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12話

種の壁を超えた
モルビリウイルスの感染

文と写真 長谷川政美

前回は牛疫ウイルスや麻疹ウイルスなどを中心としたモルビリウイルスを紹介した。そこで、麻疹ウイルスは巨大な都市が出現するまでは、ヒトの集団には定着できなかったであろうという話をした。その麻疹ウイルスは牛疫ウイルスと同じ祖先から進化して生まれたと考えられるが、牛疫ウイルスは家畜のウシに感染するようになる前は、野生のウシの集団内で存続していたものと考えられる。ウシの仲間には図12-1のアフリカスイギュウのように大きな集団で生活しているものが多いので、牛疫ウイルスが宿主とするには恰好の動物である。


図12-1 アフリカスイギュウ(Synceros caffer;鯨偶蹄目・ウシ科)。ウシの仲間にはこのような大きな群れで生活しているものが多い。牛疫ウイルスの起源はアジアだと考えられているが、アジアの野生のウシから家畜のウシに感染するようになったものと考えられる。

アザラシやアシカ(図12-2)などの鰭脚類、それにイルカやクジラ(図12-3)など海生の哺乳類にも大きな集団を作るものが多く、アザラシやアシカに感染する「アザラシジステンパーウイルス」や「クジラジステンパーウイルス」などのモルビリウイルスにとっての恰好の宿主になっている。
今回はその中で「アザラシジステンパーウイルス」について詳しく紹介するとともに、ウイルスが宿主の種の壁を超えて感染することについて考えてみよう。


図12-2 トド(Eumetopias jubatus;食肉目・鰭脚上科・アシカ科)。鰭脚類にはこのように大きな群れをつくるものが多い。


図12-3 マッコウクジラ(Physeter macrocephalus;鯨偶蹄目・マッコウクジラ科)。クジラモルビリウイルスに感染した個体がこのように呼吸のために吐き出す飛沫をまわりの個体が吸い込んで感染が拡がると考えられる。

◎アザラシジステンパー病

1987年~1988年にかけて、ロシア・シベリアのバイカル湖で固有のバイカルアザラシ(図12-4)8万~10万匹のうちの数千匹がイヌジステンパーウイルス感染により死亡した。


図12-4 バイカルアザラシ(Pusa sibirica;食肉目・鰭脚上科・アザラシ科)。世界で唯一の淡水だけに生息するアザラシ。1987年から1988年にかけてイヌジステンパーウイルスで数千匹が死亡した。

続いて1988年には、ヨーロッパ大西洋の北海、バルト海、アイリッシュ海(アイルランドとグレートブリテン島の間の海)などでこれと似た感染症により大量のアザラシやアシカが死亡した。最大の犠牲はおよそ2万3千匹のゼニガタアザラシ(図12-5)の死亡だった(1)。これはバイカルアザラシに感染したウイルスとは別のアザラシジステンパーウイルスによるものだった。北海ではゼニガタアザラシの60%が犠牲になったという。


図12-5 ゼニガタアザラシ(Phoca vitulina;食肉目・鰭脚上科・アザラシ科)。1988年に、アザラシジステンパーウイルス感染によりヨーロッパ北大西洋でおよそ2万3千匹のゼニガタアザラシが死亡した。

実は、ゼニガタアザラシと同じ場所にはハイイロアザラシ(図12-6)という別種のアザラシも生息している。


図12-6 ハイイロアザラシ(Halichoerus grypus;食肉目・鰭脚上科・アザラシ科)。アザラシジステンパーウイルスに感染して死亡することもあるが、多くの場合無症状でほかのアザラシに感染を広める。

北海でのアザラシジステンパー病の流行は、1988年に続いて2002年にも起こったが、その時の流行ピークの2か月後にハイイロアザラシの集団を調べたところ、調べた109匹の母親のうちの13匹と84匹の幼獣のうちの6匹がアザラシジステンパーウイルスに感染していたという。ところが感染していた個体はいずれも無症状で、繁殖も順調であった(2)。
1988年の流行の際にはハイイロアザラシの死亡もあったようであるが、無症状で感染を広めるということは、ウイルスが拡散しやすい条件になる。ゼニガタアザラシでの流行に同じ地域に生息するハイイロアザラシが寄与したのかもしれない。

