Transcript 第3回
生命科学基礎 ２．ウイルスの種類と病原性 真性細菌 古細菌 寄 生 虫 一説によれば、培養できていない微生物は、 全微生物の95 ～ 99.9 ％といわれており、 いつの日か300 万種の原核生物が記載さ れるであろうと述べる研究者もいる。 （駒形和男「Bergey Medal受賞記念総説」） Procaryote 原核生物 Eucaryote 真核生物 ウイルスはエネルギー生産、蛋白合成に係わる酵素系を欠如しており、この図には含まれない ウイルスの発見： ろ過性病原体 コッホによる病原細菌の発見以降、寄生虫病以外の感染症は細菌によるもの であり、未解明の病気も顕微鏡を用いて原因細菌が発見されるのは時間の問題 だと思われていた。 1884 パスツール研究所のシャンベランが細菌を通さない濾 過装置を開発。細菌の培養に用いる培地の作成はもとより、 無菌であることが要求されるワクチン等の製造に応用された （彼は、その後、高圧滅菌器の作成に取組んだ）。 素 焼 き の 陶 器 1892 イワノフスキー （28歳）は、タバコモザ イク病が、細菌を含ま ない濾液によって依然 として感染することを 示した。すなわち、濾 シャンベラン Charles Chamberland Chamberland filter 1851 - 1908 過性病原体（後に ウイルスと命名）の 発見。 イワノフスキー Dimitri Ivanovski 1864-1920 タバコモザイク病ウイルスのその後 1935 ウェンデル・スタンリーは、ウイルスの電子顕微鏡 観察のために結晶化に成功し、結晶化後も活性を失わな いことを示した。ウイルスは生物というより物質に近いこと を明らかにし、 ノーベル化学賞（1946）を受賞 。 0.2μm タバコモザイクウイルス 1955 フレンケル・コンラートとロブリー・ウィリアムズは、 精製されたTMVのRNAと、それを包むカプシド（コート）タ ンパク質が自動的に結合してウイルスとして機能すること を示した。 1958 ロザリンド・フランクリンは、スタンリーのもとでX線 回折に基づきTMVの模型を造った。 カプシドタンパク質の分子構造 核酸 nucleic acid カプシド タンパク カプシド capsid 哺乳動物ウイルスの発見：ワクチンと病原体 1898 コッホ研究所のレフラーとPaul Froschは、口蹄疫に罹った牛の口と乳房の 水疱を子牛へ接種する実験を行い、シャンベ ラン濾過器を通した後も感染性があり、濾過 性病原体によることを実証した。 現在でも、口蹄疫に関しては罹患動物の 殺処分が原則であり、ワクチンによる予防は 口蹄疫ウイルス レフラー 行わない。不顕性感染等により、疾病排除が不可能となるか Friedrich A. J. Loeffler らである。 ヒト ⇔ 家畜、 個体 ⇔ 集団 1852 – 1915 最初のワクチンである種痘は1796年ジェンナーにより初めて行われ、それに続 いて1885年パスツールは狂犬病ワクチンを開発した。 種痘や狂犬病のワクチンが 始めて作成されたのは、いずれもウイルスの発見以前のことであり、それらのウイ ルが発見されたのはずっとあとのことである。 原因が明確化されなくとも、対処方法を考えることは可能であり、「全てが判ら ないと安心できない」という非科学的言動は間違っている。 ヒトを含めた動物が感染するウイルスの発見は口蹄疫が最初である。 ヒトに感染するウイルスの発見： 黄熱 1898 スペイン領だったキューバでアメリカとスペインの間で戦争勃発。部隊の将兵3分の1が 黄熱で斃死（戦死者を上回る） ⇒ 病原体の発見を目的とする「黄熱研究委員会」が Reed 陸軍軍医大佐の下に発足 ⇒ Carroll 博士と志願兵に、患者の血を吸った蚊を吸血させる （幸い回復したが、ボランティアとはいえ人体実験） ⇒ 熱帯シマカによる媒介が判明 1927 Adrian Stokes サルに実験感染させることに成功 ⇒ 自らも感染して死亡（40歳） 1928年5月21日 野口英世（レプトスピラ説を訂正してStokes を支持）、 黄熱にて永眠 5月29日 野口と共同研究していた英国の病理学者Dr.Youngが黄熱で死亡 1927（28歳） サルに黄熱を実験感染させ、濾過性病原体であることを証明 マックス・タイラー 1930（31歳） ハツカネズミに黄熱を実験感染させた Max Theiler 感染実験を容易にした 1899 - 1972 ハツカネズミから自らも黄熱に罹り、それにより免疫を得た 1931（32歳） ロックフェラー財団に移ってから、回復患者や実験感染サルの 血清をハツカネズミに前投与すると、黄熱に抵抗性を示すことを発見。