学習目標

  • 病原体としてのウイルスの一般的な特徴を記述する
  • ウイルスのゲノムを記述する
  • ウイルスのライフサイクルの一般的な特徴を記述する
  • バクテリオファージ、植物ウイルス、動物ウイルスの間で区別する
  • ウイルスを偏性細胞内寄生虫として識別するために使用される特性を記述する

臨床フォーカス:ホアキム、パート1

ホアキム、45歳のジャーナリストは、ちょうど米国に戻ってきました, ロシア、中国、アフリカの旅行から。 彼はよく感じていないので、彼は彼の腕と脚の弱さ、発熱、頭痛、顕著な攪拌、およびマイナーな不快感を訴えて彼の一般開業医に行きます。 だが、にも関係してくると思われますが犬の食い込みが受けたのがインタビュー中国農業. 彼は咬傷部位でいくつかの刺し傷やかゆみの感覚を経験していますが、彼は犬が健康に見え、今まで心配していなかったことを医者に伝えます。, 医師は、創傷の細菌感染を排除するために培養および感受性試験を命じ、その結果は、可能な病原性細菌に対して陰性に戻った。

  • この情報に基づいて、患者に対してどのような追加の検査を行うべきですか?
  • 医師はどのような治療を勧めるべきですか?

このページの後半でJoaquimの例に戻ります。,

光学顕微鏡で見ることができなかったサイズが小さいにもかかわらず、タバコモザイク病(TMD)を引き起こす細菌よりも小さいろ過可能な成分の発見は1892年にさかのぼる。 当時、ロシアの植物学者ドミトリ-イワノフスキーは、1884年にパリでCharles ChamberlandとLouis Pasteurによって発明された磁器濾過装置を使用してTMDの供給源を発見しました。 磁器のChamberlandフィルターに装置を通って渡されるあらゆる液体からすべての細菌≤0.2μmを取除くには十分に小さい0.1μmの気孔のサイズがある。, TMDに感染したタバコ植物から得られた抽出物を用いて,この疾患の原因を決定した。 当初、この病気の原因は細菌であると考えられていました。 IvanovskiがChamberlandフィルターを使用して、エキスを磁器フィルターに通した後にTMDの原因が取り除かれないことを発見したとき、誰にとっても驚くべきことでした。 したがって、細菌がTMDの原因ではなかった場合、何が病気の原因となっている可能性がありますか? イワノフスキーは、TMDの原因は非常に小さな細菌または細菌胞子でなければならないと結論づけた。, Martinus Beijerinckを含む他の科学者は、TMDの原因を調査し続けました。 それは最終的に原因物質は細菌ではなく、代わりに、おそらく化学物質、我々は毒素として今日記述する生物学的毒のようなものであった1899年にBeijerinck、だった。 その結果、イワノフスキーの最初の発見から数年後にTMDの原因を記述するために、ラテン語で毒を意味するウイルスという言葉が使用されました。, 彼はTMDを引き起こしたウイルスを見ることができず、原因が細菌ではないことに気付かなかったにもかかわらず、Ivanovskiはウイルスの元の発見者であり、ウイルス学の分野の創設者であると信じられている。

今日、私たちは電子顕微鏡を使ってウイルスを見ることができます(図1)、私たちはそれらについてもっと知っています。 ウイルスは異なる生物学的実体であるが、それらの進化的起源は依然として推測の問題である。 分類学の面では、それらは無細胞(細胞からなるものではない)であるため、生命の木には含まれていません。, 生き残り、再現するためには、ウイルスは細胞宿主に感染しなければならず、細胞内寄生虫を偏らせる。 ウイルスのゲノムは宿主細胞に入り、virionsと呼出される新しいウイルスの粒子を形作るのに必要とされるウイルスの部品、蛋白質および核酸の生産を 新しいビリオンはウイルスの部品のアセンブリによって宿主細胞で作られます。 新しいビリオンは、ウイルスゲノムを別の宿主細胞に輸送して、別の感染ラウンドを実行します。 表1はウイルスの特性をまとめたものです。

表1., ウイルスの特性

感染性、無細胞病原体

宿主および細胞型特異性を有する細胞内寄生虫を義務付ける

DNAまたはRNAゲノム(決して両方)

