ウイルスとは
近年世間を騒がせた新型コロナウイルスの他にも、風邪を引き起こす感冒ウイルス、インフルエンザウイルスなど様々なウイルスが存在します。
では、そもそもウイルスとは何なのでしょうか。
ウイルスとは、他の細胞に感染することによって増殖する、生物と非生物の中間的な存在です。
ウイルスは他の細胞に感染することで自分の遺伝情報を細胞に注入します。そしてその細胞に備わっているリボソームなどの様々な装置を使って、ウイルスのタンパク質などを作らせます。このようにして感染した宿主細胞を乗っ取ることで増殖するのです。
しかしウイルスはリボソームを持たないため、生物に必要なタンパク質を作ることができません。また宿主細胞なしで増殖することはできず、代謝などの生物としての活動を行うことができません。そのため細菌などと違って生物とは言い切れないのです。
ここではウイルスの構造や種類についてみていきます。
ウイルスの構造
ウイルスは上の画像のように、タンパク質の殻の中に核酸が入っている構造をとります。またウイルスの種類によっては、このタンパク質の殻はエンベロープという脂質二重層に包まれていることもあります。
このタンパク質の殻はキャプシドといいます。画像のウイルスのキャプシドは球形ですが、形状はウイルスの種類によって様々です。円柱形のものもあれば、多面体構造のものもあります。特にファージ（下の画像）と呼ばれるウイルスは、頭部と尾部から構成される複雑なキャプシドをもちます。
キャプシドの中には核酸が含まれています。
核酸ってなんだっけと思った方はまずはこちらを確認してみてください！
ウイルスの核酸は、ウイルスの種類によってDNAの場合とRNAの場合があります。
さらにそれぞれの核酸に対して１本鎖の場合と２本鎖の場合があります。
後ほどまとめますが、医学を学ぶ上で重要なウイルスは、ほとんどが２本鎖DNAウイルスか１本鎖RNAウイルスです。１本鎖DNAウイルスや２本鎖RNAウイルスはほとんどありません。
ウイルスによってはキャプシドがエンベロープに包まれていることがあります。エンベロープは脂質二重層の構造で、「宿主細胞の」リン脂質と糖タンパク質を含みます。
エンベロープの表面にはスパイクと呼ばれる「ウイルスの」糖タンパク質が突き刺さっており、これが宿主細胞の受容体に結合することで感染します。
つまりエンベロープとは、宿主細胞に結合しやすくするための装置ということです。
エンベロープはアルコールによって不活性化されるという性質を持ちます。そのためエンベロープをもつインフルエンザなどのウイルスにはアルコール除菌が効果的です。一方ノロウイルスなどのエンベロープを持たないウイルスに対しては、アルコール除菌は効果がありません。
ウイルスの感染の過程
ウイルスが感染できる宿主の種類をウイルスの宿主域といいます。
例えばヒトや蚊、ニワトリなど様々な生体に感染するウイルスは比較的宿主域が広く、ヒトにしか感染することができないウイルスは宿主域が狭いと言えます。
ウイルスは以下のような過程を経て宿主細胞に感染し、宿主細胞のシステムを使用して自身のゲノムやキャプシドなどを合成します。
- エンベロープを持つウイルスは、エンベロープに結合している糖タンパク質（スパイク）が宿主細胞に結合する。
- キャプシドと、それに包まれたウイルスのゲノムが宿主細胞のなかに侵入する。
- キャプシドが分解されて、核酸が宿主細胞内に遊離する
- ウイルスの核酸が宿主細胞内で複製される
ウイルスの核酸がDNAの場合はDNAが、RNAの場合はRNAが複製される
またDNAからはｍRNAが合成され、RNAから合成されたRNAは一部ｍRNAとして機能する - ｍRNAが翻訳されて新たにキャプシドが合成される
エンベロープをもつウイルスの場合は、エンベロープも同様に合成される - 宿主細胞内で複製されたゲノムが合成されたキャプシドに包まれて、（エンベロープに包まれて）宿主細胞を出る
このように宿主細胞を乗っ取り、内部で自身のゲノムやキャプシドなどを合成させることで増殖していきます。
