COVID-19 ウイルス変異

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変異ウイルス・変異株ウイルス学パンデミック・ポストコロナパンデミック予測

パンデミックウイルスはゆっくりと変異している。しかし、それはより危険なものになっているのであろうか?

The pandemic virus is slowly mutating. But is it getting more dangerous?
The pandemic virus is slowly mutating. But is it getting more dangerous?
Determining whether genetic changes have increased transmission of COVID-19 is surprisingly hard

それはほんの小さな変化に過ぎない。パンデミックの初期のある時点で、SARS-CoV-2のゲノムの3万文字のうちの1文字がAからGに変化した。この突然変異は、新たに配列決定されたウイルスの大部分に見られ、科学的な問題の中心となっている。突然変異がこれほどまでに一般的になったのは、ウイルスがより早く拡散するのに役立つからなのか?それとも単なる偶然の一致なのであろうか?

パンデミックが発生してから6ヶ月以上が経過しているが、ウイルスがより凶悪な方向に進化する可能性、あるいは運が良ければより良性のウイルスになる可能性があるかどうかは不明である。これは、他のほとんどのウイルスよりも変化が遅いため、ウイルス学者が研究すべき変異が少ないことが理由の一つである。しかし、一部のウイルス学者はまた、興味をそそる可能性を提起している:SARS-CoV-2が2019年末に世界の舞台に登場したときには、SARS-CoV-2はすでに人間に十分に適応しており、人間に感染する能力を事前に静かに磨いていたのではないかと。

平均して、コロナウイルスは月に2回程度のゲノムの変化を蓄積する。SARS-CoV-2のゲノムを配列決定することで、研究者はウイルスがどのように広がっていくかを追跡することができる。ほとんどの変化はウイルスの行動には影響しないが、いくつかの変化は病気の感染性や重症度を変える可能性がある。

最も初期の候補の一つは、機能が不明なORF8と呼ばれる遺伝子の382塩基対の大量欠失である。シンガポールのDuke-NUS医学部のLinfa Wangらが3月のプレプリントで初めて報告したが、その後、この欠失は台湾からも報告されている。2003年の重症急性呼吸器症候群(SARS)の発生初期には、同じ遺伝子の欠失が発生したが、これは近縁のコロナウイルスが原因であった。細胞培養実験では、突然変異はSARS-CoV-2のような良性の効果はないことが示唆されている、とWang氏は述べている。

中等度の効果の弱い証拠

23,403位の突然変異が最も注目を集めているが、その理由の一つは、ウイルスの表面にあるタンパク質であるスパイクが変化したためである。突然変異は、スパイクの614位のアミノ酸をアスパラギン酸(略してD)からグリシン(G)に変えたもので、これがG614と呼ばれる理由である。

今月のCell論文では、ロスアラモス国立研究所のベットコーバーと同僚は、D614が事実上なくなっているのに対し、G614は、彼らが見たほぼすべての国と地域でより一般的になっていることを示した(以下のグラフィックを参照してほしい)。それはG614に打ち負かされていることの表れかもしれないが、偶然の一致である可能性もある。」スクリップス研究所の計算生物学者であるクリスティアン・アンダーセン氏は言う。」このようなことは常に起こっているのである。

2つの変異を持つ異なるウイルス変異体の広がりを比較すれば、その違いがわかるかもしれない。英国のCOVID-19ゲノミクスコンソーシアムは、30,000のSARS-CoV-2ゲノムのシークエンスを行い、G614変異を持つ43系統とD614変異を持つ20系統のウイルスがどのくらいの速さで拡散したかを比較した。その結果、前者は後者に比べて1.22倍の速さで増殖したと推定されたが、統計的有意性は低いものであった。 「違いを示す証拠は弱く、存在するとしても推定される効果は中程度です」と、エジンバラ大学の進化生物学者アンドリュー・ランボー氏は言う。

研究者たちは、細胞培養実験にも目を向けている。Korber氏のグループが、いわゆるウイルス様粒子を操作して、一方のスパイク蛋白質または他方のスパイク蛋白質を運ぶようにした場合、G614バリアントの方が細胞への侵入がより効率的になるように見えたのである。同じことを発見したマサチューセッツ大学医学部のジェレミー・ルバン氏は、G614はスパイクの形状にわずかな変化をもたらし、明らかにタンパク質がウイルスと細胞の膜を融合させる構造変化を受けやすくなると説明している。「我々のデータでは、3倍から10倍の感染力があるようです。」とルーバンは言う。「これはかなり大きな効果です。」