ゲノムは、タンパク質カプシドに囲まれており、いくつかのケースでは、ウイルス糖タンパク質をちりばめたリン脂質膜

再生に成功するために必要な多くの製品の遺伝子を欠いている

再生するために宿主細胞ゲノムの開発を必要とする

図1., (a)タバコモザイクウイルス(TMV)を透過型電子顕微鏡で観察した。 (b)TMVによって引き起こされるタバコモザイク病(TMD)に感染した植物。 (credit a:modification of work by USDA Agricultural Research Service—scale-bar data from Matt Russell;credit b:modification of work by USDA Forest Service,Department of Plant Pathology Archive North Carolina State University)

Think about It

  • なぜ最初のウイルスが毒素と間違われて調査されたのですか?,

宿主およびウイルス伝達

ウイルスは、植物、動物、真菌、原生生物、細菌、および古細菌の宿主細胞を含むあらゆるタイプの宿主細胞に感染 ほとんどのウイルスは、生物の一つまたはいくつかの種の細胞に感染することができます。 これをホスト範囲と呼びます。 しかし、広い宿主範囲を有することは一般的ではなく、ウイルスは通常、特定の宿主にのみ感染し、それらの宿主内の特定の細胞型のみに感染する。 細菌に感染するウイルスは、バクテリオファージ、または単にファージと呼ばれます。 ファージという言葉は、むさぼりを意味するギリシャ語に由来します。, 他のウイルスは、動物または植物ウイルスなどの宿主群によって識別されるだけです。 細胞が感染すると、ウイルスの影響はウイルスの種類によって異なります。 ウイルスは、細胞の異常増殖または細胞死を引き起こし、細胞のゲノムを変化させ、または細胞内でほとんど顕著な効果を引き起こす可能性がある。

ウイルスは、直接接触、病原体との間接的な接触、またはベクターを介して伝達することができます:病原体をある宿主から別の宿主に伝達する動物。, 蚊、ダニ、ハエなどの節足動物は、ウイルス性疾患の典型的なベクターであり、機械的ベクターまたは生物学的ベクターとして作用する可能性があります。 機械的伝達は、節足動物がその体の外側にウイルス病原体を運び、それを物理的な接触によって新しい宿主に伝達するときに起こる。 生物学的伝達は、節足動物がその体内にウイルス病原体を運び、噛むことによって新しい宿主にそれを伝達するときに起こる。

ヒトにおいて、多種多様なウイルスが様々な感染症および疾患を引き起こすことができる。, ヒトで最も致命的な新興病原体のいくつかはウイルスですが、ウイルス感染に対処する治療法や薬がほとんどなく、根絶することが困難です。

動物宿主からヒト宿主に伝達され得るウイルスは、人獣共通感染症を引き起こす可能性がある。 例えば、鳥インフルエンザウイルスは鳥に由来しますが、ヒトに病気を引き起こす可能性があります。 逆人獣共通感染症は、人間に由来するウイルスによる動物の感染によって引き起こされる。,

細菌とウイルスとの戦い

スーパーバグ、または多剤耐性菌の出現は、製薬会社と深刻なヘルスケアの問題のための大きな課題となっています。 米国疾病管理予防センター(CDC)による2013年の報告によると、2万人を超える人々が毎年米国で薬物耐性菌に感染し、少なくとも23,000人が死亡しています。 抗生物質の継続的な使用と過剰使用は、さらに多くの薬剤耐性株の進化につながる可能性があります。,

一つの潜在的な解決策は、ファージ療法、細菌感染を治療するために細菌を殺すウイルス(バクテリオファージ)を使用する手順の使用です。 ファージ療法は新しいアイデアではありません。 バクテリオファージの発見は20世紀初頭にさかのぼり、ファージ療法はイギリスの細菌学者Frederick Twortによって1915年にヨーロッパで最初に使用されました。 しかし、その後のペニシリンおよび他の抗生物質の発見は、旧ソ連および東ヨーロッパのいくつかの国を除いて、この形態の治療のほぼ放棄につなが, 旧ソ連の国の外のファージ療法の興味は抗生物質抵抗性の細菌の上昇のためにごく最近再現しています。

ファージ療法は、ファージが一つの特定の細菌のみを殺すのに対し、抗生物質は病原体だけでなく、正常な微生物叢の有益な細菌も殺すという点で、抗生物質よりもいくつかの利点を有する。 新しい抗生物質の開発は、製薬会社や患者、特に貧困率の高い国に住む人々にとっても高価です。

ファージはまた、食品の腐敗を防ぐために使用されています。, 2006年、米国食品医薬品局は、食中毒の一形態であるリステリア症の原因となる細菌であるリステリア-モノサイトゲネスを殺すために、ボローニャ、ハム、七面鳥などの昼食肉に噴霧することができる六つのバクテリオファージを含む溶液の使用を承認した。 しかし、一部の消費者は、特に有機製品の人気が高まっていることを考えると、食品へのファージの使用について懸念しています。, ファージで処理された食品は、成分のリストに”バクテリオファージ製剤”を宣言するか、肉が”微生物を減らすために抗菌溶液で処理された”と宣言するラ”

それについて考えてみてください

  • なぜ人間は食物中のバクテリオファージの存在を心配する必要がないのですか?
  • ホスト間でウイルスを送信することができる三つの方法は何ですか?

