ウイルスは、単独では複製できない小さな感染因子です。動物、植物、微生物など、ほぼすべての生物に感染します。ウイロイドは、主に植物細胞に感染する RNA 分子にすぎません。ウイルスとは構造と複製方法が異なります。
1880 年代初頭、ルイ パスツールは、顕微鏡で見るには小さすぎる病原体が狂犬病の原因であると提唱しました。その後、1892 年に、Dmitri Iosifocivh Ivanovsky は、自然界に見られるどの細菌とも異なるタバコ植物に感染する病原体を記述しました。 1898 年、Martinus Beijerinck はこの非細菌性物質を「ウイルス」と名付け、刺激的でダイナミックなウイルス学の分野を生み出しました。
最初のウイルスが特定されて以来、9,000 を超えるウイルス種が特定され、研究されてきました。
ウイルスは、細菌に次ぐ感染因子の 2 番目の主要な拡張を表します。細菌感染はよくあることですが、ウイルスは細菌よりも 10 倍も多いため、より多く存在します。一般的な風邪やインフルエンザなどのウイルス感染は、最も議論されるものです。ウイルス感染は、接触、飛沫、または空気感染によって伝染する可能性があります。多くの動物感染症には、原因となるウイルス性病原体があります。
(写真提供:Artemida-psy/Shutterstock)
ウイロイドは、1970 年代に Theodor Otto Diener によって最初に発見されました。彼は、ウイルスよりもはるかに小さく、短い一本鎖 RNA のみでできており、通常のウイルスが持つタンパク質キャプシドを欠いているため、本質的に非ウイルス性の病原体を特定しました。彼はそれらをウイロイドと名付けました。この発見は、細菌とウイルスに次ぐ感染因子の 3 番目の主要な拡張の引き金となりました。
ジャガイモ紡錘形塊茎病の原因となるウイロイドは PSTVd と命名され、1978 年にその完全な配列が決定されました。それ以来、植物に感染を引き起こす 30 ～ 40 のウイロイドが特定されています。
ブドウの葉の黄斑ウイロイド感染 (写真提供:Parichate Tangkanchanapas/Wikimedia commons)
ウイルスとウイロイドとは?
ウイルスとウイロイドは、生きている宿主細胞でのみ複製できる小さな感染性病原体です。特定の機能を共有していますが、それらは異なります。
ウイルスは、その遺伝物質を包むタンパク質カプセル (場合によっては外側の脂質エンベロープ) で構成されています。ウイルスゲノムは、一本鎖または二本鎖であり得るＤＮＡまたはＲＮＡを含む。ウイルスは、バクテリア、古細菌、植物、動物に感染し、人間の狂犬病、天然痘、HIV や AIDS などの病気を引き起こしたり、タバコ植物のタバコ リングスポットを引き起こす可能性があります。
一方、ウイロイドは一本鎖 RNA ゲノムのみを持ち、植物にのみ感染を引き起こすことが示されています。ウイロイドは、それぞれの植物でジャガイモ紡錘塊茎とカンキツ外皮質の感染を引き起こします。
ウイロイドはウイルスよりも小さいため、「サブウイルス病原体」としても知られており、最小の既知の感染性病原体としてウイルスに取って代わりました.
