ウイルスセンター

「海洋の悪いウイルス 良いウイルス」を聴講して

高知大学農林海洋科学部 海洋資源科学科海洋生命科学コース教授 長﨑 慶三 先生

• 講義参照スライド 【海洋の悪いウイルス 良いウイルス】 PDF 7.8MB

ウイルス研究とネオウイルス学

1892年にタバコモザイクウイルス（TMV）が発見されて以来、今日まで行われてきた「ウイルス研究」のほとんどはウイルス病・病原ウイルスに関するものであり、「ウイルス＝病気を起こすもの」 という認識が一般的である。一方で近年、地球上（海洋・陸上）のウイルス粒子数は10³¹にも上る事実が発見されたことで、人や動物・植物に病気を引き起こすウイルスはウイルス全体からみればごく一部に過ぎず、大部分は病原性のないウイルスによって占められていることがわかった。地球上のほとんどの生物はウイルス感染を受けると考えられており、生態系内の何らかの生物に感染する未知のウイルスはまだ発見されていない状態にある。

「ネオウイルス学」は、従来の病原性のあるウイルスにとどまらず、このような病原性のないウイルスも含めてウイルスを生態系の一部ととらえ、ウイルスが生態系において果たす機能や様々な生物に及ぼす影響を解明する新学術領域研究の一テーマである。そして、長崎先生率いる高知大学農林海洋科学部では海洋ウイルス研究が進められている。

海洋ウイルス

1ｍLの沿岸海水中には数千万～数億個のウイルスが浮遊している。その多くは細菌や藍藻類に感染するウイルスである。人間が海洋ウイルスを認識できるのは、宿主に病気や大量死滅が起きその原因が解明されたときにほぼ限られる。例えば、赤潮は何種類もの藻類によって引き起こされる現象であるが、そのうち数種類の藻類については、赤潮の消滅にウイルスが関与することがわかっている。その代表例が、赤潮原因鞭毛藻の一種であるヘテロシグマ・アカシオを宿主とするウイルス（HaV）である。ウイルスに感染したヘテロシグマ・アカシオの核は退縮し、細胞質内で空のカプシドが形成され、複製されたウイルスdsDNAがその殻内に挿入される。こうしてウイルスは宿主細胞を死滅に導きつつ、複製する。やがて細胞の破裂に伴い、複製された娘細胞は環境中に放出される。フラスコ内でこうした感染試験を行うと、ウイルスの接種から数日後に藻体細胞は死滅し、その結果、水がきれいになったように見える（＝ウイルス懸濁液の状態）。

海中のプランクトンは鞭毛藻類と珪藻類の二つに大別される。細胞質がガラス質の殻に覆われた構造を持つ珪藻類は、1990年代までウイルスに感染しないと考えられてきた。だが、2004年に初めて珪藻類を宿主とするウイルスが長崎らにより発見された。「海の牧草」と呼ばれる珪藻類を死滅させるウイルスは、弱った珪藻細胞が沈降する前に感染によって破滅する機能を持つ。これにより、珪藻が光合成によって分裂しつつため込んでいた栄養分が浅海域で放出されるため、細菌軍による分解、無機化、微細藻類による再利用、というサイクルにおいて欠かせない働きを担うといえる。すなわち、浅海域の豊かさを支える機能を珪藻ウイルスは持っていると推定されている。

ウイルス対宿主の寛容性

藻類ウイルス研究分野では、各種実験結果をなるべく明確なものにするべく、ウイルスに殺さ易い「弱い宿主」と、激しく宿主を殺す「強いウイルス」、そして両者間で起こる「劇的な死滅現象」に注目がおかれる傾向にあった。しかし、単細胞生物のクローン培養の場合でさえ、そのような単純な構図は成立せず、一連の細胞死滅の果てに、ウイルス存在下でも増殖する宿主細胞が出現してくる。これらは、ウイルスが感染できない状態の「抵抗性細胞」といえる。そこで、この抵抗性細胞に、遺伝子銃を使って直接ウイル巣ゲノムを注入したところ、ウイルスは細胞質内で複製された。すなわち、物理的な感染が成立し、ウイルスは細胞内で増殖したわけである。これらの結果は、ウイルスが宿主細胞にエントリーする過程（吸着～脱殻のプロセス）で感染の可否が決められることを示していると考えられる。このように、宿主はウイルスに対してある程度感染のチャンスを与える「寛容性」を、一方でウイルスは宿主を完全駆逐しないという「寛容性」をそれぞれ持つ。こうした関係性が、ウイルス対宿主の間で成立しており、両者の永続性が担保されていると推察される。

