マラリア原虫

マラリア原虫
スポロゾイトの偽色電子顕微鏡写真
科学的分類
ドメイン：	真核生物
クレード:	発汗抑制剤
クレード:	ロシア
クレード:	アルベオラータ
門:	アピコンプレックス
クラス：	トリカブト類
注文：	ヘモスポロリダ
家族：	マラリア原虫
属:	Plasmodium MarchiafavaおよびCelli、1885

マラリア原虫は、脊椎動物や昆虫に絶対寄生する単細胞真核生物の属である。マラリア原虫のライフサイクルは、吸血昆虫宿主内で発生し、吸血中に脊椎動物宿主に寄生虫を注入する。寄生虫は脊椎動物の体組織（多くの場合肝臓）内で成長し、その後血流に入り赤血球に感染する。その結果宿主の赤血球が破壊され、マラリアを引き起こす可能性がある。この感染中に、一部の寄生虫は吸血昆虫（ほとんどの場合蚊）に拾われ、ライフサイクルを継続する。 ^[1]

マラリア原虫は、寄生性真核生物の大きなグループであるアピコンプレックス門に属します。アピコンプレックス門の中で、マラリア原虫はヘモスポリダ目、マラリア原虫科に属します。マラリア原虫には 200 種以上が報告されており、その多くは寄生形態と宿主域に基づいて 14 の亜属に細分化されています。マラリア原虫の異なる種間の進化的関係は、必ずしも分類上の境界に沿っているわけではなく、形態的に類似していたり​​同じ宿主に感染したりする種が遠縁であることが判明することもあります。

マラリア原虫の種は、適切な宿主が見つかる場所ならどこにでも世界中に分布しています。昆虫の宿主は、イエカ属とハマダラカ属の蚊が最も多いです。脊椎動物の宿主は、爬虫類、鳥類、哺乳類です。マラリア原虫の寄生虫は、19世紀後半にCharles Laveranによって初めて特定されました。20世紀を通じて、さまざまな宿主で他の多くの種が発見され、分類されました。その中には、定期的に人に感染する 5 種、すなわち、三日熱マラリア原虫、熱帯熱マラリア原虫、四日熱マラリア原虫、卵形マラリア原虫、およびP. knowlesiが含まれています。熱帯熱マラリア原虫は、人に対して圧倒的に致死率が高く、年間数十万人が死亡しています。マラリア原虫感染症の治療薬は数多く開発されていますが、マラリア原虫は開発された薬ごとに耐性を獲得しています。

この寄生虫は輸血によっても人に感染するが、これは非常に稀であり、マラリア原虫が人から人へ感染することはない。マラリア原虫の亜種の中には、絶対細胞内寄生虫であるものがある。

マラリア原虫（Plasmodium）属は、宿主の赤血球内で無性生殖を行うメロゴニーと、宿主のヘモグロビンを消化した副産物として結晶性色素ヘモゾインを生成するアピコンプレックス門のすべての真核生物から構成される。^[2]マラリア原虫の種には、他の真核生物に共通する特徴が多く含まれているが、門や属に特有の特徴もいくつかある。マラリア原虫のゲノムは、核に含まれる14本の染色体に分かれている。マラリア原虫は、ライフサイクルの大半を通じてゲノムの単一コピーを維持し、昆虫宿主の中腸内での短い性交の際にのみゲノムを倍増させる。 ^[3]核には小胞体（ER）が付着しており、他の真核生物のERと同様に機能する。タンパク質はERからゴルジ体へと輸送されます。ゴルジ体は通常、アピコンプレックス類では単一の膜結合区画で構成されています。^[4]ここからタンパク質はさまざまな細胞区画や細胞表面に輸送されます。^[4]

他のアピコンプレックス門と同様に、マラリア原虫の種は寄生虫の先端にいくつかの細胞構造を持ち、宿主にエフェクターを分泌するための特殊な器官として機能します。最も顕著なのは球根状のロプトリーで、宿主細胞への侵入と侵入後の宿主の改変に関与する寄生虫タンパク質が含まれています。^[5]ロプトリーに隣接してミクロネームと呼ばれるより小さな構造があり、これには寄生虫の運動や宿主細胞の認識と付着に必要なタンパク質が含まれています。^[6]寄生虫全体に密顆粒と呼ばれる分泌小胞が広がっており、これには寄生虫と宿主を隔てる膜の改変に関与する寄生虫タンパク質が含まれており、寄生胞胞と呼ばれます。^[6]

