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懸念されるSARS-CoV-2亜種の空気中安定性の違いは呼吸器エアロゾルの代替物のアルカリ性に影響される

哉百名


オープンアクセス研究論文
懸念されるSARS-CoV-2亜種の空気中安定性の違いは呼吸器エアロゾルの代替物のアルカリ性に影響される

https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rsif.2023.0062


アレン・ハドレル
,
マラ・オテロ-フェルナンデス
,
ヘンリー・オスウィン
,
トリスタン・コーガン
,
ジェームズ・バジール
,
ティエン・ジャンハン
,
ロバート・アレクサンダー
,
ジェイミー・F・S・マン
ジェイミー・F・S・マン
ブリストル獣医学校、ブリストル大学、ラングフォードハウス、ラングフォード、ブリストル、英国
貢献 コンセプト立案、資金獲得、プロジェクト管理
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,
ダリル・ヒル
,
アダム・フィン
,
アンドリュー・D・デヴィッドソン
そして
ジョナサン・P・リード
発行:2023年6月21日https://doi.org/10.1098/rsif.2023.0062
要旨
エアロゾル段階におけるウイルスの感染性喪失の主要な要因であると仮定される機構的要因は、多くの場合推測の域を出ない。次世代バイオエアロゾル技術を用い、大きさと組成が明確に定義されたエアロゾル液滴中で、SARS-CoV-2の懸念されるいくつかの変異型のエアロゾル安定性を、高（90％）と低（40％）の相対湿度（RH）で40分間測定した。祖先ウイルスと比較すると、デルタ変異型の感染力は異なる減衰プロファイルを示した。低RHでは、両バリアントとも最初の5秒間で約55％のウイルス感染性の低下が観察された。RHと変種に関係なく、ウイルス感染性の95％以上はエアロゾル化40分後に消失した。変異型の空中安定性は、アルカリ性pHに対する感受性と相関する。すべての酸性蒸気を除去すると、感染力の減衰速度が劇的に増大し、2分後には90％が消失した。人工唾液と増殖培地の液滴でも同様の空気安定性が観察された。高RHでは、呼気エアロゾルの高いpHがウイルス感染性の低下を促進し、低RHでは、高い塩分がウイルス感染性の低下を制限する。

  1. はじめに
    コロナウイルス感染症2019（COVID-19）パンデミックの主要な原動力は、空気中の飛沫やエアロゾルを介した重症急性呼吸器症候群コロナウイルス-2（SARS-CoV-2）の拡散である[1,2]。COVID-19が拡散する主な媒介物質がエアロゾルであることが明らかになったことで、マスクの使用 [3]、換気 [4]、空気清浄機 [4]、社会的距離の取り方 [5]などの効果的な緩和戦略が導き出された。エアロゾル化したウイルスの伝播に影響を及ぼす多くの要因に関連する複雑さは、よく理解されていると同時に、しばしば交絡している（図1）。これらの要因は、生物学的要因（例えば、自然免疫および適応免疫防御 [7]、エアロゾル産生 [8,9]、エアロゾル飛沫あたりのウイルス量、低相対湿度における粘膜の感染抑制能力 [10]）、ヒトの行動（例えば、航空機旅行、屋内の混雑、公共の場 [11]）。エアロゾル段階でのウイルスの寿命に影響を与える物理的・環境的パラメータ[6]（温度、相対湿度（RH）[12]、空気の動き[13]、紫外線[14]など）。このリストは決して網羅的なものではないが、エアロゾル化ウイルスの伝播に影響を与えうる多くの要因の一部を示している。さらに、ウイルス伝播のモデルにおいて、すべての異なる要因を調和させようとすることに伴う途方もない課題を浮き彫りにしている。ウイルスの空気感染に影響を与える物理化学的パラメータを疫学的データだけから解明することは、これらの共同要因のために不可能である。