不活化 ワクチンよりも生ワクチンの有効性を信じ、強毒なAsibi株（西アフリカ由来）を 鶏胚で継代し始めた。 100代以上継代した時点で、弱毒化に成功 1937 ヒュー・スミスと共同で17-Dワクチンを発表 1951 ノーベル生理学・医学賞受賞 科学の発展の対価・・・ ファージの発見： 細菌を食べるウイルス 古代から、河川水にはハンセン病などの伝染病を治す力があるという報告が記録されてい る。 Ernest Hanbury Hankin は、 ガンジス川の水にはコレラ菌などに対する著しい抗菌 活性があり、微細なフィルターを通しても活性があることを報告（1896 ）。 1915 Frederic Twort （英）は細菌に感染し、死滅させる微小因子 を発見したが、第一次世界大戦のため研究中断 1917 デレル（パスツール研究所）が赤痢菌と競合する眼に見えな い微生物を発見し、”bacteriophage” や “bacteria-eater”と呼ん だ。そして、赤痢患者がバクテリオファージによって回復した例を説 明した。 溶菌斑（プラーク、Plaque） Bacteriophage： 細菌(bacteria)を食べる(phagos) 人生には運（偶然）も左右する デレル Félix d'Herelle 1873 – 1949 細菌に接着している バクテリオファージの 電子顕微鏡像 ファージ療法 "In a flash I had understood: what caused my clear spots was in fact an invisible microbe ... a virus parasitic on bacteria." ヴィルレント・ファージ（Virulent phage）： ファージ遺伝子が菌体 内に挿入されると、ファージが増 殖し、宿主と共存できず、ついに 細菌を溶かして殺してしまう（溶 菌）。 テンペレート・ファージ （Temperate phage）： 感染した 細菌の一部では溶菌してファージ が増殖するが、溶菌せずにファー ジ核酸が細菌遺伝子DNAに挿入 され、細菌遺伝子の一部として安 定した状態となる。ファージ核酸 が菌体遺伝子に取りこまれてい る状態をプロファージ、ファージと 宿主菌との共存状態が成立する ことを溶原化、プロファージをもつ 細菌を溶原菌という。 遺 伝 子 の 組 成 を 変 化 さ せ る ！ 生 殖 に よ る 遺 伝 子 交 雑 以 外 に 、 溶原菌は、毒素遺伝子や薬剤耐性遺伝子など をファージから受け取り、病原性を高める場合が ある。ジフテリア菌やボツリヌス菌の毒素遺伝子 は、ファージの感染によって組み込まれることが 判っている。腸管出血性大腸菌（O157）の毒素 遺伝子は、元々赤痢菌にあったものがファージ によって大腸菌に運ばれた形跡がある。 ウイルスの命名と由来 Virus はラテン語で「毒」を意味する語であり、古代ギリシアのヒポクラテスは病気 を引き起こす毒という意味でこの言葉を用いている。日本では最初、日本細菌学会 によって「病毒」と呼ばれていたが、1953年に日本ウイルス学会が設立され、ラテン 語発音に近い「ウイルス」という表記が採用された。 ウイルスは細胞を構成単位とせず、他の生物の細胞を利用して増殖できるという、 非生物と生物の特徴を併せ持つ。ウイルスの起源にはいくつかの説があるが、トラ ンスポゾン（Transposon）のような「動く遺伝子」説が有力である。トランスポゾンは、 細胞内においてゲノム上の位置を転移 することのできる核酸断片（塩基配列）であり、染色 体やプラスミド間をも移動する。ただし、プラスミドやファージのように自己複製はできない。 挿入配列（ Insertion Sequence ） IS はもっとも簡単なトランスポゾンで、両 末端に短い（10-50bp）逆向き反復（IR: Inverted Repeat)の配列があり、組換は この末端において起こる。このIRの間に 挿入を助ける酵素であるトランスポゼー ス遺伝子が存在し、トランスポゼースはIR を認識し切断転移する働きがある。 肉眼 光学顕微鏡 電子顕微鏡 1031年 ベルリン工 科大学のクノールと ルスカが開発 Ｘ線解析 新技術の開発！ 