商品一覧

紫外線照射ロボット UVBuster

紫外線照射ロボット UVBuster 

紫外線照射ロボット UVBuster

国産によるウイルスや細菌を除去する紫外線照射ロボットです。遠隔操作によってCOVID-19などのウイルスを除去することで感染症拡大を防ぎ、医療従事者が安心して働ける医療環境をサポートしていきます。

UVBusterのコンセプト

UVテクノロジーで人類をウイルスから守る

世界保健機関によれば世界中で常に何百万人もの人々が医療感染汚染(HAI:Healthcare-Associated Infections)による感染症で苦しんでいます。

HAIは医療従事者に大きな影響を及ぼす問題として私たちの大きな課題となっています。HAIが医療施設に及ぼす影響は年間推定67億ドルを超え、CDC(米国疾病予防センター)の発表によれば、米国ではHAIによって亡くなる人の数は8万8千人になっており、今も苦しむ人がたくさんいます。

私たちは新たなるウイルスだけでなく、今も続くHAIを軽減するためにウイルス細胞に損傷を与えて不活性化する紫外線照射ロボットを主軸に、効果的な紫外線ソリューションを医療従事者に向けて開発していきます。

[映像]UVBusterがウイルス除去している様子

 

UVBusterの強み

1.新型コロナウイルスを破壊・不活化(死滅)させた技術力

板橋区・日本大学医学部附属板橋病院・当社の産学官連携の取り組みとして、新型コロナウイルス(SARS-CoV-2ウイルス)へのUV照射試験を行いました。これまで蓄積してきた農業分野における紫外線によるウイルス・害虫の除去技術を応用したものです。

令和2年5月8日に行われた第1回目照射試験は失敗となりましたが、同年5月26日に行われた第2回照射試験では、新型コロナのウイルス内の核酸(RNA)を破壊し、不活性になったことを確認しました。この時期としては日本でも数少ない試験を成功させました。

日本大学医学部附属板橋病院は特定機能病院として多数の新型コロナウイルス陽性患者を受け入れており、併設されている日本大学医学部はBSL-3実験室を保有しています。BSL(バイオセーフティレベル)は4段階のリスクグループに分けられ、最も厳しいBSL-4実験室は国立感染症研究所・理化学研究所筑波研究所・長崎大学感染症共同研究拠点の3拠点のみとなっており、BSL-3実験室は、BSL-4に次いで危険性の高い病原体を実験できる施設となっています。

[板橋区発表] 板橋区の産学官連携により紫外線照射ロボットで新型コロナの除去効果を確認

[Press Release] 紫外線照射ロボとしては日本初、新型コロナウイルスの除去効果を確認

2回目の照射試験に立ち会ったエンジニアたち

 

2.ウイルス・細菌の専門家チームによるロボット開発体制

日本大学医学部のウイルスや細菌を専門とする教授陣をアドバイザーとした医工連携プロジェクトによって開発されており、当社代表も日本大学医学部客員研究員としてウイルスや細菌の研究をしています。そのため、人類を脅かすさまざまなウイルスや細菌に対して、医学最前線の情報を用いて効果的な紫外線波ロボットを開発することが可能と考えています。

なお、UVBusterに使用しているUV-Cランプの照度(3.35mJ/㎠)の場合、10cmの距離からインフルエンザウイルスに照射すると、2.46秒で99.99%が不活性します。現在、高出力のパルスドキセノンランプ、Xeプラズマランプの導入も検討しています。

 

3.独自開発の可変式UV照射システムによって全方位照射が可能

これまでの紫外線照射ロボットは、壁面に対する横方向の紫外線照射が一般的でしたが、UVBusterは照射アームを可変式とすることで、壁面だけでなく、ベッドや机の上面、床面などへの紫外線照射を可能にしました。

国立感染症研究所が令和2年5月3日に発表した「ダイヤモンドプリンセス号環境検査に関する報告」によれば、SARS-CoV-2 RNAは、トイレ床39%、枕34%、机24%から検出されています。壁面だけでなく床面や付着部上部での検出が多かったことから、より効果的にウイルスを除去するためには可変式にすることがベストと考え開発しました。

[国立感染症研究所]ダイヤモンドプリンセス号環境検査に関する報告

横浜港を出港するダイヤモンド・プリンセス号


UVBusterのスペック(仕様)

COVID-19を不活化させたランプ搭載のUVBuster初代モデルが完成

詳細な仕様などは7月13日以降に発表いたします。

UVBusterにご興味のある方はご連絡ください。


紫外線照射の事例

左:新型コロナ患者が入院していた病室   右:発熱外来ブース


紫外線について

1) UV-A (波長 315–380 nm)