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    RHや温度などの環境条件の変化は、エアロゾル化したウイルスの伝播の異なる段階に相反する影響を及ぼす可能性がある（図1b）。例えば、低RHの場合、粘膜が乾燥し、粘膜繊毛クリアランス（MCC）によるウイルス除去が減少するため、上気道は感染に対してより脆弱になり、その結果、より多くの感染とその後の伝播が起こる可能性がある[10,15]。逆に、SARS-CoV-2は、低RHではエアロゾル段階でほぼ瞬間的（5秒未満）に50％以上の感染力を失うが、高RHでは感染力をはるかに長く維持することが示されている [6,16]。したがって、低RHは、エアロゾルのウイルス量と感染を引き起こす能力の両方に影響を与えることで、ウイルス感染を減少させ、また増加させる可能性がある。このように、さまざまな要因が相反する影響を及ぼすことが多いことから、幅広い条件下でウイルスの伝播に影響を及ぼす要因として、どれか1つが完全に支配的であるとは考えにくい。むしろ、特定の条件下では、ある要因が他の要因よりも優勢になる。
    SARS-CoV-2を含むエアロゾル化ウイルスを研究するために、動物モデルが採用されている [17,18]。モルモットモデルは、インフルエンザウイルスの伝播が温度と湿度の両方に影響されることを示している [12]。最近では、ゴールデン・シリアンハムスター・モデル（GSH）をSARS-CoV-2の空気感染研究に応用した［20,21］。伝播は、「最適な時間」（16～48時間）にわたって長時間暴露されると、RHや温度に依存しなかった。より短い時間（1時間未満）では、感染率はRHと温度の両方に依存し、湿度と温度が高いほど増加することが観察された [22]。
    疫学研究では、ヒト集団におけるSARS-CoV-2の伝播に対するRHと温度の影響について、相反する結論が得られている［23-25］。特に、RHはCOVID-19の伝播と正の相関関係[26,27]も負の相関関係[28-31]もあることが判明している。
    エアロゾル相で感染性を維持するためには、ウイルスは呼気飛沫という特異な微小環境内で安定でなければならない。呼気後のエアロゾルpHの上昇は、呼気凝縮物の測定を通じて報告されており[32-34]、呼気時点におけるエアロゾル液滴からのCO2のフラックスに起因し、溶解したHCO-3(aq)HCO3(aq)-として溶液相に由来する。このHCO-3(aq)HCO3(aq)-の損失により、呼気エアロゾルのpHは、肺にあるときのほぼ中性（約7）から、呼気後に高アルカリ性（約11）に上昇する[6,35]。他のすべての環境エアロゾルと比較すると、CO2が豊富な環境で形成されるため、このプロセスは呼吸器エアロゾルに特有のものである [6]。エアロゾル化され、CO2のフラックスの結果としてpHが上昇すると、空気中に凝縮性の酸性種が存在するため、pHは徐々に低下する [36]。この現象が起こる正確な速度は不明であるが、明らかなのは、エアロゾル粒子の大きさとRH、および空気中の酸の含有量に依存するということである。
    本研究の目的は、SARS-CoV-2の減衰プロファイルを、温度、RH、粒子および気相組成などの環境パラメータの関数として調べることである。そして、呼気エアロゾルのサロゲートの物理化学的特性とウイルスの寿命との関係をさらに調べ、空気中に浮遊している間のウイルスの生存を制御するメカニズム的要因についての洞察を得る。SARS-CoV-2の懸念される変異体（VOC）のバルクとエアロゾルでの生存の比較を通して、エアロゾル段階でのウイルス感染性の喪失の主要なドライバーとしてのpH感受性の役割を実証する。

  2. 材料と方法
    ウイルス株およびウイルス／細胞培養、ウイルス感染力定量化、バルク安定性測定、浮遊測定の方法論の詳細は、電子補足資料に記載されている。

  3. 結果
    3.1. SARS-CoV-2野生型および懸念されるDelta変異型の相対湿度による寿命の変化
    最小必須培地（MEM）＋2％ウシ胎仔血清（FBS）のエアロゾル飛沫中のSARS-CoV-2（先祖伝来の武漢（オリジナル）ウイルス（OS）およびデルタVOC）の感染性を、時間（5秒～40分）およびRH（90％および40％）の関数として報告する（図2）。中等度／低RH（40％）では、OSウイルスとデルタVOCの感染力減衰曲線は実験的不確実性の範囲内で同じであった。特筆すべきは、エフロレッセンス（塩の自然結晶化）が発生すると、両ウイルス種とも50％以上のウイルス感染性が初期にほぼ瞬時に失われることである。さらに、低RHでの生存は、より長い時間経過後、高RHと同様の傾向を示した。このことは、エフロレッセンスが時間の経過とともにウイルスをさらに保護することはないことを示唆している。両菌株の40％RHにおける減衰が類似していることは、最近の研究[16]と一致している。