マラリア原虫の種には、ミトコンドリアとアピコプラストという、共生起源の2つの大きな膜結合細胞器官もあり、どちらも寄生虫の代謝に重要な役割を果たしています。多くのミトコンドリアを含む哺乳類細胞とは異なり、マラリア原虫細胞には、マラリア原虫細胞の分裂と調整する1つの大きなミトコンドリアがあります。^[7]他の真核生物と同様に、マラリア原虫のミトコンドリアは、クエン酸回路を介してATPの形でエネルギーを生成することができます。ただし、この機能は昆虫宿主内での寄生虫の生存にのみ必要であり、赤血球内での成長には必要ありません。^[7] 2つ目の細胞器官であるアピコプラストは、二次的な共生イベント、この場合はマラリア原虫の祖先による紅藻の獲得に由来します。^[8]アピコプラストは、脂肪酸、イソプレノイド、鉄硫黄クラスター、ヘム生合成経路の成分など、さまざまな代謝前駆体の合成に関与しています。^[9]

マラリア原虫のライフサイクルは、昆虫および脊椎動物の宿主においていくつかの異なる段階を経る。寄生虫は一般に昆虫宿主（一般には蚊だが、爬虫類のマラリア原虫の一部の種は例外）に刺されることで脊椎動物宿主に侵入する。^[10]寄生虫はまず肝臓などの組織に感染し、そこで一回の大きな複製サイクルを経て宿主細胞から出て赤血球に感染する。^{[11]この時点で、霊長類の}マラリア原虫の一部の種はヒプノゾイトと呼ばれる長期の休眠期を形成でき、^[12]肝臓内に1年以上留まることができる。^[13]しかし、ほとんどのマラリア原虫種では、感染した肝細胞内の寄生虫はメロゾイトと呼ばれるものに過ぎない。肝臓から出た後は、上で説明したように赤血球に入る。その後、赤血球感染の連続サイクルを経るが、少数の寄生虫は生殖母体と呼ばれる有性生殖段階に分化し、これが血液を摂取する昆虫宿主に取り込まれる。宿主によっては、マラリア原虫による赤血球への侵入がマラリアと呼ばれる病気を引き起こすことがある。これは時に重篤となり、宿主の急速な死につながることがある（例：ヒトの熱帯熱マラリア原虫）。他の宿主では、マラリア原虫感染は明らかに無症状である可能性がある。^[10]

人間がこのような無症状のマラリア感染を起こした場合でも、特に脾臓や骨髄には、非常に多くの増殖中の寄生虫が隠れている可能性があります。これは確かに三日熱マラリアの場合に当てはまります。これらの隠れた寄生虫（ヒプノゾイトに加えて）が、再発性三日熱マラリアの症例の原因であると考えられています。^[14]

赤血球内で、メロゾイトはまずリング状に成長し、次に栄養体と呼ばれるより大きな形に成長します。栄養体はその後分裂体へと成熟し、分裂を繰り返して新しいメロゾイトを生成します。感染した赤血球は最終的に破裂し、新しいメロゾイトが血流内を移動して新しい赤血球に感染できるようになります。ほとんどのメロゾイトはこの複製サイクルを継続しますが、一部のメロゾイトは赤血球に感染すると、配偶子母体と呼ばれる雄または雌の性形態に分化します。これらの配偶子母体は血液中を循環し、蚊が感染した脊椎動物の宿主を吸血して配偶子母体を含む血液を摂取したときに吸収されます。^[11]

蚊の体内では、配偶子母細胞が吸血とともに蚊の中腸に移動する。ここで配偶子母細胞は雄と雌の配偶子に成長し、互いに受精して接合子を形成する。接合子はその後、運動性形態であるオーキネートに成長し、中腸の壁を貫通する。中腸の壁を横切ると、オーキネートは腸の外膜に埋め込まれ、オーシストに成長する。オーシストは何度も分裂して、多数の小さな細長いスポロゾイトを生成する。これらのスポロゾイトは蚊の唾液腺に移動し、そこで蚊が次に刺す宿主の血液に注入され、サイクルが繰り返される。^[11]

