、一酸化窒素、インターロイキン6などの炎症性サイトカインと相互作用します。TLR2とTLR4もジアルジアによって活性化される可能性があります。[ 36 ]ジアルジア症におけるT細胞応答には、ヘルパーT細胞と細胞傷害性T細胞が含まれ、B細胞によるIgAの産生も感染の排除に役立ちます。[ 37 ]
ジアルジアは原始的に無性生殖であり、核間でDNAを伝達する手段がないと考えられていた。これらの仮定は、ゲノム分離株WBの著しく低い対立遺伝子ヘテロ接合度（< 0.01%）を説明することを非常に困難にしていたが、集団遺伝学が組換えの証拠を提供し[ 38 ] 、減数分裂遺伝子の同定、分離株間の組換えの証拠、および嚢胞形成過程における核間の遺伝物質の交換の証拠[ 39 ]が得られたことにより、無性生殖に関するこれらの仮定はすべて疑わしくなった。
上記のジアルジアにおける性行動に関する知見は、真核生物における有性生殖の起源を理解する上で重要な意味を持つ。有性生殖は現存する真核生物に広く見られるものの、最近まで、性は真核生物の原始的かつ基本的な特徴であるとは考えられていなかった。性は真核生物にとって基本的なものではないという見方の根拠の一つとして、真核生物系統の初期祖先から分岐した特定のヒト病原性単細胞真核生物（例えばジアルジア）には、これまで有性生殖が欠けているように見えたことが挙げられる。
ジアルジアにおける組換えに関する上記の証拠に加えて、Malik ら[ 40 ]は、ジアルジアのゲノムには減数分裂特異的遺伝子が多数存在し、さらにこれらの遺伝子の相同遺伝子が別の単細胞真核生物であるトリコモナス膣炎にも存在することを報告した。これら 2 つの種は真核生物の中で高度に分岐した系統の子孫であるため、Malik ら[ 40 ]は、これらの減数分裂遺伝子がすべての真核生物の共通祖先に存在していたことを示唆した。したがって、この見解では、真核生物の最も初期の祖先は有性生殖が可能であった可能性が高い。さらに、Dacks と Roger [ 41 ]は、系統解析に基づいて、すべての真核生物の共通祖先に任意性が存在していたことを提案した。Bernstein らもこの見解を支持する証拠を検討した。[ 42 ]
カリフォルニア大学サンディエゴ校のフランシス・ギリン氏とその同僚は、この寄生虫の全ライフサイクルを実験室で培養し、宿主の消化器系におけるジアルジアのライフサイクル変化を引き起こす生化学的シグナルを特定した。[ 43 ] [ 44 ]また、寄生虫が感染した生物の防御を回避するいくつかの方法も明らかにした。その1つは、表面のタンパク質を変化させることであり、これにより感染した動物の免疫系が寄生虫を検出して攻撃する能力が混乱する（抗原変異と呼ばれる）。ギリン氏の研究は、ジアルジア感染症が極めて持続的で再発しやすい理由を明らかにしている。さらに、その生物学と生存技術に関するこれらの知見は、科学者がジアルジア感染症を理解し、予防し、治療するためのより良い戦略を開発するのに役立つ可能性がある。
2008年12月、ネイチャー誌は、ジアルジアが宿主の免疫反応を回避するために変異体特異的な表面タンパク質を切り替えることを可能にするRNA干渉メカニズムの発見を示す記事を掲載した。 [ 45 ]この発見は、アルゼンチンのコルドバ・カトリック大学医学部生化学・分子生物学研究室でウーゴ・ルハン博士が率いるチームによってなされた。
2022年にElisa Barroeta-Echegarayらが行った研究では、ランブル鞭毛虫（Giardia duodenalis）は、栄養体と腸管上皮細胞との相互作用、すなわち付着の際に、エノラーゼを単量体として分泌することが結論付けられました。この相互作用はプラスミノーゲンを活性化し、腸管上皮細胞にネクロトーシスによる損傷を誘導することが示されました。エノラーゼを阻害すると、栄養体の腸管上皮細胞への付着が阻害されました。エノラーゼはプラスミン活性を高めることも示され、空胞化や細胞間分離を特徴とする重大な細胞損傷を引き起こしました。エノラーゼはまた、カスパーゼ-3活性とは無関係に、腫瘍壊死因子α（TNF-α）およびアポトーシス誘導因子（AIF）を介して上皮細胞にネクロトーシスを誘導しました。これらの知見は、ランブル鞭毛虫のエノラーゼが宿主と病原体の相互作用における重要な病原性因子であることを示唆しています。 [ 5 ]
2022年以来、CRISPR-Cas9システムがジアルジアで確立されている。[ 46 ]構成的に発現するCas9ヌクレアーゼと組換えノックアウト構築物を持つカセットを組み合わせることで、栄養体段階で目的とする4つの対立遺伝子すべてを試験管内でノックアウトすることができる。相補性およびタンパク質タグ付けも、ジアルジアにおけるタンパク質の局在と機能を研究するために利用できる。[ 47 ]例えばウプサラ嚢胞形成プロトコルを使用して、試験管内で 嚢胞を作ることも可能である。 [ 48 ]試験管内での脱嚢胞形成も可能であるが、試験管内での脱嚢胞形成後の生存可能な栄養体数はかなり少ない。
ジアルジアに関する主要な学会は、国際ジアルジア・クリプトスポリジウム会議です。最新の会議（2019年、フランスのルーアン、2025年、オーストラリアのメルボルン）で発表された結果の概要が入手可能です。[ 49 ]
ジアルジアの最初の記述は、1681年にアントニ・ファン・レーウェンフックがロバート・フックへの手紙の中で、自分の便の中にジアルジアの栄養体に似た「小動物」について記述したことによってなされたと考えられている。[ 14 ] [ 50 ]ジアルジアの次の記述は1859年までなく、チェコの医師ヴィレム・ドゥシャン・ランブルが小児患者の便の中に見られた栄養体段階の記述を発表した。ランブルはこの生物をセルコモナス・インテスティナリスと名付けた。[ 51 ] 1888年、ラファエル・ブランシャールはランブルに敬意を表して寄生虫をランブリア・インテスティナリスと改名した。 [ 51 ] 1915年、チャールズ・スタイルズはランブルとパリのアルフレッド・マチュー・ジャール教授の両方に敬意を表してこの生物をジアルジア・ランブリアと改名した。[ 51 ] [ 52 ] 1921年、チャールズ・E・サイモンは寄生虫の形態の詳細な記述を発表した。[ 14 ]
21世紀には、ジアルジアの検出、診断、特性評価のための多くの新しいツールが確立され、その系統、代謝、および生殖に関する理解が深まりました。2025年までに、G. duodenalis分離株（A、B、E亜種）のいくつかのゲノムがロングリードシーケンスを使用して全ゲノムシーケンスされ、比較され、ジアルジアの系統発生と遺伝学に関する知識が増加しました。[ 53 ] [ 54 ]
