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19話

マイナス鎖RNAウイルスの進化

文と写真 長谷川政美

前回はインフルエンザウイルスの進化について話した。インフルエンザウイルスはマイナス鎖RNAウイルスだが、この仲間のウイルスはこの連載でも何回か登場してきた。今回はこれらのウイルスのあいだの進化的な関係を紹介しよう。

◎インフルエンザウイルス宿主の広がり

A型インフルエンザウイルスの自然宿主はカモなどの水鳥であり、秋の渡りの季節には20%以上の個体がウイルスに感染しているが、たいていは無症状である。
前回紹介したように、インフルエンザウイルスを包む外被膜から出ているスパイクたんぱく質は、ヘマグルチニン(HA)とノイラミニダーゼ(NA)の2種類から成り、これがインフルエンザウイルスの抗原性を決める。


図18-1(再掲) A型インフルエンザウイルスの構造(Wikipediaより)。

A型インフルエンザウイルスは、HAとNAの違いによって亜型に分類されるが、水鳥からはHAの亜型16種類とNAの亜型9種類が見つかっている。このように多様な水鳥のもつA型インフルエンザウイルスの中から、ヒトやブタ、ニワトリなどの家畜に感染するものが生じて大きな問題になるのだ。
このようにA型インフルエンザウイルスの多様性のほとんどが水鳥から見出されてきたために、その中からときどき種の壁を超えてヒトに感染するものが出現してパンデミックを引き起こすと考えられてきた。
ところが最近になって、コウモリもまた多様なA型インフルエンザウイルスを保持していることが明らかになってきた(1,2)。まだ水鳥ほど詳しく調べられたわけではないが、コウモリは水鳥以上に多様なゲノム配列のA型インフルエンザウイルスをもっているようなのである。これらは、これまでヒトに感染して問題になったインフルエンザウイルスに近縁なものではないが、インフルエンザウイルスとコウモリのあいだの長い進化的時間にわたる関係が示唆される。
インフルエンザウイルスにはA型のほかに、B型、C型、D型があるが、これらが共通の祖先ウイルスから進化したことは明らかである。さまざまな脊椎動物からインフルエンザウイルスを採取しようというプロジェクトで、思いがけない動物からインフルエンザウイルスが見つかっている(3)。図19-1はそれらのウイルスを含めた系統樹である。


図19-1 多様な脊椎動物に感染するインフルエンザウイルスの系統樹。文献(3)の図を改変。哺乳類と鳥類のインフルエンザウイルスは赤字で示した。トゲウナギのインフルエンザウイルスに対応する写真は、トゲウナギではなく、同じタウナギ目のタウナギ(Monopterus albus)のものである。

まず、B型インフルエンザウイルスに近縁なウイルスが、硬骨魚類タウナギ目のトゲウナギで見つかっている。また、A型とB型の共通祖先に近いものに由来するウイルスがカエルで見つかっている。さらに、A型、B型、C型、D型インフルエンザウイルスの共通祖先に近いものに由来するウイルスが、顎をもたない脊椎動物である円口類のヌタウナギで見つかっている。これらインフルエンザウイルスに近縁なウイルスが検出された動物には、特に病的な症状は見られず、宿主とウイルスとの間の安定した関係がうかがわれる。このように、インフルエンザウイルスは脊椎動物とその進化の初期段階から関わってきた可能性があるのだ。
インフルエンザウイルスはオルソミクソウイルス科(Orthomyxoviridae)に分類されるが、無脊椎動物も含めてさまざまな動物を宿主とするこの科のウイルスの系統樹を描くと図19-2のようになる。


図19-2 オルソミクソウイルス科の系統樹。文献(4)のデータから作成。それぞれのサンプルには採集した地名と動物名が記されている。哺乳類や鳥類に感染するインフルエンザはピンク色の枠で囲ってある。