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    図2に示したデータを総合すると、エアロゾル段階でOS株とデルタVOC株との間に検出された、幅広いRH範囲にわたるウイルス感染性の測定可能な差は、主に比較的短い時間スケール（数時間[37]に対して5分以下）で見られることがわかる。この時間スケールは短いように見えるが、エアロゾル飛沫はその間に何メートルも移動することが予想されるため[38]、この違いがウイルス伝播に影響を与える可能性がある。デルタVOCの場合、1～40分の間、各時点での感染力は2つのRHで区別がつかず、その時点で全ウイルス感染力の95％以上が失われている（90％RHでは40分後の感染力は3.1±2.0％、40％RHでは4.9±2.5％）。
    3.2. SARS-CoV-2変種の空中安定性はアルカリ性pHに対する感受性と相関する。
    デルタVOCの空気安定性は、以前に報告された他のSARS-CoV-2 VOCと比較された[6]（電子補足資料、図S2a、中程度／低（40％）および高（90％）RHの両方で、エアロゾル相にある5分後のOSウイルス、アルファおよびベータ変異体の感染性がデルタ変異体と比較されている）。RHが40%の場合（エフロレッセンスと関連）、5分後の生存率はほぼ同じであった。しかし、RHがNaClの潮解点（RH 90%）を大きく上回ると、5分後のエアロゾル相での生存率は、VOCアルファからデルタに至るまで、一般的な空気安定性の低下に従う。興味深いことに、Delta変異体は、他の変異体と比較して、エアロゾル段階での安定性が統計的に有意に低下した最初のVOCである。ウイルスがエアロゾル相にある時間を2分に短縮すると、VOC OSからDeltaまでの全般的な空気安定性の低下が観察された（図3）。
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    VOCのpH感受性が図3aおよび電子補足資料の図S2aの傾向を引き起こしているかどうかを調べるため、pH 11（バルク溶液）における感染性の損失を時間の関数として図3bおよび電子補足資料の図S2bに報告した。これらのデータは、高pHに対する感受性が、観察された空中浮遊安定性の変化と相関するという仮説と一致している。バルク相における空中浮遊ウイルスの安定性の低下と高pHとの相関は、電子補足資料の図S2bでより明確に見ることができる。pH 11で20分後の感染力の残存は、OSウイルスおよびアルファVOCと比較して、ベータVOCおよびデルタVOCでは大幅に低い。感染性に対する高pHの影響は、より主観的である可能性のある細胞病理効果アッセイではなく、SARS-CoV-2に感染した細胞を直接検出するイムノアッセイを用いてさらに確認され、ウイルスの安定性における同様の傾向が観察された（図3cおよび電子補足資料、図S2c）。生物学的に、pHはSARS-CoV-2の感染に無数の影響を与える可能性があるため[39]、pHに依存する感受性の観察も当然である。
    3.3. 空気中の酸含量を下げると、エアロゾル段階でのウイルス感染性が劇的に低下する。
    我々の以前の研究[6]では、空気中の酸含量を高めると（具体的にはCO2を添加することで）、統計的に有意にウイルスの空中安定性が高まることを証明した。これは、インキュベーター内のCO2が細胞培養液の緩衝に使われるのと同じように、CO2がアルカリ性の液滴を緩衝した結果である。大まかに言えば、この研究では、エアロゾルを取り囲む空気の緩衝能力がウイルスの寿命に及ぼす影響を定量化するために、硝酸の添加と除去によって気相全体の酸含量を操作し、デルタVOCのウイルス感染性への影響を定量化した（図4）。硝酸は室内空気汚染の分野でよく研究されている酸である[40]。