太陽光線由来の紫外線のうち約95%が大気を通過し、朝夕でもほとんど減衰しません。皮膚の真皮層に作用しタンパク質を変性させて皮膚の弾性を失わせて老化を促進する一方で、細胞の機能を活性化させることもあります。UV-Bによって生成されたメラニン色素を酸化させて褐色に変化させて色素が沈着し皮膚が黒くなる、いわゆるサンタンと呼ばれる日焼けを引き起こします。

2) UV-B (波長 280–315 nm)

太陽光線由来の紫外線のうち約5%が大気を通過します。表皮層に作用し色素細胞がメラニンを生成し防御反応を起こす、いわゆる日焼けの現象を起こします。この際、ビタミンDを生成し、皮膚が赤くなり痛むいわゆるサンバーン と呼ばれる日焼けを引き起こします。

3) UV-C (波長 200–280 nm)

オゾン層で守られている地表には到達しません。強い殺菌作用があり、生体に対する破壊性が強いのが特徴です。ハロン系物質によりオゾンホールが発生すると、地表に到達して生物相に影響が出ることが懸念されています。

 4) VUV, Vacuum UV (波長 10–200 nm)

酸素分子や窒素分子によって吸収されるため、地表には到達しません。真空中でないと進行しないため「真空紫外線」と呼ばれます。

紫外線の人体への影響

人間が、太陽の紫外線に長時間さらされると皮膚、目、免疫系へ急性もしくは慢性の疾患を引き起こす可能性があります。大気を透過しないUV-Cは過去ほとんど注意が払われておらず、高エネルギーであるためUV-AやUV-Bよりはるかに危険な紫外線です。

紫外線の殺菌効果

紫外線ランプは医療機関や研究所などの殺菌に使用され、低圧水銀灯は 254 nm の紫外線UV-Cを放射します。DNA鎖内で連続した2個のピリミジン塩基(シトシンまたはチミン)が共有結合によって二量体を形成しますが、このような紫外線による損傷が生じると、DNA複製や転写の妨げとなり、細胞死や突然変異、染色体の不安定化など、様々な弊害を細胞にもたらします。ウイルスのDNA上にこれらが十分に蓄積すれば、ウイルスの増殖は抑えられ無害になります。これがウイルスの除去であり、不活性化と言います。

UVによるウイルス細胞の損傷(上はDNA)

ウイルスについて

ウイルスの仕組み

1) 歴史

地球は46億年前に誕生し、ウイルスの祖先である細菌、古細菌、真核生物は約38億年前ぐらいから分かれていったと言われています。そして、約4億年前にはヘルペスウイルスが、約1億年前にはインフルエンザウイルスが誕生しました。コロナウイルスは約1万年前に誕生したとも言われており、その後、アルファ、ベータ、ガンマ、デルタの4つのコロナウイルス属に分かれていきました。あくまでもウイルスのゲノムの塩基配列や変異スピードからの計算から導かれた数値なので正確であるかは分かりませんが、地球の誕生とともにウイルスの歴史があるということが分かります。

なお、昨今、人類を脅かしているウイルスに新型コロナウイルスがありますが、正式名称は国際ウイルス命名委員会(ICTV:International Committee on Taxonomy of Viruses)が命名したSARS-CoV-2で、そのウイルスによって起こる病気の名前がCOVID-19になりました。2019年に出現したコロナウイルスの疾患という意味です。

2) 構造

ウイルスの基本構造は、粒子の中心にあるウイルス核酸と、それを取り囲むカプシドと呼ばれるタンパク質の殻から構成された粒子です。その大きさは数十nmから数百nmのものまで存在し、他の一般的な生物の細胞(数〜数十µm)の100〜1000分の1程度の大きさです。ウイルス核酸とカプシドを併せたものをヌクレオカプシドと呼びます。新型コロナウイルスなど、ウイルスによってはエンベロープと呼ばれる膜成分など、ヌクレオカプシド以外の物質を含むものがあります。これらの構成成分を含めて、そのウイルスにとって必要な構造を全て備え、宿主に対して感染可能な「完全なウイルス粒子」をビリオンと呼びます。

ウイルスのタイプ

 

新型コロナウイルス(SARS-CoV-2ウイルス)のストラクチャー
上からS-Protein(スパイクタンパク質)、HE-Protein(ヘモグロビン糖タンパク質)、M-Protein(膜糖タンパク質)、Envelope(エンベロープ)、RNA(ウイルス核酸)、N-Protein(ヌクレオカプシド)

3) ウイルス核酸

ウイルス核酸は大きくDNAウイルスかRNAウイルスに分けられます。他の生物が一個の細胞内にDNA(遺伝子として)とRNAの両方の分子を含むのに対して、ウイルスの一粒子にはその片方しか含まれません。そのウイルスが持つ核酸の種類によって、ウイルスはDNAウイルスとRNAウイルスに大別され、さらにそれぞれの核酸が一本鎖か二本鎖か、一本鎖のRNAであればmRNAとしての活性を持つか持たないか、環状か線状か、などによって細かく分類されます。