マラリア原虫は、細胞の一端に特徴的な分泌器官を持つ単細胞寄生虫の分類群であるアピコンプレックス門に属します。 ^{[15]アピコンプレックス}門 の中で、マラリア原虫はヘモスポリダ目に属し、このグループには血液細胞内に生息するすべてのアピコンプレックス類が含まれます。^[16]ヘモゾイン色素の存在と無性生殖の方法に基づいて、この目はさらに4つの科に分かれており、マラリア原虫はそのうちのマラリア原虫科に属します。^[17]

マラリア原虫属は200種以上から成り、感染した脊椎動物の血液塗抹標本に現れるものに基づいて一般的に記載されています。^[18]これらの種は形態と宿主範囲に基づいて14の亜属に分類されています。^[17]

• 亜属アジアメーバ （テルフォード、1988） – 爬虫類
• 亜属Bennettinia (Valkiunas, 1997) – 鳥類
• 亜属カリナメーバ （ガーナム、1966） – 爬虫類
• ジョヴァンノライア 亜属(Corradetti, et al. 1963) – 鳥
• ハエマメーバ 亜属(Corradetti, et al. 1963) – 鳥
• 亜属Huffia (Corradetti, et al. 1963) – 鳥類
• ラセルタメーバ 亜属(テルフォード、1988) – 爬虫類
• ラベラニア 亜属(Bray、1958) – 大型類人猿、人間
• 亜属Novyella (Corradetti, et al. 1963) – 鳥類
• 亜属Ophidiella (Telford, 1988) – 爬虫類
• 亜属パラプラスモディウム （テルフォード、1988） – 爬虫類
• 亜属Plasmodium (Bray, 1955) – サルおよび類人猿
• サウラメーバ 亜属(ガーナム、1966) – 爬虫類
• ビンケイア 亜属(ガーナム、1964) – mammals inc.霊長類

サルや類人猿に感染する種は、熱帯マラリア原虫（ Plasmodium falciparum ）と熱帯マラリア原虫（ Plasmodium reichenowi）を除いて（これらを合わせてLaverania亜属を構成する）、亜属Plasmodiumに分類される。一部の霊長類（キツネザルなど）を含む他の哺乳類に感染する寄生虫は、亜属Vinckeiaに分類される。5つの亜属Bennettinia、Giovannolaia、Haemamoeba、Huffia、およびNovyellaには、既知の鳥類マラリア種が含まれる。^[19]残りの亜属Asiamoeba、Carinamoeba、Lacertamoeba、Ophidiella、Paraplasmodium、およびSauramoebaには、爬虫類に感染することが確認されている多様なグループの寄生虫が含まれる。^[20]

分子生物学的手法を用いたマラリア原虫種の最近の研究では、このグループの進化が分類学に完全に従っていないことが示唆されている。^[2]形態学的に類似していたり​​、同じ宿主に感染するマラリア原虫種の多くは、遠縁に過ぎないことが判明している。 ^{[21] 1990年代には、様々な種の}リボソームRNAと表面タンパク質遺伝子を比較することでマラリア原虫種の進化的関係を評価しようとする研究がいくつか行われ、ヒトの寄生虫である熱帯マラリア原虫は、霊長類の他の寄生虫よりも鳥類の寄生虫に近いことが判明した。^[17]しかし、その後の研究では、より多くのマラリア原虫種をサンプリングし、哺乳類の寄生虫はヘパトシスティス属とともに系統群を形成するのに対し、鳥類やトカゲの寄生虫は亜属に従わない進化的関係を持つ別の系統群を形成することが判明した。^{[17] [22]}

マラリア原虫の系統が分岐した時期の推定は大きく異なっている。ヘモスポリダ目の多様化の推定は、約1620万年前から1億年前の範囲である。^{[17]マラリア原虫の医学的重要性から、ヒトの寄生虫である熱帯}マラリア原虫が他のマラリア原虫系統から分岐した時期を特定することに特に関心が寄せられている。この推定時期は11万年前から250万年前の範囲である。^[17]