ウイルス構造

一般に、ビリオン(ウイルス粒子)は小さく、通常の光学顕微鏡では観察できません。, これらは原核細胞や真核細胞よりもはるかに小さく、これはウイルスがこれらの大きな細胞に感染することを可能にする適応である(図2参照)。 ビリオンのサイズは、小さなウイルスでは20nmから、典型的な大きなウイルスでは900nmまでの範囲です(図3を参照)。 しかし、最近の発見では、Pandoravirus salinusやpithovirus sibericumのような新しい巨大なウイルス種が同定され、細菌細胞のサイズに近いサイズが同定されています。

図2., (a)この透過型電子顕微鏡写真では、バクテリオファージ(細菌に感染するウイルス)は、それが感染する細菌細胞によって矮小化される。 (b)顕微鏡写真におけるバクテリオファージのイラスト。 (クレジットa:米国エネルギー省、科学局、LBL、PBDによる作業の変更)
図3. ウイルスのサイズは、ほとんどの細菌細胞および真核細胞およびそれらの細胞小器官のサイズに比べて小さい。,

1935年、電子顕微鏡の開発後、Wendell Stanleyはタバコモザイクウイルスの構造を結晶化し、RNAとタンパク質で構成されていることを発見しました。 1943年、彼はインフルエンザBウイルスを単離し、インフルエンザ(インフルエンザ)ワクチンの開発に貢献した。 スタンレーの発見は40年以上にわたって科学者を困惑させていたウイルスの性質の謎を解き明かし、ウイルス学の分野への彼の貢献は1946年にノーベル賞を授与されることにつながった。,

ウイルスの性質に関する研究を続けた結果、我々は今、それらがカプシドと呼ばれるタンパク質コートに囲まれた核酸(RNAまたはDNAのいずれかであるが、両方ではない)で構成されていることを知っている(図4参照)。 カプシドの内部は細胞のように細胞質ゾルで満たされていないが、代わりに新しいビリオンの合成を指示するために必要なゲノムおよび酵素の点で裸の必需品を含んでいる。 各カプシドは、一つ以上の異なるタイプのカプソメアタンパク質からなるカプソメアと呼ばれるタンパク質サブユニットで構成され、密接に詰まったカプシドを形成する。,

一般的な組成に基づいて二つのカテゴリーのウイルスがあります。 核酸とキャプシドのみから形成されたウイルスは、裸ウイルスまたは非浸透ウイルスと呼ばれます。 脂質の層によって囲まれた核酸パックされたキャプシドと形作られるウイルスは囲まれたウイルスと呼ばれます(図4参照)。 ウイルスエンベロープは、宿主細胞からビリオン芽として得られるリン脂質膜の小さな部分である。 ウイルスのエンベロープは起源で細胞内または細胞質であるかもしれません。,

広外からの外殻部裸のウイルスに包まれたウイルスのタンパク質の構造というスパイクです。 これらのスパイクの先端には、インフルエンザウイルスのヘマグルチニンスパイク(H)やノイラミニダーゼ(N)インフルエンザウイルススパイクのような酵素のように、ウイルスが細胞表面から新しいビリオンのリリース中に分離することを可能にする構造がある。 インフルエンザウイル, 例えば、H1N1インフルエンザウイルスは1918年と2009年のパンデミック、H2N2は1957年のパンデミック、H3N2は1968年のパンデミックの原因であった。

図4. 画像をクリックすると拡大します。 (a)裸のアタデノウイルスは、そのキャプシドから糖タンパク質で作られたスパイクを使用して宿主細胞に結合する。, (b)エンベロープされたヒト免疫不全ウイルスは、そのエンベロープに埋め込まれた糖タンパク質で作られたスパイクを使用して宿主細胞に結合する(credit a”micrograph”:NIAIDによる仕事の修正;credit b”micrograph”:疾病管理予防センターによる仕事の修正)

