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26話

内在性ウイルス

文と写真 長谷川政美

前回はレトロウイルス以外のウイルスで宿主ゲノムに内在化する例を紹介した。今回は引き続き似たようなことがさまざまなウイルスで見られることを紹介しよう。

◎アフリカ豚熱ウイルス

アフリカ豚熱(African swine fever)は1921年にケニヤではじめて確認されたブタの感染症である。これは、アフリカ豚熱ウイルスというアスファウイルス科 (Asfarviridae)アスフィウイルス属 (Asfivirus)の二本鎖DNAウイルスによって引き起こされる。
自然界では、アフリカでイボイノシシ(図26-1a)やアカカワイノシシ(図26-1b)とオルニトドロス・モウバタ(Ornithodoros moubata)というダニの間を循環していたものが、家畜のブタ(図26-2)に感染するようになって、大きな問題になっている(1)。


図26-1 (a) イボイノシシ(Phacochoerus aethiopicus)。サハラ以南のアフリカに広く分布する。 (b) アカカワイノシシ(Potamochoerus porcus)。アフリカのギニアやコンゴなどの熱帯雨林に生息する。


図26-2 ブタ(Sus scrofa domesticus)。ユーラシアのイノシシを家畜化したもの。アフリカでも家畜として飼われるようになり、アフリカでイボイノシシやアカカワイノシシを自然宿主としていたアフリカ豚熱ウイルスに感染するようになった。

これとまぎらわしい名前の感染症に豚熱がある。以前は豚コレラと呼ばれていたが、コレラは細菌によるものであり、これはウイルスによるブタの病気なので豚熱(Classical swine fever)と呼ばれるようになった。豚熱ウイルスはアフリカ豚熱ウイルスとは違って一本鎖プラス鎖RNAウイルスであり、第17話で紹介したフラビウイルスの仲間である。
アフリカ豚熱ウイルスは自然宿主のイボイノシシやアカカワイノシシに感染しても目立った症状を呈しないが、それが家畜のブタに感染すると時には100%近い致死率になることもある。今のところワクチンも治療法もない。
アカカワイノシシではブタにくらべてウイルスの増殖率は100分の1であり、さらにイボイノシシではアカカワイノシシのさらに10分の1になるという(1)。
イボイノシシやアカカワイノシシとウイルスの間にはアフリカにおける長い共進化の歴史を通じて安定した関係が築かれたが、ヒトがユーラシアからアフリカに持ち込んだブタに感染するようになって致死的な感染症になったのだ。
この感染症はヨーロッパや南アメリカにも拡がり、2018年8月には世界最大の養豚国である中国にも侵入し、その後2か月の間に10万頭のブタが殺処分された(2)。中国には4億4千万頭のブタが飼育されており、この感染症の動向によっては今後経済にも大きな影響を与える可能性がある。
アフリカ豚熱ウイルスは、イボイノシシやアカカワイノシシへはダニの媒介なしに感染しないので第17話で紹介したアルボウイルス(節足動物媒介性ウイルス)に分類されるが、アルボウイルスとして知られているものの中では唯一のDNAウイルスである。ところが、ブタではダニによる感染以外にも、ブタからブタへの感染が成立するという。

◎ダニのゲノムに組み込まれる
 ウイルスの遺伝子

2020年になってアフリカ豚熱ウイルスを媒介するアフリカのダニ(Ornithodoros moubataO. porcinus)のゲノムが解析され、このウイルスのゲノムの10%(およそ2万塩基対)ほどが組み込まれていることが明らかになった(3)(図26-3)。


図26-3 アフリカ豚熱ウイルスと近縁な巨大ウイルス(NCLDV)を含む系統樹。文献(3)の図を簡略化したもの。2種類のダニのゲノムにアフリカ豚熱ウイルスの遺伝子が挿入されていることを示す(赤色で囲まれた部分)。パクマンウイルスやファウストウイルスはNCLDVである。

アフリカ豚熱ウイルスを媒介する2種類のダニは内在性ウイルス配列をもつが、別の2種類のダニO. savignyiO. pavimentosusはそのような配列をもたない。
図26-4に示した通り、アフリカ豚熱ウイルスを媒介する2種類のダニが分岐したのがおよそ140万年前、内在性配列をもつ系統から内在性配列をもたないダニが分かれたのが430万年前と推定されるので、内在化が起こったのは今から140~430万年前だったことになる。


図26-4 ダニの系統樹とアフリカ豚熱ウイルスの内在化。文献(3)の図を簡略化したもの。アフリカ豚熱ウイルスを媒介する2種類のダニ(Ornithodoros moubataO. porcinus)のゲノムにはアフリカ豚熱ウイルスが挿入されているが、それらと同属の別の2種類のダニO. savignyiO. pavimentosusのゲノムにはそのような挿入がない。またさらに遠い関係にあるダニのゲノムにも挿入がないので、アフリカ豚熱ウイルスの遺伝子の挿入は、140万年前~430万年前の間に起こったものと考えられる。

ウイルスを媒介するダニにしても、最初はそのウイルスが自身に病原体として働いていたと思われる。ダニはそのウイルスの配列を自らのゲノムに内在化させることによって、病原性のないものに変えた可能性がある。これまでの連載で、ウイルス配列の内在化が病原性に対処する方法として有効であることを何回か見てきた。
アフリカ豚熱ウイルスは当初アスファウイルス科として知られている唯一のウイルスだったが、実はこれに近縁なウイルスがいることが明らかになってきた。
第21話で紹介した巨大ウイルスと呼ばれる核細胞質性大型DNAウイルス(NCLDV)である。NCLDVは真核生物進化の初期段階で出現したものであり、アフリカ豚熱ウイルスはこのように古い起源をもつウイルスの系統から進化したのである。

