プリンキピア

第21章ウイルス

21.2 Virus Infections and Hosts21.2 ウイルス感染と宿主

Learning Objectives学習目標

By the end of this section, you will be able to do the following:
この節を終えると、次のことができるようになる。
  • List the steps of replication and explain what occurs at each step
    複製の各段階を挙げ、それぞれで起こることを説明する。
  • Describe the lytic and lysogenic cycles of virus replication
    ウイルス複製の溶菌サイクルと溶原サイクルを説明する。
  • Explain the transmission of plant and animal viruses
    植物ウイルスと動物ウイルスの伝播を説明する。
  • Discuss some of the diseases caused by plant and animal viruses
    植物ウイルスと動物ウイルスによって起こる病気をいくつか論じる。
  • Discuss the economic impact of plant and animal viruses
    植物ウイルスと動物ウイルスの経済的影響を論じる。
Viruses are obligate, intracellular parasites. A virus must first recognize and attach to a specific living cell prior to entering it. After penetration, the invading virus must copy its genome and manufacture its own proteins. Finally, the progeny virions must escape the host cell so that they can infect other cells. Viruses can infect only certain species of hosts and only certain cells within that host. Specific host cells that a virus must occupy and use to replicate are called permissive. In most cases, the molecular basis for this specificity is due to a particular surface molecule known as the viral receptor on the host cell surface. A specific viral receptor is required for the virus to attach. In addition, differences in metabolism and host-cell immune responses (based on differential gene expression) are a likely factor in determining which cells a virus may target for replication.
英語のヒント
ウイルスは偏性細胞内寄生体である。まず特定の生きた細胞を認識して付着し、その後に内部へ入らなければならない。侵入後にはゲノムをコピーし、自分のタンパク質を製造する必要がある。最後に、子孫ビリオンは他の細胞へ感染するために、宿主細胞から出なければならない。ウイルスが感染できるのは特定の宿主種と、その宿主内の特定の細胞だけである。ウイルスが入り込み、複製に利用する特定の宿主細胞は、許容性をもつと呼ばれる。大半の場合、この特異性の分子的な基盤は、宿主細胞表面にあるウイルス受容体という特定の分子である。ウイルスの付着には、特定の受容体が必要となる。さらに、代謝や宿主細胞の免疫応答の違いも、ウイルスがどの細胞を複製の標的にするかを決める要因と考えられる。これらの違いは、遺伝子発現の違いに基づく。

Steps of Virus Infectionsウイルス感染の段階

A virus must use its host-cell processes to replicate. The viral replication cycle can produce dramatic biochemical and structural changes in the host cell, which may cause cell damage. These changes, called cytopathic effects, can change cell functions or even destroy the cell. Some infected cells, such as those infected by the common cold virus known as rhinovirus, die through lysis (bursting) or apoptosis (programmed cell death or “cell suicide”), releasing all progeny virions at once. The symptoms of viral diseases result both from such cell damage caused by the virus and from the immune response to the virus, which attempts to control and eliminate the virus from the body.
英語のヒント
ウイルスは複製のために、宿主細胞の過程を利用しなければならない。ウイルスの複製サイクルは、宿主細胞に大きな生化学的・構造的変化を引き起こし、細胞を傷つけることがある。細胞変性効果と呼ばれるこれらの変化は、細胞機能を変え、細胞そのものを破壊することさえある。たとえば、かぜを起こすライノウイルスに感染した細胞のように、一部の感染細胞は溶解(破裂)またはアポトーシス(プログラムされた細胞死、「細胞の自殺」)によって死に、子孫ビリオンを一度にすべて放出する。ウイルス病の症状は、ウイルスによる細胞損傷と、ウイルスを抑え体内から除こうとする免疫応答の両方から生じる。
Many animal viruses, such as HIV (human immunodeficiency virus), leave the infected cells of the immune system by a process known as budding, where virions leave the cell individually. During the budding process, the cell does not undergo lysis and is not immediately killed. However, the damage to the cells that the virus infects may make it impossible for the cells to function normally, even though the cells remain alive for a period of time. Most productive viral infections follow similar steps in the virus replication cycle: attachment, penetration, uncoating, replication, assembly, and release (Figure 21.8).
英語のヒント
HIV(ヒト免疫不全ウイルス)など多くの動物ウイルスは、感染した免疫細胞から出芽と呼ばれる過程で出ていく。この過程では、ビリオンが1つずつ細胞を離れる。出芽の間、細胞は溶解せず、すぐに死ぬこともない。しかし、感染による損傷のため、細胞がしばらく生き続けても、正常に機能できなくなることがある。新しいウイルスを産生する感染の大半は、複製サイクルにおいて、付着、侵入、脱殻、複製、組み立て、放出という似た段階をたどる(図21.8)。