ウイルスは、螺旋状、多面体、または複合体のいずれかであり得るカプシドの形状が異なる。 ヘリカル外殻の形状のタバコモザイクウイルス(タバコモザイクウ)には、裸のヘリカルウイルス、エボラ出血熱ウイルス、包まれたらせん。, キャプシドは円筒形または棒状で、ゲノムはキャプシドの長さのすぐ内側にフィッティングされています。 多面体カプシドは、ポリオウイルスやライノウイルスの形状を形成し、二十面体の形の多面体(多面)カプシドに囲まれた核酸からなる。 二十面体カプシドは、三次元の20面構造であり、12個の頂点を有する。 サッカーボールに似ている。 ヘリカルウイルスと多面体ウイルスの両方に封筒があります。, T4ファージやワクシニアウイルスのようなポックスウイルスなどの特定のタイプのバクテリオファージに見られるウイルスの形状は、多面体ウイルスと螺旋ウイルスの両方の特徴を持つ可能性があるため、複雑なウイルスの形状として記述されています(図5参照)。 バクテリオファージ複合体の形態では、ゲノムは多面体頭部内に位置し、鞘は、ウイルスが宿主細胞の表面上の受容体に付着するのを助ける尾繊維および尾ピンに頭部を接続する。 複雑な形状を有するポックスウイルスは、多くの場合、カプシドの他のカテゴリには見られない複雑な表面特性を有する、レンガ形である。,p>

それについて考えてください

  • どのタイプのウイルスにスパイクがありますか?

ウイルスの分類と分類

ウイルスは生命の三つのドメインに分類されていませんが、その数は分類を必要とするのに十分です。 1971年以来、国際微生物学会ウイルス学部門の連合は、ウイルスの分類法に関する国際委員会(ICTV)に普遍的なウイルス分類法を開発、精製、および維持する, ウイルスは非常に迅速に変異することができるので、二項命名法システムを使用して属および種小名にそれらを分類することは困難であり得る。 したがって、ICTVのウイルス命名法システムは、ウイルスの遺伝学、化学、形態、および増殖のメカニズムに基づいて、ウイルスを家族および属に分類する。 現在までに、ICTVは既知のウイルスを96科、350属に分類している。 ウイルスの科名はin–viridae(例えば、Parvoviridae)で終わり、属名はin−virus(例えば、Parvovirus)で終わる。 ウイルスの注文、家族、および属の名前はすべて斜体です。, ウイルス種に言及するとき、我々はしばしばPandoravirus dulcisまたはPandoravirus salinusのような属および種小名を使用する。

ボルチモア分類システムは、ICTV命名法の代替です。 ボルチモアシステムは、それらのゲノム(DNAまたはRNA、一本鎖対二本鎖、および複製様式)に従ってウイルスを分類する。 このシステムとを作成しセグウイルスに感染している共通遺伝学、生物学です。

ICTVのウェブサイトで最新のウイルス分類法を調べます。,

別に命名法の正式なシステムから、ウイルスは、多くの場合、非公式に化学、形態、またはそれらが共通している他の特性に基づいてカテゴリにグループ カテゴリーは、裸または包まれた構造、一本鎖(ss)または二本鎖(ds)DNAまたはssまたはds RNAゲノム、セグメント化または非セグメント化ゲノム、および正鎖(+)または負鎖(-) 例えば、ヘルペスウイルスは、dsdnaエンベロープウイルスとして分類することができ、ヒト免疫不全ウイルス(HIV)は+ssrnaエンベロープウイルスであり、タバコモザイクウイルスは+ssrnaウイルスである。, 宿主特異性、組織特異性、カプシド形状、および特殊な遺伝子または酵素などの他の特徴もまた、類似のウイルス群を記述するために使用され得る。 表2は、ヒト病原体である最も一般的なウイルスのゲノムタイプ別の一覧です。

表2.,agic fever
Togaviridae Rubivirus Rubella
Retroviridae Lentivirus Acquired immune deficiency syndrome (AIDS)
−ssRNA, enveloped Filoviridae Zaire Ebolavirus Hemorrhagic fever
Orthomyxoviridae Influenzavirus A, B, C Flu
Rhabdoviridae Lyssavirus Rabies

Think about It

  • What are the types of virus genomes?,

ウイルス性疾患の分類

ICTVはウイルスの生物学的分類を担当してきましたが、ウイルスによって引き起こされる疾患の分類においても重要な役割を果たしてきました。 ウイルス関連のヒト疾患の追跡を容易にするために、ICTVは、世界保健機関(WHO)によって維持および更新されている疾患の標準分類である国際疾病分類(ICD)にリンクする分類を作成した。, ICDは、ウイルス感染のすべてのタイプだけでなく、病気、病状、および死因の他のすべてのタイプに六文字までの英数字コードを割り当てます。 このICDコードは、他の二つのコーディングシステム(現在の手続き用語、および医療共通手順コーディングシステム)と組み合わせて、治療および保険償還のため,

