Superbug Nemesis: NTU VirusBom

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2011 / 5月

Lin Hsin-ching /photos courtesy of Jimmy Lin /tr. by Jonathan Barnard


Readers of detective novels are familiar with "indiscriminate killers"-murderers who aren't picky about their victims. Once such a killer's victims start to be found at a favored kind of location, the bodies will pile up until the perpetrator is caught.

Although the term "indiscriminate killer" has a horrifying ring to it, medical researchers studying viruses and mutating bacteria have long yearned for an indiscriminate killer of their own-a biocide that would destroy all manner of vexing viruses and bacteria. Such a substance would greatly simplify disease prevention work and help avert epidemics of contagious diseases and unnecessary loss of human life.

However such a cure-all might sound like the stuff of fantasy, something approaching an indiscriminate killer of contagious pathogens is in fact already here. Witness the NTU VirusBom, an organic compound developed by the National Taiwan University Nano-BioMems Group in 2009. Described as the "king of kings" among sterilizers, the compound wipes out a remarkable array of viruses and germs. It has already been shown to be effective in destroying various flu viruses, enteroviruses and golden staph. It even vanquishes NDM-1 superbugs, against which antibiotics are powerless.

The compound has the potential to play a huge role in disease prevention. But exactly what mechanism does it employ to attack viruses and kill germs? And what sorts of new applications might it lend itself to?


Every year, during the fall and winter flu season or the spring and summer enterovirus season, parents make anxious posts on social networking sites, exchanging information about various products touted as preventing the spread of disease, such as ethyl alcohol, surgical masks, hand sanitizers, and chlorine dioxide. Over the last two years, the NTU VirusBom spray has been rapidly rising in popularity. It's the first product known to work against enterovirus 71 and the H1N1 flu virus, among other viral and bacterial pathogens.

VirusBom's chemical mechanism

The NTU VirusBom is an enzyme mimic with oxidation-reduction potential. Upon contact with viruses and bacteria, the VirusBom destroys them by rupturing their covalent bonds. But in actuality the NTU VirusBom isn't the first compound aimed at combating viruses and germs to employ that mechanism. It was predated by the NTU Anti-SARS No. 1 compound.

Lin Shiming, a professor at the Center for Optoelectronic Biomedicine at NTU's College of Medicine, was the lead re-searcher of the team that developed the compound. He recalls that it was in fact discovered quite accidentally while he was in the pursuit of another goal. In March of 2003, Taiwan's first confirmed SARS patient, a businessman with the surname Qin, was admitted to National Taiwan University Hospital. First, Kao Chuan-liang, the director of clinical virology in the Department of Laboratory Medicine at NTUH, successfully took an isolate of the virus from the patient, and then Lin, whose research focus is on nanomedicine and medical metrology, was asked by Chen Ding-shinn, then dean of NTU's College of Medicine, and Yang Pan-chyr, then chair of the Department of Internal Medicine, to undertake the onerous task of mapping SARS' molecular structure at the nanoscale.

Anchor molecules save the day

Since SARS is so highly contagious, Lin didn't want to put an assistant in harm's way and decided to bear all the risk himself. He sent his wife and children to his family in Nantou and stayed day and night in his laboratory, which was assessed with a "level-two biohazard" rating. There he devoted himself to precisely mapping the three-dimensional nanostructure of the virus with an atomic microscope.

Like all coronaviruses, SARS has a crown-like shape, which is made up of "spike proteins" with directional properties. To measure them accurately it is necessary to use artificial organic compounds ("anchor molecules") to "bind" the spike proteins, so that the virus will "stand erect." Only thus is it possible to comprehensively measure the spike proteins' irregular shapes. Relying on his expert knowledge of the chemistry and structure of proteins, Lin Shi-ming selected about a dozen possible anchor compounds and then tested their effects. Much to the team's surprise, when one of them came into contact with the tenacious SARS virus, it caused the complete collapse of its molecular structure. That compound would become the main component of NTU Anti-SARS No. 1.

Among those who contracted SARS, the mortality rate was 11%, so news that the compound could destroy SARS' molecular "crown" caused quite a stir at the time. The research results made the cover of Cellular Microbiology, a prestigious international journal. Yet as the SARS epidemic died down, so too did discussion of Anti-SARS No. 1. It wouldn't be until there was a major outbreak of H1N1 in the spring of 2009 that the compound would once again attract attention.