新型コロナウイルスやインフルエンザウイルスは一本鎖のRNAウイルスです。RNAウイルスはゲノムが短いために遺伝子の突然変異が起きやすく、ウイルスの複製時に組み替えエラーになりやすいことや複製スピードが速くて変異体が生じやすいことが理由と言われています。この突然変異によって、ウイルスの感染力や毒性が増強されることがあり、新型インフルエンザが流行した時は第2波が大きな脅威となりました。また、コロナウイルスはRNAウイルスの中で唯一の修復システムを持っているため、巧妙に姿を変えていくことができるのも特徴と言えます。

 

4) エンベロープ

エンベロープ (envelope) は、コロナウイルスやインフルエンザウイルスなどに見られる膜状の構造のことで、エンベロープはウイルス粒子(ビリオン)の外側に位置しており、ウイルスの基本構造となるウイルスゲノムおよびカプシドタンパク質を覆っています。ウイルスが感染した細胞内で増殖し、そこから細胞外に出る際に細胞膜あるいは核膜などの生体膜を被ったまま出芽することによって獲得されるものです。これらのエンベロープタンパク質には、そのウイルスが宿主細胞に吸着・侵入する際に細胞側が持つレセプターに結合したり、免疫などの生体防御機能を回避したりなど、さまざまな機能を持つものが知られており、ウイルスの感染に重要な役割を果たしています。

エンベロープはその大部分が脂質から成るため、エタノールや有機溶媒、石けんなどで処理すると容易に破壊することができるため、エンベロープをもつ新型コロナウイルスも消毒用アルコールなどの処理で不活性化ができます。

新型コロナウイルス(SARS-CoV-2ウイルス)

ウイルスが宿ると

ウイルスによる感染は宿主となった生物に細胞レベルや個体レベルでさまざまな影響を与えます。その多くの場合、ウイルスが病原体として作用し、宿主にダメージを与えますが、一部のファージやレトロウイルスなどに見られるように、ウイルスが外来遺伝子の運び屋として作用し、宿主の生存に有利に働く例も知られています。

細胞レベルでの影響

ウイルス感染の第一歩はレセプター(受容体)への結合です。ウイルス表面のタンパク質(スパイクタンパク質)は鍵、細胞表面のタンパク質は鍵穴に例えられ、鍵と鍵穴にマッチした時に感染が起きます。SARSコロナウイルスと新型コロナウイルスはACE-2(アンギオテンシン変換酵素Ⅱ)をレセプターとして使っており、結合することでエンドサイトーシスにより細胞内に侵入します。これに対して宿主細胞はタンパク質や遺伝子の合成を全体的に抑制することで抵抗しようとし、一方でウイルスは自分の複製をより効率的に行うために、さまざまなウイルス遺伝子産物を利用して、宿主細胞の生理機能を制御しようとします。このような原因から、ウイルスが感染した細胞ではさまざまな生理的・形態的な変化が現れます。

そして、さまざまな生理機能の変化によってウイルスが感染した細胞は最終的に以下のいずれかの運命を辿ります。

1) ウイルス感染による細胞死

ウイルスが細胞内で大量に増殖すると、細胞本来の生理機能が破綻したり細胞膜や細胞壁の破壊が起きる結果として、多くの場合、宿主細胞は死を迎えます(ファージ感染による溶菌現象もこれにあたります)。多細胞生物の細胞では、ウイルス感染時に細胞周期を停止させたり、MHCクラスIなどの抗原提示分子を介して細胞障害性T細胞を活性化して、アポトーシスを起こすことも知られています。感染した細胞が自ら死ぬことで周囲の細胞にウイルスが広まることを防いでいると考えられています。

2) 持続感染

ウイルスによっては、短期間で大量のウイルスを作って直ちに宿主を殺すのではなく、むしろ宿主へのダメージが少なくなるよう少量のウイルスを長期間に亘って持続的に産生(持続感染)するものがあります。宿主細胞が増殖する速さと、ウイルス複製による細胞死の速さが釣り合うと持続感染が成立します。持続感染の中でも、特にウイルス複製が遅くて、ほとんど粒子の複製が起こっていない状態を潜伏感染と呼びます。

3) 細胞の不死化とがん化

多細胞生物に感染するウイルスの一部には、感染した細胞を不死化したり、がん化したりするものが存在します(このようなウイルスを腫瘍ウイルスあるいはがんウイルスと呼びます)。ウイルスが宿主細胞を不死化あるいはがん化させるメカニズムはまちまちですが、宿主細胞が感染に抵抗して起こす細胞周期停止やアポトーシスに対抗して、細胞周期を進行させたりアポトーシスを抑制する遺伝子産物を作る場合(DNAがんウイルス)や、細胞の増殖を活性化する場合、またレトロウイルスでは宿主のゲノムにウイルス遺伝子が組み込まれる際、がん抑制遺伝子が潰された結果、がん化することも知られています。