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    空気中の酸含量を増加させること、具体的には空気流を加湿するために使用する水溶液にHNO3(aq)を加えることで、ウイルスの安定性に最小限の影響しか及ぼさないことが判明した（図4a）。蒸気圧だけに基づけば、pH5の硝酸水溶液（1.9×10-5M）は、HNO3濃度が約50ppbの気相となる[35]。以前の研究では、SARS-CoV-2は、ウイルスを含む溶液のpHが7より低くなるにつれて、不活化される割合が高くなることが示されている[41]。ウイルスの空気安定性に対する気相への酸性度の追加導入の影響は最小であることから、エアロゾルのpHは生成直後から7以上である可能性が高い。したがって、凝縮可能な硝酸の存在は、液滴生成直後に形成される強アルカリ性条件に対抗しているという仮説が成り立つ。RHと液滴サイズの関数である酸の取り込み速度は、CO2損失による初期pHフラックスを制限するには遅すぎるため、これは予想されることである。このダイナミックさは、すべての呼吸エアロゾルに本質的に関連し、この研究で用いられた比較的大きな液滴サイズによってさらに増幅される[42]。したがって、ウイルスの空気安定性を高める酸緩衝能は、液滴の直径が小さく [9]、酸含量（CO2など）が高い空気（教室 [43]や混雑したオフィス [44]）、回転ドラムを用いた空気安定性の実験室研究 [37]などの環境において、より顕著になる可能性がある。
    バブラーのpHを9に調整するためにNaOHを使用した場合、わずか2分間で約90％のウイルス感染性低下が観察された（図4a）。ちなみに、高いUV（模擬太陽光）強度で、エアロゾル段階のウイルスの感染性が同様に低下するのに8分かかることが報告されている[14]。NaOHは不揮発性であるため、バブラー内のpH＝9の溶液によって、測定されたウイルス感染性の低下を引き起こす可能性のある成分が空気中に追加されることはない。むしろ、バブラーは空気から凝縮可能な酸性種の痕跡を除去し、浮遊液滴／粒子に到達する空気の緩衝能力を効果的に低下させている。したがって、文献に記載されている損失速度（日光による6.8分で感染力が90％失われる）[14]と比較すると、酸性室内空気成分の積極的除去は、エアロゾル相から感染性ウイルスを約4分の1の時間で除去すると予想される。周囲の空気に酸性の緩衝能がないため、液滴のpHがより長く高く保たれ、ウイルスはより早く崩壊する。
    エアロゾル相になってから20分後と40分後、酸性化した空気中で浮遊させた液滴内の感染性ウイルス量は、中性pHの水を通過させた場合の2倍である（図4b）。このことは、空気中の酸含量の増加の影響が、時間の経過とともに、より大きな影響を及ぼす可能性を示唆している。
    エアロゾルの老化がウイルスの空気安定性に及ぼす影響をさらに調べるために、エアロゾル化後のさまざまな時間におけるSARS-CoV-2の半減期（一次減衰と仮定）を高RHと低RHで計算した（図4c）。エアロゾルが古くなるにつれて、SARS-CoV-2の半減期は増加の一途をたどっている。このことは、液滴内の条件が時間とともに変化し、ウイルスにとって不利になる（例えば、pHが中和傾向になる）ことを示唆している。環境条件下では、エアロゾルは時間とともに酸性になる傾向があることはよく理解されている。呼吸エアロゾルのpH動態は、pHが肺内のpH7から呼気直後の約11まで急速に上昇するという点で特異である。呼吸エアロゾルのpHフラックスの方向は明確であるが（エアロゾル化後、約11でピークに達した後、下降に向かう）、その速度と大きさは不明である。これは、酸蒸気濃度、RH、エアロゾルの大きさなど、多くのパラメーターの関数である。空気中の酸含量が増加した場合、HNO3存在下でのSARS-CoV-2の20～40分間の半減期（一次速度論と仮定）は21.6分に増加するが、HNO3非存在下ではこの時間範囲での半減期は14.1分しかない（図4c）。この中和効果の程度は時間と液滴サイズに依存するため、空気安定性の延長がより重要になるスーパースプレッダー現象 [45] において、重要な役割を果たす可能性がある。
    3.4. エアロゾル段階でのSARS-CoV-2感染性の喪失は、O2、塩、溶質の影響によるものではない
    エアロゾル段階でのウイルス感染性喪失の主な要因として、酸性pH [46]、温度、酸化ストレス [47]、高溶質（特に塩）濃度 [48]など複数の要因が提案されているが、最も一般的に報告されているのは、酸性pH [46]、温度、酸化ストレス [47]、高溶質（特に塩）濃度 [48]である。これらの様々な要因がウイルス感染性の喪失をどの程度促進するかを系統的に検証した（図5と電子補足資料、図S3）。