哺乳類や鳥類に感染するインフルエンザウイルスに近縁なものがゴキブリから見つかっている。また、それらに近縁な伝染性サケ貧血ウイルスは大西洋サケ(Salmo salar)の養魚場に深刻な被害を与える感染症の原因ウイルスである。
この図には含まれていないが、オルソミクソウイルス科には系統的にはもっと遠い関係にあるティラピア湖ウイルスもある(5)。このウイルスは世界中で盛んに養殖されている硬骨魚のナイルティラピア(Oreochromis niloticus;日本では「イズミダイ」という商品名で流通)に感染して、漁業に大打撃を与えている。
これらのウイルスは養殖のサケやティラピアといった特殊な環境に置かれた動物で問題になる感染症で、ヒトの手の加わらない自然界ではあまり問題にならないものと思われる。
図19-2には、節足動物など多様な無脊椎動物を宿主とするウイルスが含まれている。その中には、硬骨魚に感染するティラピア湖ウイルスよりももっとインフルエンザウイルスに近縁なゴキブリを宿主とするウイルスがいる。
このようにインフルエンザウイルスに近縁なウイルスがさまざまな動物から見つかっているが、人間生活に直接関わるような漁業に打撃を与えるウイルス以外の研究はまだ始まったばかりであり、われわれの知識はまだ断片的なものである。
ウイルスは種の壁を超えて感染することもあるので、宿主とウイルスの進化的な関係を追うことは容易ではないが、図19-2が示すようにオルソミクソウイルス科ウイルスの多様性の大部分が無脊椎動物のウイルスで占められているということは、オルソミクソウイルス科の起源は脊椎動物が進化する以前の無脊椎動物にまでさかのぼることを示唆しているのかもしれない。
また、円口類のヌタウナギを宿主とするインフルエンザウイルスに極めて近縁なウイルスがいるということは、インフルエンザウイルスが脊椎動物が出現して以来の数億年の歴史をもっていることを示唆する(6)。今後、もっと多くの動物種を用いた解析によって、哺乳類や鳥類に感染するインフルエンザウイルスの仲間のオルソミクソウイルスの進化の歴史が次第に解明されることであろう。

◎さまざまなマイナス鎖RNAウイルスのあいだの進化的な関係

同じ一本鎖RNAウイルスでもコロナウイルスや風疹ウイルス、西ナイルウイルスなどプラス鎖RNAウイルスの場合は、ゲノムRNAがそのまま伝令RNAとして働くことができるが、マイナス鎖RNAウイルスでは遺伝子が発現される前にいったん転写されることが必要である。
マイナス鎖RNAウイルスのゲノムは、インフルエンザウイルスに近縁なティラピア湖ウイルスのように10本のRNA分節から成るものから(5)、モルビリウイルスやニパウイルスなどのパラミクソウイルスのように分節化していないものまであり、そのあいだにインフルエンザウイルスの8本、ハンタウイルスなどのブニヤウイルスの3本、ラッサウイルスなどのアレナウイルスのように2本の分節から成るものなどさまざまな形態がある。
このように多様なマイナス鎖RNAウイルスであるが、それらがもつRNA依存RNAポリメラーゼ遺伝子 (RdRp)は相同性が高く、一つの共通祖先から進化したことは明らかである。図19-3にRdRpによって描かれたマイナス鎖RNAウイルスの系統樹を示した。


図19-3 RNA依存RNAポリメラーゼ遺伝子 (RdRp)によって描かれたマイナス鎖RNAウイルスの系統樹(文献〔7〕より)。系統樹の根元の位置が定まらない無根系統樹になっている。脊椎動物に感染するウイルスは赤色、脊椎動物と節足動物の両方に感染するウイルスは黄色、植物と節足動物の両方に感染するウイルスは緑色、節足動物だけに感染するウイルスは黒色で示した。クリックすると拡大します。

従来の研究では、ヒトや家畜に感染症を引き起こすようなウイルスだけに注目されてきたが、近年のメタゲノムという手法では病原性の有無にかかわらず特定の生物種に感染しているウイルスを網羅的に調べることができるのだ。
この図は70種の節足動物のメタゲノム解析によって得られた112種類の新しいウイルスのデータをそれまでに得られていたデータに加えて描かれたものである。マイナス鎖RNAウイルスの多様性のほとんどは、節足動物によって占められていることが分かる。
節足動物門の系統樹を図19-4に示したが、この中で一番遠い関係にあるダニ、クモなどの鋏角(きょうかく)亜門の系統と昆虫、エビ、カニなどの汎甲殻(はんこうかく)亜門の系統は5億年前のカンブリア紀には分かれていたと考えられる。