個体レベルでの影響

ウイルス感染は、細胞レベルだけでなく多細胞生物の個体レベルでも、さまざまな病気を引き起こします(このような病気を総称してウイルス感染症と呼びます)。インフルエンザや天然痘、麻疹、風疹、後天性免疫不全症群(AIDS)などの病気がウイルス感染症に属しており、これらのウイルスはしばしばパンデミックを引き起こして人類に多くの犠牲者を出しました。また、動物ではウイルス感染が起きると、それに抵抗して免疫応答が引き起こされます。血液中や粘液中のウイルス粒子そのものに対しては、ウイルスに対する中和抗体が作用する(液性免疫)ことで感染を防ぎます。感染した後の細胞内のウイルスに対しては抗体は無効であるが、細胞傷害性T細胞やNK細胞などが感染細胞を殺す(細胞性免疫)ことで感染の拡大を防ぎます。AIDSやウイルス性肝炎の原因となるものを含む一部のウイルスは、これらの免疫応答を回避し、慢性感染症を引き起こします。

ウイルス感染症における症状の中には、ウイルス感染自体による身体の異常もありますが、むしろ発熱、感染細胞のアポトーシスなどによる組織傷害のように免疫応答を含む、対ウイルス性の身体の防御機構の発現自体が健康な身体の生理機構を変化させ、さらには身体恒常性に対するダメージともなり、疾患の症状として現れるものが多いです。


細菌について

細菌の仕組み

細菌(バクテリア)は、大腸菌、枯草菌、藍色細菌(シアノバクテリア)などを含む生物群であり、形状は球菌か桿菌、ラセン菌が一般的で、通常1-10 µmほどの微小な生物です。

細菌は地球上のあらゆる環境に存在しており、その代謝系は非常に多様です。個体数は5×1030と推定されており、その生物量も膨大です。光合成や窒素固定、有機物の分解過程など物質循環において非常に重要な位置を占めています。

食品関係においてはチーズ、納豆、ヨーグルトといった発酵過程において微生物学発展以前から用いられてきました。また、腸内細菌群は食物の消化過程には欠かすことのできない一要素です。一部のものは病原細菌として、ヒトや動物の感染症の原因になる。対立遺伝子を持たず、遺伝子型がそのまま表現型をとり、世代時間が短く変異体が得られやすい特徴があります。近年の分子生物学を中心とした生物学は細菌を中心に発展してきており、大腸菌などは分子生物学の有用なツールとして現在でも頻繁に使用されています。

生育環境

生物圏とされているほぼ全ての環境に分布しており、通常の土壌や湖沼はもちろん、上空8000mまでの大気圏、熱水鉱床、水深11000m以上の海底、南極の氷床などといった、人類が生育困難な環境からも生育ないし存在が確認されています。ただし、生育には必ず水分が必要であり、乾燥に対してはきわめて弱い特性があります。

多細胞生物体内部や表面にも多数の細菌が付着ないし生育しています(共生)。ただし、健康な生物体の血液中、筋肉、骨格など消化管以外の臓器からはほとんど検出されず、無菌に保たれています。そして、消化管においては食物の分解プロセスの一部を担っています。このような共生の例はルーメンやマメ科植物の根圏における窒素固定菌の共生などに見ることができます。

生物量(バイオマス)も相当量存在すると考えられており、土壌4000㎡あたり2トンの微生物(真菌、古細菌を含む)を有していると考えられています。また海洋においては、栄養状態にかかわらず1mLあたり50細胞程度の細菌が存在しており(沿岸や生物の死体周辺ではmLあたり105細胞以上生息)、海洋だけでも地上の真核生物量をはるかに凌駕する生物量が確認できます。

細胞の構造

細菌の基本的な構造。細胞膜の外側には細胞壁(この画像ではそのさらに外側に莢膜)があります

外観は古細菌と酷似していますが、各構成素材は異なる場合があります。細胞構造は外部から細胞鞭毛(Bacterial Flagellum)、線毛(pilus)、莢膜(Capsule)、細胞壁(Cell wall)、リボソーム(ribosome)、細胞膜(cell membrane)、細胞質(cytoplasm)などから構成されています。細胞質には細胞膜に付着する形でゲノムDNA(核様態という形に凝集)、プラスミド、また電気伝達系などの一部のタンパク質が存在し、リボゾームやその他のタンパク質は細胞内部に混ざっています。

1) 膜外構造

鞭毛は全ての細菌が持っているわけではありませんが、細胞の移動のために使用される器官であす。フラジェリンというタンパク質が重合した直径20 nmほどのらせん状の繊維で、基部が水素イオン濃度勾配やナトリウムイオン濃度勾配をエネルギー源にして回転します。鞭毛よりも小型の繊維構造に線毛があります。ピリンというタンパク質が主要構成分で、数nmほどで、他の細菌や感染宿主との接合や定着に使われます。

