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16話

宿主の行動を操るウイルス

文と写真 長谷川政美

前回は宿主の役に立つウイルスの話をした。そのようなことは、ほかの生物の役に立つということで「利他的」といわれることがあるが、宿主の役に立つことが結局は自分自身が繁殖する上で有利になるという理由で進化したものと考えられる。このような宿主と共生者との協調関係は双方に利益があり、「相利共生」と呼ばれる。
しかしながら、宿主と共生者の関係は、状況に応じて変わり得るものであり、今日宿主に対して利益を与えている共生者が、明日には害を与えるものになることもある。宿主と共生者の双方は、それぞれ自分自身が繁殖する上で有利になるように進化するのであり、両者の関係は常に緊張をはらんでいる。
今回は、ウイルスが自分自身の繁殖に有利になるように、宿主動物の行動を操作するという話を紹介しよう。

◎カイコ幼虫の行動を操作するバキュロウイルス

ハリガネムシという類線形動物門に分類される寄生虫がいる(図16-1)。彼らは水中で交尾産卵し、孵化した幼生はカゲロウやユスリカなど水生昆虫の幼虫に捕食される。幼生は昆虫の幼虫のおなかの中で成長し、そこでシストという休眠状態に入る。
カゲロウやユスリカは成虫になると、陸に飛び立っていくが、ハリガネムシのシストをもった成虫はカマキリなどに食べられる。ハリガネムシはカマキリの体内で大きく成長するが、ハリガネムシはこのままでは繁殖できない。彼らは水中でしか繁殖できないのである。


図16-1 カマキリに寄生したニホンザラハリガネムシ(Chordodes japonensis; 国立科学博物館所蔵標本)。

そのために、ハリガネムシは宿主の行動を操作して、カマキリが入水自殺するように仕向けているのだ。ハリガネムシは宿主の脳を操って、カマキリが水面の光っている水辺に近づいたらそこに飛び込むように仕向けていると考えられる(1)。
こうしてハリガネムシは図16-1のように宿主の体内から水中に飛び出し、その生活環は一巡することになる。このように寄生虫が宿主の脳を操って、自分の繁殖に都合が良いような行動をとらせるという例はたくさん知られているが、実はウイルスにも同じような繁殖戦略をとるものがいる。
バキュロウイルス(Baculovirus)という二本鎖DNAゲノムをもつウイルスがいる。このウイルスは、図16-2に示したように前回登場したポリドナウイルスの中でコマユバチ科寄生バチを宿主とするブラコウイルスと類縁関係がある(3)。


図16-2 節足動物を宿主とする二本鎖DNAウイルスの系統樹。文献(2)の図に基づいて作図。ポリドナウイルスの一つのグループであるブラコウイルスはおよそ1億9000万年前に節足動物を宿主とするヌディウイルスの中から進化した。一方、バキュロウイルスはおよそ3億年前にヌディウイルスと分かれて独自の進化の道を歩み始めたグループである。

しかし、同じポリドナウイルスの中でもヒメバチ科を宿主とするイクノウイルスは別の由来をもち、その起源は不明である(4)。このようにブラコウイルスと類縁関係があるバキュロウイルスのゲノムは、ポリドナウイルスのようにはゲノムDNAが分節化せずに、80~180kbp(kbp:1000塩基対)もの長い環状DNAになっている。
梢頭病(しょうとうびょう)という蛾や蝶など鱗翅目(りんしもく)昆虫の病気がある。これはバキュロウイルスに感染した昆虫の幼虫が、枝の先端にぶら下がった状態で死んでしまうことからつけられた名前である。
バキュロウイルスは感染末期になると宿主幼虫の行動を活発にして食べている植物の上方に移動させ、そこで死ぬように仕向けるのだ。その結果、鳥などに捕食されやすくなったり、風雨によるウイルスの飛散が促進されたりして、ウイルスが広範囲に拡散することになる(5)。
つまり、ウイルスは宿主の行動を操作することによって、自分自身の繁栄を図っていると考えられる。もちろん、ウイルスが意図的に宿主の行動を操作しているわけではない。たまたま宿主の行動に対してそのような影響を与えるるように変異した遺伝子をもったウイルスの適応度が上がって、結果としてそのような遺伝子が進化したということである。
カイコを宿主とするバキュロウイルスの一種のカイコ核多角体病ウイルス(Bombyx mori nucleopolyhedrovirus ; BmNPV)のゲノムには、カイコの遺伝子と相同な遺伝子がたくさん含まれている(5)。
BmNPVのゲノムには136個のたんぱく質をコードする遺伝子が含まれるが、そのうちの11%にあたる15個の遺伝子は宿主の遺伝子を取り込んだものだという。その中に脱リン酸化酵素遺伝子がある。しかし、ウイルスのもつこの遺伝子から作られるたんぱく質は酵素として働くのではなく、正常なウイルス粒子を形成するのに重要な構造たんぱく質であるORF1629と結合する。
つまり、このたんぱく質は宿主では酵素として使われていたが、ウイルスでは構造たんぱく質として使われているのだ。このようにたんぱく質が本来もっていた機能とは別の使われ方をすることは、生物進化の過程ではしばしば見られる(6)。 さらに、このたんぱく質はウイルスが宿主の脳に感染が成立するために必須なのだという(7)。
ウイルスが宿主の行動を操作している仕組みの詳細はまだ不明であるが、バキュロウイルスは宿主から獲得した遺伝子の機能を改変して、宿主の脳に入り込んで行動を操作し、自身の繁殖効率を上げていると考えられる。

