ウイルスは、私たちが知る限り、生命の悪役でもありヒーローでもある

バクテリオファージは、バクテリアに感染するウイルスで、生命の進化に貢献する可能性がある。 生物学

著者情報:Ivan Erill氏, メリーランド大学ボルチモアカウンティ校 生物科学科准教授

ウイルスには悪いイメージがあります。

コロナパンデミックをはじめ、太古の昔から人類を悩ませてきた数々の病気の原因となっています。

では、そんなウイルスに何か意味があるのでしょうか?

私のような多くの生物学者は、少なくともある特定のタイプのウイルス、すなわちバクテリオファージ(細菌に感染するウイルス)については、喜ぶべきことがあると考えている。

バクテリオファージのDNAが細胞に取り込まれると、その中には細胞が新しい芸をするための命令が含まれていることがあります。

バクテリオファージの強大な力

The Deadliest Being on Planet Earth – The Bacteriophage

動画:バクテリオファージは、特定の種類の細菌を殺すウイルスです。日本語字幕あり

バクテリオファージ(略してファージ)は、陸でも海でも、細菌の数を抑えています。

毎日、海中のバクテリアの40%を死滅させ、バクテリアの大発生や有機物の再分配の抑制に貢献しています。

また、バクテリアを選択的に殺す能力を持つファージは、医学者たちを興奮させています。

天然および人工のファージは、抗生物質が効かない細菌感染症の治療に使用されています。

ファージ療法と呼ばれるこのプロセスは、抗生物質耐性との戦いに役立つ可能性があります。

バクテリオファージのカプシド(Capsid)は、ウイルスがいじれる余分なDNAを運ぶことができる。

バクテリオファージのカプシド(Capsid)は、余分なDNAを運ぶことができる。©Bacteriophages: The case for viruses in treatment development/Young Scientists Journal

最近の研究では、ファージのもう1つの重要な機能が指摘されています。

それは、ファージが自然界における究極の遺伝子操作者であり、細胞が新たな機能を獲得するために再編成できるような新しい遺伝子を作り出すことができるということです。

ファージは地球上で最も多く存在する生命体であり、世界中で常に10の30乗個のファージが浮遊していると言われています。

他のウイルスと同様に、ファージは複製率と突然変異率が高く、複製するたびに異なる特徴を持つ多くの亜種が形成されることになります。

ほとんどのファージは、カプシドと呼ばれる硬い殻を持ち、その中には遺伝物質が入っています。

多くの場合、カプシドは、ファージの複製に必要なDNAを格納するのに必要なスペースよりも大きくなっています。

つまり、ファージの生存には必要のない遺伝子を、自由に変更できるスペースがあるということです。

バクテリアがウイルスのスイッチをどのように変更したか

ウイルス性ファージのサイクル

ウイルス性ファージは、ウイルスのサイクルのうち、溶解サイクルをたどり、複製が完了すると同時に宿主を破壊する。一方、溶原性ファージは溶原サイクルをたどり、宿主のDNAの中で休眠状態にあり、溶菌するきっかけを得る。©CNX OpenStax/Wikimedia Commons, CC BY

それでは、ファージのライフサイクルを見てみましょう。

ファージには大きく分けて、溶菌性ファージと溶原性ファージの2種類があります。

溶菌性ファージは、他の多くのウイルスと同様に、「侵入-複製-死」のプログラムで動作します。

細胞に侵入し、その構成要素を乗っ取り、自分自身のコピーを作って溶菌させるのです。

一方、溶原性ファージは、長期的なゲームを行います。

自分のDNAと細胞のDNAを融合させ、何かのきっかけで活性化されるまで何年も眠っていることがあります。

そして、ウイルス性の行動に戻り、複製して溶菌させます。

溶原性ファージの多くは、DNA損傷をきっかけにしています。

これは「Houston, we’ve had a problem.(ヒューストン、問題発生!)」のようなSOSシグナルのようなものです。

細胞のDNAが損傷を受けているということは、常駐しているファージのDNAが次に損傷を受ける可能性が高いということなので、ファージは賢明にも船に乗ることにしたのです。

ファージに複製と溶解を指示する遺伝子は、DNAの損傷が検出されない限りオフになっています。

細菌は、このライフサイクルを制御するメカニズムを再構築し、複雑な遺伝子システムを生み出しました。

私と共同研究者は、20年以上にわたってこのシステムを研究しています。

細菌の細胞は、自分のDNAが破壊されているかどうかも知りたがります。

壊れている場合は、DNAを修復しようとする一連の遺伝子を起動します。

これは、バクテリアのSOS反応として知られています。

SOS反応が失敗すると、細胞は破滅してしまいます。

バクテリアのSOS反応は、DNAの損傷に反応するスイッチのようなタンパク質を使って指揮されます。

損傷があるとスイッチが入り、ないとスイッチが入らないのです。

驚くことではありませんが、バクテリアのスイッチとファージのスイッチは進化的に関連しています。

ここで疑問が湧きます。

バクテリアとファージのどちらがスイッチを発明したのか?

私たちのこれまでの研究や他の研究者の研究から、ファージが先にスイッチを作ったと考えられます。

最近の研究では、腸内細菌の半数を占めるバクテロイデテスのSOS反応が、ファージのスイッチによって制御されていることを発見しましたが、ファージのスイッチは、細菌自身の複雑な遺伝子プログラムを実行するように作り変えられていました。

このことから、バクテリアのSOSスイッチは、実は何世紀も前に再設定されたファージスイッチであると考えられます。

ファージが発明したと思われるのは、バクテリアのスイッチだけではありません。

細胞分裂に必要なバクテリアの遺伝子も、ファージの毒素遺伝子の「家畜化」によって生まれたことが、見事な調査でわかりました。

また、毒素やそれを細胞に注入するための遺伝子銃、免疫系から逃れるためのカモフラージュなど、細菌の攻撃システムの多くは、ファージを起源とすることが知られているか、疑われています。

ウイルスの良いところ

ファージはいいけど、私たちを感染させるウイルスはちょっと…と思われるかもしれません。

しかし、植物や動物に感染するウイルスは、これらの生物の遺伝子革新の主要な源でもあるという証拠が次々と見つかっています。

例えば、家畜のウイルス遺伝子は、哺乳類の胎盤の進化や人間の皮膚の保湿に重要な役割を果たしていることが明らかになっています。

最近では、DNAを格納する細胞の核も、ウイルスの発明である可能性が指摘されている。

また、現在のウイルスの祖先は、生命の主要な分子としてDNAを利用することに成功したのではないかと推測されています。

これは決して小さなことではありません。

このように、ウイルスは典型的な悪者というイメージがあるかもしれませんが、間違いなく自然界の遺伝子革新の強者なのです。

人類が今日あるのは、彼らのおかげなのです。The Conversation

This article is republished from The Conversation under a Creative Commons license. Read the original article.