ウイルスとは何ですか？

ウイルスは、細菌よりもはるかに小さい微細な寄生虫です。 宿主の体外で増殖する能力を持っていません。

主に、ウイルスは伝染病の原因となることで知られています。

一般的にウイルスは伝染病の原因になると言われていますが、病気や死が広範囲に発生したことで、その評判が高まったことは間違いありません。 2014年に西アフリカで発生したエボラ出血熱や、2009年に世界的に大流行した豚インフルエンザなどが思い浮かぶだろう。 このようなウイルスは、科学者や医療関係者にとっては確かに厄介な敵ですが、タンパク質合成の仕組みなどの基本的な細胞プロセスや、ウイルス自体の理解を深めるための研究ツールとして役立っているものもあります。

発見

ほとんどのウイルスは、バクテリアと比べてどのくらい小さいのでしょうか？ 非常に小さいです。 麻疹ウイルスの直径は220ナノメートルで、大腸菌の約8倍です。 また、肝炎ウイルスは45ナノメートルで、大腸菌の約40倍の大きさです。 この小ささを実感するために、デビッドソン大学の生物学教授であるDavid R. Wessnerは、2010年に雑誌「Nature Education」に掲載された論文で例え話をしています。 ポリオウイルスは、30nmの大きさで、塩の粒の約1万倍の大きさです。

19世紀末には、微生物、特に細菌が病気を引き起こすという考えが定着していました。

19世紀末には、微生物、特に細菌が病気の原因になるという考え方が定着していましたが、タバコの厄介な病気「タバコモザイク病」については、研究者たちが原因を突き止められずにいました。

ドイツの化学者・農業研究者であるアドルフ・メイヤーは、1886年に「タバコのモザイク病について」という論文を発表し、さまざまな実験結果をまとめている。 特に、感染した葉を粉砕して、その有害な汁を健康なタバコの葉脈に注入すると、病気特有の黄色の斑点や変色が生じることを発見した。 メイヤーは、タバコモザイク病の原因が葉の汁にあるのではないかと考えたのだ。 しかし、より具体的な結果は得られなかった。 メイヤーは、この病気の原因が細菌であることを確信していたが、病気の原因となる物質を分離することも、顕微鏡で確認することもできなかった。 また、健康な植物にさまざまな既知の細菌を注射しても、病気を再現することはできませんでした。

1892年、ロシアの学生ドミトリー・イワノフスキーは、メイヤーのジュース実験を基本的に繰り返しましたが、ちょっとした工夫がありました。 1972年に『Bacteriological Reviews』誌に掲載された論文によると、イワノフスキーは感染した葉の汁をチャンバーランド・フィルターに通しました。 ふるいにかけたにもかかわらず、濾液には感染力が残っていたことから、病気の原因となるものがフィルターを通過できるほど小さかったという新たな事実が示唆された。 しかし、イワノフスキーはタバコモザイク病の原因は細菌であると結論づけており、濾液には “細菌か可溶性の毒素が含まれている “と示唆していた。 ウイルスの存在が認められたのは、1898年のことである。 オランダ人科学者のマルティヌス・バイヤリンクは、イワノフスキーの結果を確認しながら、タバコモザイク病の原因は細菌ではなく「生きた液体ウイルス」であるとし、今では古くなった「ろ過可能なウイルス」という言葉で表現した。

その後のイワノフスキーやベイジャーリンクらの実験は、ウイルスの存在を示唆するものでしかありませんでした。 2009年にClinical Microbiology Reviews誌に掲載された論文によると、1931年にドイツのエルンスト・ルスカとマックス・クノールによって電子顕微鏡が開発されると、高解像度の新しい技術によって初めてウイルスが可視化されたという。 1939年にルスカらが撮影した最初の画像は、タバコモザイクウイルスのものだった。

構造

ウイルスは、生命体としての境界線上に位置している。 一方で、ウイルスは、すべての生物を構成する重要な要素である核酸、DNAまたはRNAを含んでいます（ウイルスはどちらか一方しか持ちません）。 一方で、ウイルスは核酸に含まれる情報を自分で読み取って行動する能力を持っていません。

テキサス大学オースティン校のジャケリン・ダドリー教授（分子生物学）は、「最小限のウイルスは、宿主細胞の中で複製（自分のコピーを増やすこと）を必要とする寄生体です。 “と、テキサス大学オースティン校のジャケリン・ダドリー教授（分子生物学）は述べています。「ウイルスは、細胞が持っている複雑な機械を持たないため、宿主の外では自己複製できません。 宿主の細胞機構のおかげで、ウイルスはDNAからRNAを生成し（転写と呼ばれるプロセス）、RNAにコード化された命令に基づいてタンパク質を構築する（翻訳と呼ばれるプロセス）ことができます。

