Virus

 

いま世界に拡がるウイルスは、

リアルタイムで追跡できるほど進化が速い。

ウイルスはいわゆる生物ではないが、

私たちヒトを含む生物と共進化する存在だ。

世界的な分子系統学者である著者が、

躍動感みなぎる“進化の舞台”へ読者を誘う。



著者プロフィール
長谷川政美(はせがわ まさみ)

1944年生まれ。進化生物学者。統計数理研究所名誉教授。総合研究大学院大学名誉教授。理学博士(東京大学)。著書に『分子系統学』(岸野洋久氏との共著)『DNAに刻まれたヒトの歴史』(共に岩波書店)、『系統樹をさかのぼって見えてくる進化の歴史』(ベレ出版)、『世界でいちばん美しい進化の教室』(監修、三才ブックス)、『共生微生物からみた新しい進化学』(海鳴社)、『進化38億年の偶然と必然』(国書刊行会)など多数。1993年に日本科学読物賞、1999年に日本遺伝学会木原賞、2005年に日本進化学会賞・木村資生記念学術賞など受賞歴多数。全編監修を務める「系統樹マンダラ」シリーズ・ポスターの制作チームが2020年度日本進化学会・教育啓発賞を受賞。

 

ウイルスという存在

ーヒトの進化にどうかかわってきたのかー


第11話

モルビリウイルス

ー古代RNA解析が明らかにしたこと

文と写真 長谷川政美

前回は古代DNA解析法を用いて天然痘ウイルスの起源を探る研究を紹介した。今回は、DNAよりももっと保存が難しいと思われるRNAウイルスについての古代RNA解析法の適用をはじめとした牛疫(ぎゅうえき)や麻疹(はしか)のウイルスの研究について紹介しよう。

◎牛疫

「牛疫」は英語で「rinderpest」と呼ばれる。「Rinder」はドイツ語でウシを意味するので、ウシのペストということである。もともと「ペスト」は「悪疫」という意味だった。ヒトを死に至らしめるペストは人類史上最悪の感染症であるが、それに匹敵するウシの感染症が牛疫である。ただし、ペストは細菌によるものであるが、牛疫はパラミクソウイルス科モルビリウイルス属(Morbillivirus)のマイナス鎖一本鎖RNAウイルスによるものである。
14世紀1348~1351年にかけて、ジョヴァンニ・ボッカチオの『デカメロン』で描かれた「黒死病」と呼ばれたペスト大流行で、ヨーロッパの人口の60%が死亡し、それが中世社会の崩壊の原動力になったという説がある。
一方、ペスト大流行に先立つおよそ30年前のヨーロッパには牛疫大流行があり、牛乳や牛肉に依存していたヨーロッパの人々に深刻な飢饉をもたらしていた。この飢饉が人々をペストにかかりやすくしていた可能性も考えられている(1)。14世紀前半にはシチリア島エトナ山の大噴火などもあり、寒冷な気候による飢饉も追い打ちをかけていたようである(2)。いずれにしても、ペストと牛疫というヒトとウシの感染症が、人類の歴史に大きな影響を与えてきたことは確かである。
牛疫ウイルスは天然痘ウイルスと並んで人類が撲滅に成功したウイルスだといわれているが、その親戚であるヒトに感染する麻疹(はしか)ウイルスのほうは、依然として人類にとっての脅威であり続けている。2017年に麻疹で死亡したヒトの数は世界中で11万人にのぼると推定されている。

◎麻疹ウイルスの起源

「麻疹」は、人類が家畜を飼って集団生活をするようになってから出現した感染症であり、非常に感染力が強い。ワクチンの開発により、かつてのような猛威は見られないが、現在でも世界中では多くのヒトが犠牲になっており、2019年にはアメリカ合衆国でも流行が見られて大きな問題になっている。
麻疹ウイルスも牛疫ウイルスと同じモルビリウイルス属であり、牛疫ウイルスから進化したと考えられている。モルビリウイルス属にはウシと同じ反芻動物の中で比較的小型のヤギやヒツジなどに感染する小反芻獣疫ウイルスもある。モルビリウイルス属は第8話で紹介したヘンドラウイルスやニパウイルスと同じパラミクソウイルス科に属するマイナス鎖一本鎖RNAウイルスである。
2020年になって、ドイツのロベルト・コッホ研究所のアリアン・ドュックスらのグループは、博物館に保存されていた100年以上前(1912年)のヒトの肺の標本から麻疹ウイルスを抽出し、そのゲノム配列を決定したという論文を発表した(3)。 麻疹ウイルスゲノムの一本鎖RNAは、二本鎖DNAにくらべて不安定な物質なので、これまで古代RNA解析は難しいと考えられていた。ところが実際にやってみると、100年前くらいのものであれば、可能だったのである。
科学の進歩の中には、常識的には不可能だと思われたことが、やってみたら意外と簡単にできたということがある。1901年にグリエルモ・マルコーニはイギリスからカナダへの大西洋横断無線通信に成功したが、その頃は直進する電波が届くはずはないと思われていた。のちに地球の周りは電離層に囲まれていて、電波はそれに反射してイギリスからカナダに届くことが明らかになるわけであるが、何事も実際にやってみないと分からないのだ。
ドュックスらは100年前のウイルス以外にもいくつかの古い麻疹ウイルスのゲノム配列を決定し、データベースに公開されているたくさんの麻疹ウイルス、牛疫ウイルス、小反芻獣疫ウイルスのデータをあわせて系統樹解析を行ない、これらのウイルスが枝分かれした年代を推定したのである。
ここで重要なポイントは図11-1aで示されている。これは、全体の系統樹・図11-1bのうちの麻疹ウイルスの部分を拡大したものである。。