The secrets of viral collapse

Lin recalls that a reporter from Reuters tracked him down to ask whether the compound might be effective against H1N1. He thought long and hard but couldn't provide a definitive answer. The compound had only been tested on SARS before the rights to it were transferred to a pharmaceutical company, so there was a lack of laboratory data about its effect on other viruses. "Yet the question made me consider the possibility that a new compound could be discovered to combat H1N1."

Drawing on his earlier experience in the lab, Lin developed a new compound to work against the H1N1 virus without much difficulty. By the middle of June 2009, his research team had successfully selected three molecular enzymes that were able to collapse the H1N1 virus. The most effective of the three would later end up being produced for the NTU VirusBom.

"The H1N1 virus is less dangerous than the SARS virus, and consequently students were eager to research it. But preferring to be safe rather than sorry, we all put in applications for a dose of Tami-flu," says a smiling Lin.

In truth, the chemical structures of the two sterilizers are quite different. Anti-SARS No. 1 is an organic compound with only a two-dimensional chemical chain, whereas NTU VirusBom is a synthesized molecular enzyme that has components similar to the proteins that catalyze chemical reactions in the active centers of enzymes. The VirusBom features a much more complex three-dimensional structure that supports oxidation and reduction reactions with other materials. In comparison to Anti-SARS No. 1, which is solely an oxidizer, it is much easier for the NTU VirusBom to break the covalent bonds between a virus's glycoproteins and lipoproteins. Consequently, it has a much wider range of uses.

Follow-up research also proved that in addition to effectively combating the H1N1 virus and the H2N2 and H3N2 seasonal flu viruses, the compound also attacks H5N2 avian flu, enterovirus 71, and the human papillomavirus (which can lead to cervical cancer).

In July of 2009, a pharmaceutical manufacturer gave NTU more than NT$10 million for the rights to the compound, establishing a record for technological transfer at NTU. Within two months sprays and soaps featuring the compound hit the market.

Sterilizing the hospital

The effectiveness of the NTU VirusBom against various kinds of viruses has been confirmed repeat-edly. Now the academic world has turned to consider whether the compound could be used against highly infectious bacterial "superbugs," which pose even graver medical threats. Target No. 1 was NDM-1, an enzyme that makes bacteria resistant to nearly all antibiotics.

NDM-1 is resistant to many drugs and can replicate itself outside the chromosomes of many germs. By transmitting itself with Escherichia coli, Klebsiella pneumonia and other pathogens, it often proves deadly. First discovered at a hospital in New Delhi, it gradually spread, and outbreaks have been recorded in Pakistan, Hong Kong and even Japan.

The most frightening aspect of NDM-1 is that it renders almost all antibiotics ineffective. Currently, only a few last-line-of-defense antibiotics, such as tigecycline (Tygacil) and polymyxin E (Colistin), have been shown to have any effect on NDM-1-bearing bacteria in clinical trials. Patients are largely left to rely on their own immune systems to battle them.

In mid-September of 2010, a crew from the TVBS show Super Taste was mysteriously fired upon while on location in India. Two cameramen were seriously injured. One of them came down with NDM-1 while being treated in India. His return to Taiwan caused alarm in some quarters. Fortunately, he was symptomless and avoided a troublesome fever, pneumonia, or septicemia. After a short period in isolation, he recovered completely. His return didn't prompt an epidemic in Taiwan.

Yet the bacterial cultures taken from his body attracted a lot of attention in academia. Lai Hsin-chih, director of the Graduate Institute of Medical Biotechnology at Chang Gung University, had long been interested in controlling the spread of drug-resistant germs inside hospitals. With access to those cultures, he applied for a grant to research superbugs from the ROC Centers for Disease Control.

Lai points out that the warm and damp hospital environment is the site of frequent applications of disinfectants. Although the disinfectants kill most germs, a small number will prove resistant. NDM-1 isn't entirely unique. Other enzymes similarly confer resistance to many antibiotics on superbug strains of bacteria such as Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa, and Staphylococcus aureus.

These bacteria, widely present in hospitals, typically affect only those with compromised immune systems, such as terminal cancer patients, or those who have had major surgery, including organ transplants. The healthy usually are symptomless when they contract them. But these superbugs add a huge potential threat of post-operative complications for those who are ill.

