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。
第2話では、COVID-19を引き起こすコロナウイルスSARS-CoV-2のゲノムデータの分子系統学的な解析によって、感染経路を追跡する話をしたが、今回は同様の手法でもっと遡ってこのウイルスがどのような進化の歴史をたどって生まれたかを見ることにしよう。
SARS-CoV-2は、2002年に中国広東省から広まったSARS(重症急性呼吸器症候群)を引き起こしたSARSコロナウイルス(SARS-CoV)に近縁なウイルスであるが、SARS-CoVが進化して生まれたものではない。
ヒト以外の動物に感染するコロナウイルスの中で、SARS-CoV-2とよく似たゲノム配列をもつものが2013年に中国雲南省においてキクガシラコウモリ属の野生コウモリから採取されている(図4-1)。
このナカキクガシラコウモリから得られたウイルス株(RaTG13)は、SARS-CoV-2とゲノム配列の96.2%が一致する。更に2019年には同じ雲南省のマレーキクガシラコウモリからは93.3%一致する別の株が得られている(RmYN02)。2002年にSARSを引き起こしたSARS-CoVはSARS-CoV-2とゲノム配列は似ているものの、79.0%しか一致しないので、SARS-CoV-2はSARS-CoVから直接進化したものではなく、キクガシラコウモリ属を自然宿主とする別のコロナウイルスの系統から独立に進化したと考えられる。
ところが話は簡単ではない。ゲノム全体でくらべてマレーキクガシラコウモリのRmYN02よりもナカキクガシラコウモリのRaTG13のほうがSARS-CoV-2との相同性(塩基の一致率)が少し高いが、スパイクたんぱく質遺伝子だけでくらべると、SARS-CoV-2に対するRmYN02とRaTG13の相同性は、それぞれ71.9%と92.9%と大きく違っている。この極端な違いは、RmYN02が進化の過程でもっと遠い関係にあるコロナウイルスとの間で組換えを起して、スパイクたんぱく質遺伝子(あるいはその一部)を取り込んだ結果と考えられるのだ。
このように組換えを起したと考えられる領域を除いて、残りのゲノム領域だけで系統樹を描くと、図4-2の左のようになる。
野生で中国に分布するセンザンコウはミミセンザンコウ(図4-3)という種であり、マレーセンザンコウは分布しないので、この2種類のコロナウイルスは外国から違法に持ち込まれた動物に感染していたものである。
これまでに知られているウイルスの中でSARS-CoV-2に一番近縁なのは、スパイクたんぱく質遺伝子以外のゲノム領域ではマレーキクガシラコウモリのRmYN02であるが、RmYN02のスパイクたんぱく質の受容体結合領域はSARS-CoV-2のものとは系統的に非常に離れている(図4-4)。
一方、スパイクたんぱく質の受容体結合領域に関しては、SARS-CoV-2に一番近縁なのはマレーセンザンコウのGD410721になる。特に受容体との結合に際して重要と考えられる6カ所のアミノ酸座位がこの2つのウイルスで完全に一致するのに対して、マレーキクガシラコウモリのウイルスでは6つのアミノ酸のうちの5カ所が違っている(表4-1)。
SARS-CoV-2が組換えを起して変わってしまう前のマレーキクガシラコウモリやナカキクガシラコウモリのウイルスから進化したものだとしても、SARS-CoV-2のゲノムはこれらコウモリのウイルスのものと完全に一致するわけではない。これだけの違いを生み出すためには、数十年分の変異の蓄積が必要である。
スパイクたんぱく質遺伝子を除いたゲノム配列でRmYN02とRaTG13がSARS-CoV-2から分かれた年代を推定すると、それぞれ37年前(95%信頼区間:18-56年前)と52年前(28-75年前)となる(1)。パンデミックが起る前のこの数十年間の状況が依然として闇に包まれているのである。どうも、ここで扱っているSARS-CoV-2に近縁な4種類のウイルスだけでは、ヒトへのパンデミックを引き起こしたこのウイルスの起源の問題に肉薄するには不十分なようである。野生動物に感染しているコロナウイルスをもっと徹底的に調べ上げなければ、SARS-CoV-2の直接の祖先に迫ることは出来ないであろう。
SARS-CoV-2の祖先がキクガシラコウモリを宿主とするウイルスだったことは確かだと思われるが、SARS-CoV-2とそっくりなウイルスは野生動物からはまだ見つかっていないのだ。コウモリからヒトに感染するようになるだけでは世界的な大流行であるパンデミック(pandemic)には至らない。それだけでは世界の限られた地域で時おり見られる風土病に過ぎない。ある地域だけで流行する感染症をエンデミック(endemic)という。このウイルスがヒトからヒトへ感染する能力を獲得してはじめてパンデミックになるのである。このようなウイルス進化の途中の過程がどこで、いつ起こったかについては、まったく不明なのである。
表4-2に遺伝コード表を示した。伝令RNAの塩基配列がたんぱく質のアミノ酸配列の翻訳される際の規則で、3つの連なった塩基(三連塩基、あるいはコドンという)が1つのアミノ酸をコードする。
例えばUUUというコドンはフェニールアラニン(Phe)をコードするが、コドンの3番目のUがCに置き換わってもPheのままである。このようなU→C変異を同義置換という。ところが同じUがAに置き換わるとロイシン(Leu)という別のアミノ酸に変わってしまう。このようなU→A変異は非同義置換という。
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構成:畠山泰英(科学バー/キウイラボ)
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ブックデザイン:西田美千子
イラスト:ちえちひろ
編集:畠山泰英(科学バー/キウイラボ)
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ブックデザイン:坂野 徹
編集:畠山泰英(科学バー/キウイラボ)
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ブックデザイン:垣本正哉・堂島徹(D_CODE)
編集:畠山泰英(科学バー/キウイラボ)
【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