マラリア原虫種は世界中に分布しています。マラリア原虫種はすべて寄生性であり、ライフサイクルを完了するには脊椎動物宿主と昆虫宿主の間を行き来する必要があります。マラリア原虫種によって宿主範囲が異なり、一部の種は単一の脊椎動物と昆虫宿主に限定されていますが、他の種は複数の脊椎動物種や昆虫種に感染することができます。

マラリア原虫は爬虫類、鳥類、哺乳類を含む幅広い脊椎動物宿主に寄生することが報告されている。^{[24]多くの種が複数の脊椎動物宿主に感染する可能性があるが、一般的にはこれらの}クラスのうちの1つ（鳥類など）に特異的である。 ^[24]

ヒトは主に5種のマラリア原虫に感染しますが、重篤な疾患や死亡の圧倒的多数は熱帯マラリア原虫である。^[25]ヒトに感染する種の中には他の霊長類にも感染するものがあり、他の霊長類からヒトへの特定の種（例： Plasmodium knowlesi ^{）の人獣共通感染症は一般的です。 [25]}ヒト以外の霊長類にも、通常はヒトに感染しないさまざまなマラリア原虫種が含まれています。これらの中には霊長類に重篤な疾患を引き起こすものもあれば、病気を引き起こさずに長期間宿主に留まるものもあります。 ^[26]げっ歯類、有蹄類、コウモリなど、他の多くの哺乳類もマラリア原虫種を保有しています。この場合も、一部のマラリア原虫種はこれらの宿主の一部に重篤な疾患を引き起こす可能性がありますが、多くは引き起こさないようです。^[27]

150種を超えるマラリア原虫が、多種多様な鳥類に感染します。一般的に、マラリア原虫の各種は、1種から数種の鳥類に感染します。^{[28]鳥類に感染する} マラリア原虫は、特定の宿主の体内で何年も、あるいは宿主の生涯にわたって持続する傾向がありますが、マラリア原虫感染により重篤な病気や急死に至る場合もあります。^{[29] [30]哺乳類に感染する}マラリア原虫とは異なり、鳥類に感染するマラリア原虫は世界中に分布しています。^[28]

マラリア原虫のいくつかの亜属の種は、多様な爬虫類に感染します。マラリア原虫の寄生虫はほとんどのトカゲ科で発見されており、鳥類の寄生虫と同様に世界中に広がっています。^[31]また、寄生虫と宿主によっては、重篤な病気を引き起こす場合もあれば、無症状の場合もあります。^[31]

脊椎動物、特にヒトのマラリア原虫感染を制御するために、長年にわたり多くの薬剤が開発されてきた。キニーネは17世紀から20世紀初頭に広範囲にわたる耐性が出現するまで、第一線の抗マラリア薬として使用されていた。 ^[32]キニーネ耐性は、20世紀を通じてクロロキン、プログアニル、アトバコン、スルファドキシン/ピリメタミン、メフロキン、アルテミシニンなど、幅広い抗マラリア薬の開発を促した。^[32]いずれの場合も、特定の薬剤に対する耐性を持つ寄生虫は、薬剤の展開から数十年以内に出現している。^{[32]これに対抗するため、抗マラリア薬は併用されることが多く、}アルテミシニン併用療法が現在治療のゴールドスタンダードとなっている。 ^[33]一般的に、抗マラリア薬は、病気を引き起こす傾向がある脊椎動物の赤血球内に存在するマラリア原虫のライフステージを標的としています。 ^[34]しかし、旅行者の感染を防ぎ、昆虫宿主への有性生殖段階の伝染を防ぐために、寄生虫のライフサイクルの他の段階を標的とする薬が開発されています。^[35]

• 
  タンザニアのマラリア治療クリニック
• 
  カロライナアノール( Anolis carolinensis )を含む 3,000 種を超えるトカゲが、約 90 種類のマラリア原虫を媒介します。