濾過性病原体 "contagium vivum fluidum" ＝ soluble living germ ビリオン（ウイルス粒子）の基本構造 カプシド（capsid）：内部の核酸 をさまざまな障害から守る「殻」 の役割をしている 有機溶剤にも強い カプソマー（capsomer）：同じ構 造を持つ小さなタンパク質が多 数組み合わさって構成 エンベロープ（envelope）： 脂質二重膜であり、宿主細胞から出芽 する時に宿主の細胞質膜や核膜の一部をまとったもの 有機溶剤で失活 ウイルス分類の基礎 1. 遺伝物質： DNAとRNA、一本鎖と二本鎖、直鎖と環状、分節数 たとえば、インフルエンザ・ウイルスは、8本のRNA分節からなるA型と B型、 7本のRNA分節からなるC型がある 2. 粒子構造： ビリオンの形状、エンベロープの有無、大きさ ヌクレオカプシド 左： 正二十面体様（アデノウイルス） 中： らせん状（タバコモザイクウイルス） 右： 複雑な対称性（バクテリオファージ） 3. 増殖様式： 複製様式、組立てと被覆の部位（核内、細胞質内） 細胞表面への吸着 → 細胞内への侵入 → 脱殻 → 部品の合成 → 部品の集合 → 感染細胞からの放出 4. 血清型： 粒子表面構造の免疫学的特性（免疫原性） 5. 物理化学的性状： 化学物質（酸、アルカリ、界面活性剤、有機溶 剤）、熱、放射線に対する安定性 1. タンパク質の合成 2. ウイルス核酸の複製 3. 1. 2.を行うために必要な、材料の調達とエネル ギーの産生 ウイルスは、複製過程1,(2),3に必要な酵素の遺伝情 報を持たず、宿主細胞の酵素とエネルギーを利用 親DNA transcription replication translation 二本鎖DNAウイルスの増殖環 一本鎖DNAウイルスの増殖環： 宿主細胞のDNAポリメラーゼを使い二本鎖 の状態を経て増殖 豚発育不良症候群 鶏貧血症 痘瘡、牛痘、鶏痘 アフリカ豚コレラ 両生類、魚類、 昆虫の感染症 ネズミ唾液腺腫 ヒト伝染性紅斑（りん ご病）、猫パルボ（猫ジ B型肝炎 乳頭腫 ステンパー）、犬パルボ （ポックリ病） （ヒト、アヒル、リス） 帯状疱疹、オーエスキー病、マレック病 二本鎖DNAウイルス 犬伝染性肝炎 一本鎖DNA ウイルス DNAウイルスはRNAウイルスと異なり、ゲノムの構造に多様性がなく、ほとんどが 二本鎖DNAである。一本鎖DNAウイルスは二つの科のみであり、ヘパドナウイル ス科は不完全二本鎖DNAである。DNAの構造はほとんどが環状であり、線状 DNAを有するのはパピローマ（パポバ）ウイルス科のみである。 電子顕微鏡で見た病原体 『ウィキペディア（Wikipedia）』 Category:微生物学 プラス鎖RNAは、 mRNAと同方向で あり、ゲノム自体 がmRNAの機能 + + マイナス鎖RNAウイルスの増殖環 遺伝子配列： 3'末端→5'末端方向 プラス鎖RNAウイルスの増殖環 遺伝子配列： 5'末端→3'末端方向 マイナス鎖RNAウイルスは、プラス鎖 RNA（mRNA）の形に転写するための 酵素を持っている。 二本鎖 RNAウイル ー鎖RNAから＋鎖RNAを合成 スの増殖環 + ー鎖DNAを合成 宿主細胞に組み込まれた状態が続くことで、 細胞の代謝が狂い、癌化へと向かう レトロウイルスの増殖環 狂犬病 DNA しレ てト 牛流行熱 コロ 水胞性口炎 ピウ ーイ インフルエンザ しル ス 癌ウイルス 、 そは の、 アフリカ馬疫 ゲ ブルータング ノ アルゼンチン出血熱 イバラキ病 麻疹、流行性耳下腺炎、 ム か ボリビア出血熱 チュウザン病 牛疫、ニューカッスル病、 ら 犬ジステンパー ラッサ熱 遺 を クリミア・コンゴ出血熱 伝 い 情っ リフトバレー熱 報た アカバネ病 をん 鶏伝染性ファブ マールブルグ、エボラ 読逆 リキウス嚢病 み転 （ガンボロ病） 出写 す酵 ノロウイルス、豚水疱疹、 。素 ネコカリシ に よ 風疹 急性灰白髄炎、A型肝炎、口蹄疫 っ 東部ウマ脳炎 て ベネズエラウマ脳炎 重症急性呼吸器症候群（SARS） と 日本脳炎、黄熱、西ナイル、C型肝炎 RNA DNA 暗黒期（eclipse period）： ウイルス が細胞内に検出できなくなる期間。 潜伏期（latent period）： ウイルス 素材が集合して粒子が組み立てられ て細胞外に放出されるまでの期間。 ウイルスの一段階増殖曲線 ： 培養細胞の全てが感染し得る高濃度の ウイルスを接種し、細胞内外のウイルス量を測定した模式図。 