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    多くの研究が、エアロゾル段階で到達する高い溶質（塩など）濃度がウイルスの安定性を低下させることを示唆している[46-49]。潮解点（相対湿度75％）以下では、エアロゾル中の塩濃度は過飽和に達する可能性があり、これはバルク溶液では達成できない範囲である。しかし、高相対湿度（90％RH）では、エアロゾル液滴内の塩濃度はバルク相研究で容易に再現できる。このことは、図2で観察された損失は高塩濃度によってもたらされているという仮説を、バルク相で容易に調査できることを意味する。デルタVOCでは、高RHでのウイルスの空気安定性に関連する時間（60分未満）にわたって、溶質濃度の結果としてのウイルス感染性の損失は観察されなかった（図5a）。むしろ、エアロゾル相の減衰プロファイルは、pH 11におけるバルク相のSARS-CoV-2の減衰プロファイルと非常によく相関しており、エアロゾルのpHが、観察された損失における重要な要因であることを示している。
    オゾンのような酸化成分を空気に加えると、エアロゾル相でのウイルス感染性の損失が増加するという証拠がある[50]が、周囲の空気からの酸化的損傷だけでこのような損失が起こるかどうかはあまり明らかでない[47]。ガスを空気から窒素に切り替えても、幅広いRH範囲にわたって4種類のウイルスの空中安定性に影響がなかったことが報告されている [51]。本研究でも同様の結果が報告されており（電子補足資料、図S3a）、周囲空気の流れを窒素に置き換えても、調査した時間にわたってウイルスの空気安定性に有意な変化は見られなかった。これらのデータから、今回報告された期間と条件下では、酸化的損傷はウイルスの感染性に影響を与えないことが示唆される。
    ウイルスの空気安定性に対する「溶質効果」（すなわち、エアロゾル相中のすべての溶質の高濃度）の重要性を調べた。すべての溶質（3×MEM）およびNaCl画分（2×および3×NaCl）の初期濃度を調整し、空気安定性への影響を図5bに示した。高RHでは、初期溶質濃度が高くても、NaCl成分だけであっても、エアロゾル段階での感染力の減衰に大きな影響はない。
    図5a,bおよび電子補足資料（図S3）に示されたデータを総合すると、エフロレッセンス／デリケッセンス以上の湿度では、酸化ストレスも、塩濃度も、その他の溶質濃度も、ウイルス感染性の喪失の原動力にはなっていないことが示唆される。むしろ、エフロレッセンス以上のウイルス感染性の喪失は、HCO-3(aq)HCO3(aq)-緩衝液が失われた後のエアロゾルの高いpHが主な原因であるようだ。
    液滴中の溶存塩は、高RHではウイルスの安定性に影響を及ぼさないが、中/低RHではエフロレッセンスを通じて間接的な影響を及ぼすことが観察された（40%RHで急速に消失、図2）。エフロレッセンス現象により、液滴内に2つの微小環境が形成される。エアロゾルの可溶性／有機性画分に含まれるウイルスは急速に感染性を失うが、塩の結晶に含まれるウイルスはある程度安定したままであるという仮説を立てた（図1a）。この仮説は、無機溶質と有機溶質の相対的存在量を変化させることによる、ウイルスの空中安定性への影響を定量化することで検証した。
    3.4.1. 初期総溶質濃度は、低相対湿度での空気安定性に中程度の影響を与える。
    ウイルスストック(Delta VOC)と5×MEM+10%FBSの1:1混合物から形成された液滴では、中程度/低RHでの生存率が中程度に、しかし有意に増加した(図5c)。この効果は図1aのパラダイムで容易に説明できる。出発溶質の総濃度を増加させると、エフロレッセンスによって形成されるNaCl結晶の絶対サイズが変化する。しかし、乾燥した液滴の結晶の割合は一定で、残りの有機分画も一定である。したがって、安定性にはほとんど影響しない。
    3.4.2. 出発溶質中のNaCl溶質分率を増加させると、低相対湿度での空気安定性が向上する。
    図1aのパラダイムから、我々は、結晶塩である液滴の割合、具体的には可溶性NaClの初期濃度を変化させることによって形成されるNaCl結晶の相対的なサイズを増加させることによって、SARS-CoV-2の生存率を向上させることができるという仮説を立てた。この仮説を検証するため、出発製剤0.5mlに12.5μlと25μlの高濃度塩（3g/10ml）をスパイクし、NaClである全溶質の絶対量と割合を2倍または3倍にした。
