新種が進化するとき、そのウイルスはどこから来るのでしょうか?遺伝物質の自由な範囲の束にすぎないウイルスは、複製するために宿主の細胞機構とリソースを何度も何度も乗っ取る必要があります。宿主がいなければ、ウイルスは何の意味もありません。
その依存性のために、一部のウイルスは進化の過程で宿主に固執し、宿主が新しい種に分岐するたびに小さな調整を行うために突然変異を起こします。これは共発散と呼ばれるプロセスです。たとえば、人間とチンパンジーは B 型肝炎ウイルスのわずかに異なるバージョンを持っており、どちらも 400 万年以上前に共通の祖先に感染したバージョンから変異した可能性があります。
もう1つのオプションである異種間感染は、ウイルスが以前の宿主とはほとんど関係のないまったく新しいタイプの宿主に飛び込むときに発生します.この種のウイルスの進化は、鳥インフルエンザ、HIV、エボラ熱、SARS などの深刻な新興疾患に関連していることで有名です。これらの病気の極度の病原性を考えると、種を超えた伝染の明らかな希少性は幸運に思えました.
しかし最近、オーストラリアの研究者が何千もの多様なウイルスの長期的な進化に関する最初の研究を行ったとき、彼らは驚くべき結論に達しました。種間の跳躍は、ウイルスの最も主要な進化上の革新を推進してきました。一方、共発散は想定されていたほど一般的ではなく、ほとんどが漸進的な変化を引き起こしています。
「共発散は規則ではなく例外であることを彼らは説得力をもって示した」と、この研究には関与していないサンフランシスコ州立大学の進化生物学者で助教授である Pleuni Pennings は述べた。
この発見は、種を超えた感染による新興疾患が、医学が想定していたよりも深刻で差し迫った脅威であることを必ずしも意味するものではありません。ただし、ウイルスの進化のダイナミクスが驚くほど複雑になる可能性があることは明らかです。科学者がウイルスが新しい宿主に移動できる頻度を過小評価している場合、どのウイルスが移動する準備が最も整っているかを理解することがより優先されます.
種を超えたジャンプがウイルスの進化に大きな影響を与える可能性が低いと思われる理由はいくらでもあります。ウイルスが新しい宿主種に成功する可能性は非常に高いです。ウイルスが宿主の遺伝物質を操作して自己複製できない場合、それで終わりです。ウイルスは、最終的に自己を確立し、複製し、拡散する前に、適切な変異を蓄積しながら、数十年以上にわたって新しい宿主に感染するための複数の試行を行う必要がある場合があります.
たとえば、昨年の春、コロラド州立大学の比較医学教授であるスーザン・バンデウッドが率いる自然主義者と生物医学研究者のチームは、不完全な種間移行と思われる例を報告しました。 VandeWoude は、ピューマとボブキャットのレンチウイルス (HIV を含むレトロウイルスの一種) を研究しています。彼女と彼女のチームは、カリフォルニアとフロリダのマウンテン ライオンで特定のボブキャット レンチウイルスを発見し続けました。しかし、遺伝的証拠によると、ウイルスは、感染したボブキャットにピューマがさらされたことが原因であることが示されました。マウンテン ライオンのウイルス負荷も低く、ウイルスの複製に悪戦苦闘していたことを意味します。
要するに、ウイルスは新しい猫の宿主に侵入していましたが、それ自体を確立するのに十分なほど体内環境にうまく適合していませんでした. 「複数の伝染イベントでは、新しいウイルスがピューマで複製されているという証拠はありませんでした」とバンデウッドは言いました。 （対照的に、VandeWoude のチームは、ボブキャット ウイルスの一種がフロリダ パンサーに飛び込み、フロリダ パンサーに適応したバリアントを通過していたことを発見しました。）猫種間の伝染が非常に頻繁であることを考えると、レンチ ウイルスは最終的に変異する可能性があります。マウンテン ライオンが生息できると判断するには十分ですが、多くの機会にもかかわらず、これまでのところ実現していません。
さらに、ウイルスがある種から別の種への跳躍に成功すると、自身の成功の犠牲者になる可能性があります。特に、少数の孤立した個体群 (新しい種が始まる数) では、非常に毒性の高いウイルスが利用可能な宿主の供給を急速に使い果たし、自らを焼き尽くす可能性があります。