Indiscriminate biocide

In order to ascertain whether the NTU VirusBom would also be effective against superbugs, Lai asked for assistance from the research team at NTU, which provided different concentrations of the compound. The results showed that NDM-1-bearing bacteria, Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa, and the like were all wiped out within a minute of coming into contact with the NTU VirusBom at a concentration of 300 parts per million or higher.

Lai explains that, similar to how it breaks apart viruses, the NTU VirusBom employs special chemical structures to attack bacteria. They integrate themselves into the cell membranes of the bacteria, and then the unstable functional groups they carry interact with organic components of the bacterial cell, such as carbohydrates, proteins and lipids. Fi-nally, the cells, having lost their membranes and nutrients, simply die.

What's more, the NTU VirusBom employs a biophysical mechanism to destroy bacteria. This mode of action is different from that of antibiotics, which attack specific biochemical targets, and is much more difficult for bacteria to build resistance against.

Nevertheless, Lai also believes that the NTU VirusBom-that indiscriminate killer of viruses and bacteria-has disadvantages too. Its strong point is that it is an extremely good killer of germs outside the body-for instance when sprayed on surfaces in hospitals that can commonly harbor and transfer germs, such as doorknobs, elevator buttons, tabletops, and areas near and under sickbeds. In such places it can reduce the potential for spreading pathogens. But because the NTU VirusBom is an "indiscriminate killer," it also kills off beneficial bacteria, so it's hard to imagine how it could be used internally like antibiotics or other antimicrobial drugs.

Preventing disease

Apart from its effectiveness against viruses and bacteria, the compound has also shown to be effective in fighting athlete's foot fungus and Candida albicans, a common cause of vaginal yeast infections.

Yet some people wonder if this molecular enzyme, which demonstrates such miraculous effects in destroying pathogens, would similarly destroy skin cells if sprayed directly on them.

Lin Shiming, who has carried out numerous in-vitro and animal studies, explains that most viruses have diameters of 30-100 nanometers, whereas bacterial germ cells and fungal cells range in diameter from 0.5-3 microns and 3-10 microns respectively. Human and animal cells, on the other hand, measure 40-50 microns. Consequently, they pose difficult targets for NTU VirusBom to attack. What's more, human and animal cells are eukaryotes, which have substantial structural differ-ences from prokaryotes such as viruses and bacteria. Consequently, NTU VirusBom does absolutely no damage to animal cells.

Currently, NTU VirusBom is being marketed as "general merchandise" ra-ther than as a "medical product." Scientists recommend that it be sprayed on doorknobs, keyboards, telephones, elevator buttons and other commonly used objects at hospitals, daycare facilities and schools. What's more, during epidemics, it can be used as a disinfectant and applied directly to the hands, like alcohol wipes.

"Whether it can be applied topically to fight athlete's foot or yeast infections," Lin says, "will require more follow-up research and clinical tests."

In the current era of high population density and frequent contact between people from different regions of the globe, the speed at which viruses and germs can mutate and be transmitted often catches people unprepared. In light of the various kinds of unpredictable contagious diseases that people will be inevitably dealing with in the future, we've got to start developing more weapons in our disease-prevention arsenal. The NTU VirusBom is a fine example of successful R&D by Taiwan's academic community.

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殺遍病菌無敵手——台大病毒崩

文‧林欣靜 圖‧林格立

熟悉推理小說者應對「無差別殺人」不陌生,這是指犯罪者的殺人行動不會特別挑選被害人身分,一旦犯罪在某個特定地點展開,兇手選擇被害者的方式就是殺到無法再殺為止。

無差別殺人」一詞聽來驚悚,不過對於長期面對新型病毒與突變細菌的醫界而言,若能出現某種新藥或新物質,可以「無差別」地對抗所有棘手難纏的病毒細菌,在防疫工作上必然能省事許多,也可及時避免感染擴大,減少不必要的人命犧牲。

看似天方夜譚的不可能任務其實已經實現,這是2009年由台大奈米微機電研究群所研發的「台大病毒崩」分子酵素。這個號稱「萬王之王」的化合物,具有體外滅菌的功能,已被證實可有效崩解各型流感病毒、腸病毒與金黃色葡萄球菌等不同病原,甚至連所有抗生素都失靈的NDM-1超級細菌,遇上它也都得束手就擒。

究竟這種可在防疫工作立下巨功的化合物,是透過何種機制抗病滅菌?未來還可能發展出哪些新應用呢?


