新型コロナウイルスが、2種の生物に由来する「複合体」の可能性
研究結果から明らかに
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新型コロナウイルスが、2種の生物に由来する「複合体」の可能性
研究結果から明らかに

新型コロナウイルスのゲノムデータの解析によって、コウモリとセンザンコウの両方に由来する「複合体」のウイルスである可能性が高いという研究結果が公表された。鍵を握るのは、一般的な生物学的プロセスである遺伝的組換えだ。

新型コロナウイルスのパンデミック(世界的大流行)において、長きにわたる単純な疑問がある。ウイルスの発生源は、いったいどこなのだろうか?

これまで人間に感染したことがないと思われるウイルスが、いかに突如として人類の細胞に侵入し始めたのか。しかも、わずか数カ月で中国から世界中へと拡散する上で必要な能力を備えてだ。

新型コロナウイルスのゲノム解析の結果は、曖昧だった。現地に生息するコウモリを発生源とする分析もあれば、野生生物の取引によってこの地域に持ち込まれた可能性があるセンザンコウとの類似性を強調するものもあった。より不確かな情報としては、研究室から流出した、あるいは生物兵器が漏れ出したという説まであった。

そしていま、米国に拠点を置く研究チームが、ウイルスのゲノムデータを大量に収集して詳細な分析を進めている。その結果、新型コロナウイルスの進化は複数の部分から構成されており、その大部分はコウモリ由来であるが、センザンコウも重要な貢献をしていることが明らかになった。

生物学的プロセスとしての遺伝的組換え

異なる種を宿主とするウイルスの一部が、いかに組み合わさるのだろうか。基本的には、一般的な生物学的プロセスをウイルスが独自に発展させたものである。その生物学的プロセスとは、遺伝的組換えだ。

細胞における遺伝的組換えは、遺伝において正常なプロセスである。2種類のDNA分子に広範な類似性が認められれば、DNA分子はその一部を交換することができる。その結果、片方の親に由来するDNAのひと続きに、別の親からのひと続きが組み合わさったハイブリッド分子が生まれる。そして2種類の親分子の特徴のいくつかが混ざり合い、最終的な分子にそれぞれの親からの特徴が発現するわけだ。

組み換えは複雑な細胞の生殖における正常なプロセスである。あなたに子どもがいれば、自分の子どもには自分の父由来の染色体と母由来の染色体の混合物である染色体の1セットが与えられている。

こうした組み換えは、より単純な細胞でも起こりうる。このため、バクテリアのゲノムに新たな遺伝子や変異させた遺伝子を組み入れる際には、主要なツールになっている。また、組み換えする分子は特に対象となるDNA分子を選り好みするわけではない。このためひとつの細胞に複数の種類のウイルスが感染した場合、細胞に感染したDNAウイルスに組み換えが起きることがある。

ウイルスで組み換えが起きるメカニズム

だが、新型コロナウイルスに関する情報を詳しく追っている人であれば、ここで疑問を感じるかもしれない。このような組み換えはすべてDNA分子間で生じるが、新型コロナウイルスのゲノムはRNAで構成されている。こうしたことが、なぜ新型コロナウイルスで起きるのだろうか。

結論から言えば、上記のことがそのまま起きるわけではない。しかし、RNAの一部を混合し、異なる遺伝子の組み合わせを形成する別のプロセスが、本質的に上記と同じ機能をもつのだ。例えば、インフルエンザウイルスはゲノムを8つの異なる分子に分散させている。このため複数のインフルエンザウイルス株に感染した細胞は、ふたつの株からの分子をランダムに組み合わせたウイルス粒子を生成できる。

新型コロナウイルスのゲノムは長い単一のRNA分子であることから、こうした組み換えは機能しない。だが、それでも組み換えは起こりうる。

RNAゲノムを複製する酵素は、片方の端から別の端まで移動しながら複製をする。しかし、ときにはその酵素が失速して複製中の分子から落ちてしまい、部分的に完成した複製にとどまることがある。多くの場合で複製は単に中止されるだけだが、新しいゲノムにくっつき、中断したところから複製が再開されることもある。

重要なことは、複製を再開する際の新しい分子が、もともと複製していたものである必要はない点だ。複製していた最初のものと同様のものである必要はあるが、同一である必要はない。その結果、このプロセスによって、進化の観点からは比較的遠い関係にあるウイルス間で組み換えが行われる可能性がある。必要なのは、同じ宿主に感染することだけだ。

43種のコロナウイルスを分析した結果

組み換えが起きる可能性があることは明らかになった。だが、その証拠を探すにはどうすればいいだろうか。

ここで重要なことは、現在さまざまな宿主からのコロナウイルスの多くの配列が公開データベースで参照可能なことだ。これまで熱心な研究者たちが、そのデータベースを利用してコウモリ由来の数十のサンプルを調査することで、パンデミックを引き起こす能力をもつ可能性のある株を探してきた。