図11-1 牛疫ウイルスの仲間のモルビリウイルスの系統樹と年代推定。文献(3) の図を簡単化したもの。(a) 麻疹ウイルス、(b)麻疹ウイルス、牛疫ウイルス(RPV)、小反芻獣疫ウイルス(PPRV)。麻疹ウイルスと牛疫ウイルスの分岐は紀元前528年と推定されたが、95%信頼区間は紀元前1174年~紀元後165年と幅がある。

1912年、1954年、1960年など少し古い時代から採取されたウイルスの系統では、時代が古い分だけ枝が短くなっているのが分かる。モルビリウイルスのような一本鎖RNAウイルスでは突然変異率が高いので、年単位でたくさんの変異が蓄積するために、1912年株のように100年以上も古いものでは、枝が年代の古い分だけ短くなっている。このようなことはコロナウイルスでも見た。このように古い時代のウイルスのゲノムデータが手に入るようになり、採取した年代による枝の凸凹から、このウイルスの進化速度が推定できるようになったのである。その進化速度が牛疫ウイルスや小反芻獣疫ウイルスとの共通祖先にさかのぼる頃まで成り立っているとすると、図11-1bのように異なる種類のウイルスがいつ頃分かれたかが推定できるのである。その結果、麻疹ウイルスが牛疫ウイルスから分かれたのがおよそ2500年前(紀元前500年)、この2種のウイルスが小反芻獣疫ウイルスから分かれたのがおよそ5200年前(紀元前3200年)ということが分かってきた。
およそ1万年前にウシ、ヤギ、ヒツジなどが家畜化されたが、これらの動物の感染症である牛疫ウイルスや小反芻獣疫ウイルスは、家畜化のあとで出現したものと思われる。一方、ヒトに感染する麻疹ウイルスは人口25万~40万以上の規模の都市がないと、感染が持続しないといわれている。麻疹は一度罹ると一生の間免疫が持続するといわれているので、これくらいの規模の都市がないと、持続的に感染が保たれないのである(4)。このような規模の都市が生まれるのが紀元前500年頃であり、そこで牛疫ウイルスがヒトに感染するようになって、麻疹ウイルスに進化したものと考えられる。
麻疹の免疫は一生持続するので、「二度なし病」といわれていたが、最近は二度罹る例が出てきた。麻疹の免疫もやはり時間とともに減衰するのである。従来は常にある間隔をおいて麻疹の流行があったので、無症状で感染して免疫の抗体価を上げるということを繰り返していたのだ。ところがワクチンの普及でこのサイクルが途絶えてしまったために、二度罹るようになったのだという(5)。

◎18世紀ヨーロッパの牛疫対策

牛疫は古くから牛乳や牛肉に依存してきたヨーロッパの人々を悩ませてきた。アジア起源だと考えられるが、およそ5000年前の古代エジプトにはすでに到達しており、そこからヨーロッパやアフリカにも広がった。1711年にイタリアで発生した牛疫に対して、ローマ法王の侍医をつとめていたジョバンニ・マリア・ランチシは、法王に徹底した隔離対策を進言してその対策がローマと法王の領地で実施された。
感染したウシを隔離し殺処分するこの対策は、違反者には絞首刑を課すなど厳しいものであった。この対策には、感染したウシを処置したあと、ほかのウシ小屋に行く前には手と顔を酢で洗わなければならないとも規定されていた。これが実施された地域では9か月で牛疫は消えたが、ほかの地域では数年にわたって流行が続いたという。
その後、1714年には、イギリスにオランダから輸入されたウシによって牛疫が持ち込まれた。国王の侍医トーマス・ベイツは、イタリアでランチシが行なった対策を国王に進言した。ただし、違反者に罰を与えるのではなく、代わりに殺処分されたウシに対して保証するという政策をとった。これは厳罰を与える方式よりも効果があり、3か月で牛疫は収まった。
ところが、30年後の1745年にイギリスで再び牛疫が発生した際には、有効な政策がとられず、10年以上続いて、およそ50万頭のウシが死亡したという(6)。1709年~1800年の間に、牛疫ウイルスはヨーロッパ全体でおよそ2億頭のウシの命を奪ったと推定されている。