    中/低RHでは、出発製剤中のNaClの量だけを増やすと、ウイルス感染性は濃度依存的に増加した（図5c）。注目すべきは、過剰な塩の添加によって、エフロレッセンスに起因するウイルス感染性のほぼ即時的な消失現象が抑制されることである。このことは、液滴の有機画分の割合がウイルス感染性の喪失と相関していることを示している。興味深いことに、塩の保護効果は一時的で濃度に依存することがわかった。5分後には塩結晶の保護効果はもはや見られず、減衰プロファイルは高RHで見られるものと似ている。ムチンも同様の一時的な保護効果をもたらすことが報告されている[52]。
    過剰な塩の添加は、塩の濃度を2倍にしても蒸発動態に変化はなく、3倍にしてもわずかな変化しかない（電子補足資料、図S3b）。しかし、塩の添加によって、生成される結晶構造は劇的に変化し（電子補足資料、図S3c）、塩濃度が高いほど、有機膜でコーティングされた純粋なNaCl（立方晶）粒子に近い結晶構造が生成される。
    図5と電子補足資料S3に示したデータを総合すると、図1aに示したパラダイムが支持される。ウイルス感染性の喪失は、主にエアロゾルのアルカリ性pHが原因であり、高塩濃度（図5a）や酸化（電子補足資料、図S3a）が原因ではない。中程度/低RH（40%）では、塩成分のみを増加させることによって、NaCl結晶の結晶割合が劇的に増加し、感染性の喪失は主にエフロレゾル化エアロゾルの有機画分に含まれるウイルスに対して起こることが実証された（図5c）。この正確な理由は不明だが、エフロレッセンス後の有機画分の物理的特性を定義するのが難しくなるためである。例えば、液滴の含水率が有機画分の含水率よりも低くなると、pHなどの記述が困難になる。海水噴霧のようなシステムでこの点を探る研究がいくつか始まっているが [53]、エフロレッセンス発生中の呼吸液滴の化学的変化に関するさらなる研究が必要である。
    エフロレッセンスによるウイルス感染性の消失に対する温度の影響を調べた（電子補足資料、図S4とS5）。短時間（30秒未満）では、温度（5℃対20℃）が空気安定性に有意な影響を及ぼし、温度が低いほどウイルスの100％感染性が長く維持されることが判明した（電子補足資料、図S5）。
    3.5. 人工唾液中におけるSARS-CoV-2の空気安定性は、増殖培地中と同様である。
    エアロゾル段階でのウイルス感染性を決定する本研究で実証されたパラメーター（pHとエフロレッセンス）のみを考慮すると、人工唾液とMEMの化学組成は類似しており（電子補足資料、図S6a,b）、同様の崩壊速度が予想される。両者とも、エアロゾル段階でのウイルス感染性に影響すると理解されている化学種、塩（NaCl + KCl）とNaHCO3を同程度の濃度（質量比）で含んでいる。両溶液の[HCO-3(aq)HCO3(aq)-]は、どちらも5% CO2で平衡化されているため、非常によく似ていることに注意。その結果、エアロゾル相におけるSARS-CoV-2の崩壊動態は、どちらの液滴タイプでも同様であることが予想される（図6）。
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    ウイルス感染性に大きな変動が観察される期間とRHの範囲内（図2）では、MEMから人工唾液への飛沫組成の変化により、NaClの発散以下のRHでは、空気安定性に短時間の有意な変化が生じる（図6）。中・低RH（40%）におけるこの空気安定性の低下は、人工唾液中の塩の量がMEMに比べて相対的に少ないことを考えれば当然である（電子補足資料、図S6a,b）。溶質中の塩と有機物の比率が低下すると、乾燥液滴内でより小さな塩結晶が生成されるため、空気安定性が低下する（図5c）。エフロレッセンスの上では、MEMと人工唾液の液滴中のデルタVOCの空中安定性に差は観察されず、先行研究[14]と今回報告されたデータと一致した（図5b）。これらのデータから、エアロゾル段階でのウイルス感染性の喪失を促す根本的なパラメーターを考慮すると、塩濃度を考慮すれば、特に短時間（2分未満）であれば、成長培地は呼気エアロゾルの適切な代用品とみなすことができることが示唆される。さらに、これらのデータは、図1aに示したロバストパラダイムが有用であることを示しており、肺深部液や鼻粘液などの他の呼吸器エアロゾルにおける減衰挙動を推定することができる。

  4. 考察
