ウイルスやウイロイドのような新しい存在「オベリスク」を発見!

2024.02.02

ウイロイド様の存在「オベリスク」 サムネ

(画像引用元番号①②③)

 

みなさんこんにちは! サイエンスライターな妖精の彩恵りりだよ!

 

今回の解説の主題は、ウイルスやウイロイドのような新しい存在「オベリスク」の発見についてだよ!

 

これは長らく捜索されていた "植物以外に感染するウイロイドのような存在" を見つけただけでなく、ウイルスとウイロイドの中間的な存在という意味で、とても重要な発見だよ!

 

この研究の論文、今のところは正式な査読を受けていないプレプリント[注1]の状態で、その意味ではあやふやなんだけど、それでも一流の科学誌がコラムを書くくらいには注目されているよ!

 

と言っても、ウイルスはともかくウイロイドって何?って思う人も多いと思うから、この辺のところを最初に解説しながら説明するね!

 

「ウイルス」と「生命」の違いは?

全ての生命は、その設計図となる遺伝情報に基づき設計されていて、その遺伝情報は「DNA」や「RNA」のような「核酸」によって保存や使用がされているよ。

 

では遺伝情報を刻んだ核酸を持っているけど、生命扱いされていないものはいるのかと言えば、実はいるよ。身近な存在である「ウイルス」がその代表例だよ。

 

核酸を持つにも関わらず、伝統的な生物学の知見では、ウイルスは生命として扱われていないよ。これは自己増殖能力や代謝をしないなどが理由として挙げられるよ。

 

ウイルスは何らかの生物に感染しなければ自己増殖をしないし、何かの物質を取り込んで別の物質へと化学変化させる代謝も見られないよ。また感染後の増殖も、生物とは異なる形式で行っているよ。

 

また、生物はDNAに遺伝情報を保存し、細胞でその情報を使う時にRNAを合成する[注2]、という方法で活動しているけど、ウイルスはDNAとRNAのどちらかしか持たないなど、だいぶ単純な構造をしているよ。

 

一方でウイルスと生物の細胞には、あくまで大雑把にはだけど、似ている特徴もあるよ。例えば生命の伝統的基準の1つは、外の世界と自身を隔てる仕切りがあるというものだよ。

 

細胞は、脂質二重膜と呼ばれる膜が外側と内側の仕切りになっているよ。一方でウイルスは、ヌクレオカプシドというタンパク質の殻を持ち、種によってはエンベロープ[注3]という脂質の膜が追加で存在するよ。

 

確かに、細胞の膜の方がよほど複雑な構造だし、真核生物[注4]というグループは更に核膜という形で二重に保護されているけど、それでも大雑把には「仕切りの中に核酸がある」という構造は一致しているよ。

 

また、他の生物に寄生する以外には自力で生存すらできない単純な生物の発見や、生物固有の能力と見られていたタンパク質を自力で合成できる (翻訳能力を持つ) ウイルスなど、中間的な存在[注5]も続々見つかっているよ。

 

なので最近では、ウイルスを生命扱いするか、あるいは極めて単純な生命の前駆体であるとみなす人も増えてきているよ。生命の起源という究極の疑問にウイルスという存在が関与している、という見方もあるんだよね。

 

核酸が剥き出しのままで存在する不思議な存在「ウイロイド」

生命とウイルスとウイロイド

生命とウイルスとウイロイドには多数の違いがあるけど、大雑把に言うとこんな感じの違いだよ。ところでこれまで、ウイルスとウイロイドにはその中間的な存在となるものが見つかっていなかったよ。 (画像引用元番号③④⑤⑥⑦)

 

ところが、ウイルスが生命であると考える人でも扱いに困る存在として「ウイロイド」というものがあるよ。ウイロイドは1971年にジャガイモに感染するものとして初めて見つかった[注6]、かなり不思議な存在だよ。

 

前章で説明した通り、ウイルスは曲がりなりにも外側と内側とを分ける仕切りが存在したわけだけど、ウイロイドはタンパク質の殻すら持たず、棒のような形の環状RNAが剥き出しで存在するという相当ヘンな奴だよ!