例えば、渦鞭毛藻ヘテロカプサ・サーキュラリスカーマとそれに感染するHcRNAVの場合では、クローンの渦鞭毛藻宿主1000細胞中3個の細胞がウイルス抵抗性を示した。このウイルス抵抗性を持つ細胞を培養して得られたクローン集団を、ウイルスを与え続けながら培養すると、抵抗性発現細胞がほとんどを占めるようになる。しかし、いったんウイルス接種を止めると、感受性を持つウイルスがほとんどを占めるようになる。従って、宿主細胞にとってウイルス抵抗性を発現するには、感受性の状態時よりも多くのエネルギーを必要とすると考えられる（抵抗性発現時には、増殖速度がやや遅くなる可能性が高い）。ウイルスを除去した際に感受性細胞が優占するのは、抵抗性発現細胞よりも少しだけ増殖速度が速いためと推察される。

ウイルスの宿主に対する許容は様々な様態を取る。宿主との「共存」もその一つと考えられる。実際に陸上植物では、稲やピーマンに感染しているが宿主に明確な病徴を与えないdsRNAウイルスの一種である「エンドルナウイルス」が発見されている。生物試料中からウイルスゲノムサイズのdsRNAを探索する方法としてFLDS（“Fragmented and Loop primer ligated DsRNA Sequencing）法が近年開発された。これは、dsRNAの持つセルロースに対する特異的吸着性を利用した手法である。この手法を使って、珪藻の優占する藻屑からウイルスゲノムを探索したところ、完全長配列を得られた21のRNAウイルスすべてが新種、うち19種がdsRNAウイルスであった（2種はssRNAウイルス）。この技術の活用により、近年では海洋で宿主と共存するRNAウイルスが発見される頻度が大きく高まっている。

質疑応答

Q1

赤潮が消失するとウイルス抵抗性のプランクトンだらけになるのか。

A

赤潮は個体差のある集団であり、ゲノムは同じだが発現系に差異があるため一概にそうなるとは考えにくい。従って、宿主特異性のバリエーションが広く、ウイルスを使って赤潮をなくすことは難しい。

Q2

生物の多様性を高めるウイルスは存在するか。

A

おそらく存在する。藻類ウイルスに関して言えば、レトロウイルスやマイナス鎖を持つウイルスはまだ見つかっていないが、進化に影響を与えている可能性は高い。なお、渦鞭毛藻クローンの単細胞生物の集団で3/1000の割合でウイルス抵抗性を持つものが発生するのはコピーミス（突然変異）ではなく、細胞代謝系の何かしらの生理学的なスイッチのON-OFFが関連しているためと考えられている。

感想

大学での講義を含め、今まで触れてきたウイルスは病気を引き起こすもの、特に人間を 宿主とするものばかりでした。そのため、長崎先生の講義を通して病原性を持たないウイ ルスの存在を知り、驚きと面白さを感じました。赤潮は近年、日本をはじめ世界で取り上 げられている環境問題の一つであり、その発生には人為的要因が関与するとされていま す。そうして起こる赤潮を消滅させるウイルスがいること、すなわち環境に異常が起きた 時にそれを改善する仕組みが生態系に組み込まれていることに、地球の神秘的な一面を 見たように思います。また、先生方が行った調査では完全長配列を得られた21のRNA ウイルスがすべて新種だったとのことで、まだ海洋には我々の知らないウイルスが多く 存在することがわかりました。そのような新たなウイルスの発見は、生物の進化の過程や 生態系の成り立ちを解明するだけでなく、環境問題の解決や科学への応用など多くの可 能性を秘めていると思います。今後、世界的に病原性を持つウイルスだけでなく、それを 持たないウイルスの研究が進んでいくことを願います。

この度、みちのくウイルス塾に初めて参加させていただきました。講義や教科書だけで は知りえない、より深い知識や最新の知見を得ることができ、大変貴重な時間になりました。また、初参加でありながら聴講録という大事な役目をいただいたことで、より集中し て学ぶことができ、理解が深まったと感じています。ありがとうございました。

執筆者

山形大学医学部 和地嶺花

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