◎ウイルスはどこからきたか

ヨーロッパのアザラシにおける流行のもとになったウイルスはどこからきたのであろうか。1988年の流行以前に採取されていた同じ地域のアザラシの血清からは感染した証拠を示す抗体は得られなかったが、もっと北のノルウェー、グリーンランド、カナダなどに主に生息するタテゴトアザラシ(図12-7)の血清を調べたところ、感染の証拠が得られた(3)。


図12-7 タテゴトアザラシ(Pagophilus groenlandicus;食肉目・鰭脚上科・アザラシ科;撮影:鈴木一平博士©Ippei Suzuki)。アザラシジステンパーウイルスの自然宿主と考えられる。

また1987年に北極海ヨーロッパ側のバレンツ海のタテゴトアザラシから採取されていた血清にも抗体が見出された(4)。タテゴトアザラシがアザラシジステンパーウイルスの自然宿主だと考えられる。1988年の北海などヨーロッパ大西洋での流行は、普段はもっと北の海域に生息するタテゴトアザラシの回遊によってもたらされた可能性が高いのだ。
その頃、北極海の一部のバレンツ海でタテゴトアザラシが捕食していたカラフトシシャモの個体数が激減したためにタテゴトアザラシの南の海域への大移動が起こったようである。
1987年から1988年にかけてノルウェー沿岸で漁網にかかって犠牲になったタテゴトアザラシが7万7千匹にも達したという(1)。これはアザラシジステンパーウイルスの犠牲になったゼニガタアザラシの数を超えるものである。タテゴトアザラシのこの大移動によって南に生息するゼニガタアザラシやハイイロアザラシに感染が拡がったものと考えられる。
そのときのヨーロッパにおける流行では犠牲になった動物の多くはゼニガタアザラシだったが、北極海や太平洋に感染が及ぶことはなかった。ところが2002年にアラスカの太平洋岸でラッコ(図12-8)が大量に死亡した。
死んだラッコを調べてみると、14年前に北海で見られたアザラシジステンパーウイルスと同じウイルスが検出されたのである(5)。


図12-8 アラスカ・太平洋岸のラッコ(Enhydra lutris;食肉目・イタチ上科・イタチ科)。2000年代に入りアザラシジステンパーウイルスによる感染症のために多くの個体が犠牲になった。これには、地球温暖化によって北極海の氷が少なくなり、北大西洋のヨーロッパ側で流行を引き起こしていたウイルスが海生哺乳類の移動によって太平洋側にもたらされたためという説がある。

カリフォルニア大学デイビス校のトレイシー・ゴールドスタインらのグループによると、地球温暖化によって1988年から2002年の間に北極海の氷が解けた結果、アザラシジステンパーウイルスに感染した動物が北極海を移動できるようになり、北太平洋にまでウイルスが持ち込まれたのではないかという(6)。特に2002年の8月には北極海のヨーロッパからシベリア沿いに太平洋に抜けるルートで氷がなくなり、海生哺乳類が自由に行き来できるようになったという。気候変動が動物界におけるウイルス感染症の動向に影響を与えている可能性があるのだ。
2002年には北大西洋とつながる北海で再びゼニガタアザラシ2万2千匹以上が1988年と同じ感染症で死亡している。日本ではゼニガタアザラシが大量死した例は報告されていないが、北海道のゼニガタアザラシ集団にアザラシジステンパーウイルスに対する抗体をもっている個体がいることが報告されている(7)。
2004年と2005年には、それぞれ調べた79と77個体のうち1個体だけが抗体を保有していたが、1998年に採取されたサンプルを調べたところ9個体のうちの5個体が抗体をもっていたという。こうなると、2002年頃に北極海を経由して大西洋から太平洋にアザラシジステンパーウイルスが持ち込まれたとされる以前から、太平洋にこのウイルスがいたことになる。しかし抗体の有無だけでなく、ウイルス本体の遺伝的解析を行なわないと、その由来は追えない。
もう一つ不思議なことは、北海道のゼニガタアザラシは大量死したヨーロッパの北海のものとは別亜種であるが、同種なのに、感染による大量死が報告されていないことである。北海道とヨーロッパのゼニガタアザラシが遺伝的に違っている可能性はあるが、感染症による大量死には環境要因も関わっていて、北海における環境汚染が免疫を抑制して大量死を招いたという説もある(7)。
実はイヌジステンパーウイルスとアザラシジステンパーウイルスは南極にまで到達しているのだ(8)。1955年には南極大陸西部の南極半島近くのカニクイアザラシが大量に死亡した。イヌジステンパーウイルスによる症状に似ていたが、血清学的な証拠は得られていない。その後、南極半島近くのヒョウアザラシやカニクイアザラシがイヌジステンパーウイルスの抗体をもっていることが確かめられた。
南極には陸上の食肉類はいないので観測隊の犬ぞり用に持ち込まれたイヌからの感染が疑われたが、南極のアザラシの中には南アメリカ、ニュージーランド、オーストラリア、南アフリカなどにも回遊するものがあるので、ウイルスの由来は分からない。さらに南極大陸東部のウェッデルアザラシがアザラシジステンパーウイルスの抗体をもっていた。このウイルスの由来はさらに謎に満ちている。