細胞壁はその構造によりグラム(染色)陽性菌とグラム(染色)陰性菌に分けられ、共にペプチドグリカンの構成単位にN-アセチルムラミン酸を持ち、古細菌と細菌を区別する特徴の一つになっています。グラム陽性菌では多量のペプチドグリカンからなっていますが、グラム陰性菌ではタンパク質を多量に含み、ペプチドグリカンの外側に外膜と呼ばれる構造を持っています。

2) 膜内構造

細胞膜は真核生物と同じくsn-グリセロール3-リン酸に脂肪酸が結合したエステル型脂質であり、sn-グリセロール1-リン酸にイソプレノイドアルコールが結合している古細菌とは明確に区別されています。細胞膜には電子伝達系や各種輸送体、各種センサーなどに関連するタンパク質が分布しています。

内部構造は真核生物のような明瞭な単位膜系はありませんが、種によってはチラコイド、DNAを包む核膜様構造(プランクトミケス門の一部のみ)が見られることもあります。DNAはHUと呼ばれるタンパク質と結合して核様態という形で凝集していますが、真核生物や古細菌の様にヒストンに巻きついてクロマチン構造をとることはありません。DNAは環状一分子が一般的ですが、稀に直線状のDNAを持つものや複数のDNAを持つものもいます。

成長と増殖

増殖は単純な2分裂のものが多く、この場合ほとんど同じクローンが二つできます。早いものでは分裂した後10分で再び分裂しますが、いくつか異なる増殖様式も知られています。同時に3つ以上に分裂する場合や、出芽によって増えるもの、接合してDNAの一部を交換するもの、芽胞などを形成するものが存在します。

増殖に際してはDNAの複製が行われ、DNA複製は真核生物、細菌で異なる点があります。大腸菌で最もDNA複製機構の研究が進んでおり、複製はDNA上に一箇所存在する複製開始点から開始され、双方向へ複製が進んでいきます。

物質循環と代謝の多様性

細菌は生物量としても真核生物を凌駕しており、その呼吸活性においても多細胞生物体と細菌1gの呼吸活性を比較すると、細菌のほうが数百倍大きいと言われています。肥沃な土壌4000㎡あたりの細菌の呼吸活性は数万人の人間に等しいとされており、これは細胞が小さく体積あたりの呼吸活性を示す表面積の割合が大きいこと世代時間が短いことがその要因と言われています。呼吸速度(炭素、水素、酸素の循環)のみならず、生物を構成している窒素、硫黄の地球全体の物質循環に寄与しており、後者の多くは酸素を嫌う嫌気性呼吸を伴います。

1) 窒素循環

窒素は大気中では安定した不活性な気体ですが、光反応、燃焼などの高熱によって硝酸イオンやアンモニウムイオンとして自然界に存在しています。これを有機物の形で取り入れ脱窒していく過程を窒素循環と呼びます。これに加え、ある種の細菌は大気中の窒素分子から窒素化合物を合成する窒素固定というプロセスを獲得し、窒素循環に寄与します。窒素はタンパク質のアミノ基に含まれるなど生物体の構成要素として非常に重要です。植物は無機態のアンモニアおよび硝酸同化、有機物態窒素の利用が可能ですが、窒素固定は唯一窒素固定菌のみが獲得した能力です。また、有機体窒素のアンモニア化、アンモニアを硝酸まで酸化する硝化過程、硝酸塩を気体の窒素まで還元する硝酸還元(脱窒)過程など、窒素の循環に多様な代謝系を持って循環に寄与しています。

窒素循環サイクル

2) 硫黄循環

硫黄は主に地殻中に豊富に存在し、元素状硫黄は不溶性ですが、これも光反応や高熱により硫化水素や硫酸イオンとして自然界に存在しています。これを有機物の形で取り入れ、再び水溶性の硫酸塩や硫化水素として排出していく過程を硫黄循環と呼びます。有機物中に存在する硫黄は反応性が高く重要なアミノ酸に含まれています。硫酸塩のみが植物によって同化されますが、有機物態硫黄の分解(最終産物は硫化水素)、硫黄酸化(硫化水素から硫酸塩に戻す)、硫酸還元(硫酸塩を異化的に還元する)などは細菌に特有な代謝系となっています。


感染症について

歴史

感染症の歴史は生物の発生と共にあり、有史以前から近代までヒトの病気の大部分を占めてきました。医学の歴史は感染症の歴史に始まったと言っても過言ではありません。抗生物質は細菌に対する治療薬であり、1929年英国のアレクサンダー・フレミングによって抗生物質であるペニシリンが発見されるまで根本的な治療法はなく、伝染病は大きな災害でした。一ちおせみ方、ウイルスに対する治療薬は細菌よりも遅れて発明されました。1951年、ヘイムリによってワクシニアウイルスの治療薬としてチオセミカルバゾンが発明され、1959年、プルソフがイドクスウリジンを合成し、1962年にカウフマンらが単純ヘルペスによる角膜炎に有効であることを証明したのが抗ウイルス剤の始まりと言われています。