每逢秋冬流感與春夏相交的腸病毒大流行期間,總有不少心急如焚的父母,透過各大育兒社群網站,交流酒精、口罩、乾洗手、二氧化氯消毒液等防疫用品的購買資訊與使用心得,而最近這兩年知名度與好評火速攀升的商品,首推號稱可對抗腸病毒71型與H1N1新流感病毒等疑難雜症的「台大病毒崩」噴劑。

「病毒崩」的化學機轉

何謂「病毒崩」?其實它是一種具有特殊氧化還原能力的酵素模擬物,只要病毒或細菌一與它接觸,就會因共價鍵斷裂而崩解衰亡,運用此種機制來抗病滅菌,病毒崩並非首例,得追溯到2003年SARS疫情大流行時。

「病毒崩」的主要研究成員——台大光電生醫中心教授林世明回憶,能研發出「抗煞一號」,其實是「無心插柳」的過程。2003年3月,國內首例SARS確診病患勤姓台商住進台大醫院,並由該院檢驗醫學部主任高全良成功培養出病毒後,研究專長為奈米醫學與量測的林世明,隨即被當時的台大醫學院院長陳定信與內科主任楊泮池交付解讀SARS病毒奈米分子結構的重任。

「當時不管是醫界與學界對SARS病毒都極為陌生,為了知己知彼、有效找出對抗方法,就必須先徹底瞭解病毒的奈米結構,」林世明說。

「定錨分子」立大功

SARS病毒具有高度傳染性,林世明不敢把量測工作交給助理,決定一肩扛起風險,他把老婆和孩子送回南投老家,一個人沒日沒夜地守在「第二等級危險性實驗室」,反覆以最高階的原子粒顯微鏡量測病毒的3D奈米結構。

由於SARS病毒的冠狀結構主要由具有方向性的「突棘蛋白」組成,在量測的過程中,必須使用人工合成的有機化合物來「固定」並幫助病毒「直立」(又稱「定錨分子」),才能完整量測突棘蛋白各個方向的高低起伏。林世明依照蛋白化學與蛋白結構的專業知識,挑選了十餘種可能有助「定錨」的化合物,當他一一實驗何者效果最佳時,竟發現當頑強的SARS病毒遇到其中某款,居然產生結構自然崩解的現象,讓研究團隊驚訝不已,這款化合物也成為日後合成「抗煞一號」的主原料。

林世明解釋,醣和蛋白質是病毒的主要結構成分,而「抗煞一號」化學結構其中一端的「功能基」,具有恰可切斷SARS病毒醣蛋白共價鍵的「氧化」能力。「一旦醣蛋白被瓦解,無法持續提供養分,原本圓滾滾、活力十足的病毒,當然也就兵敗如山倒!」

讓人避之惟恐不及的SARS病毒,致死率高達11%,此款可成功「摘下SARS皇冠」的「抗煞一號」,當年風光十足,研究成果甚至躍上國際知名的「細胞微生物學」期刊封面,然而隨著SARS疫情消退,「抗煞一號」的討論也隨之沈寂,直至2009年春天H1N1新流感開始大流行,才有人再度想起這項產品。

病毒崩大解密

林世明回憶,當時有位路透社記者找上他,詢問過去開發的抗煞一號是否也有對抗H1N1病毒的功效,他思索良久,無法具體回答,因為抗煞一號只測試過SARS病毒,其後就技轉給廠商,缺乏對其他病毒的實驗數據。「不過這個問題卻提醒我,或許也可針對H1N1病毒開發新物質。」

由於先前的研究經驗累積,此次開發對抗H1N1病毒的新利器十分順利。2009年6月中旬,林世明的研究團隊,就成功篩選出可瓦解H1N1病毒的3種分子酵素,其中效果最好的1種則製成日後的「台大病毒崩」。「比起SARS病毒,H1N1病毒感覺『威脅性』小多了,因此學生都爭相投入研究,只是為了安全起見,當時我們每人都看診申請一份『克流感』,以備不時之需,」他笑說。