例えば、患者がウイルス感染の治療を求める場合、ICDコードは臨床医によって日常的に使用され、臨床検査を注文し、病気を引き起こすと疑われるウイルスに特異的な治療を処方する。 このICDコードは、診断を確認するために実行する必要があるテストを識別するために医療研究所によって使用されます。 ICDコードは、実施されたすべての治療および検査作業が所定のウイルスに適していることを確認するために、ヘルスケア管理システムによって使用さ, 医療コーダーは、icdコードを使用して実行される手順の適切なコードを割り当て、医療請求者は、保険会社による払い戻しの請求を処理するためにこの情報を バイタルレコードキーパーは、死亡証明書に死因を記録するためにICDコードを使用し、疫学者は罹患率と死亡統計を計算するためにICDコードを使用しました。

それについて考える

  • あなたはおそらくICDコードを見つけるだろう二つの場所を識別します。,

臨床フォーカス:Joaquim、パート2

この例は、このページで先に始まったJoaquimの話を続けています。

Joaquimの医師は、彼の症状には犬の咬合部位での刺し傷やかゆみが含まれていることを懸念していました。 生きている患者の狂犬病を診断するためにいくつかの検査が利用可能であるが、単一の死前検査では十分ではない。 医師は、検査のためにホアキムの血液、唾液、皮膚のサンプルを採取することに決めました。, 皮膚サンプルは、首のうなじ(ヘアラインの近くの首の後側)から採取した。 それは約6ミリメートルの長さであり、表在皮膚神経を含む少なくとも10の毛包を含んでいた。 皮膚生検標本に免疫蛍光染色法を用いて,毛包の基部にある皮膚神経における狂犬病抗体を検出した。 狂犬病ウイルスに対する抗体が産生されているかどうかを決定するために、Joaquimの血液からの血清試料についても試験を行った。,

一方、唾液サンプルは、逆転写酵素-ポリメラーゼ連鎖反応(RT-PCR)分析、ウイルス核酸(RNA)の存在を検出することができるテストのために使用されました。 血液検査は狂犬病ウイルス抗原の存在に対して陽性に戻り、Joaquimの医師に予防的治療を処方するよう促した。 Joaquimは一連の狂犬病のワクチンと共に人間の狂犬病の免疫グロブリンの一連の筋肉内注入を与えられます。

  • なぜ免疫蛍光法は狂犬病ウイルスそのものではなく狂犬病抗体を探すのですか?,
  • ホアキムが狂犬病に罹患した場合、彼の予後は何ですか?

後のページでJoaquimの例に戻ります。

重要な概念と概要

  • ウイルスは、一般的に超顕微鏡的であり、典型的には20nmから900nmの長さである。 大型のウイルスが発見されている。
  • ビリオンは無細胞であり、核酸、DNAまたはRNAからなるが、両方ではなく、タンパク質カプシドに囲まれている。 また、カプシドを取り囲むリン脂質膜が存在する可能性があります。
  • ウイルスは偏性細胞内寄生虫である。,ウイルスは、植物、動物、真菌、原生生物、細菌、および古細菌に見出される様々なタイプの細胞に感染することが知られている。
  • ウイルスは、植物、動物、真菌、原 ウイルスは通常、限られた宿主範囲を有し、特定の細胞型に感染する。
  • ウイルスは、螺旋形、多面体、または複雑な形状を有することができる。
  • ウイルスの分類は、形態、核酸の種類、宿主範囲、細胞特異性、およびビリオン内に運ばれる酵素に基づいている。
  • 他の疾患と同様に、ウイルス性疾患はICDコードを用いて分類される。,

それについて考える

  1. ヘリカル、多面体、および複雑なウイルスの間で幾何学的な違いを議論します。
  2. 1880年代に”ウイルス”という言葉の意味は何でしたか、なぜタバコモザイク病の原因を説明するために使用されたのですか?
  3. 進化の観点から、あなたはどちらが最初に起こると思いますか? ウイルスまたはホスト? あなたの答えを説明する。li>
  4. あなたはそれが研究室でウイルスを作成することは可能だと思いますか? あなたが狂った科学者だと想像してください。 新しいウイルスを作成する方法を説明しますか?,
  5. 図示されたバクテリオファージのそれぞれの標識部分に名前を付ける。