したがって、ウイルス学者は、たとえ種間ジャンプが長期にわたって頻繁に発生したとしても、ウイルスとその宿主の共発散が標準であると想定することは安全であるように思われました.しかし、その立場を支持する実際のデータはまばらです。 「完全な共発散のアイデアは、あなたが学べることの 1 つですが、良い例を見つけようとしても、それらは本当にまれです」とペニングスは言いました。
シドニー大学の生物学教授であるエドワード・ホームズとオーストラリアの同僚たちは、この謎に正面から立ち向かうことにしました。彼らは、ウイルスゲノムデータを使用して、19 の主要なウイルスファミリーの進化の歴史を再構築しました。各ファミリーには、哺乳類から魚、植物に至るまでの多様な宿主に見られる 23 から 142 のウイルスが含まれていました。彼らは、ウイルス科とその宿主種の両方について系統樹または進化樹を作成し、それらを比較しました。彼らは、ウイルスがその宿主と大部分が共分岐し、それに沿って進化した場合、ウイルスの系統樹はその宿主の系統樹に似ているはずであると推論しました。つまり、ウイルスの祖先バージョンが宿主の祖先に感染したはずです。しかし、ウイルスが種間を飛び越える場合、宿主とウイルスのツリーは異なって見えます。どのくらい異なるかは、何回種間ジャンプを行うかによって異なります。
PLOS Pathogensに掲載された彼らの研究 , は、19 のウイルス科すべてで、種を超えた感染が一般的であると報告しました。ホームズ氏によると、彼らが調べたすべてのウイルス科が種間でジャンプしたことには驚かなかったが、彼らの歴史の中で何度もそれを行ったことに驚いた. 「彼らは皆それをやっている」と彼は言った。 「それは非常に並外れたものです。」
研究者がウイルス進化への種間ジャンプの重要性をより早く認識しなかった理由について、Holmes は、これまでの系統発生研究は、比較的少数の種の宿主とウイルスを短い時間スケールで見ており、視野が狭すぎることが多かったと説明した。 10 年または 20 年を超えると、異種間のジャンプができない場合があります。 「100 万を超えると、間違いなくそうなるでしょう」とホームズは言いました。
彼らの斬新なアプローチは、「宿主とウイルスの間の長期的な関連性を調べ始めるためのフレームワークを提供します」と、クイーンズ大学の生物学の准教授であるジョン・デネヒーはこの研究について語った.
ホームズと彼の同僚にとって、種を越えた伝達がどのように、そしてなぜ起こるかについての 1 つの洞察は、RNA ウイルス (遺伝物質として RNA を使用する) が DNA ウイルス (DNA を使用する) よりもはるかに頻繁に種をジャンプするように見えるという彼らの観察から得られた. 「それはおそらく、彼らの突然変異率が高いためです」とバンデウッドは言いました。 RNA ウイルスの場合、一般的に小さいゲノムと高い突然変異率の組み合わせにより、新しい宿主環境に適応できる可能性が高くなります。
ホームズは、この傾向を RNA ウイルスと DNA ウイルスの異なる生活史にも当てはめています。 RNA ウイルスの感染は、多くの場合急性ですが一過性であり、インフルエンザや風邪のように、比較的短時間で発生します。その一過性は、ウイルスが多様な宿主種の一部になる機会を逃す可能性があることを意味します。 「急性ウイルスの場合、数日または数週間しか効果がありません」とホームズは言いました。 「共同発散は、平均して行うのは非常に困難です。あなたは十分に長く生きていません。」
対照的に、DNA ウイルス感染症はしばしば慢性的です。宿主集団の一部が分裂して新しい種になると、より多くの集団が感染するため、ウイルスを持ち込む可能性が高くなります。これにより、ウイルスが新しい宿主と共分散する可能性が高くなります。