此外,病毒崩與抗煞一號的化學結構也不同,「抗煞一號」僅為2D化學鏈的有機化合物,病毒崩則屬人工合成的分子酵素(成分類似可催化活性中心的蛋白質),呈團狀的3D結構,組成更為複雜,並同時具有「氧化」及「還原」能力的功能基,極易與其他物質互動,比僅具有「氧化」能力的抗煞一號,更易切斷病毒醣蛋白與酯蛋白的共價鍵結構,應用範圍也更廣。

後續研究也證實,除了H1N1新流感病毒外,舉凡H2N2、H3N2等季節流感病毒、H5N2禽流感病毒、常併發重症的腸病毒71型,以及俗稱「菜花」(尖頭濕疣)等性病與女性聞之色變的子宮頸癌元兇——HPV人體乳突病毒,全都是它的手下敗將。

2009年7月底,台大將這項研究成果,以超過新台幣千萬元的高額技轉金技轉給廠商,當年也創下台大創校以來最高技轉金紀錄,2個月後就製成噴劑與肥皂等商品正式上市。據廠商透露,目前病毒崩的年營業額已突破新台幣1,000萬元,每逢流感與腸病毒流行期間,就成為幼教機構及家長們的熱門團購商品,光在今年2月,業績就成長3成以上。

難纏的「院內感染菌」

病毒崩對抗各型病毒的效果屢獲肯定,學界也開始思索是否可將其應用在同樣具有傳染性且可能更難對付的細菌上,其中,一號敵人首推幾乎所有抗生素都束手無策的NDM-1超級細菌。

「NDM-1」是一種含有多重抗藥性基因的質體,能在細菌染色體外複製,並可經由傳遞而存在於大腸桿菌及克雷伯氏肺炎桿菌中,造成所謂的「NDM-1腸道菌感染症」,最早出現在印度新德里的醫院,其後逐漸在巴基斯坦、香港,甚至日本等地流行。

NDM-1抗藥性細菌最可怕的地方,在於幾乎所有的抗生素都無法產生療效,稱號「超級細菌」,目前臨床上僅老虎黴素及克痢黴素等極少數最後一線抗生素對它仍有療效,其他就只能依靠人體的免疫機制來自我痊癒。

2010年9月中旬,TVBS電視台節目「食尚玩家」的外景團隊在印度遭遇不明槍擊,導致兩名攝影師身受重傷,其中一名攝影師,在印度就醫時不幸感染NDM-1,返國後曾一度引起各界恐慌,所幸他本人屬「無症狀」患者,沒有併發難纏的發燒、肺炎及敗血症,經過一段時間的隔離後自然痊癒,也沒有造成國內的傳染疫情。

不過在該名患者體內培養出來的菌株,卻引起學界的高度關注,原本對「如何管控院內感染的多重抗藥菌」議題極感興趣的長庚大學醫學生物技術研究所長賴信志,也趁此機會向疾管局申請超級細菌進行研究。

賴信志指出,醫院環境既潮溼又溫暖,加上日以繼夜頻繁地消毒用藥,雖然可以殺死多數細菌,但還是有極少數能存活下來,除了NDM-1外,還有AB菌(即鮑氏不動桿菌)、綠膿桿菌、金黃色葡萄球菌等,都是屬於抗藥性極強的超級細菌。

這群在醫院中流竄的抗藥性細菌,具有「打落水狗」的特質,意即通常只會攻擊癌末、重大手術、器官移植等免疫力較差的病人,一般健康正常人接觸則多無影響,然而一旦感染上就很難醫治,也常成為增添重症病人術後風險的最大不確定因素,因此如何管控這群院內感染菌,也成為醫界最頭痛的難題。

無差別殺菌

為了測試病毒崩對抗此類細菌是否也有同樣的效果,賴信志商請台大團隊支援,提供不同濃度的病毒崩溶液協助研究。結果發現,不管是NDM-1、AB菌、綠膿桿菌等頑強的「超級細菌」,只要一碰上濃度達300ppm以上的病毒崩即無法存活,在短短的一分鐘內就可以被清除地乾乾淨淨。

