ウイルスの形態と電子顕微鏡

ほとんどのウイルス粒子は光学顕微鏡で観察するには小さすぎるため、ウイルスの形態、すなわちビリオンのサイズ、形状、表面の特徴の記述は電子顕微鏡に依存してきました。ネガティブ染色または凍結水和粒子を画像化することにより、電子顕微鏡はらせん状のロッド、二十面体殻、エンベロープを持つ球体、および複雑な形態を明らかにし、ウイルスの記述的語彙と認識の基礎を提供しています。

Definition

ウイルス形態とは、ウイルス粒子のサイズ、形状、対称性、および表面構造のことであり、主に電子顕微鏡によって特徴付けられます。電子顕微鏡は、ビリオンの光学顕微鏡では見えない微細な寸法を解像する画像化技術です。

Scope

この項目では、主要なウイルス形態と、それらを可視化するために使用される電子顕微鏡法（ネガティブ染色およびクライオ電子顕微鏡を含む）、ウイルスの記述と認識における形態の役割、および記述的・診断ツールとしての電子顕微鏡の長所と限界について説明します。これは方法論的および構造的な参照であり、臨床的ガイダンスではありません。

Core questions

• ほとんどのウイルスを見るために電子顕微鏡が必要なのはなぜですか？
• ウイルスはどのような主要な形態をとりますか？
• ネガティブ染色電子顕微鏡とクライオ電子顕微鏡はどのように異なりますか？
• 形態はウイルスの認識や記述にどのように貢献できますか？
• 記述方法としての電子顕微鏡の限界は何ですか？

Key concepts

• ビリオンのサイズスケール（ナノメートル）
• らせん状形態
• 二十面体形態
• エンベロープを持つ粒子と多形性粒子
• 複雑な形態
• ネガティブ染色電子顕微鏡
• クライオ電子顕微鏡
• 包括的（オープンな）検出

Mechanisms

ビリオンは通常、直径が数十から数百ナノメートルであるため、光学顕微鏡の分解能を下回り、画像化にははるかに短い波長の電子線が必要です。ネガティブ染色電子顕微鏡では、粒子は電子密度の高い染色剤に囲まれ、その形状が輪郭として示され、らせん状、二十面体、エンベロープを持つ、または複雑な形態が迅速に明らかになります。一方、クライオ電子顕微鏡は、ガラス状氷中に凍結された粒子を画像化し、本来の構造を保持し、画像平均化と組み合わせることで、キャプシド構造を詳細に解像します。形態は、その正体に関する事前の知識なしに、存在するウイルスの大まかな種類を認識するための迅速でオープンエンドな方法を提供し、分子生物学的手法を補完します。

Clinical relevance

電子顕微鏡は、歴史的に多くのウイルスの発見と記述を可能にし、その形状によって予期せぬ病原体を明らかにできる包括的な方法として残っています。分子診断と並行して、参照および研究の場で使用されています。この項目は、参照のために形態と画像化方法を記述するものであり、診断プロトコルや治療の推奨を提供するものではありません。

History

電子顕微鏡は、1930年代後半から1940年代にかけてウイルスを初めて直接可視化し、1950年代以降のネガティブ染色は、ウイルス粒子の迅速な形態学的調査を可能にし、多くのウイルスの発見と分類に貢献しました。クラッグとその同僚によって開拓された画像再構成法、そしてその後のクライオ電子顕微鏡は、ウイルス構造を調べることができる分解能を段階的に向上させました。

Key figures

• Aaron Klug
• Donald Caspar
• Stephen Harrison
• Cynthia Goldsmith
• Sara Miller

Seminal works

• goldsmith-2009
• harrison-1983
• caspar-klug-1962

Frequently asked questions

ほとんどのウイルスは通常の光学顕微鏡では見えないのはなぜですか？

ほとんどのビリオンは直径が数十から数百ナノメートルしかなく、可視光顕微鏡の分解能限界をはるかに下回ります。電子顕微鏡は、そのような小さな粒子を解像するために、はるかに短い波長の電子線を使用します。

ウイルス検出方法としての電子顕微鏡の利点は何ですか？

これはオープンエンドで包括的な方法です。ウイルス特異的な試薬を必要とせずに、その形状によって粒子を明らかにするため、予期せぬウイルスや未知のウイルスの大まかな種類を特定でき、標的を絞った分子検査を補完します。