◎哺乳類で内在化する
 エボラウイルスの祖先の遺伝子

第8話でエボラウイルスやマールブルクウイルスなどヒトにも致死的な症状を引き起こすフィロウイルス科のマイナス鎖一本鎖RNAウイルスを紹介した。実はエボラウイルスやマールブルクウイルスの共通祖先の配列も哺乳類ゲノムに内在化していることが明らかになっている。
図26-5は、エボラウイルスとマールブルグウイルスの共通祖先のフィロウイルス遺伝子配列が哺乳類のさまざまな系統で内在化していることを示している。


図26-5 エボラウイルスやマールブルクウイルスの共通祖先のフィロウイルス科ウイルスの核たんぱく質(NP)遺伝子が哺乳類のゲノムに挿入された歴史を示す系統樹(文献(4)の図をもとに作成)。NIRVは非レトロウイルス型内在性配列(Non-retroviral integrated RNA virus)。矢印はウイルスの配列が内在化した時期を示す。この系統樹が正しいとすると、真獣類、オーストラリア有袋類、アメリカ有袋類の3つの系統で独立にウイルス配列の内在化が起ったことになる。

この系統樹は、フィロウイルスのゲノムRNAを包む核たんぱく質(nucleoprotein)の遺伝子(NP遺伝子)が内在化していることを示しているが、コウモリ、げっ歯類、テンレックなどの真獣類、カンガルーなどのオーストラリア有袋類、オポッサムなどのアメリカ有袋類で独立に内在化したことが分かる。フィロウイルスは麻疹ウイルスや牛疫ウイルスなどのモルビリウイルスと類縁関係がある。
この図では真獣類進化の初期に内在化が一回だけ起ったように描かれているが、実際には複数回起ったものかもしれない。真獣類で見られる内在性配列は系統的に一つのグループにまとまるが、内在性配列の系統関係が必ずしも宿主のものと一致しない点がある。また内在性配列がすべての真獣類で見られるわけではなく、コウモリ、げっ歯類、トガリネズミ、テンレックなど比較的小型の真獣類に限られるということがある。
しかし、真獣類進化の初期に内在化が一回だけ起ったのだとしても、選択圧の変動で進化速度が大きく変動することによって系統樹推定が難しくなっているのかもしれない。
また、大型真獣類で内在性配列が見つからないのは、内在化した当時はウイルスに対する防御機構として働いていたものが、そのような機能を失ってどのような突然変異も中立的なものとして受け入れるようになってしまい、もとの配列との相同性が認識できないほど変異が蓄積したか、配列そのものが失われたためかもしれない。
内在性配列はたんぱく質をコードする遺伝子であるが、アミノ酸のコドンが終止コドンに変わってしまったものも多い。そのようにたんぱく質を合成することができないように変化してしまった内在性配列でも、いくつかの哺乳類ではRNAとして発現しているという。それによって病原性ウイルスに対処していることが考えられる。そのような機能をもった哺乳類では、内在性配列に対して何らかの選択圧が働くが、そのような機能を失えば次第にその痕跡も失われるであろう。
いずれにしてもわれわれ哺乳類の祖先は、その進化の初期から現在のエボラウイルスの祖先ウイルスを含むさまざまなウイルスと関わり合いながら生きてきたのであり、われわれのゲノムにはそのようなウイルスとの関わり合いの歴史が断片的ではあるが、内在性配列として記録されているのである。
フィロウイルスにはマールブルグウイルスよりもエボラウイルスに近縁なクエバウイルスがあるが、図26-6は、2,300万年~500万年前の中新世になってエボラウイルスとクエバウイルスの共通祖先の配列がげっ歯類キヌゲネズミ科の共通祖先に内在化したことを示す。


図26-6 エボラウイルスとクエバウイルスの共通祖先がマールブルクウイルスから分かれたあとに、核たんぱく質(NP)とVP35たんぱく質の遺伝子がキヌゲネズミ科の共通祖先に内在化したことを示す系統樹(文献(5)の図をもとに作成)。写真はハタネズミ(Microtus montebelli;キヌゲネズミ科)。

NP遺伝子とVP35というたんぱく質の遺伝子がキヌゲネズミ科のゲノムに内在化しているのである。これらキヌゲネズミ科の異なる種の内在性配列は、ゲノム内の同じ場所で見られるので、キヌゲネズミ科の共通祖先の段階で内在化したと考えられる。

つづく



【引用文献】
1. Netherton, C.L. et al. (2019) The genetics of life and death: virus-host interactions underpinning resistance to African swine fever, a viral hemorrhagic disease. Front. Genet. 10, 402.
2. Mallapaty, S. (2019) Spread of deadly pig virus in China hastens vaccine work. Nature 569, 13-14.
3. Forth, J.H. et al. (2020) Identification of African swine fever virus-like elements in the soft tick genome provides insights into the virus’ evolution. BMC Biol. 18, 136.
4. Taylor, D.J., Leach, R.W., Bruenn, J. (2010) Filoviruses are ancient and integrated into mammalian genomes. BMC Evol. Biol. 10, 193.
5. Taylor, D.J. et al. (2014) Evidence that ebolaviruses and cuevaviruses have been diverging from marburgviruses since the Miocene. PeerJ 2, e556.




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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
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
第19話 マイナス鎖RNAウイルスの進化
第20話 ウイルスとは何か
第21話 生命の樹と巨大ウイルス
第22話 古い起源をもつウイルス
第23話 私たちのゲノムに潜むウイルス
第24話 動物進化に寄与したウイルス
第25話 内在性ボルナウイルス様配列