賴信志解釋,和崩解病毒的原理類似,病毒崩也是利用其特殊的化學結構對抗細茵——先接近、嵌入並拉開細菌的細胞膜,再利用其不穩定的功能基和細菌內部的醣、蛋白、酯質等有機物質互動,最後失去細胞膜屏障及養分的細菌,只能走向衰亡。

此外,病毒崩滅菌的方式屬於物理機制,和攻擊特定生化標的抗生素不同,因此極不容易產生抗藥性。「就好像再難纏的細菌與微生物,都無法存活在絕對高溫、高壓的環境;而再怎麼突變的細菌,構造上都不可能沒有細胞膜,只要細菌存在細胞膜,遇上了病毒崩,就難逃被拉開崩解的命運,」賴信志說。

不過他也認為,非專一性、無差別式殺菌的病毒崩利弊參半,優點是用在體外殺菌效果極佳,如噴灑在醫院的門把、電梯按鈕、病床周邊、桌面及床底等易滋生細菌的地方,將可有效降低院內感染的風險;缺點則是「一律通殺」的特質,可能會誤傷其他無害的益菌,極難發展成抗生素等直接應用在人體的藥品。

正確使用有助防疫

除了病毒與細菌,讓許多香港腳病患頭痛不已的黴菌,以及常造成女性私處搔癢發炎的白色念珠菌(亦為黴菌的一型),也已被證實可被病毒崩瓦解。

但也有人好奇,如此具有「神效」的分子酵素,若直接噴灑在人體皮膚表面時,會不會以同樣機制破壞表皮細胞呢?

曾進行多次體外細胞及動物實驗的林世明解釋,一般病毒的大小約在30-100奈米、細菌為0.5~3微米、黴菌則約3~10微米,但人體及動物細胞均在40~50微米以上,因此病毒崩不易侵入;另一方面,人體及動物細胞屬於「真核生物」,結構上與病毒及「原核生物」的細菌不同,因此病毒崩完全無損於動物細胞。

目前病毒崩是以「一般用品」的名義上市,非「醫療用品」,學者建議可用來噴灑於門把、鍵盤、電話、電梯按鈕、醫院與幼教機構的公用物品上,另外在疫情流行時,亦可像乾洗手或酒精稀釋液般,直接噴在手上消毒。

「未來是否能發展成直接噴在香港腳患部及女性私處的藥用噴劑,還需要有更嚴謹的後續研究及臨床試驗支持,」林世明說。

在人口稠密、人際接觸及國與國交流日益頻繁的今日,新病毒與細菌突變及流竄的速度,往往讓人措手不及,面對未來各種難以預料的傳染病,需要研發更多防疫利器,台大病毒崩正是國內學界開發新成果的典型案例。

感染症対策に台湾大学ウイルスボム

文・林欣静 写真・林格立

推理小説の読者なら、無差別殺人には馴染みがあろう。被害者を選ばず、ある場所で、そこにいる者は誰でも殺してしまうというものである。

無差別殺人と聞くとぞっとするが、長年に渡って新型ウイルスや突然変異の細菌と渡り合ってきた医学界から言えば、ウイルスでも細菌でも無差別に殺せる新薬を作り出せれば、感染症の予防や感染拡大防止に極めて有効で、人命の犠牲も減少できるというものである。

そんな夢のような話が、どうも実現しそうなのである。それは、2009年に台湾大学ナノ機電研究所が開発した「台湾大学ウイルスボム」分子酵素である。この化合物は体外で滅菌効果を持ち、各タイプのインフルエンザウイルスやエンテロウイルス、黄色ブドウ球菌など、各種の病原菌やウイルスを消滅させることが証明されており、しかもすべての抗生物質が効かないスーパー耐性菌NDM-1にも効果があるという。

感染症予防に効果的という化合物の滅菌メカニズムと、将来の応用を考えてみたい。


毎年秋冬のインフルエンザと春から夏のエンテロウイルス流行期には、心配する親が育児サイトなどでアルコールやマスク、消毒液などの予防製品を購入し、あるいは情報集めに専念する。そこで最近知名度が急上昇し、エンテロウイルスや新型インフルエンザに効果的と言われているのが、台湾大学ウイルスボム・スプレーである。

ウイルスボムの化学構造

ウイルスボムは商品名で、その正体は特殊な酸化還元能力を有する合成酵素である。ウイルスや細菌がこれに接触すると、その共有結合が断ち切られ死滅してしまう。このメカニズムを利用した滅菌は、ウイルスボムが初めてではない。さかのぼると、2003年のSARS大流行まで行き着く。