ウイルスの一般的な構造。核酸は、エンベロープを有する場合も有さない場合もあるタンパク質キャプシドによって囲まれている。 (写真提供:SkyPics Studio/Shutterstock)
ジャガイモ紡錘塊茎ウイロイドの一般的な構造 (写真提供:Jakub Friedl/Wikimedia commons)
ウイルスとウイロイドの構造
ウイルスはさまざまな形や大きさを示します。それらは、球状、らせん状、多面体、または複雑な形状で、サイズは 20 ～ 300 nm の範囲です。
植物や動物だけでなく、ウイルスも細菌に感染する可能性があります。細菌に感染する最も一般的なタイプのウイルスは、バクテリオファージと呼ばれます。バクテリオファージの構造には、プロトマーと呼ばれる小さなタンパク質サブユニットで構成される外側のタンパク質キャプシドがあり、ウイルスの遺伝物質 (DNA または RNA) を包み込んでいます。また、カラー、ベースプレート、テールファイバー、スパイクによってキャプシドに接続されたテールチューブもあります。遺伝物質とキャプシドを含むウイルス粒子は、ビリオンと呼ばれます。
ほとんどのウイルスでは、キャプシドが最外層を形成しますが、一部のウイルスでは、ウイルス キャプシドは脂質エンベロープ内に封入されています。そのようなウイルスが「エンベロープウイルス」です。インフルエンザウイルス、肝炎ウイルス、感染力の強いコロナウイルスはすべてエンベロープウイルスです。ロタウイルスとポリオウイルスは脂質エンベロープを欠いており、非エンベロープウイルスと呼ばれます.
ウイロイドは、脂質エンベロープやタンパク質キャプシドを持たない非常に小さな植物病原体です。それらは、約 360 残基の一本鎖 RNA 分子です。
らせん状、多面体、球状、複雑なウイルスの構造。 (写真提供:GraphicsRF/Shutterstock)
共進化仮説と RNA ワールド仮説
その発見以来、研究者はウイルスとウイロイドがどのように進化したかを自問してきました.
ウイルスの起源を説明できる仮説は 3 つあります。これらは、進行性仮説、退行性仮説、および共進化仮説またはウイルス優先仮説です。
「進行性仮説」は、ウイルスの起源は、ある細胞から別の細胞に移動する移動性の遺伝要素 (DNA や RNA の一部など) の能力に基づいていると述べています。このような遺伝要素は、宿主細胞機構を使用して複製し、新しい細胞に侵入して再び複製を開始できる新しい遺伝要素を形成できます。
「退行仮説」は、ウイルスは、時間の経過とともに遺伝情報を失った、より複雑な祖先に由来する可能性があると述べています。この失われた遺伝情報は、複製するための寄生的アプローチの採用を刺激し、ウイルスの起源につながりました.
「共進化仮説」としても知られる「ウイルス優先仮説」は、ウイルスと細胞が同時に進化したことを提案しています。これは、ウイルスと細胞の両方がその構成にタンパク質と核酸を持っているためです。
ウイロイドの起源は「RNAワールド仮説」で説明できます。これは、RNA ゲノムを持つウイロイドの存在と、それらがタンパク質を作ることができないことが、リボソームのない RNA ワールドの存在を際立たせていることを意味します。また、進化の過程で RNA が DNA やタンパク質に先行したことも意味している可能性があります。
ウイルスとウイロイドの伝染
ウイルスは、ある宿主から別の宿主に拡散するという並外れた能力を持っています。宿主は、古細菌、細菌、真核生物の 3 つのドメインのいずれかに属している可能性があります。
ウイルス感染は、ある宿主から別の宿主 (同種または異種) にウイルスを移すメカニズムです。ウイルスが伝染するためには、まず宿主に侵入し、生き残り、複製する必要があります。その後、新しいウイルスは環境に侵入し、他の宿主細胞に感染します。
このウイルス感染は、水平方向または垂直方向の可能性があります。垂直感染は母から子へのウイルスの垂直感染であり、水平感染は人から人への感染です。ウイルスの発生は、ウイルス感染の水平モードに従います。
ウイロイドの伝染は、感染した植物と葉から葉への直接接触によって起こります。それらは、栄養繁殖によって、または農業や園芸の実践中に汚染された道具や器具を使用して伝染することもあります.一部のウイロイドは花粉と種子を介して伝染しますが、既知のウイロイドの 1 つはアブラムシによって伝染します。