◎モルビリウイルス属

牛疫ウイルス、麻疹ウイルス、小反芻獣疫ウイルスなどはモルビリウイルス属に分類される。この属にはこのほかに、1994年にタンザニアのセレンゲッティなどの国立公園でライオンに感染して千頭以上を死亡させたイヌジステンパーウイルス(食肉類に広く感染する)、1988年に北海でアザラシやアシカに感染して1万8千頭以上を死亡させたアザラシジステンパーウイルスがある。この海生哺乳類に感染するウイルスの脅威は現在でも続いている。またクジラの大量死の原因として注目されているクジラモルビリウイルスがある。
これらのモルビリウイルスは宿主に対して重篤な症状を引き起こすが、野生のコウモリを自然宿主とするモルビリウイルスは、目立った症状を引き起こすことなく、平和的に宿主と共生しているようである。ドイツ・ボン大学のウイルス学研究所のヤン・フェリックス・ドレクスラーらのグループは、翼手目(コウモリ)86種、げっ歯目33種の合計9298個体からモルビリウイルス属を含むパラミクソウイルス科のウイルスを調べたところ、翼手目の主要な系統すべてでパラミクソウイルス科のウイルスが検出されたという(7)。図11-2に彼らが調べたウイルスの系統樹のうち、モルビリウイルス属の部分を簡単化して示す。


図11-2 モルビリウイルスの系統樹マンダラ。文献(7)の図をもとに作成。「コウモリ」、「げっ歯類」となっているのは、これらの哺乳類を宿主とするさまざまな種類のモルビリウイルスを表わす。クリックすると大きく表示されます

この研究で明らかになったことは、さまざまな系統のモルビリウイルス属を含むパラミクソウイルス科のウイルスがコウモリを自然宿主としていることである。そしてコウモリからほかの動物に宿主を変えたと考えられる例が非常に多いという。しかも、コウモリを宿主とするウイルスは目立った症状を示さないことから、もともとコウモリを自然宿主として進化してきたモルビリウイルスが、なんらかの理由で宿主の種の壁を超えた結果、牛疫やジステンパー病など致死性の高い病原性をもつようになったと考えられる。
国立感染症研究所の竹田誠らによると、たとえ麻疹ウイルスが根絶されたとしても、多様なモルビリウイルスの中から新たに種の壁を超えて新たに人類にとって脅威となるようなウイルスが生まれるかもしれないという(8)。

つづく

【引用文献】
1. アマンダ・ケイ・マクヴェティ(2020)『牛疫—兵器化され、根絶されたウイルス』山内一也訳、みすず書房.
2. 村上陽一郎(1998)『ペスト大流行—ヨーロッパ中世の崩壊』岩波書店.
3. Düx, A. et al. (2020) Measles virus and rinderpest virus divergence dated to the sixth century BCE. Science 368, 1367–1370.
4. Keeling, M.J., Grenfell, B.T. (1997) Disease extinction and community size: modeling the persistence of measles. Science 275, 65-67.
5. 加藤茂孝(2013)『人類と感染症の歴史 ― 未知なる恐怖を超えて』丸善出版.
6. 山内一也(2009)『史上最大の伝染病 牛疫—根絶までの4000年』岩波書店.
7. Drexler, J.F. et al. (2012) Bats host major mammalian paramyxoviruses. Nature Commun. 3, 796.
8. Takeda, M. et al. (2020) Animal morbilliviruses and their cross-species transmission potential. Curr. Opin. Virol. 41, 38-45.




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【バックナンバー】
第1話 微生物で満ちあふれているヒト
第2話 新型コロナウイルス感染症を追う
第3話 COVID-19とネアンデルタール人の遺伝子
第4話 SARS-CoV-2の起源
第5話 SARS-CoV-2の今後
第6話 ヒト・コロナウイルスの進化
第7話  コロナウイルス科の進化
第8話  動物からはじまったウイルス感染症
第9話  ヒトと感染症の歴史
第10話  古代DNA解析とミイラの天然痘ウイルス