ウイルスボムの主要研究メンバーである台湾大学光電バイオメディカル・センターの林世明教授は、SARS治療予防薬「抗SARS一号」の開発は偶然からだと話す。2003年3月、台湾で最初にSARSと確認された患者が台湾大学に入院し、検査医学部の高全良主任がウイルス培養に成功すると、ナノ医学と計測を専門とする林世明は、当時の台湾大学病院の陳定信院長と楊泮;池内科部長から、その分子構造の解析を託された。

「当時はまだ学界でも病院でもSARSウイルスのことは何もわかっておらず、その予防と治療法を探るには、ウイルスの微細構造を理解するしかなかったのです」と林教授は当時を追想する。

成功の鍵、アンカー分子

SARSウイルスは感染力が極めて強いので、林教授は助手任せにせず、すべて自分で処理しようと、まず妻子を南投県の実家に帰し、一人で第二レベル危険等級実験室にこもり、ウイルスの分子構造を調べ続けた。

SARSウイルスのコロナ状の構造は方向性のある棘状のタンパク質から構成されているので、計測過程で人工的に合成した有機化合物(アンカー分子とも言う)で固定し、棘状のタンパク質の方向や高さを測る。林教授はタンパク質の構造の専門的知識を基に、アンカーとなる化合物を10数種選定して、その効果を確かめる実験を行っていた。その時、強固なSARSウイルスの構造が突然自然崩壊する現象が起き、居合せた研究チームを驚かせた。この化合物が、後に抗SARS一号の主原料となったのである。

糖とタンパク質がウイルスの主要構成成分だが、林教授によると、抗SARS一号の化学構造の一端が、SARSウイルスの糖タンパク質共有結合を断ち切る酸化能力を有していたという。糖タンパク質が断ち切られると、養分を提供できなくなるので、ウイルスは死んでしまう。

致死率11%の恐るべきSARSだが、そのコロナを剥ぎ取る抗SARS一号の開発は当時一世を風靡したが、それもつかの間だった。SARSの流行が終息すると話題に上らなくなってしまったが、2009年に今度は新型インフルエンザが大流行すると、この薬品がまた引っ張り出されたのである。

ウイルスボムの秘密

その頃、ロイターの記者が林教授を訪ね、以前開発した抗SARS一号は新型インフルエンザにも有効かと聞いてきた。林教授は考えたが、どうとも答えられなかった。というのも、抗SARS一号はSARSウイルスのテストしか行わないまま、製薬会社に技術移転しており、それ以外の実験はしていなかったからである。だが、その質問で他のウイルスにも使えるかもしれないと気づいた。

それまでの研究経験があってか、今回の抗H1N1薬品の開発は順調に進み、2009年6月中旬にはH1N1ウイルスに効果のある分子酵素3種を特定し、その中でも最も効果の高い酵素により、台湾大学ウイルスボムが開発された。

このウイルスボムと抗SARS一号は、化学構造も異なっている。抗SARS一号が二次元の化学鎖を有する有機化合物であるのに対し、ウイルスボムは人工的に合成した酵素(成分は活性化されたタンパク質に近い)で、より複雑な丸い3D構造である。しかも酸化と還元の能力を兼ね備えており、ほかの物質ときわめて容易に反応する。酸化能力しかない抗SARS一号と比べると、ウイルスの糖タンパク質共有結合をより簡単に切断でき、応用範囲も広い。

その後の研究から、H1N1新型インフルエンザ以外にも、通常の季節性インフルエンザや鳥インフルエンザ、重症化しやすいエンテロウイルス、俗に菜花と呼ばれる尖圭コンジローマなどの性病から、さらには女性が恐れる子宮頸ガンの元凶、ヒトパピローマ・ウイルスなどにも有効であることが分った。

2009年7月に、台湾大学はこの研究成果を1000万台湾元を超える高額で製薬会社に技術移転し、台湾大学のロイヤルティ金額の記録となった。2ヵ月後に石鹸とスプレーが発売されたが、その売上は年間1000万元を超え、インフルエンザ流行シーズンになると、学校や保護者に売行き好調という。