 

核酸だけを単独で取り出して何かしらをする、というのは実験で簡単に行えるけど、ウイロイドはRNAが単独で植物細胞に感染して増殖するみたいで、その挙動はウイルスと比べても相当ヘンと言えるよ。

 

ウイルスが極めて単純な生命か、その前駆体のような扱いをされることも近年では増えているけど、その意味では、ウイロイドがウイルスと非生命な物質の中間的なものに置かれていることもあるんだよね。

 

地球に最初に誕生した生命は何かは分かってないけど、少なくとも自己複製をするための遺伝情報は持っていたはずだよね。ってことは遺伝情報を持つ核酸がどこかにあったはず。

 

では、最初の生命は核酸剥き出しのウイロイドのような存在だったのか?それとも膜のようなもう少し違う構造も持っていたのか?この疑問は生命誕生を考える上で非常に重要だよね。

 

いずれにしても、単純な化学分子のような挙動ではないけど、ウイルスほど構造が複雑ではないという意味で、ウイロイドは注目されている存在の1つだよ。

 

発見から半世紀のウイロイドは未だに謎が多い

ところで、発見から半世紀以上経ったウイロイドだけど、未だに多くの謎があるよ。その中でも主要なものとして、次にあげる2つがあるよ。

 

1つ目は、植物以外に感染するウイロイドがいるのか。今まで見つかっているウイロイドは全て植物にのみ感染するので、例えば人間がそれを食べても (成長不良でマズいことを除けば) 特に害があるものではないよ。

 

この辺の疑問は、2019年からと本当に最近になって進展があって、動物や真菌、細菌にも感染するウイロイドがいるのではないか?という方向で研究が進んでいるよ。

 

2023年には細菌にウイロイドっぽいものが見つかったことで、恐らくは近いうちに "植物以外に感染する初のウイロイド" の発見が報告されるんじゃないか、という勢いだよ。

 

2つ目は、ウイロイドとウイルスの中間的な存在がいるかどうかだよ。さっき中間って言ったじゃないか!って思うかもだけど、実はウイルスとウイロイドは構造以外にも結構隔たりがあるんだよね。

 

核酸は遺伝情報を持つと言ったけど、この遺伝情報を刻む "文字" である「ヌクレオチド」の数は、多くのウイルスで数千個から数万個 (塩基対数) だけど、ウイロイドは400個以下と、かなり短いんだよね。

 

確かに、かなりヌクレオチドの数が少ない上に、他のウイルスと一緒に感染しないと増殖できない「サテライトウイルス」[注7]という区分もあるけど、これはウイルスのサブグループ扱いだよ。

 

つまり、ヌクレオチドが1000個程度の長さでできたウイロイドっぽい何かがいるんじゃないか、という話になってくるんだけど、この部分はずっと未解決な状況だったよ。

 

ウイルスとウイロイドの中間的存在を発見!

オベリスクと他の存在との比較

今回見つかった "ウイロイドのようなもの" は、ウイロイドと比べてかなり大きいよ。このため研究者は、これはウイルスとウイロイドの間にある、全く別の存在じゃないかと考え、そのひょろ長い構造から「オベリスク」と命名したよ。 (画像引用元番号①②)

 

こうした状況の中で、スタンフォード大学のIvan N. Zheludev氏などの研究チームは、これらの前提を踏まえた上で、ヒトの口の中や腸内に棲む様々な細菌の遺伝子に関するデータベースを検索する作業を行ったよ。

 

こういうサンプルは唾液や便などから採集されるので、細菌以外の要素……例えばウイルスなどの遺伝子も含まれており、そのままのデータではどれに関連付けられるのかもわからない非常にゴチャゴチャしたものだよ。

 

Zheludev氏らは、これらのデータベースから環状の構造を作るとみられるRNAの配列を探索したよ。知られているウイロイドは全て環状RNAであるから、もし見つかればウイロイドの候補になるというわけだね。

 

ただし、環状のRNAが見つかったとしても、それは細菌が生理活動で作り出したもの (RNAプラスミド) [注8]や、何かしらのウイルスである可能性もあることから、それらを排除しないといけないよ。

 

そういった探索を行うと、環状RNA自体は見つかるものの、様々な理由でウイロイドじゃないという形で排除されるよ。しかしその作業を行う中で、非常に興味深いものが見つかったんだよね。

 

472人から採集された540万件もの膨大な核酸の配列のデータからは、ヌクレオチドが約1000個の環状RNAが見つかったんだよね。これは生理活動で生み出されるものとしては小さいものだけど、ウイロイドとしては大きいよ。

 