そこで研究チームは、人間、コウモリ、センザンコウなどさまざまな種を宿主とし、新型コロナウイルスと配列が類似することで知られる43種類の異なるコロナウイルスを基に、新しい分析を始めた。

基本的なゲノム解析によると、新型コロナウイルスはコウモリ由来の数種類のウイルスと最も緊密な関連性をもつことが確認された。一方で、ウイルスの異なる部分は多かれ少なかれ、コウモリ由来のほかのウイルスとも関連していた。つまり、コウモリ由来のあるウイルスに最も類似した長いひと続きのRNAが、突如としてコウモリ由来の別のウイルスに最も類似するように見えるのである。

こうしたパターンは、まさに組み換えから予想されることだ。組み換えが起きた場所で、ふたつの異なる分子の間の切り換えによってゲノム配列の変化が生じる。つまり、両方の親分子からの相違点がゲノム全体に均一に広がっているのではなく、いきなり配列が変化するのである。

コウモリとセンザンコウの両方に由来?

このコウモリ由来のウイルスの複合体という調査結果には、注目すべき例外が存在した。ウイルス表面にあり、人間の細胞に吸着するスパイクたんぱく質である。ここで研究者が発見したのは、まさに初期の研究が示唆したものであった。人間の細胞のどのたんぱく質に吸着するか決定するひと続きの重要なスパイクたんぱく質は、組み換えを通じてセンザンコウのウイルスに由来していたのである。

つまり、初期の研究から示唆された考えは、両方とも正しかったのだ。新型コロナウイルスはコウモリ由来のウイルスに最も関連しており、センザンコウのウイルスにも最も関連性が高い。ゲノムのどこを見るかによって異なるのである。

この研究から得られるもうひとつの情報は、ウイルスのたんぱく質における変異が許容される場所についてだ。ゲノム領域の変異が許容されない場合、ゲノムのその部分でコードされているたんぱく質が重要な機能をもっていることを示す傾向がある。

研究者たちはゲノム領域の変更が許容されないケースの多くを特定したが、そのひとつがセンザンコウウイルス由来のスパイクたんぱく質の一部だった。パンデミック中に分離された新型コロナウイルスのゲノム6,400個すべてにおいてこの領域で変異が起きたのは、ひとつのクラスターから採取された8個だけである。つまり、センザンコウ由来の配列は、ウイルスが人間をターゲットとする能力において重要であるようなのだ。

ウイルスの“ラボ”として機能する生物種の存在

これらすべての調査結果には、いくつか朗報が含まれる。新型コロナウイルスが生物兵器の実験から流出したという噂は、ゲノム配列が示す生物学的情報に照らすとほとんど意味をなさないというものだ。

一方でより不安なのは、この配列がわたしたちの周囲で行われているかもしれない巨大な“自然実験”について示唆している点にある。つまり、定期的に遺伝情報を交換しているコロナウイルスが多数存在する可能性だ。それに遺伝情報の交換は同じ種に感染するウイルス間でより一般的だが、はるかに離れた関係のウイルス間で行われる可能性もある。

論文の著者は、異なる種を宿主とするウイルスが明確な選択圧を受ける可能性があるという証拠を発見している。これは驚くべきことではない。だが、それによってウイルスが新しい種に感染する際に、予測困難な結果が生じる可能性がある。そして、その新しい種を宿主とするほかのウイルスと情報を交換する場合、予測はより困難になる。

これらをまとめると、世界中に(わたしたちがよく知らない多くのコロナウイルスも含めて)無数のコロナウイルスが存在しているようであり、いくつかの生物種はウイルスが新たな遺伝的組み合わせを作成する“ラボ”として機能しているのだ。

問題は次が「いつ起きるか」

いまのところ、人間と頻繁に接触する種がそのような機能を果たしている可能性については、部分的にしかわかっていない。著者らが引用したいくつかの研究では、幸いなことに大きなアウトブレイクは発生していない。だが、抗体に基づく研究によると、人間は少なくともこれらのウイルスのいくつかに晒されてきたことが示唆されている。

これらすべてを考慮すると、問題はこれから先に別のパンデミックが起きるかどうかではなく、「いつ起きるか」であることがわかる。これはもちろん、中東呼吸器症候群(MERS)や重症急性呼吸器症候群(SARS)後にすでに示唆されていることだ。

一方で、こうした問題に世界全体としてリスクの研究や治療法の開発、パンデミックに備えた計画などの取り組みはほとんどされてこなかった。新型コロナウイルス感染症のより顕著な事例によって、それが変わることを望みたい。

引用元 : WIRED 新型コロナウイルスが、2種の生物に由来する「複合体」の可能性
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