◎ヌディウイルスを使った害虫駆除

ポリドナウイルスの二大グループの一つであるブラコウイルスは、およそ1億年前にバキュロウイルスの姉妹群であるヌディウイルスの一つの系統がコマユバチ科の祖先のゲノムに内在化することによって生まれたと考えられる(図16-2)(3)。
前回紹介したように、このウイルスが、コマユバチ科が寄生バチとしての新しい生活スタイルを採ることを可能にしたのだ。このようなブラコウイルスを生み出した母体であるヌディウイルスについても少し触れておこう。
図16-2にも名前が出てきたが、ヌディウイルスに日本でも沖縄に分布するサイカブトムシ(タイワンカブトムシともいう;Oryctes rhinoceros)に感染するものがいる。実はこのカブトムシはココナツヤシを枯らすので、東南アジアや南太平洋の島々では害虫として駆除の対象になっているが、駆除の手段として使われているのがヌディウイルスなのだ。
ヌディウイルスはカブトムシを死に至らしめるので、ヌディウイルスに感染させたカブトムシを野外に放つことによって、感染個体の糞を通じて集団全体にこの病気を蔓延させて、個体数を減らすことができる(8)。しかし、ウイルスに対する耐性をもったカブトムシの出現などがあり、害虫の制御は簡単ではない。
近年さまざまな動物のゲノム解析が進んだことによって、たくさんの思いがけないことが明らかになってきた。その一つに、ヌディウイルスの遺伝子様配列がさまざまな節足動物で見つかっているということがある。クモ、甲殻類、昆虫の6つの目などに属する節足動物43種のゲノムを調べた結果、359のヌディウイルス遺伝子様配列が見つかったのだ(9)。
ところが、それらの節足動物はいずれもヌディウイルスの宿主だとは見なされてこなかったものであった。しかもこれらの内在性ウイルス様配列の多くは完全なたんぱく質が合成できるコードを保存しているか、あるいは伝令RNAとして転写されていることが示唆されている。その中でもMelanaphis sacchariというサトウキビのアブラムシ(半翅目)のヌディウイルス様配列の半分以上は、複数のコピーをもっている。これらのウイルス様配列の隣接配列(flanking sequence)が違っていることから、内在化したあとでコピーができたのではなく、内在化がゲノムの違う場所で複数回起こっていることが明らかである。
前回、外来性ウイルスに対する防御機構として内在性ウイルス様配列が使われている可能性を議論した。上で紹介したことは、ヌディウイルスがこれまでに考えられていた以上に多様な節足動物に感染してきたことを示すとともに、動物のゲノムには彼らが進化の過程で経験してきたウイルスとのせめぎ合いの歴史が記されていることを示しているように思われる。