図19-4 節足動物門の系統樹マンダラ。図19-3に現れた節足動物の間の系統関係を示す。節足動物門は鋏角亜門(クモの仲間)、多足亜門(ヤスデの仲間)、汎甲殻亜門(エビ、カニ、ワラジムシなどの甲殻類と昆虫)から成る。従来は甲殻亜門と六脚亜門(昆虫など)が設けられていたが、甲殻類の中でカブトエビやミジンコがエビ、カニ、ワラジムシなどよりも昆虫に近縁であることが明らかになり、これらを統合した汎甲殻亜門が設けられた(8)。分岐の順番と分岐年代は文献(8)(9)による。スケールバーの長さは2億年を示す。クリックすると拡大します。

節足動物門は、あらゆる生物分類群の中で記載されている種数が圧倒的に一番多く、歴史も古いので、多様なウイルスを保持しているのは当然かもしれない。ヒトを含む哺乳類に感染する病原ウイルスのいくつかは、そのような節足動物由来のウイルスから進化した可能性がある。
長い進化的な時間で見ると、節足動物門とならんで、哺乳類に感染する病原ウイルスのもとを多く供給した可能性があるのが、線虫などの線形動物門である。線形動物には、ヒトの寄生虫もいるが、土壌中で自由生活する線虫も多く、生態的に重要な役割を果たしている。これまで研究があまり進んでいなかったので、節足動物ほど記載されている種数は多くないが、線形動物の実際の種数は節足動物をしのぐという推定もある。またその数も多く、個体数で見るとあらゆる動物の80%は線形動物だという推定もある(10)。
肝毛頭虫(Capillaria hepatica)というネズミの肝臓に寄生する線虫があるが、その線虫から2種類のマイナス鎖RNAが見つかっている。その一つが図19-3に登場したオルソブニヤウイルスに近縁なフルトンウイルスであり、もう一つがこの連載のあとのほうで内在性ウイルスとしても登場するウマやヒツジなどの家畜に髄膜脳炎を引き起こすボルナウイルスに近縁なアムステルダムウイルスである(11)。近縁だからといって、これらのウイルスが線虫由来だということにはならないが、哺乳類の病原性ウイルスの起源にはさまざまな動物が関与してきたことがうかがえる。
今後、さらにさまざまな動物を宿主とするウイルスの研究が進むことによって、哺乳類の病原性ウイルスの起源に関するわれわれの理解は次第に深まっていくことであろう。

つづく

【引用文献】
1. Tong, S. et al. (2013) New World bats harbor diverse influenza A viruses. PLoS Pathog. 9(10), e1003657.
2. Kandeil, A. et al. (2019) Isolation and characterization of a distinct influenza A virus from Egyptian bats. J. Virol. 93, e01059-18.
3. Shi, M. et al. (2018) The evolutionary history of vertebrate RNA viruses. Nature 556, 197-202.
4. Shi, M. et al. (2016) Redefining the invertebrate RNA virosphere. Nature 540, 539-543.
5. Bacharach, E. et al. (2016) Characterization of a novel orthomyxo-like virus causing mass die-offs of tilapia. mBio 7(2), e00431-16.
6. Wille, M., Holmes, E.C. (2021) The ecology and evolution of influenza viruses. Cold Spring Harb. Perspect. Med. doi: 10.1101/cshperspect.a038489.
7. Li, C.-X. et al. (2015) Unprecedented genomic diversity of RNA viruses in arthropods reveals the ancestry of negative-sense RNA viruses. eLife 4, e05378.
8. Giribet, G., Edgecombe, G.D.(2019)The phylogeny and evolutionary history of arthropods. Curr. Biol. 29, R592–R602.
9. Misof, B. et al. (2014) Phylogenomics resolves the timing and pattern of insect evolution. Science 346, 763-767.
10. アンドリュー・ブラウン(2006)『はじめに線虫ありき:そして、ゲノム研究が始まった』長野敬・野村尚子訳、青土社.
11. Williams, S.H. et al. (2020) Discovery of two highly divergent negative-sense RNA viruses associated with the parasitic nematode, Capillaria hepatica, in wild Mus musculus from New York City. J. Gener. Virol. 100, 1350-1362.





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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
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
第16話 宿主の行動を操るウイルス
第17話 アルボウイルスの正体
第18話 インフルエンザウイルスの進化