脊椎動物の宿主に加えて、すべてのマラリア原虫種は吸血昆虫宿主、一般的には蚊にも感染する（爬虫類に感染する寄生虫の中にはサシチョウバエによって媒介されるものもある）。イエカ属、ハマダラカ属、カ属、マンソニア属、ヤブカ属の蚊は、様々なマラリア原虫種の昆虫宿主となる。これらの中で最もよく研​​究されているのは、ヒトマラリアのマラリア原虫であるハマダラカを宿主とするハマダラカと、鳥類にマラリアを引き起こすマラリア原虫種を宿主とするイエカ属である。脊椎動物宿主の血を吸うのはメスの蚊だけなので、マラリア原虫に感染するのはメスの蚊だけである。 ^[36]種によって昆虫宿主への影響は異なる。マラリア原虫に感染した昆虫は寿命が短くなり、子孫を残す能力が低下することがある。^{[37]さらに、}マラリア原虫のいくつかの種は、昆虫が感染していない宿主よりも感染した脊椎動物の宿主を好んで噛むようにするようです。^{[37] [38] [39]}

シャルル・ルイ・アルフォンス・ラヴェランは1880年に初めてマラリア患者の血液中の寄生虫について記述した。 ^[40]彼はこの寄生虫をOscillaria malariaeと名付けた。^[40] 1885年に動物学者エットーレ・マルキアファーヴァとアンジェロ・チェッリはこの寄生虫を再調査し、同名の粘菌の多核細胞に似ていることから、新しい属Plasmodiumと名付けた。 ^{[41] [注 1]}複数の種が異なる形態のマラリアを引き起こすことに関与している可能性があるという事実は、1886年にカミッロ・ゴルジによって初めて認識された^。[40]その後すぐに、ジョヴァンニ・バティスタ・グラッシとライモンド・フィレッティは、2つの異なるタイプのヒトマラリアを引き起こす寄生虫をPlasmodium v​​ivaxとPlasmodium malariaeと名付けた。^[40] 1897年、ウィリアム・ウェルチは熱帯マラリア原虫Plasmodium falciparumを特定し命名した。これに続いて、ヒトに感染する他の2種のマラリア原虫Plasmodium ovale（1922年）とPlasmodium knowlesi （1931年にカニクイザルで特定、1965年にヒトで特定）が認識された。^[40]マラリア原虫のライフサイクルに対する昆虫宿主の寄与は、1897年にロナルド・ロスによって、1899年にジョヴァンニ・バティスタ・グラッシ、アミコ・ビニャーミ、ジュゼッペ・バスティアネッリによって記述された。^[40]

1966年、シリル・ガーナムは、宿主特異性と寄生虫の形態に基づいて、マラリア原虫を9つの亜属に分けることを提案した。 ^[18]これには、 1963年にA.コラデッティが鳥類に感染するマラリア原虫種に提案した4つの亜属が含まれていた。^{[42] [19]}この分類は、1988年にサム・R・テルフォードが爬虫類に感染するマラリア原虫を再分類し、5つの亜属を追加したときに拡張された。 ^{[20] [18]} 1997年、G.ヴァルキウナスは鳥類に感染するマラリア原虫種を再分類し、5番目の亜属であるベネッティニアを追加した。^{[19] [43]}

• 血液虫
• マラリア原虫種の一覧
• マラリア原虫分子ツール

• ガーナム、PC（1966）。マラリア原虫とその他のヘモスポリジウム。オックスフォード：ブラックウェル。ISBN 978-0397601325。
• Valkiunas, Gediminas (2005)。『鳥類マラリア原虫およびその他の血球胞子虫』。ボカラトン: CRC プレス。ISBN 9780415300971。

• Baldacci, P.; Ménard, R. (2004 年 10 月)。「哺乳類宿主におけるマラリア菌の見つけにくいスポロゾイト」。Mol . Microbiol . 54 (2): 298–306. doi : 10.1111/j.1365-2958.2004.04275.x . PMID  15469504. S2CID  30488807。
• Bledsoe, GH (2005 年 12 月)。「米国の臨床医のためのマラリア入門」(PDF)。South . Med. J. 98 ( 12): 1197–204、quiz 1205、1230。doi :10.1097/01.smj.0000189904.50838.eb。PMID 16440920。S2CID  30660702。2009年 3 月 26 日の オリジナル(PDF)からアーカイブ。
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• マラリアアトラスプロジェクト
• マラリア原虫のライフサイクルアニメーション