◎種の壁を超えた感染

ウイルスが細胞に感染する際の最初のステップが細胞表面にある受容体との結合である。SARS-CoV-2の場合は、アンジオテンシン変換酵素2(ACE2; 図2-3)がその受容体だった。


図2-3(再掲)コロナウイルスSARS-CoV-2のスパイクたんぱく質と宿主細胞の受容体(ACE2;アンジオテンシン変換酵素2)との相互作用の模式図。

ウイルスの表面にあるたんぱく質(SARS-CoV-2ではスパイクたんぱく質)と細胞の受容体とがうまく結合できる構造になっている場合だけ感染できるのだ。このような仕組みでウイルスの宿主指向性(host tropism)が決まる。モルビリウイルスの場合は、2つの受容体を利用するが、そのうちの一つがシグナル伝達リンパ球活性化分子(SLAM)というたんぱく質である。モルビリウイルスの表面にあるヘマグルチニンという糖たんぱく質がSLAMと結合することが感染の最初のステップになる。
図12-9にSLAMのアミノ酸配列の中でヘマグルチニンとの相互作用に重要な35個のアミノ酸のうちで変異が見られる個所を示した(9)。


図12-9 シグナル伝達リンパ球活性化分子(SLAM)のアミノ酸配列(文献(9)の図をもとに作成)。モルビリウイルスのヘマグルチニンとの相互作用に重要な35アミノ酸配列の中で変異が見られる座位だけを示した。一つのグループだけほかと違っているアミノ酸は赤字で示した。上の数字はアミノ酸座位の番号。アミノ酸は一文字の略号で示したが、略号の意味は第4話の表4-2を参照。クリックすると大きく表示されます。

ラッコとアザラシは同じ食肉目の中の鰭脚上科とイタチ上科という一番近縁なグループ(姉妹群という)に属していて、この図で示したSLAMのアミノ酸はすべて一致しているので、アザラシジステンパーウイルスが同じように感染し得るものと考えられる。
先に、1987年に多数のバイカルアザラシがイヌジステンパーウイルス感染症により死亡したことを紹介した。その後、2000年にはロシア、カザフスタン、トルクメニスタン、イラン、アゼルバイジャンに囲まれた塩湖であるカスピ海に固有のカスピカイアザラシ(図12-10)がおよそ1万匹死亡するということが起こった。


図12-10 カスピカイアザラシ(Pusa caspica;食肉目・鰭脚上科・アザラシ科)。2000年にはイヌジステンパーウイルスの感染により大量のカスピカイアザラシが死亡した。

この大量死には、さまざまな原因が考えられているが、イヌジステンパーウイルス感染が大きな比重を占めていることは確かである(10)。イヌジステンパーウイルスがなぜバイカルアザラシやカスピカイアザラシに感染して重篤な病気を引き起こすのか、その理由はまだ十分には解明されていない。
カスピカイアザラシに感染して大量死を引き起こしたジステンパーウイルスは確かにイヌジステンパーウイルスであるが、イヌジステンパーウイルスの系統樹の根元近くから派生した独自の系統だという研究がある(11)。ほかのイヌジステンパーウイルス株とは違っているのだ。宿主指向性を決めるヘマグルチニンに特有の変異が起こっていてアザラシに感染しやすくなっているのかもしれない。そうだとすると、そのようなイヌジステンパーウイルスの変異体は、もはやイヌには感染しにくくなっているであろう。アザラシジステンパーウイルスは、遠い昔にこれに似た過程を経てイヌジステンパーウイルスから進化したのかもしれない。
イヌジステンパーウイルスはさまざまな哺乳類に感染することが知られている(12)。ハムスターなどのげっ歯類、オナガザル科の霊長類、ブタ、ゾウ、アリクイなど食肉類以外にも感染する。また図12-9によると、同じ食肉類でもライオンのSLAMはイヌのものにくらべてアミノ酸配列がかなり違っているので、ウイルスは感染しにくいように思われる。ところが1994年以降、東アフリカのセレンゲティ国立公園とマサイマラ国立保護区ではイヌジステンパーウイルス感染によるライオンの大量死が起こっている。このウイルスでは宿主細胞表面のSLAMと相互作用するヘマグルチニン遺伝子の変異率が特に高く、そのような変異がこのウイルスが新たな宿主を開拓することに貢献しているように思われる。
最近懸念されていることに、イヌジステンパーウイルスの感染がヒト以外の霊長類で確認されていることである(8)。2006年に中国広西チワン族自治区で実験用動物として供給するために飼育されていたアカゲザル(図12-11)3万匹あまりのうちの1万匹がこれに感染し、そのうち4,250匹が死亡した (13)。