ウイルスの種類によって異なるが、増殖サイクルは6～40時間、 暗黒期は2～13時間である。 病原微生物の性状比較 原核細胞 真正細菌 マイコプラズマ リケッチア ウイルス クラミジア ファイトプラズマ 細胞構造 あり なし 核酸 DNAとRNAの両方を持つ どちらか片方 増殖様式 対数増殖（分裂や出芽） 一段階増殖 暗黒期の存在 単独で増殖 エネルギー産生 できる できない（偏性細胞内寄生性） できる できない マイコプラズマは、ペプチドグリカン細胞壁を欠くことで、真正細菌と区別される。 細胞変性効果（CPE: cytopathic effect） ＜左＞ 円形化： 培養フラス コの底に敷石状に生育してい る培養細胞がウイルスの感染 によって円く変形し、やがてフ ラスコからはがれてプラーク （空隙）を形成する。 ＜右＞ 合胞体： 敷石状に 生育した培養細胞同士がウ イルス感染によって細胞膜 の融合を起こし、細胞核が 中央に凝集して多核巨細胞 様の形態になる。 ウイルスに感染した動物の病態 致命率と治療方法の有無 感染様式と感染経路 発生分布と流行状況 予防と制御 医学や獣医学分野の発展によって、かなりのことが判ってきた が、まだまだ、未解明の部分が多く残されており、発症したら治療 法がない病気も多数ある。 それらの病気は、予防することが肝心であり、個人レベルでで きること、社会全体で取組まなければ効果がないことがある。 最も予防効果が高いのは、初発地で病原体を封じ込めること であり、初発地の大半が途上国であることから、国際援助が最重 要である。 A diagram of influenza viral cell invasion and replication 螺旋状のヌクレオカプシド 一本鎖RNA 直線状マイナス鎖 8分節 核内で転写と複製 細胞膜からの出芽により成熟 インフルエンザ時計 特集 高病原性鳥インフルエンザ（HPAI） 続インフルエンザ時計 エンベロープ表面には、 赤血球凝集素（ H1～H16 ）と ノイラミニダーゼ（ N1～N9 ）がある。 H N 現在世界流行している香港風邪とソ連風邪 高病原性鳥インフルエンザH5N1と新型ウイルス 伴侶動物との悲劇： 狂犬病 狂犬病は、紀元前1930年の記録が残っており、人類の最も古い感染症の一つである。狂 犬病は、アライグマ、スカンク、キツネ、コウモリなどの野生動物の間で流行しており、全て の温血動物が感染し得るとされている。ヒトの感染は、これらの野生動物との接触によって 起きるが、犬などの伴侶動物の流行が起きるとヒトの感染例は爆発的に増える。 Rabies has a long history of association with dogs. The first written record of rabies is in the Codex of Eshnunna (ca. 1930 BC), which dictates that the owner of a dog showing symptoms of rabies should take preventative measure against bites. 狂 犬 病 ウ イ ル ス Codex of Eshnunna ハムラビ法典が準拠した古書 現在の日本において、「狂犬病予防法」に基づくイヌの登録とワクチン接種を行 わない人々がいる。さらに、「ワクチン接種は不必要であり、獣医師が金儲けの ために法律を維持させている」といった主張をする人々もいる。飼い主の責任を 果たさないこれらの人々の、古代人よりも無知である。 狂犬病 （Rabies） 輸入感染症例（平成18年） フィリピンで感染し、日本に帰国後発症死亡 60歳代 男性（横浜市） 11月20日狂犬病と診断 12月7日死亡 60歳代 男性（京都市） 11月16日狂犬病と診断 11月17日 死亡 両名ともフィリピン滞在中（8月）犬に手を咬まれが、現地における暴露後のワクチ ン接種は受けていない。 治療：発病後の有効な治療法なし。 Wikipedia より 予防：事前または咬まれた場合に、 ワクチンを接種する。 ヒトの場合、潜伏期間は9日～数 年（通常20～60日）で、発病した場 合は100％死亡する。症状は発熱、 頭痛、嘔吐等に始まり、筋肉の緊 張、けいれん、幻覚が現れる。犬 の遠吠えのようなうなり声をあげ、 よだれを大量に流し、昏睡、呼吸 麻痺が起き、死亡する。 