対応が難しい院内感染

ウイルスに対するウイルスボムの効果が認められると、今度は感染力が強く、対応が難しい細菌への応用が模索され始めた。中でも抗生物質がほとんど利かない多剤耐性のNDM-1が、その目標である。

NDM-1は、多剤耐性遺伝子をもつ酵素で、細菌の染色体外でコピーされ、大腸菌や肺炎桿菌に存在し、感染するとNDM-1腸炎感染症を起す。最初にニューデリーの病院で発見され、それからパキスタン、香港など各地で報告されている。

多剤耐性のNDM-1が恐ろしいのは、ほとんどの抗生物質が利かない点で、臨床的にはわずかにチゲサイクリンやコリスチンなどは効果があるというが、主に人の免疫に頼るしかない。

2010年9月にTVBSテレビのカメラマン二人がインドで銃撃に遭って重症を負ったが、うち一人が現地の病院でNDM-1に感染したことが分り、帰国後にパニックとなったことがある。幸いこの人は症状が出ず、一定期間の隔離後に自然治癒して、国内感染には至らなかった。

しかし患者から培養された菌は学界から注目され、多剤耐性菌の院内感染に関心が高かった長庚大学医学生物技術研究所の頼信志所長は、これを機会にNDM-1の研究に乗り出した。

病院の環境は暖かく多湿で、消毒液を用いて日夜殺菌を繰り返しているが、生き残る細菌は僅かながらいると、頼所長は言う。NDM-1以外にもアシネトバクターや黄色ブドウ球菌などが多剤耐性の細菌である。

病院に存在する多剤耐性菌は、健康な人にはあまり影響しないが、ガン末期や臓器移植後など免疫力の弱い患者に感染しやすい特徴がある。感染すると治療が難しく、手術後の重症患者に大きなリスクとなるので、院内感染菌の管理が頭の痛い問題となっている。

無差別殺菌

ウイルスボムがこの種の細菌にも効果があるのか、頼所長は台湾大学に支援を依頼し、濃度の異なるウイルスボム溶液を使って研究した。その結果、アシネトバクター、緑濃菌など多剤耐性の細菌であっても、300ppm以上のウイルスボム中では生存できず、わずか1分で崩壊することが分った。

その原理はウイルスの時と似ていて、その特殊な化学構造で細菌の細胞膜を開いて入り込み、不安定な機能基と細菌内部の糖やタンパクなどの有機物質と結合し、最終的に細胞膜や養分を失わせて崩壊させる。

それにウイルスボムの滅菌は物理的なメカニズムによっていて、抗生物質のように特定の生化学目標を攻撃するのではないので、まず耐性が起きない。それでも無差別殺菌には欠点もある。利点は体外殺菌に効果的で、病院のドアやエレベーターや病床周辺などを殺菌でき、院内感染のリスクを低減できる点だが、有益な菌も殺してしまう可能性があり、抗生物質のように直接体内に注入する薬品への応用が難しいのである。

正しく使って感染予防

ウイルスや細菌に加え、水虫などのカビや女性を悩ませるカンジダにも有効である。こういった効果に対し、人の肌に直接吹き付けると、表皮細胞を破壊するのではと疑問が起きる。

体外細胞や動物実験を繰り返した林世明教授によると、ウイルスは約30〜100ナノ、細菌は0.5〜3ミクロン、カビは3〜10ミクロンだが、人や動物の細胞は40〜50ミクロンで侵入は難しい。しかも人や動物は真核生物であるのに対し、原核生物である細菌などとは違うので、ウイルスボムが動物細胞を損なうことはないと言う。

現在、ウイルスボムは医薬品ではなく一般用品として発売され、ドアノブや電話、エレベーターのボタン、病院や幼稚園などの共用物への使用が推奨されている。流行期になれば、消毒液として直接手にスプレーすることもできる。

「将来、水虫の患部や女性の局部に直接スプレーする薬用品が開発されるのか、更なる研究や臨床試験が必要です」と林世明教授は言う。

人口が過密となり、人との接触や国際交流が頻繁となる現代では、新しいウイルスの出現や細菌の突然変異と感染のスピードも速まっている。各種感染症に対応するためには、さらなる予防の武器が必要であろう。台湾大学ウイルスボムはまさにその成果の一つである。

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