そしてこのRNAには、自身を複製するために必要なタンパク質をコードしている一方で、タンパク質の殻を作る能力はないので、剥き出しのRNAが複製能力を持っているウイロイドのような性質が予測されるわけ。

 

ということで、この環状RNAはウイロイドに実にそっくりというわけ!ただし、ウイロイドはヌクレオチドが約400個なのに対し、今回見つかった配列は約1000個と、サイズはかなり大きいことを思い出してね。

 

そして予測では、今までのウイロイドと比べてかなりひょろ長い棒状になると推定されているよ。この事からZheludev氏らは、この環状RNAはウイロイドやサテライトウイルスとは全く別の存在じゃないか、と考えたわけ。

 

なのでZheludev氏らは、今回発見されたものを論文中で "ウイロイドよう (Viroid-like)" とは呼んでいるけど、ウイロイドとは全く別の存在だということを主張しているよ。

 

このためにZheludev氏らは、予測される棒状構造に因み、古代エジプトで製作された四角柱のモニュメントを意味する「オベリスク (Obelisk)」と名付けることを提案したよ!

 

「オベリスク」は多種多様で独立した存在!

オベリスク固有のタンパク質「オブリン」

オベリスクは約3万種類もみつかっているけど、その中でも非常に特徴的な、他では見つかっていない独特のタンパク質を持っていたよ。恐らく増殖に必須と思われる固有のタンパク質は「オブリン」と名付けられたよ。 (画像引用元番号⑧)

 

このオベリスクと思われるRNAは、今回の研究では何と2万9959種類も見つかったよ!その全てがオベリスクかどうかはわからないけど、例え一部であってもそれがホンモノだったら大発見になるね!

 

今回研究されたデータの元となるサンプルは、ほとんどは北アメリカ大陸に住む人に由来するけど、それでも全ての大陸の人から見つかっていることから、極めて普遍性があるね。

 

そして、細菌の中に含まれるオベリスクの配列は、糞の中の細菌では7%、唾液の中の細菌では50%も見つかっていることからも、極めて普通に存在することが示唆されるね。

 

これほど普遍的なのに今まで見つかっていなかったのは、約1000個という極めて短い配列だったことが関係していると推定されるよ。

 

そして、少なくとも1種類のオベリスクについては、口の中に良く見られる「ストレプトコッカス・サングイニス (Streptococcus Sanguinis)」[注9]という細菌に感染している可能性が強く疑われているよ。

 

もし本当ならば、ウイロイドないしウイロイドに類似した存在が、植物以外に感染したことを示している初の事例となるよ!

 

そして、約3万種いるとされるオベリスクの中で見つかった複製に関わるタンパク質をコードする領域は、RNA全体の半分くらいを占めており、しかもそれぞれの比較をしたところ、お互いに非常に似ていたんだよね。

 

しかも、今までのウイルスの研究では、このタンパク質と類似した配列は見つかっていない、全く新規のものだったんだよね。これもオベリスクが独立した存在だという根拠の1つになっているよ。

 

各オベリスクの間で共通していること、他とは似ていないという独自性があること、そして複製に関わるという重要性から、このタンパク質は「オブリン (Oblin)」という名前を付けることを提案しているよ。

 

プレプリントの段階でとても注目された研究!

オベリスク発見の反応

この研究はまだプレプリントの状態なので、ちゃんとしたモノか未確認だよ。それでも一流の科学誌がコラム記事を書くほどに注目されているのは、この研究がいかにインパクトがあるのかを示す分かりやすい証拠だね! (画像引用元番号⑨⑩⑪)

 

このオベリスク発見に関する論文は、厳密にはbioRxivというプレプリントサーバーに投稿されたもので、いわば下書き状態のものだよ。正式な査読を受けておらず、ちゃんとした研究か未検証なモノとなるよ。

 

しかも、オベリスクは単離されたわけもないし、実際に感染している事例を見つけたわけでもないのよね。ましてどういう機能や害があるのかについても、全く未知の状態だよ。

 

しかし、ウイルスや関連する存在の研究に全く新しい領域を開拓したことから、まだプレプリントかつ実際に単離されたわけでもないのに、この研究は驚きをもって迎えられているんだよね。

 

どれほど注目されているかというと、プレプリントの段階にも関わらず、Science誌やNature誌がそれぞれ独自に肯定的な内容をコラム記事を出すほどだよ。

 

研究に参加していないとある研究者は「それはヤバい (It’s insane)」[注10]と口走っている、ということからも、いかにこの研究が注目されているかを示しているよね。

 

いずれにしても、オベリスクはまだ見つかったばかりで、いったいどんな性質を持つのかを調べるのはこれからだよ。論文の結論欄も性質についてわからなさ過ぎて、見たことがないくらい疑問符だらけだからね。

 

今のところ「もし」が多すぎる世界ではあるけれども、オベリスクの存在がより強固となり、その機能面が明らかにされれば、ウイルスや初期の生命の起源に何か分かるようになるかもしれないよ!