フィリピンにおける発生状況（WHO、2000年から2004年） 死亡者数 犬の発生数 2000年 2001年 2002年 2003年 2004年 359人 293人 269人 258人 248人 不明 2,550頭 2,365頭 1,901頭 1,546頭 世界の発生状況（WHO、2004年） 年間の死亡者数推計 アジア地域 アフリカ地域 55,000人 31,000人 24,000人 年間の暴露後ワクチン接種者数推計： 1千万人 野生動物（アライグマ、 キツネ、スカンク、コウ モリ等）の間で流行し、 犬や猫が巻き込まれ、 さらに人が感染する。 米国における動物の狂犬病の発生数の推移： 1955～2001年 野生動物の中に狂犬病ウイルスが潜むと、根絶することは困難 例 数 全体 野生動物 家畜・伴侶動物 United States rabies surveillance data(CDC) 中国衛生部の統計によれば、2006年9月の1ヶ月間で319名が狂犬病を発病して死 亡した。同年1月～9月にかけての死者も2200名を超え、5月～9月にかけては中国 における感染症死亡者数の第1位となって、大流行している。 水色で示された発生がない国は、ほんの数カ国にすぎない！ わが国に狂犬病の再興を許さない ためには 源 宣之（岐阜大学名誉教授） その他の狂犬病情報のリンク 日本獣医師会 狂犬病対策の充実・強化について 市民参加シンポジウム 「今、狂犬病対策を考えよう」 ビデオが掲示されている フィリピンにおける人と犬の狂犬病発生状況 インドネシアの狂犬病 厚生労働省 狂犬病に関するＱ＆Ａ 厚生労働省検疫所（FORTH） 国立感染症研究所 東京都 中国における最近の人の狂犬病発生状況 Rabies Past performance Rabies-free jurisdictions, as of January 2006: Australia, New Zealand, Singapore, Fiji, Guam, Hawaii, the United Kingdom, Republic of Ireland, Norway, Sweden, Finland, Iceland, Japan and Taiwan/ROC. Rabies: History, Disease in Animals and Humans, and Prevention/Control パワーポイント（9.7Mb） 一旦保存（ダウンロード）してから開かないと、途中でトラブル可能性あり。 CDC: Rabies The Rabies Virus Kids Rabies（子供向け教材） Questions & Answers Rabies History in New York State フィリピンの狂犬病予防キャンペーンビデオ（含 隔離患者例） RABIES LINKS Why is rabies important? なぜ狂犬病が重要なのか？ The World Rabies Day ● is entirely preventable through ● Rabies 狂犬病は、ワクチンによって完全に予防する vaccination. ことができる。 ● kills at least 55,000 people ● Rabies 狂犬病は、年間5万5000人、あるいは、10分 annually, or one person every 10 minutes. 間に一人の命を奪っている。 ● impacts animal health and ● Rabies 狂犬病は、動物の健康と福祉に悪い影響を welfare. 及ぼしている。 ● elimination of dog-to-dog ● Sustained 犬から犬への狂犬病の伝染をワクチンを使っ transmission of rabies has been て継続的に排除することの有効性は、これまでに、 広範な地域に亘って実証されてきた。 demonstrated over large geographic areas. ● methodical use of proven techniques ● The 有効性が確立した手法の系統的活用によっ can lead to global elimination of the major て、ヒトの狂犬病の主要な感染源を世界的に排 除することが可能である。 source of human rabies. ネット上には、狂犬病予防法に基づくワクチン接種は、獣医師の儲けのためであると書込まれているが・・・