    2021年6月から2022年1月にかけて、SARS-CoV-2デルタ変異体（B.1.617.2）が出現し、COVID-19パンデミックの主要な懸念変異体（VOC）となった[55]。なぜこのようなことが起こったのかについては、数多くの生物学的な理論が提唱されている。例えば、スパイクタンパク質の変異 [56]、高い増殖率 [57]、免疫圧 [58]などによる感染性の向上など、さまざまな説がある。ウイルスの空中安定性そのものが関与しているかどうかは不明である。デルタ変種が急速に出現したことを考えると、デルタ変種がエアロゾル段階（RH＞40％）でOSウイルスや他の変種よりも空気安定性が低いことは驚くべきことである。このことは、エアロゾル化ウイルスの拡散に関連する複雑な状況（図1に記載）の中で、空気中安定性データを解釈することの重要性を強調している。図3および電子補足資料の図S2に示されたデータから、空気中安定性の喪失は、吸入／沈着イベント後のより効果的な感染経路のための進化的トレードオフである可能性が示唆される [59]。
    呼吸飛沫が蒸発すると、塩分濃度の上昇によって感染性が失われるという仮説がある [47]。すなわち、(i)高濃度の塩が溶液相から除去され、ウイルスにとって安全な有機画分になること、(ii)ウイルスを保護する結晶構造が形成されることである。このプロセスの結果が、一般に報告されているRHとウイルスの生存率との間の「U字型」の関連性である[60]。もし可溶性塩濃度だけでウイルスの感染性が失われるのであれば、図5b,cの関係は観察されないであろう。要するに、塩と有機画分の比率を変えても、ウイルス感染性の喪失が高塩濃度によって引き起こされるのであれば、崩壊ダイナミクスは変化しないはずである。呼吸器飛沫中の発泡した塩粒子がウイルスを保護することは報告されているが[47,49]、これまで完全に見落とされてきたのは、飛沫の残りの有機画分がウイルスの感染性を低下させる可能性である。図2と図5に示したデータは、エフロレッセンス現象が飛沫中に2つの異なる微小環境を作り出すことを示唆している。1つはウイルスにとって安全（r）な環境であり、もう1つは非常に有毒で、飛沫から塩分と水分が除去されることによってそうなった環境である（図1a）。さらに、ここで提案されているパラダイムは、なぜ崩壊がエフロレッセンス点以下で起こるのかを説明している。
    SARS-CoV-2は呼吸器系ウイルスであるため、主に屋内で感染することがよく理解されている[4]。その理由はたくさんあり、近接していること、空気の入れ替わりが少ないこと、紫外線がないことなどが挙げられる。このリストに加え、今回の研究では、室内の空気組成が、ウイルスがエアロゾル相で感染力を維持する時間の長さに影響することを示している（図5a；酸性蒸気の除去はウイルスの感染力を急速に低下させる）。酸性蒸気が緩衝剤となり、ウイルスの空気安定性を長引かせる可能性は、疾病伝播の動態や緩和戦略に影響を与える可能性がある。
    4.1. 疾病動態への潜在的影響
    フォマイト伝播の抑制を目的とした洗浄剤の選択は、SARS-CoV-2がエアロゾル段階で感染力を維持する期間に影響を及ぼす可能性がある。例えば、漂白剤が外気にさらされると、次亜塩素酸（HOCl、揮発性酸）を放出する。HOClは、部屋の清掃後のエアロゾルで測定されている [61]。このように、漂白剤はSARS-CoV-2の感染拡大を抑制するのに有効であるが、呼気エアロゾルのpHを緩衝させることにより、SARS-CoV-2の空気中における感染性を維持する期間を不注意に長くしてしまう可能性がある。洗浄剤から生成される揮発性酸とSARS-CoV-2のエアロゾル段階での生存との相互作用は、さらに調査されるべきである。この例では、漂白剤を使ったモップがけのような、一見無関係に見える人間の行動が、ウイルスの空気中での生存に予測可能な影響を与える可能性がある。
    4.2. 軽減法への影響
    この研究で報告されたデータは、換気の改善、社会的距離の取り方、マスクの着用という3つの感染緩和技術を完全に裏付けている。
    単にエアロゾルの放出量や吸入量を減らすだけでなく、社会的距離を置くことと組み合わせれば、マスクの使用によって、ウイルスを含むエアロゾルが別の人に到達するまでの時間が長くなる。感染力の喪失が検出されなかった15秒間の「ラグ期間」（図2）を考えると、無害化されたエアロゾルは何メートルも移動する可能性があり、一般的な拡散を抑えるためにマスクを着用することの有用性がさらに実証された [62]。