基本的な考え方

世界の年間総死亡は約5,400万人、その内訳として、循環器疾患(心疾患;心筋梗塞、脳血管障害;脳梗塞、脳血栓、脳出血など)で1,670万人、感染症で1,350万人、悪性新生物で700万人、不慮の事故死で590万人であることから、感染症は現在でも全世界の総死亡の約1/4を占め、人類に大きな健康被害を及ぼしています。先進国における感染症としては新興感染症・再興感染症に加えて、多剤耐性菌の蔓延や生物兵器の脅威が公衆衛生上の大きな課題として注目を集める一方、高度医療の発達に伴って手術後の患者や免疫抑制状態の患者における感染が増加するなど、日常的にもまだまだ課題が多いのが実情です。

現在、ウイルスをはじめとする微生物に対する感染症の予防・治療が進んでいます。感染症を管理する感染制御とは、感染症の発生を事前に防止することと、発生した感染症がさらに広がらないように管理することを意味します。感染症法においては、感染症の発生・拡大を防ぐための事前対応が求められます。感染症が成立するには以下の要件が必要です。➀原因微生物が存在する、②感染経路が存在する、③宿主に感受性がある、であり、感染制御とはこれらの要件の少なくとも一つを無効にすることであり、滅菌・消毒は➀の原因微生物を無効にする対策で、一般的な感染制御では②の感染経路を遮断することであり、ワクチン接種は③に対する対策となります。

特定の感染症が発生した医療現場において、適切な消毒や滅菌がなされない場合には、さらなる感染の拡大や新たな感染症を引き起こす可能性が出てくるため、数多くの消毒法による処理がなされます。

新型コロナウイルスの発生

2020年1月1日、新型コロナウイルスの発生に伴い中国政府は武漢市の海鮮市場を封鎖したわけですが、この武漢市は東京都と匹敵するような面積と機能を持つ大都市です。この武漢市で最初の感染者と認められたのは2019年12月8日とされており、野生動物などが販売されていた江漢区の武漢華南海鮮卸売市場が発生源と言われています。この海鮮市場は1000店舗以上が並ぶ市場で、規模しては豊洲市場の2倍以上の規模の大規模な市場です。中国疾病予防管理センターは、この市場で採取された585サンプルのうち、33サンプルから謎のウイルス(新型コロナウイルス)が検出されたことを発表、1月7日には謎のウイルスのゲノム配列が2003年にSARSの大流行を引き起こしたコロナウイルスと似ていると判明し、新型コロナウイルスのゲノムの全遺伝子配列が決定されました。そして、その数日のうちに世界19か国のおよそ80もの企業と研究所がワクチンの研究を開始しました。第二次世界大戦以降、人類にとって最も脅威のウイルスSARS-CoV-2であるからこそ、迅速な行動が必要と判断したからです。このように新しく発見されたゲノムの塩基配列を早く決定することは検査法や治療法を開発するために必要なことです。

令和2年1月6日 厚生労働省 報道発表資料


殺菌について

基本的な考え方

殺菌は、病原性や有害性を有する糸状菌、細菌などの微生物を死滅させることです。無菌とは、すべての微生物が存在しない状態を意味し、滅菌は無菌性を達成するためのプロセスです。しかし、滅菌後にすべての微生物が存在しないことを証明することは困難です。そこで、電磁波、温度、圧力、薬理作用などを用いて細菌などの組織を破壊するか、生存が不可能な環境を生成することで行われます。人体や有益な生物への障害、高熱や腐食による装置の破損、食品の風味の変質などを引き起こすことがあるので、適切な方法を選択することが重要です。

消毒・滅菌の分類

1) 殺菌

殺菌とは文字通り「細菌やウイルスを殺す」効果のことです。ただし、死滅させる菌の種類や死なせる量に明確な定義はありません。例えば90%の菌が残ってしまっていても10%の菌が殺せていれば「殺菌」と謳うことができます。「殺菌」という言葉は薬事法の対象となる消毒薬などの医薬品と医療機器、薬用せっけんなどの医薬部外品のみに使用できる表現なので、例えば食器用洗剤に殺菌効果があったとしても「殺菌」という表現はできません。それゆえに広告を出す場合にも「殺菌」を「除菌」か「消毒」に切り替えるよう指摘されるケースが散見されます。