 

また、オベリスクが細菌にどのように影響しているのか、そしてそういった細菌に生理機能を依存している私たちにとっても、オベリスクがどのような影響を間接的に受けているのか、はかなり気になるところだよ!

注釈

[注1] プレプリント  本文に戻る

科学研究の論文は、科学誌に掲載される前に、同様の研究を行っている匿名の科学者によって読まれ、内容が妥当かどうかをチェックされます。これを査読制度と呼びます。基本的な内容の妥当性が主眼であり、研究が正しいことを担保したり捏造を見抜くシステムではありませんが、それでも最低限のチェックは通ったことを意味します。一方で査読や掲載には時間がかかるため、査読者以外から意見を募ったり、自分たちが最初に研究をしたことを示す証拠として論文の下書きを公開することもしばしばあります。そのような下書き状態の論文を「プレプリント」と呼び、それらを投稿する場をプレプリントサーバーと呼びます。プレプリントサーバーに査読制度はないため、例え間違った内容であっても載せられることがあります。

 

[注2] DNAとRNA  本文に戻る

DNAは化学的に強い核酸であり、遺伝情報を保存することに適しています。一方で全ての情報が載った分厚い辞書とも言えるDNAを、遺伝情報を参照するたびに持ち運ぶのは不便です。このため細胞では、必要な情報だけを書き出したものや、その場で使うだけの、寿命は短いものの使い勝手の良い核酸を合成します。これがRNAです。

 

[注3] エンベロープ  本文に戻る

エンベロープは脂質でできており、タンパク質でできたヌクレオカプシドのさらに外側にあります。細胞への感染に必要な構造を持っているため、エンベロープを破壊する物質、例えば脂を溶かす石鹸やアルコールを使うと、そのウイルス感染能力を失います。SARSコロナウイルス2 (新型コロナウイルス) の対策で石鹸やアルコールが使われる理由はここにあります。一方でエンベロープを持たないウイルスもおり、そのようなウイルスは石鹸などで感染能力を失わせることはできません。ノーウォークウイルス (ノロウイルス) のようなウイルスはエンベロープを持たないため、消毒には洗剤やアルコールではなく、タンパク質を化学的に破壊できる塩素系漂白剤を使用します。とはいえ、汚れには油分で構成された物が多くあるため、石鹸水は真水よりも汚れを物理的に除去しやすくなります。従って、どのような種類のウイルスであっても石鹸で手洗いが感染対策の基本となります。上記の対策の根拠は、ウイルスの種類や状況に絞ったプラスアルファの知識となります。

 

[注4] 真核生物  本文に戻る

細胞に細胞核を持つような構造の生物。私たちヒトを含む、身近な存在の生物の大半が真核生物です。キノコやカビなどの真菌も真核生物です。一方で細胞核を持たない生物は一口に「細菌」と呼ばれ、かつては原核生物と呼ばれていましたが、現在では。「真正細菌」と「古細菌」に細分化されます。

 

[注5] 生命とウイルスの中間的存在  本文に戻る

「ナノアルカエウム・エクウィタンス (Nanoarchaeum equitans)」や「ナスイア・デルトケパリニコラ (Candidatus Nasuia deltocephalinicola)」のように、非常に核酸のサイズが小さいだけでなく、単独での生存に必須とされる遺伝子の多くが失われ、他の生物に寄生しなければ生存ができない生物が見つかっています。一方で「パンドラウイルス・サリヌス (Pandoravirus salinus)」や「ピソウイルス・シベリクム (Pithovirus sibericum)」のように、核酸のサイズが一部の生物を上回るだけでなく、生物固有の特徴とされたタンパク質翻訳能力を持つなど、極めて複雑なウイルスも見つかっています。

 

[注6] 初発見のウイロイド  本文に戻る

世界で初めて発見されたウイロイドは、1971年にセオドール・ディーナー (1921 - 2023) によって発見された「ジャガイモやせいもウイロイド (Potato spindle tuber viroid)」です。