図12-11 アカゲザル(Macaca mulatta;霊長目オナガザル科)。2006年に中国広西チワン族自治区で飼育されていたアカゲザルおよそ1万匹がイヌジステンパーウイルスに感染し、4,250匹が死亡した(13)。

これまではモルビリウイルスの中では麻疹ウイルスだけがヒトに感染するといわれていたが、それに加えてヒトに対する新たな脅威が出現する可能性があるのだ。これがヒトのパンデミックにつながらないよう監視を続ける必要がある。
アカゲザルの事例はたくさんの動物を密集した状態で飼育することは、思いがけない感染症を引き起こす恐れがあることを示している。同じようなことはヨーロッパで毛皮用に大量に飼育されているミンク農場でSARS-CoV-2が流行し、それがまたヒトにも感染していることでも見られる(14)。2020年11月には、デンマーク政府が国内のおよそ1700万匹にのぼるミンクの殺処分を検討しており、実際に285万匹が殺処分されたというニュースも流れた。

つづく

【引用文献】
1. Härkönen, T. et al. (2006) A review of the 1988 and 2002 phocine distemper virus epidemics in European harbour seals. Dis. Aquat.Org. 68, 115-130.
2. Hammond, J.A. et al. (2005) Identification and real-time PCR quantification of Phocine distemper virus from two colonies of Scottish grey seals in 2002. J. Gen. Virol. 86, 2563-2567.
3. Dietz, R., Ansen, C.T., Have, P. (1989) Clue to seal epizootic? Nature 338, 627.
4. Markussen, N.H., Have, P. (2009) Phocine distemper virus infection in harp seals Phoca groenlandica. Marine Mamm. Sci. 8, 19-26.
5. Goldstein, T. et al. (2009) Phocine distemper virus in northern sea otters in the Pacific Ocean, Alaska, USA. Emerg. Infect. Dis. 925-927.
6. VanWormer, E. et al. (2019) Viral emergence in marine mammals in the North Pacific may be linked to Arctic sea ice reduction. Sci. Rep. 9, 15569.
7. Fujii, K. et al. (2006) Seroepidemiological survey of morbillivirus infection in Kuril harbor seals(Phoca vitulina stejnegeri)of Hokkaido, Japan. Jpn. J. Vet. Res. 54, 109-117.
8. Kennedy, J.M. et al. (2019) Canine and phocine distemper viruses: global spread and genetic basis of jumping species barriers. Viruses 11, 944.
9. Ohishi, K. et al. (2019) Marine morbilliviruses: diversity and interaction with signaling lymphocyte activation molecules. Viruses 11, 606, doi:10.3390/v11070606.
10. Kuiken, T. et al. (2006) The 2000 canine distemper epidemic in Caspian seals (Phoca caspica): pathology and analysis of contributory factors. Vet. Pathol. 43, 321-338.
11. Jo, W.K. et al. (2019) The canine morbillivirus strain associated with an epizootic in Caspian seals provides new insights into the evolutionary history of this virus. Viruses 11, 894.
12. Duque-Valencia, J. et al. (2019) Evolution and interspecies transmission of canine distemper virus—an outlook of the diverse evolutionary landscapes of a multi-host virus. Viruses 11, 582.
13. Qiu, W. et al. (2011) Canine distemper outbreak in rhesus monkeys, China. Emerg. Infect. Dis. 17, 1541-1543.
14. Oude Munnink, B.B. et al. (2020) Transmission of SARS-CoV-2 on mink farms between humans and mink and back to humans. Science 10.1126/science.abe5901.





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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
第11話 モルビリウイルス