2) 滅菌

滅菌とは、有害・無害を問わず、すべての菌(微生物やウイルス含む)を死滅・除去することです。滅菌は定義が明確になっており、菌や微生物ウイルスなどの残量が100万分の1になることをもって滅菌とされています。電磁波や放射線を使用したり高圧や高熱をかけたりして滅菌処理するのが有名です。無菌性保証レベル(sterility assurance level, SAL)を満たすことをもって『滅菌した』とします。

3) 除菌

除菌とは菌を減らす効果のことです。菌を殺さなくても塗布した面から菌を減らせれば問題なく、どの程度菌を減らすかについても定義はありません。つまり、手を水で洗っても除菌と言えます。「除菌」という表現は、アルコールスプレーや洗剤、漂白剤などの雑貨品表示でよく使われていますが、これは薬事法上、医薬品や医薬部外品ではない製品ではたとえ殺菌や消毒効果があっても「殺菌」や「消毒」を謳えないためです。

4) 消毒

消毒とは、病原性のある微生物を死滅・除去させて害のない程度にすることです。「殺菌」とも似ていますが、消毒の目的はあくまで「無毒化」であり、必ずしも細菌を死滅させていなくとも、病原体の感染力を不活性化させたり、病原体を危険ではない程度まで遠ざけることも無害化にあたるので消毒に分類されます。「消毒」という言葉も殺菌と同様に、薬事法上の言葉で「医薬品」や「医薬部外品」のみに使用できます。市販の消毒薬のように薬物で消毒するだけでなく、煮沸消毒や日光消毒、紫外線消毒、焼却消毒などの方法もあります。

方法による分類

殺菌する方法には、物理的消毒法と化学的消毒法ががあります。

1) 物理的消毒法

・濾過滅菌

液体や気体を、特殊なフィルターで濾過するものです。フィルターにある孔の径よりも大きな微生物はフィルターを通過できないために除去されます。細菌用メンブランフィルターや中空糸膜などが使用される。ただしマイコプラズマなどの小型の不定形細菌やウイルスなどには無効です。

・紫外線殺菌

(滅菌あるいは消毒)照射量によっては十分な殺菌力が期待されるが透過性が低いため、光の浸透しない(影になる部分、シャドーイング)には効果がありません。実験台やクリーンベンチの机表面に照射したり、スリッパや器具の保管庫、クリーンルームの消毒殺菌灯に利用されます。一部の飲料の製造工程では流路に照射して殺菌することもあります。300-200nmの紫外線を利用し、254nmが最も効果的です。また、災害時など飲料水の確保が困難な場合に、ペットボトルなど透明な容器に入れた水を太陽光に晒すことで殺菌するSODIS法(Solar water disinfection)もあります。

・パルス光殺菌

GPセンターでの鶏卵の殺菌などに利用されます。電磁波には殺菌以外の有用な効果があるため、その効果を期待して用いられることがあります。例えば、菌が増殖する際に発生する有機脂肪酸などによる悪臭に対しても、原因物質を分解し消臭する効果があります。

・電磁波

対象物に強い電磁波を照射し、細菌やウイルスなどの遺伝子を破壊して死滅させます。電子レンジも電磁波の応用で、実際に殺菌に利用されますが、その作用機序は電磁波そのものの作用というよりも、照射によって物質に生じた熱による低温湿熱殺菌です。

・エックス線滅菌、ガンマ線滅菌

(滅菌)殺菌力が強くまた物質への透過性も高いため、滅菌用途に用いられます。ただし放射性物質を取り扱う必要があるため、利用できる施設は限定されます。熱に弱いプラスチック製品(注射筒・輸液用チューブなど)を大量に製造する工場などで利用されます。

・電子線殺菌

(滅菌)カテーテルやメスなど医療器具の殺菌に利用され、透過力が弱いため、小型の器物にしか応用できませんが、ガンマ線より扱いやすいことから、ディスポーザブル(使い捨て)となる製品に、ガンマ線と使い分けられ広く利用されています。

・高温処理

高温処理することによる殺菌です。微生物は有機物から構成されるため、特に水分存在下で加熱(湿熱)すると死滅しやすいのですが、一部の細菌が作る芽胞は極めて耐熱性が高く、100℃で沸騰させても死なないため、滅菌する際には、100℃より高い温度を用いる必要があります。なお、室温よりも低い低温は静菌的には働きますが、0℃以下の低温でも菌そのものが死滅する殺菌効果は期待できません。

・火炎滅菌

ライター、バーナー、アルコールランプの炎で対象物を直接加熱して滅菌する方法です。微生物培養時の柄付きバリ、ピンセットなどに用います。

・高温高圧滅菌

オートクレーブと呼ばれる装置を用いて、飽和水蒸気中で121℃、2気圧15分以上(通常20分)加熱します。湿熱で芽胞を死滅させるため、圧力を上げて100℃以上の温度にするため、乾熱滅菌の高温には耐えられない樹脂製品器具やろ紙、本や書類、水分を含む培地などの滅菌に最も適しています。