 

[注7] サテライトウイルス  本文に戻る

特定のウイルスに依存しなければ自力で感染する能力を有さないウイルスのこと。代表的なのは、B型肝炎ウイルスに依存しなければ感染能力を持たない「D型肝炎ウイルス (Hepatitis delta virus)」です。このため「D型肝炎様ウイルス (Hepatitis Delta-like viral)」とも呼ばれます。サテライトウイルスはウイルスと比べても極めて小さな核酸を持ちますが、それでも1400個以上のヌクレオチドと、独自のヌクレオカプシドを持ちます。

 

[注8] RNAプラスミド  本文に戻る

遺伝子から独立して存在する環状の核酸を「プラスミド」と呼びます。基本的には細菌に存在し、DNAでできていますが、真核生物に存在するプラスミドや、RNAでできたプラスミドもあります。サイズはヌクレオチドの数で数千個から数十万個です。

 

[注9] ストレプトコッカス・サングイニス  本文に戻る

いわゆる連鎖球菌の1種で、口の中に広く存在します。

 

[注10]It’s insane  本文に戻る

直訳すれば「ばかげている」「正気とは思えない」となりますが、字面通りのネガティブな意味ではなく、ポジティブな誉め言葉として使用されます。このため意訳すると「ヤバい」が適切かと思われます。ちなみに "研究に参加していないとある研究者" とは、ノースカロライナ大学チャペルヒル校のMark Peifer氏です。

文献情報

<原著論文>

 

<参考文献>

     

    <関連研究>

    • Udo Hetzel, et al. "Identification of a Novel Deltavirus in Boa Constrictors". mBio, 2019; 10 (2) e00014-e00019. DOI: 10.1128/mbio.00014-19
    • Wei-Shan Chang, et al. "Novel hepatitis D-like agents in vertebrates and invertebrates". Virus Evolution, 2019; 5 (2) vez021. DOI: 10.1093/ve/vez021
    • Kaili Dong, et al. "Novel Viroid-Like RNAs Naturally Infect a Filamentous Fungus". Advanced Science, 2022; 10 (3) 2204308. DOI: 10.1002/advs.202204308
    • Benjamin D. Lee, et al. "Mining metatranscriptomes reveals a vast world of viroid-like circular RNAs". Cell, 2023; 186 (3) 646-661.E. DOI: 10.1016/j.cell.2022.12.039

     

    <画像引用元の情報> (必要に応じてトリミングを行ったり、文字や図表を書き加えている場合がある)

    1. オベリスクの構造模式図: 原著論文Figure 1bよりトリミング

    2. ウイロイドの構造模式図: 原著論文Supplementary Figure 1bよりトリミング

    3. ウイルスの構造模式図 (エンベロープあり) : WikiMedia Commons (Autor: Nossedotti / CC BY-SA 3.0)

    4. ウイルスの構造模式図 (エンベロープなし) : WikiMedia Commons (Autor: Nossedotti / CC BY-SA 3.0)

    5. ウイロイドのCG画像: WikiMedia Commons (Autor: 148LENIN / CC BY-SA 4.0)

    6. ナノアルカエウム・エクウィタンスの電子顕微鏡写真: WikiMedia Commons (Autor: Karl O. Stetter / Public Domain)

    7. ピソウイルス・シベリクムの電子顕微鏡写真:WikiMedia Commons (Autor: Pavel Hrdlička / CC BY-SA 3.0)

    8. オブリンのタンパク質構造: 原著論文Figure 4より、一部はトリミングで抜き出し

    9. オベリスク発見のプレプリント: 原著論文よりキャプチャー

    10. オベリスク発見の報に関するNature誌のコラム: Nature誌のコラム記事よりキャプチャー

    11. オベリスク発見の報に関するScience誌のコラム: Science誌のコラム記事よりキャプチャー

     

    彩恵 りり(さいえ りり)

    「バーチャルサイエンスライター」として、世界中の科学系の最新研究成果やその他の話題をTwitterで解説したり、時々YouTubeで科学的なトピックスについての解説動画を作ったり、他の方のチャンネルにお邪魔して科学的な話題を語ったりしています。 得意なのは天文学。でも基本的にその他の分野も含め、なるべく幅広く解説しています。
    本サイトにて、毎週金曜日に最新の科学研究や成果などを解説する「彩恵りりの科学ニュース解説!」連載中。

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