ウイルスは生きているのか？新たな証拠はそうであると示唆

インフルエンザ、SARS、エボラ、HIV、風邪。これらの名前は誰もがよく知っています。これらはウイルスです。タンパク質の殻に包まれた少量の遺伝物質 (DNA または RNA) です。しかし、私たちが本当に理解していないこと、そしてウイルス学の研究が始まって以来科学者が苦労していることは、ウイルスが実際に生きているかどうかです。本日Science Advancesに発表された論文は、その状況を変えるかもしれません。これまでほぼ不可能だった、ウイルスの長い進化の歴史を研究する信頼できる方法を作成することで、研究者はウイルスが実際に生き物であることを強く示唆する新しい証拠を発見しました。

科学者たちは長い間、ウイルスは無生物であり、他の細胞から放出された DNA と RNA の断片であると主張してきました。確かに、生命と見なされるために何が必要かに関する他のすべての知識に基づくと、ウイルスはその条件に当てはまらないようです。代謝能力など、ウイルスが行わない生命プロセスは数多くあります。ウイルスは生殖という 1 つの生命プロセスのみを実行するようですが、それでも個々のウイルスは翻訳機構、つまり DNA と RNA を読み取って新しいウイルスを作成するために必要なタンパク質を持っていません。ウイルスは細胞に侵入し、その遺伝子ツールを乗っ取って代わりにそれを実行します。

しかし、過去 10 年間で、ウイルス学の発展により、ウイルスが実際には生きている可能性がますます明らかになり始めています。その 1 つは、ミミウイルスの発見です。これは、一部の細菌よりも大きい大規模なゲノム ライブラリを持つ巨大ウイルスです。これをわかりやすく説明すると、エボラ ウイルスなど、一部のウイルスはわずか 7 つの遺伝子しか持っていません。これらの巨大ウイルスの中には、翻訳に必要なタンパク質の遺伝子を持つものがあります。つまり、DNA と RNA を読み取り、新しいウイルスを構築するのです。これは、翻訳機構がないためにウイルスを無生物として分類するという議論を覆すものです。

ウイルスと細胞を統合する普遍的な生物学。

しかし、こうした新しい発見があるにもかかわらず、議論全体の中で大きな疑問符が 1 つ残っていた。それは、ウイルスの進化の歴史がどのようなものだったかということだった。そこで、イリノイ大学農学研究科およびカール R. ウォース ゲノム生物学研究所のグスタボ カエターノ アノレス教授と大学院生のアルシャン ナシルは、まさにそのような歴史をたどるという野心的な課題に取り組んだ。ウイルスは明らかに進化しており (医療専門家に聞いてみればわかる)、また、非常に多様性に富んでいる (これまでに説明されているウイルスは 4,900 種未満だが、ウイルス種の総数は 100 万種を超えると推定されている)。

しかし、特定のウイルス内の小さな DNA 鎖と RNA 鎖は単一の宿主内で何度も複製され、その過程で宿主の DNA と部分的に混ざることさえあるため、突然変異が頻繁に、しかも急速に起こるとカエターノ＝アノーレスは言う。このため、ウイルスの遺伝子を研究してその進化の歴史を解明することは、チェシャ猫に量子力学の原理を説明するのと同じくらい生産的ではない。

この問題を解決するために、カエターノ・アノーレスとナシルはタンパク質の折り畳み構造に注目した。カエターノ・アノーレスの説明によると、タンパク質の折り畳み構造とは、ウイルスや細胞に特有のパズルのような形状のタンパク質で、基本的な分子機能を果たすことができる。これらのタンパク質の特定の形状は遺伝子によってコード化されており、DNAやRNAの配列とは異なり、時間の経過とともに劇的に変化することはないため、歴史を振り返るのに適した目印となる。

さて、数字についてです。カエターノ・アノーレスとナシルは、生命の樹のあらゆる枝を表す 3,460 のウイルスと他の生物の 1,620 の細胞、合計 5,080 の生物のタンパク質フォールドを分析しました。彼らが発見したのは膨大なものでした。442 のタンパク質フォールドが細胞とウイルスの間で共有されており、66 のフォールドはウイルスに固有のものでした。つまり、これは何らかの分岐を示しているのです。

これは、ウイルスが単に細胞から放出された遺伝物質ではなく、細胞と固有の特性を共有し（したがって生きていた）、最終的に別個の存在として進化したことを示唆している。「私たちは今や、生物とウイルスの起源と多様化を説明する、真に普遍的な生命の樹を構築できるのです」とカエターノ・アノーレス氏は言う。

これらの発見は、ウイルスが確かに生きているというこれまでで最も強力な証拠の一部を提供している。「ウイルスと細胞を統合する普遍的な生物学が存在するという単なる事実が、細胞と並んでウイルスを包含する生命の樹の構築を正当化する」とカエターノ＝アノーレスは言う。これらの結果の興味深い点は、ウイルスが還元的進化と呼ばれるプロセスによって古代の細胞から多様化したに違いないことを示していることだ。還元的進化では、生物はより複雑になるのではなく単純化する。ウイルスは「本質的に細胞が多く、原始的な細胞の形で存在していた」可能性が高いとナシルは説明する。これらの原始的なウイルスが住んでいた古代の細胞は、約24億5千万年前に多様化した生命に先立つ最後の普遍的な共通祖先の細胞だった。

ある時点で、これらの古代ウイルス細胞のゲノムは縮小または除去され、細胞としての性質を失い、現代のウイルスになりました。ナシル氏は、「ウイルスは今日、細胞に入り込んでその細胞を支配すると、その「細胞」としての存在を回復します」と述べています。感染した細胞が新しいウイルスを吐き出すとき、それはおそらく、古代の細胞が原始的なウイルスを作ったときと非常によく似ています。「したがって」とナシル氏は結論付けています。「最初は、ウイルスと細胞は一体となって存在していました。今日、それらは分離していますが、細胞がウイルスに感染すると、その関係を回復することができます。」

この研究は、最近の発見に続いて行われた。還元進化の理解が深まるにつれ、細菌や真菌などの寄生生物が、そのライフサイクルを完了するために宿主に依存する例が数多く明らかになった。ナシル氏は、既存の証拠に今回の発見が加わることで、科学者が細胞進化の図にウイルスを含めるよう求めるようになることを期待している。「ウイルスを除外すると、常に不完全な図になります」と同氏は言う。それは期待しすぎかもしれないが、研究者たちはひるんでいない。カエターノ・アノーレス氏は、「これがウイルス圏に対する私たちの認識を大きく変えるきっかけになることを願っています」と語る。