宿主の生き方も、ウイルスの伝染と、種間ジャンプに対する共発散の可能性において役割を果たします。 「宿主集団のサイズと密度が、保有するウイルスの数を決定する上で非常に重要であることはわかっています」とホームズ氏は述べています。彼は例としてコウモリを使用しました。このように人口が多いため、ウイルスに感染する可能性が高くなります。 「生態学の非常に単純なルールは、宿主が多ければ多いほど、病原体を運ぶことができるということです」とホームズは言いました. 「ウイルスが感染しやすい宿主を見つける可能性はただただ高くなります。」
1975年の科学 イェール大学のフランシス・L・ブラックの論文は、ヒトの病気が宿主の人口動態によってどのように影響を受けるかについての洞察を提供しました.研究者たちは、かなり孤立した小さなアマゾン先住民族の社会を調べたところ、慢性的なウイルス感染を検出できることが多いものの、急性感染症はほとんど見られないことがわかりました。隔離により、部族は新しいウイルスから保護されました。侵入した少数のウイルスは、急性の場合、小さな部族をすばやく通り抜けて死にました.それらを維持する多くのホストがいなければ、ウイルスはすぐに姿を消しました。
新しい病気のリスク
種を超えた伝染が非常に頻繁に発生しているという発見は、深刻な新興疾患との関連性を考えると、心配に思えるかもしれません。過去に非常に多くのジャンプが発生しましたが、将来は同じように保たれますか?
必ずしも。 「過去の跳躍率は、特に人間に関して言えば、必ずしも未来を予測するものではありません」とペニングスは言いました。今日の私たちの生活は、ほんの数世紀前の人間の生活とは大きく異なり、新興疾患のリスクもおそらく異なる.
人間もウイルスをたくさん持っています。私たちも人口が多く、非常に流動的です。つまり、感染しやすい新しいホストにウイルスを簡単に持ち込むことができます。 「私たちはあらゆる種類の危険にさらされるあらゆる種類の行動をとっています。なぜなら、おそらく食べてはいけない場所を歩き回るのが好きだからです。私たちは多くのリスクを冒し、おそらく食べてはいけないものを食べます。」バンデウッドは言った。 「私たちはおそらく最悪の犯罪者であり、おそらく私たちが非常に多くのクレイジーなことをしているという理由だけで、種を超えた伝染の最大の標的です。」
そして、これらのクレイジーなことをすると、他の種と衝突することがよくあります。私たちがそれをすればするほど、新しいウイルスにさらされることが多くなり、私たちを最大のリスクにさらす種は、私たちが最も頻繁に接触するものです. 「私たちはトラよりもネズミから何かを得る可能性が高いです」とペニングスは言いました.
しかし、ウイルスの進化の歴史をさらに研究することで、新しい感染源としてもっと注意を払うべき種があるかどうかを科学者が解明するのに役立つかもしれません。 (疫学者は、鳥インフルエンザへの懸念から、家禽から人間に感染するリスクのあるウイルスをすでに注意深く監視しています。)植物、魚、哺乳類からのウイルスは、人間にとって同じように危険であるかもしれません。リスクの高いグループを選択します。
ホームズは別の見方をしています。 「予測はまったく実行可能ではないと思います」と彼は言いました。 「それが行われた理由は理解できますが、今回のことと、私たちが発見している膨大な数の新しいウイルスから得られると思うのは、実行可能ではないということです。」
幸いなことに、環境から抽出されたゲノム情報の研究であるメタゲノミクスの成長により、そのような分析を行うことがはるかに簡単になりました.この研究のために、ホームズと彼の同僚は、公開されている多数のデータベースからウイルスのゲノム配列を引き出しました。ウイルスの物理的なサンプルを用意する必要はありませんでした。これは、この分野の比較的新しい方向性です。 「ウイルス学は新たな段階に移行しており、メタゲノミクスによって、そこに何があるかを確認するためだけに大量サンプリングを行うことができるようになりました」とホームズ氏は述べています.
ホームズ氏はまた、ウイルスに関する新しい情報に簡単にアクセスできるようになったため、彼と彼の同僚が作成した系統樹は近い将来大きく変化するだろうと述べています。 「3 年後には、これらのウイルスの新しいサンプルが非常に多く見つかるため、これらの木はさらに充実するでしょう」と彼は言いました。