Attachment付着

A virus attaches to a specific receptor site on the host cell membrane through attachment proteins in the capsid or via glycoproteins embedded in the viral envelope. The specificity of this interaction determines the host—and the cells within the host—that can be infected by a particular virus. This can be illustrated by thinking of several keys and several locks, where each key will fit only one specific lock.
英語のヒント
ウイルスは、カプシドの付着タンパク質、またはエンベロープに埋め込まれた糖タンパク質を介し、宿主細胞膜上の特定の受容体部位へ付着する。この相互作用の特異性によって、あるウイルスが感染できる宿主と、その宿主内の細胞が決まる。複数の鍵と錠前を考えると分かりやすい。それぞれの鍵は、特定の錠前にしか合わない。

Entry侵入

Viruses may enter a host cell either with or without the viral capsid. The nucleic acid of bacteriophages enters the host cell “naked,” leaving the capsid outside the cell. Plant and animal viruses can enter through endocytosis (as you may recall, the cell membrane surrounds and engulfs the entire virus). Some enveloped viruses enter the cell when the viral envelope fuses directly with the cell membrane. Once inside the cell, the viral capsid degrades, and then the viral nucleic acid is released and becomes available for replication and transcription.
英語のヒント
ウイルスはカプシドごと宿主細胞へ入る場合も、カプシドを伴わずに入る場合もある。バクテリオファージの核酸は、カプシドを細胞外に残し、「裸」で宿主細胞へ入る。植物ウイルスや動物ウイルスは、エンドサイトーシスによって侵入できる。思い出してほしいが、この過程では細胞膜がウイルス全体を包み込んで取り込む。一部のエンベロープをもつウイルスは、エンベロープを細胞膜と直接融合させて侵入する。細胞内に入るとカプシドが分解され、核酸が放出されて、複製や転写に利用できるようになる。

Replication and Assembly複製と組み立て

The replication mechanism depends on the viral genome. DNA viruses usually use host-cell proteins and enzymes to replicate the viral DNA and to transcribe viral mRNA, which is then used to direct viral protein synthesis. RNA viruses usually use the RNA core as a template for synthesis of viral genomic RNA and mRNA. The viral mRNA directs the host cell to synthesize viral enzymes and capsid proteins, and assemble new virions.
複製の仕組みはウイルスゲノムによって異なる。DNAウイルスは通常、宿主細胞のタンパク質と酵素を使い、ウイルスDNAを複製し、ウイルスmRNAを転写する。そのmRNAがウイルスタンパク質の合成を指示する。RNAウイルスは通常、RNAの芯を鋳型として、ウイルスのゲノムRNAとmRNAを合成する。ウイルスmRNAは宿主細胞へ指示し、ウイルス酵素やカプシドタンパク質を合成させ、新しいビリオンを組み立てさせる。
Of course, there are exceptions to this pattern. If a host cell does not provide the enzymes necessary for viral replication, viral genes supply the information to direct synthesis of the missing proteins. Retroviruses, such as HIV (group VI of the Baltimore classification scheme), have an RNA genome that must be reverse transcribed into DNA, which then is incorporated into the host cell genome. To convert RNA into DNA, retroviruses must contain genes that encode the virus-specific enzyme reverse transcriptase that transcribes an RNA template to DNA. Reverse transcription never occurs in uninfected host cells—the enzyme reverse transcriptase is only derived from the expression of viral genes within the infected host cells. The fact that HIV produces some of its own enzymes not found in the host has allowed researchers to develop drugs that inhibit these enzymes without affecting the host’s metabolism.
英語のヒント
もちろん、このパターンには例外がある。宿主細胞がウイルス複製に必要な酵素を供給しなければ、ウイルス遺伝子が、不足するタンパク質の合成を指示する情報を供給する。HIVなどのレトロウイルス(ボルティモア分類の第VI群)はRNAゲノムをもち、DNAへ逆転写しなければならない。そのDNAが宿主細胞のゲノムへ組み込まれる。RNAをDNAに変換するため、レトロウイルスは、RNA鋳型をDNAへ転写するウイルス特有の酵素、逆転写酵素をコードする遺伝子をもたなければならない。感染していない宿主細胞では逆転写は起こらず、逆転写酵素は感染細胞内でのウイルス遺伝子の発現からのみ生じる。HIVは宿主にない独自の酵素をいくつか作るため、研究者は宿主の代謝に影響を与えずに、それらの酵素を阻害する薬を開発できた。
This approach has led to the development of a variety of drugs used to treat HIV and has been effective at reducing the number of infectious virions (copies of viral RNA) in the blood to non-detectable levels in many HIV-infected individuals.
英語のヒント
この方法によって、HIVの治療に使うさまざまな薬が開発された。多くのHIV感染者で、血液中の感染性ビリオンの数(ウイルスRNAのコピー数)を、検出できないレベルまで減らす効果が得られている。