ウイルスの種類
今まで述べてきたように、ウイルスにはゲノムの種類によってDNAウイルスとRNAウイルスに分かれます。またそれぞれで、１本鎖ウイルスと２本鎖ウイルスに分類されます。
ここでは医学を学ぶ上で重要なウイルスを挙げていきます。ウイルスの説明は最小限にとどめてありますので、まずはウイルスの分類やエンベロープの有無を抑えましょう。
- アデノウイルス（エンベロープなし）
夏に流行する呼吸器系のウイルス。風邪のような症状を引き起こす。 - ヘルペスウイルス（エンベロープあり）
１－８までの８種類の型がある。性器ヘルペスや帯状疱疹などを引き起こす。 - パピローマウイルス（エンベロープなし）
子宮頸がんを引き起こす。HPVワクチンによって予防。 - ポリオーマウイルス（エンベロープなし）
腫瘍原生ウイルス。 - ポックスウイルス（エンベロープあり）
天然痘や伝染性軟属腫を引き起こす。 - B型肝炎ウイルス（エンベロープあり）
肝臓に感染して肝炎を引き起こす。肝がんや肝硬変などの原因になる。
- パルボウイルス（エンベロープなし）
妊娠中の胎児貧血の原因になる。リンゴ病と呼ばれる伝染性紅斑を小児に引き起こす。
- ロタウイルス（エンベロープなし）
急性胃腸炎を引き起こす。
- A型肝炎ウイルス（エンベロープなし）
B型肝炎に比べると予防法や治療法がない。 - コロナウイルス（エンベロープあり）
SARS（急性呼吸器症候群）やMERS（中東呼吸器症候群）や新型コロナウイルスの原因。 - ジカ熱ウイルス（エンベロープあり）
蚊を介して感染。症状が軽いが、母体から胎児への感染の可能性がある。その場合胎児は小頭症を発症する。 - フィロウイルス（エンベロープあり）
エボラ出血熱を引き起こす。 - オルソミクソウイルス（エンベロープあり）
インフルエンザを引き起こす。 - パラミクソウイルス（エンベロープあり）
おたふく風邪を引き起こす。 - レトロウイルス（エンベロープあり）
逆転写酵素（下方で解説）。HIVなど。
逆転写酵素
レトロウイルスは逆転写酵素と呼ばれます。
レトロウイルスの核酸はRNAです。しかし宿主細胞にてRNAからDNAを合成します。
つまり通常の「DNA→RNA」という転写の向きとは逆の、「RNA→DNA」という転写を行います。
ウイルスのDNAは宿主細胞のDNAと混ざり、プロウイルスとなります。こうしてウイルスのDNAが含まれたプロウイルスが転写されて、宿主細胞の娘細胞に分配されていきます。
レトロウイルスにも複数の種類がありますが、代表的なウイルスはHIV（ヒト免疫不全ウイルス）です。これはAIDS（エイズ：後天性免疫不全症候群）を引き起こすウイルスです。
ウイルスに感染すると…
ウイルスに感染すると、どのような過程で症状が現れるのでしょうか。
過程の詳細はウイルスの種類によりますが、主に以下の要因があげられます。
- ウイルス自身が毒素を含む場合
- ウイルスの感染を異物として検知することで、リソソームがウイルスを排除しようとする。そのためリソソームから加水分解酵素が出されて、細胞が傷害を受けることで症状が現れる場合。
- ウイルスが宿主細胞に毒素を生産させることで、症状が生じる場合。
ウイルスによる障害を受けた場合は、感染した細胞が細胞分裂をすることで回復しようとします。そうして正常な細胞を再生できるかどうかで、回復できるかどうかが決まります。
例えばヒトが風邪にかかった場合でも、呼吸器の上皮組織は効率よく細胞分裂をすることができます。これによってほとんどの場合は、ヒトは風邪から完全に回復することができるのです。
まとめ
- ウイルスは宿主細胞を乗っ取ることで増殖する
- ウイルスは核酸がキャプシドに囲まれており、エンベロープに包まれているものもある
- ウイルスの核酸は２本鎖DNA、１本鎖DNA、２本鎖RNA、１本鎖RNAと4種類あるが、２本鎖DNAウイルスと１本鎖RNAウイルスが多い
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