◎寄生バチの侵入を阻止するウイルス

前回は寄生バチがポリドナウイルスを使って寄生を防ごうとする宿主の免疫機構から逃れたり、宿主が蛹化することを妨げてハチの幼虫が無事に成長できる環境を整えていることを紹介した。もちろん宿主の側もやられっ放しというわけではない。
コマユバチ科の寄生バチにエンドウヒゲナガアブラムシ(Acyrthosiphon pisum)というアブラムシに寄生するアブラバチ(Aphidius ervi)がいる。このアブラムシはハミルトニア(Hamiltonella defensa)という共生細菌をもっている。この共生細菌がいると、寄生バチが卵を産みつけてもこの細菌から分泌される毒素によって寄生バチの幼虫は死んでしまうのだ。
defensa”という種名は、攻撃からアブラムシを守ることからきている。ところが詳しく調べてみると、実は毒素を分泌しているのは“defensa”細菌ではなく、APSE(Acyrthosiphon pisum secondary endosymbiont;「エンドウヒゲナガアブラムシの2次共生者」という意味)というファージ、つまりこの細菌に感染しているウイルスだった (10,11)。
このように寄生バチという一つの生活様式が進化するにあたって、寄生者の側も、宿主の側もそれぞれの共生者を使ったさまざまな方法を駆使して自分の利益を守ろうとしているのだ。

つづく

【引用文献】
1. 成田聡子(2017)『したたかな寄生 ― 脳と体を乗っ取り巧みに操る生物たち』幻冬舎.
2. Thézé, J. et al. (2011) Paleozoic origin of insect large dsDNA viruses. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 108, 15931-15935.
3. Bézier, A. et al. (2009) Polydnaviruses of braconid wasps derive from an ancestral nudivirus. Science 323, 926-930.
4. Strand, M.R., Burke, G.R. (2015) Polydnaviruses: from discovery to current insights. Virology 479-480, 393-402.
5. 勝間進(2018)バキュロウイルスの宿主制御遺伝子.ウイルス 68(2), 147-156.
6. 長谷川政美(2020)『進化38億年の偶然と必然』国書刊行会.
7. Katsuma, S. et al. (2012) The baculovirus uses a captured host phosphatase to induce enhanced locomotory activity in host caterpillars. PLoS Pathog. 8(4), e1002644.
8. Etebari, K. et al. (2020) Transcription profile and genomic variations of oryctes rhinoceros nudivirus in coconut rhinoceros beetles. J. Virol. 94, e01097-20.
9. Cheng, R.-L. et al. (2020) Nudivirus remnants in the genomes of arthropods. Genome Biol. Evol. 12, 578-588.
10. Weldon, S.R. et al. (2013) Phage loss and the breakdown of a defensive symbiosis in aphids. Proc. Roy. Soc. B 280, 20122103.
11. 中屋敷均(2016)『ウイルスは生きている』講談社.




*もっと「進化」を詳しく知りたい人に最適の本
長谷川政美著進化38億年の偶然と必然: 生命の多様性はどのようにして生まれたか (国書刊行会)。 本書は当サイトの好評連載「進化の歴史」を大幅に加筆修正および図版を刷新して一冊にまとめたものです。

ブックデザイン:垣本正哉・堂島徹(D_CODE)

*もっと「進化」を詳しく知りたい人に最適の本
長谷川政美著進化38億年の偶然と必然: 生命の多様性はどのようにして生まれたか (国書刊行会)。 本書は当サイトの好評連載「進化の歴史」を大幅に加筆修正および図版を刷新して一冊にまとめたものです。

ブックデザイン:垣本正哉・堂島徹(D_CODE)


長谷川政美著系統樹をさかのぼって見えてくる進化の歴史 (BERET SCIENCE) (ベレ出版)。 本書は当サイトで連載していた「僕たちの祖先をめぐる15億年の旅」を加筆修正および系統樹図を全て作り直して一冊にまとめたものです。カラー図版600点掲載。扉絵は小田隆さんによる描き下ろし。
※電子書籍を準備中です。

ブックデザイン:坂野 徹


長谷川政美監修・畠山泰英(科学バー)編集世界でいちばん素敵な進化の教室 (三才ブックス)。 本書は美しい写真とQ&A形式の簡潔な文章で、38億年におよぶヒトを含む生き物の進化を解説した超入門ビュアルブックです。子供から大人まで気軽に楽しんでいただけます。




【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
第12話 種の壁を超えたモルビリウイルスの感染
第13話 コウモリ由来のウイルス感染症
第14話 なぜコウモリを宿主とするウイルスが多いのか
第15話 微生物叢が作るわが内なる小宇宙