バーゼル大学のウイルス学者エマ・ホドクロフト氏によると、これは突然変異が現実の世界で効果があることを意味するものではない。過去には、「ウイルスの行動を変える突然変異の証拠があると本当に思っていたのに、より多くの証拠が出てくると、そうではないように思えたケースがありました。」と彼女は指摘している。コロンビア大学のウイルス学者であるアンジェラ・ラスムッセンは、実験室の細胞株に感染する能力の増加は、人体の数十億もの多様な細胞には通用しないかもしれないと付け加えている。「人間はベロ細胞ではない。」

悪化のための変化?

SARS-CoV-2のゲノムの1塩基変異(DからGへ)は2月には珍しいものであったが、今日ではほぼすべての新しい配列決定株で発見されている。これはウイルスの感染性を高める可能性がある。

 

動物実験は、G614の効果を調べるもう一つの方法である。エラスムス医療センター(EMC)のウイルス学者Marion Koopmans氏によると、一つの選択肢として、フェレットにG614とD614を感染させて、フェレットが流すウイルスの量に違いがあるかどうかを調べることが考えられるという。しかし、フェレットの感染は約1週間しか続かないとKoopmans氏は指摘する。「そのような実験で効果が表れるには非常に大きな効果が必要です。」

もう一つのアイデアは、感染していないフェレットを2種類の変異体のどちらかを持った動物に暴露して、その動物がどの程度感染するかを見ることである。新しいコロナウイルスが人間からミンクに少なくとも5回飛び移ったオランダのミンクの農場では、制御されていない感染実験がすでに行われている。二度それはD614変種であり、3回G614、Koopmansは言う。彼女は、発生から得られたデータから、どちらかが他のものよりも速く、広く広がったかどうかを示すことができることを期待している。しかし、実験は実験室での研究の厳密さを持っていない、と彼女は認めている。「ここでは自然な実験が行われている。研究デザインは最適ではありません」と彼女は断言している。

G614がより伝染性が高いかどうかはともかく、それが優勢な株となり、世界はそれと共に生きている、とランボー氏は言う。ウイルスの繁殖数(これはウイルスがどれだけ蔓延しているかを示すものである)の最近の推定値は、すでにほとんどが変異株に基づいている。「D614が違っていたかどうかは不明です」とランバウ氏は言う。

なぜ進化が少ないのか?

しかし、G614が注目されていることで、もっと大きな疑問が見えなくなっているかもしれない。世界中で少なくとも1,100万人に感染しているウイルスなのに、なぜウイルスの行動に影響を与える突然変異が増えないのだろうか?

おそらく、免疫学的にナイーブな何百万人もの人々の間をウイルスが駆け抜けていく中で、ウイルスには選択圧力がほとんどないのではないか、と科学者たちは言う。ワクチンや新しい治療法の出現により、ウイルスの進化を余儀なくされる可能性がある。しかし、それはまた、ウイルスが私たちが知っているよりも長く人々と一緒にいて、2019年12月に中国の武漢で最初に知られているケースの前に広がっていたことを示す可能性がある。」このウイルスがヒトの病原体になるための進化はすでに起こっていて、我々はそれを見逃していたのかもしれない。」とラスムセン氏は言う。

ワンは、このウイルスのバージョンは、重篤な病気を引き起こさなかったので、おそらくレーダーの下で飛んで、南アジアの人間の中で以前に循環していた可能性があると考えている。「小さな村や人里離れた村で発生した場合、たとえ何人かが死亡したとしても、波及していることに気づく人はいないであろう」とワンは言う。「ウイルスが武漢に持ち込まれた動物に感染し、パンデミックが始まっていた可能性がある」と Wang は言う。

「オランダのミンク農場では、人間から動物へだけでなく、動物から人間へもウイルスが飛び移っていたのです」とWang氏は言う。「オランダで発生するならば、タイの村や中国南部の雲南省でも発生する可能性がある。」