ウイルスが完全に組み立てられ、感染可能な状態になったものを「ビリオン」と呼びます。 Medical Microbiology 4th Ed “の著者によると University of Texas Medical Branch at Galveston, 1996）の著者によると、単純なウイルスの構造は、内側の核酸コアがカプシドと呼ばれるタンパク質の外側のケーシングに囲まれています。 カプシドは、ウイルスの核酸が、ヌクレアーゼと呼ばれる宿主細胞の特殊な酵素によって噛み砕かれ、破壊されるのを防ぐ。 ウイルスの中には、エンベロープと呼ばれる第2の保護層を持つものもある。

ウイルスのコアに含まれるDNAやRNAは、一本鎖のものと二本鎖のものがあります。

ウイルスの核となるDNAやRNAには、一本鎖のものと二本鎖のものがあり、これがゲノム、つまりウイルスの遺伝情報の総体を構成します。

機能

ウイルスまたはビリオンの主な役割は、「DNAまたはRNAのゲノムを宿主細胞に送り込み、宿主細胞がゲノムを発現（転写・翻訳）できるようにする」ことであると「Medical Microbiology」は述べている。

まず、ウイルスは宿主の体内に侵入する必要があります。 呼吸器や傷口などがウイルスの入り口となります。 また、昆虫が侵入口となることもあります。 ある種のウイルスは、昆虫の唾液に便乗し、昆虫に噛まれた後に宿主の体内に侵入する。 Molecular Biology of the Cell, 4th Ed” (Garland Science, 2002)の著者によると、このようなウイルスは、昆虫と宿主の両方の細胞内で複製することができ、一方から他方へスムーズに移行することができるという。 例えば、黄熱病やデング熱の原因となるウイルスなどです。

ウイルスは、宿主細胞の表面に付着します。 このとき、ウイルスは細胞表面の受容体を認識して結合し、まるで2つのパズルのピースが組み合わさったようになります。 多くの異なるウイルスが同じ受容体に結合することもあれば、1つのウイルスが異なる細胞表面受容体に結合することもあります。 ウイルスが細胞表面の受容体を利用するのに対し、細胞表面の受容体は細胞のために設計されています。

ウイルスが宿主細胞の表面に結合した後、ウイルスは宿主細胞の外側を覆う膜の上を移動し始めます。 ウイルスの侵入方法には様々なものがあります。 エンベロープを持つウイルスであるHIVは、膜と融合して押し流されます。 エンベロープを持つもう一つのウイルス、インフルエンザウイルスは、細胞に取り込まれます。

ウイルスは細胞内に入ると、ゲノムを放出し、細胞機構のさまざまな部分を破壊したり、乗っ取ったりします。 ウイルスのゲノムは、宿主細胞が最終的にウイルスのタンパク質を生成するように仕向けます（多くの場合、宿主細胞が利用できるRNAやタンパク質の合成を停止します）。 最終的にウイルスは、宿主細胞の中でも、宿主自身の中でも、自分に有利な状況を作り出し、感染を拡大させていく。 例えば、風邪をひいているときにくしゃみをすると、ライノウイルスやコロナウイルスの粒子を含んだ2万個の飛沫が飛び散るという。

新発見

ウイルス間の関係を理解するには、大きさや形の類似性、ウイルスがDNAやRNAを含んでいるかどうか、どのような形をしているかを知ることから始まりました。 しかし、ウイルスのゲノムを解析して比較する方法が改善されたことや、新しい科学的データが次々ともたらされたことで、ウイルスとその歴史についての知識は、常に微調整されています。

1992年までは、ウイルスはバクテリアよりもはるかに小さく、ゲノムも小さいという考えが当たり前でした。 ウェスナー氏によると、この年、科学者たちは水冷塔の中のアメーバの中にバクテリアのような構造を発見したそうです。 その結果、発見されたのはバクテリアではなく、ミミウイルスと名付けられた非常に大きなウイルスだったのです。 このウイルスの大きさは約750nmで、グラム陽性菌と同じ染色性を持っている可能性もあるという。 これに続いて、マムウイルスやメガウイルスといった他の大型ウイルスも発見されました。

「これらの大型ウイルスがどのようにして進化したのかはわかっていません」とダドリーは言い、ウイルス界の「象」と呼んでいます。 “ミミウイルスはアメーバに感染する）他の細胞に寄生するようになった退化した細胞かもしれませんし、宿主の遺伝子を追加で獲得し続ける典型的なウイルスかもしれません」と彼女は付け加えた。 ミミウイルスは、他の小型ウイルスと同様に、タンパク質を生成するために宿主の細胞機構を必要とする。 しかし、ミミウイルスのゲノムには、翻訳プロセスに関連する遺伝子の残骸が多く残っている。 ミミウイルスは、かつては独立した細胞であった可能性があります。 あるいは、単に宿主の遺伝子を獲得して蓄積しただけかもしれない、とウェスナー氏は書いています。

このような発見は、新しい疑問をもたらし、研究の新しい道を開くものです。 今後、これらの研究は、ウイルスの起源、どのようにして現在の寄生状態に至ったのか、ウイルスは生命の樹に含まれるべきなのか、といった基本的な疑問に対する答えを提供してくれるかもしれません。