    エアロゾルのpHに関連して、エアロゾル段階でのSARS-CoV-2の感染性を低下させる換気の総合的な力がこの研究で実証された。制御された電気力学的浮遊および基材上へのバイオエアロゾルの抽出（CELEBS）技術で浮遊液滴に気流を導入する前に、空気から凝縮性の酸性蒸気を除去することで、我々は、換気された空気と一般的な室内空気におけるウイルスの生存率の違いをシミュレートした。従って、室内の空気を浄化することにより、特に総酸蒸気含有量（例えばCO2 やHNO3 ）を低下させることにより、ウイルスの感染力は、清浄な空気のみによって太陽光よりも4倍速く低下させることができる。
    データへのアクセス
    すべての図のデータは、https://data.bris.ac.uk/data/dataset/1614tvzkl8×242styu6y64r7mbで見ることができる。
    データは電子補足資料[63]に掲載されている。
    著者の貢献
    A.H.：概念化、データキュレーション、正式解析、資金獲得、調査、方法論、プロジェクト管理、リソース、ソフトウェア、監督、検証、可視化、執筆-原案、執筆-レビューおよび編集；M.O.-. F.：データキュレーション、正式解析、バリデーション；H.O.：概念化、データキュレーション、正式解析、調査、方法論、バリデーション、執筆-レビューと編集；T.C.：資金獲得、プロジェクト管理；J.B.：データキュレーション、正式解析；J.T.：データキュレーション；R.A.：データキュレーション；J.F.S.M.：概念化、資金獲得、プロジェクト管理；D. H.：資金獲得、プロジェクト管理、A.F.：概念化、資金獲得、プロジェクト管理、執筆-校閲-編集、A.D.D.：概念化、資金獲得、プロジェクト管理、執筆-校閲-編集、J.P.R.：概念化、資金獲得、プロジェクト管理、執筆-校閲-編集。
    すべての著者が出版を最終的に承認し、そこで行われた仕事について責任を負うことに同意した。
    利益相反宣言
    利益相反がないことを宣言する。
    資金提供
    本研究は、National Institute for Health Research-UK Research and Innovation（UKRI）のrapid COVID-19募集、Elizabeth Blackwell Institute for Health Research、ブリストル大学、Medical Research Councilから資金提供を受けた。さらにこの研究は、女王陛下の政府を代表してHealth and Safety Executiveが管理するPROTECT COVID-19 National Core Study on transmission and environmentからの資金援助を受けた。A.H.とM.O.-F.はBiotechnology and Biological Sciences Research CouncilのProject BB/T011688/1とBB/W00884X/1から資金援助を受けた。A.D.D.は、SARS-CoV-2変異体を提供したMedical Research Council/UKRI（助成金番号MR/W005611/1）から資金提供を受けたG2P-UK National Virology consortiumのメンバーである。H.O.はDefence Science and Technology LaboratoryおよびEngineering and Physical Sciences Research Councilからの資金援助を受けている。
    謝辞
    R.A.とJ.T.を支援したEPSRC Centre for Doctoral Training in Aerosol Science EP/S023593/1に謝意を表する。
    脚注
    電子補足資料はhttps://doi.org/10.6084/m9.figshare.c.6688649。
    © 2023 The Authors.
    原著者および出典のクレジットを明記することを条件に、無制限の利用を許可するクリエイティブ・コモンズ表示ライセンス http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ の条件の下、英国王立協会により発行された。
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