ウイルスの複製と病原性

ウイルスは、それ自体では増殖できない偏性細胞内寄生体であり、宿主細胞に侵入し、その細胞機構を乗っ取って新たなウイルス粒子を産生する必要があります。この分野では、ウイルスの複製サイクルにおける共通の段階（侵入、遺伝子発現、ゲノム複製、集合、放出）と、感染および宿主応答が疾患（病原性）にどのように結びつくかのメカニズムを概観します。

Definition

ウイルスの複製とは、ウイルスが宿主細胞の機構を利用してゲノムを複製し、子孫ビリオンを産生する一連の細胞内プロセスを指します。ウイルスの病原性とは、ウイルス感染とそれに続く宿主応答が疾患を引き起こすプロセスを指します。

Scope

この分野は、ウイルスの複製サイクルを一般的な枠組みとして、また病原性を感染から傷害に至る一連の事象として読者に提示します。その下位トピックでは、個々の段階（侵入と脱殻、遺伝子発現とタンパク質合成、核酸複製、集合と放出）と、ウイルスが疾患を引き起こすメカニズムについて扱います。これは参照および教育的な概要であり、臨床的または治療的な指針ではありません。

Sub-topics

• Viral Assembly and Release from Host Cells
• Viral Entry and Uncoating Mechanisms
• Mechanisms of Viral Pathogenesis
• Viral Replication and Nucleic Acid Synthesis
• Viral Gene Expression and Protein Synthesis

Core questions

• 宿主細胞内で増殖するために、すべてのウイルスが達成しなければならない普遍的な段階は何ですか？
• ウイルスのゲノムの種類（DNA、RNA、センス、分節）は、その複製戦略をどのように制約しますか？
• 複製の一連の事象は、宿主免疫応答と相まって、どのように組織損傷と疾患を引き起こしますか？

Key concepts

• 偏性細胞内寄生
• 一般的な複製サイクル：侵入、脱殻、遺伝子発現、ゲノム複製、集合、放出
• エクリプス期と一段階増殖
• 複製戦略の決定因子としてのゲノムの種類
• 指向性（ウイルスが感染できる細胞と組織）
• 急性感染と持続感染（潜伏感染、慢性感染）
• 直接的な細胞変性効果と免疫病理

Key theories

ボルティモア分類

デビッド・ボルティモアのスキームは、ウイルスのゲノムの性質とメッセンジャーRNAを産生する経路によってウイルスをクラスに分類し、各グループの複製戦略の分子論理を予測します。これは、異なるウイルスがどのように複製するかを比較するための組織的な枠組みとして現在も使用されています。

Mechanisms

生産的感染は、秩序だったサイクルを経て進行します。まずビリオンが受容可能な細胞に付着して侵入し、その後脱殻してゲノムを放出します。ゲノムはウイルスおよび宿主酵素の組み合わせを用いて発現および複製されます。新たな構造タンパク質とゲノムが集合して子孫ビリオンを形成し、ビリオンは放出されてさらに他の細胞に感染します。ゲノムの種類が詳細の多くを決定します。例えば、プラス鎖RNAウイルスは細胞質内に膜結合性の複製コンパートメントを構築しますが、これは多様なファミリーに共通するテーマです。疾患は、これらの事象が細胞を直接損傷するか、組織自体を傷害する宿主免疫応答を誘発する場合、およびウイルスの拡散と宿主防御のバランスによって感染が排除されるか、持続性となるか、致死的となるかが決定される場合に発生します。

Clinical relevance

複製サイクルを理解することは、抗ウイルス薬が侵入、ゲノム複製、成熟などの特定の段階を標的とする理由や、宿主免疫応答が転帰の中心となる理由を説明します。この項目は、概念レベルで臨床ウイルス学と抗ウイルス戦略の根底にある生物学を記述するものであり、診断、薬剤選択、または個々の患者管理の基礎となるものではありません。

Epidemiology

ウイルスは、自己限定的な呼吸器疾患や消化器疾患から慢性感染症やパンデミックに至るまで、世界中のヒト感染症の大部分を引き起こしています。多くの影響の大きい新興感染症はウイルスによって引き起こされ、しばしば人獣共通感染症由来であるため、複製、宿主域、および病原性の間の関連性は、個人の健康だけでなく集団の健康にとっても重要な問題となります。

History

20世紀のバクテリオファージと動物ウイルスに関する研究は、一段階増殖曲線とエクリプス期の概念を確立し、複製が秩序だった細胞内サイクルであることを明らかにしました。ボルティモア分類（1971年）は、mRNA産生という中心的な問題を中心にウイルスのゲノムの多様性を統一し、その後の分子生物学的および細胞生物学的研究により、サイクルの各段階が詳細に解明されました。病原性の研究は、直接的な細胞死滅という考え方から、免疫病理学や急性、潜伏性、慢性感染症のスペクトルを含むように拡大しました。

Key figures

• David Baltimore
• Ari Helenius
• Mark Marsh
• Paul Ahlquist
• Herbert W. Virgin

Seminal works

• marsh-helenius-2006
• denboon-ahlquist-2010
• virgin-2009

Frequently asked questions

なぜウイルスは単独で増殖できないのですか？

ウイルスは、タンパク質を合成しエネルギーを生成するために必要なリボソームや代謝機構を欠いているため、生きた宿主細胞に侵入し、その細胞機構を利用して新しいウイルス粒子を産生する必要があります。このため、ウイルスは偏性細胞内寄生体と呼ばれます。

ウイルス性疾患は、ウイルスが細胞を殺すことによって引き起こされるのですか、それとも免疫応答によって引き起こされるのですか？

両方が起こり得ます。一部のウイルスは細胞を直接損傷しますが（細胞変性効果）、他の感染症では、組織損傷の大部分はウイルスに対する宿主免疫応答によって引き起こされます（免疫病理）。そのバランスはウイルスや疾患によって異なります。