すべてのウイルスとウイロイドが宿主細胞との相互作用で症状を引き起こすわけではありません。これらの潜在的または無症状のウイルスとウイロイドは、分類されたウイルスとウイロイドのそれぞれ 7% と 4% を占めています。
潜伏期間の後、影響を受けた宿主細胞は、ウイルスまたはウイロイドによる感染を示す症状を示し始めます。
ウイルス感染は、感染者との直接的または間接的な接触によって伝染する可能性があります。また、食物、空気、昆虫、または感染した動物を介して伝染することもあります。 (写真提供:ダブルブレイン/Shutterstock)
ウイルスとウイロイドにおけるゲノム複製
ウイルスとウイロイドは細胞ではなく単なる粒子であるため、複製するには宿主の分子機械が必要です。複製のメカニズムは、同じ文書の複数のコピーを作成できるコピーのプロセスに似ています。すべての材料と機構は宿主細胞によって提供されますが、ウイルス/ウイロイドは設計図 (遺伝物質) のみを提供します。複製プロセスにより、ウイルスとウイロイドの正確なコピーがさまざまな数で作成されます。
ウイルスとウイロイドのゲノムの複製部位は、存在する遺伝物質によって異なります。ウイルスは RNA ゲノムまたは DNA ゲノムを持っている場合がありますが、ウイロイドは RNA ゲノムしか持っていません。 DNA ウイルスのゲノムは核内で複製されますが、RNA ウイルスのゲノムは宿主細胞の細胞質内で複製されます。ウイロイド (RNA のみ) は、植物細胞の核 (核を複製するウイロイド) または葉緑体 (葉緑体を複製するウイロイド) で複製する場合があります。
従う複製のメカニズムに関して言えば、DNAウイルスは複製のために宿主機構を使用しますが、RNAウイルスは独自のレプリカーゼ酵素を持っています.これは、テンプレート RNA に相補的な RNA 鎖を合成できる酵素です。したがって、この酵素は RNA 依存性 RNA ポリメラーゼとも呼ばれます。
逆転写ウイルスは、ウイルス逆転写酵素を使用してゲノムを複製します。転写は、DNA テンプレートから RNA を合成するプロセスです。逆転写のプロセスは、RNA テンプレートからの DNA の合成です。この変換を触媒できる酵素は、逆転写酵素または RNA 指向 DNA ポリメラーゼです。
ウイロイドが植物に伝達されると、原形質連絡を介して植物細胞に入り、宿主 RNA ポリメラーゼ II を使用して複製します。
ウイルスとウイロイドの複製の最も一般的なモードは「ローリング サークル複製」ですが、特定の戦略には顕著な違いがあります。詳細なメカニズムは、DNA ウイルス、RNA ウイルス、およびウイロイドに関する研究論文からよりよく理解できます。
ウイルス遺伝子は宿主機構を犠牲にしてタンパク質をコードしますが、ウイロイドはタンパク質を形成しません.
ウイロイドがタンパク質を形成しない場合、どのように植物に影響を与えるのでしょうか?その答えは RNA サイレンシングです。ウイロイドの siRNA は、植物 RNA と配列類似性を共有しているため、植物 RNA を分解したり、その翻訳を阻害したりして、病気の症状を引き起こします。
ローリング サークル複製は、一方向の DNA 複製メカニズムです。イニシエータータンパク質は DNA 鎖の 1 つにニックを入れ、ニックが入った領域はプライマーとして機能し、ニックが入った鎖は新しい鎖の合成のテンプレートとして機能します。複製後にプライマーを除去し、ニックをリガーゼで結合します。 (写真提供:Tobias Vornholt/Wikimedia commons)
結論
ウイルスは確かにさまざまな面でウイロイドとは異なります。大きさや形から感染経路や感染経路まで、両者には特徴的な違いがあります。ウイルスは動物と植物の両方に影響を与えますが、ウイロイドは厳密に植物に関連しています。ウイロイドがタンパク質をコードできず、RNA サイレンシング メカニズムを通じて宿主に影響を与えられないことは極めて重要であり、ウイロイドがタンパク質や DNA よりも前に存在し、進化において重要な役割を果たしている可能性があることを示唆しています。