・水の煮沸、熱湯消毒

汚物などに接した水は、コレラ・腸チフス・赤痢などを引き起こし、時に寄生虫の問題も引き起こします。それらを防ぐために、古代から水を煮沸してから飲む、一旦沸騰させてから飲む、ということが行われています。アフリカでは、現代でも多くの地域で安全な飲料水が確保しづらく、飲用水は飲む前に一旦沸かすことが重要です。また、台所用品、調理用品、ソフトコンタクトレンズなどに用います。

・低温殺菌

(消毒)100℃以下の温度(42,60,80℃など)でやや長時間(30分 – 数時間)かけて加熱処理します。オートクレーブなどの滅菌処理で変質してしまう食品や牛乳などの消毒殺菌に用います。

・超高温殺菌

120℃以上の湿熱で加熱します。缶詰の殺菌、LL(ロングライフ;長期保存可能)牛乳の殺菌などに用いられます。

2) 化学的消毒法

・殺菌剤、殺菌消毒薬

これらは通常、液体あるいは水溶液として消毒の目的で用いられることが多いです。ただし、重金属化合物や一部の殺菌剤は樹脂やセラミックなどに混ぜて使うことで抗菌樹脂、抗菌セラミックなどとして用いられることがあります。

・エタノール、イソプロピルアルコール

(消毒)細菌の細胞膜やウイルスのエンベロープの破壊、タンパク質の凝固作用によるものです。エタノールは細菌には70%程度、ウイルスでは100%の濃度が最も効果が高く、イソプロピルアルコールは30~50%で用いられます。

・フェノール、クレゾール

(消毒)タンパク質の凝固作用によるものです。

・逆性石けん、両性石けん

(消毒)表面張力低下による細胞膜の障害、タンパク質を凝固・変性をさせ、菌を死滅させるもの。通常の石鹸と反応すると殺菌力が失われるので注意する必要がある。

・酸化剤

細胞の成分を酸化し、機能を阻害するものです。

・ヨウ素化合物

(消毒)ヨードチンキ・・・ヨウ素:ヨウ素カリウム溶液とエタノールを混ぜたものです。

(消毒)ポピドンヨード、イソジン液…界面活性剤であるポリビニルピロリドンとヨウ素の結合体で、うがい薬として最も知られています。

・生石灰、消石灰

(消毒)安価で大量に入手し得るので、水害時の土壌・建物等の消毒、家畜伝染病発生時の建物・車両・器具等の消毒に用いられます。強アルカリであれば十分であるので炭酸ナトリウム等も用いられます。

・ガス滅菌

(滅菌)エチレンオキシドやホルムアルデヒドなどのアルキル化剤の気体(ガス)や酸化剤であるオゾンの中に対象物を静置して滅菌するものです。熱に弱い器具の滅菌にエチレンオキシドが用いられ、汚染した建物の滅菌にホルムアルデヒドガス(ホルマリン燻蒸)が用いられます。

・オゾン殺菌

オゾンの殺菌効果によって殺菌し、オゾンを溶解させた水溶液であるオゾン水は食品の殺菌用途に用いられる程度の安全性があります。

ただし、家庭用オゾン発生器については国民生活センターが2009年8月27日に、「家庭用オゾン発生器はオゾンが人体にとって危険なレベルの高濃度になる恐れがあるとして、消費者は購入等を控えた方がよい」という商品テスト結果を発表しています。

・電解水殺菌

水を電気分解し陽極側にできた酸性の電解水の次亜塩素酸によって殺菌するものです。この電解水は、通常使われる次亜塩素酸ナトリウムの水溶液に比較して次亜塩素酸の濃度が低いが酸性であることによって近似した殺菌力があり安全性はより高いと言われています。酸性の強い強酸性水と中性に近い微酸性電解水があり、微酸性電解水は目に入ったり飲用しても問題がなく、公共の場において噴霧することによってインフルエンザウイルスの殺菌に用いるとの提案もされている。

・その他

この他、カテキンなどのポリフェノールや、ペパーミントやユーカリなどの植物精油、わさびやしょうがなどの香辛料にも殺菌効果が認められるものがあります。

まとめ

いかがでしたでしょうか?

新型コロナウイルスに対してはエタノールといった化学的消毒法が広く活用されておりますが、長時間の使用による人体の影響等を考えると、紫外線殺菌といった物理的消毒法も併用することで、安心・安全な生活環境を維持することができると考えます。

私たちは、これらのバイオ(生物情報)とエンジニアリング(工学技術)を組み合わせたバイオエンジニアリングで、ウイルスに対して最適なUV技術を処方し、これからも医療従事者の医療感染汚染(HAI)対策に取り組んでいきます。


※UVBusterは登録商標出願中です。

※本文の一部はwikipediaから引用しています。

 

ページ上部へ戻る