分子表現細胞生物学。 ウイルスの構造

ウイルスは植物でも動物でも細菌でもありませんが、生物界の寄生虫の典型といえます。

宿主細胞なしでは、ウイルスは生命維持機能を発揮することも、繁殖することもできません。 リボソームを持たないので、宿主細胞のリボソームを使ってウイルス・メッセンジャーRNAをウイルス・タンパク質に翻訳しなければならず、タンパク質を合成することができません。 ウイルスはアデノシン三リン酸（ATP）の形でエネルギーを生成したり貯蔵したりすることができず、エネルギーや他のすべての代謝機能を宿主細胞から得なければならない。 また、アミノ酸、ヌクレオチド、脂質などの基本的な材料を得るために、細胞に寄生する。 ウイルスは原生生物の一種であると推測されているが、生物なしでは生存できないことから、地球初期の進化において、ウイルスが細胞性生命に先行した可能性は極めて低いと考えられる。

すべてのウイルスは、DNA または RNA（両方ではない）の核酸と、核酸を包むタンパク質の被膜を含んでいます。 また、一部のウイルスは、脂肪分子とタンパク質分子からなるエンベロープで包まれている。 細胞の外側にある感染性の形態では、ウイルス粒子はビリオンと呼ばれる。 各ビリオンは、核酸中の特定の遺伝子によって合成された、少なくとも1種類の固有のタンパク質を含んでいます。 ビロイド（「ウイルス様」の意）は、核酸のみを含み、構造タンパク質を持たない、病気の原因となる生物である。 プリオンと呼ばれる他のウイルス様粒子は、主に小さな核酸分子と強固に結合したタンパク質で構成されています。

ウイルスは一般に、感染する生物、動物、植物、またはバクテリアによって分類されます。 ウイルスは植物の細胞壁を通過することができないため、事実上すべての植物ウイルスは、植物を食べる昆虫や他の生物によって感染する。 T4バクテリオファージのような特定の細菌ウイルスは、精巧な感染プロセスを進化させてきた。 ウイルスは “尾 “を持ち、タンパク質性の “ピン “を使ってバクテリアの表面に付着する。 尾部は収縮し、尾栓が細胞壁とその下の膜を貫通して、ウイルスの核酸を細胞内に注入する。 ウイルスはさらに、3つの構造上の考慮点に基づいて、科と属に分類される。 1）核酸の種類と大きさ、2）カプシドの大きさと形、3）ヌクレオカプシド（核酸を包むカプシド）の周囲に脂質エンベロープがあるかどうか。 棒状のものは、核酸とカプシドを構成するタンパク質のサブユニットが直線状に並んでいるためである。

ウイルスの性質は20世紀まで理解されていなかったが、その影響は何世紀にもわたって観察されてきた。 イギリスの医師エドワード・ジェンナーは、18 世紀後半に、軽度の牛痘にかかった人は、致命的な天然痘の病気にかからないことを観察し、予防接種の原理を発見しました。 19世紀後半になると、科学者たちは、タバコの苗に病気を引き起こす何らかの病原体があることを知った。 20世紀には、生きた細胞の培養と顕微鏡の進歩により、科学者は最終的にウイルスを特定することができるようになりました。

• Capsid – キャプシドは核酸を包むタンパク質の殻であり、核酸を包んだものはヌクレオキャプシドと呼ばれています。 この殻は、カプソマーと呼ばれるサブユニットに組織化されたタンパク質で構成されています。 核酸と密接に関連し、棒状のヘリックスまたは多角形の球状という核酸の形状を反映している。 カプシドには3つの機能がある。 1）核酸を酵素による消化から保護する、2）表面に宿主細胞との結合を可能にする特殊な部位を持つ、3）宿主細胞膜を貫通し、場合によっては細胞質内に感染性核酸を注入できるようにするタンパク質を提供する、である。

• エンベロープ – 多くの種類のウイルスには、ヌクレオキャプシドを取り囲む糖タンパク質のエンベロープがあります。 エンベロープは、タンパク質分子が散在する2つの脂質層（リポタンパク質二重層）からなり、ウイルス由来のものとともに、宿主細胞の膜からの物質も含むことがある。 ウイルスは、出芽の際に細胞膜から脂質分子を獲得する。 しかし、ウイルスは細胞膜のタンパク質を自分自身のタンパク質に置き換え、細胞由来の脂質とウイルス由来のタンパク質のハイブリッド構造を作り出している。 多くのウイルスは、エンベロープに糖タンパク質からなるスパイクを形成し、特定の細胞表面に付着するのを助ける。 原核細胞や真核細胞では二本鎖のDNAがこれを担っていますが、DNAを使うウイルスはごく一部のグループに限られています。 ほとんどのウイルスは、一本鎖のRNAですべての遺伝情報を保持している。 RNAを利用するウイルスには2つのタイプがある。 ほとんどの場合、ゲノムRNAはウイルスタンパク質を直接合成（翻訳）するメッセンジャーRNAとして働くため、プラス鎖と呼ばれている。 しかし、少数ではあるが、マイナス鎖のRNAを持つものもある。 このような場合、ウイルスにはRNA依存性RNAポリメラーゼ（転写酵素）と呼ばれる酵素があり、ウイルスタンパク質の合成が起こる前に、まずウイルスゲノムRNAから相補的なメッセンジャーRNAを触媒として生成する必要がある。

インフルエンザ (Flu) ウイルス – 風邪に次いで、インフルエンザはおそらく世界で最も身近な呼吸器感染症です。 米国だけでも、毎年およそ2,500万人から5,000万人の人々がインフルエンザに感染しています。 インフルエンザの症状は、風邪の症状と似ていますが、より重篤な傾向があります。 発熱、頭痛、疲労、筋力低下や痛み、喉の痛み、乾いた咳、鼻水や鼻づまりなどが一般的で、急速に進行することもあります。 インフルエンザに伴う胃腸症状は、時に小児が経験することがありますが、ほとんどの成人では、下痢、吐き気、嘔吐を伴う病気は、インフルエンザウイルスが原因ではありません。 気管支炎や肺炎の発症など、多くの合併症もインフルエンザに関連して起こることがあり、特に高齢者や幼児、免疫力が低下している人によく見られます。

ヒト免疫不全ウイルス（HIV）-HIVの原因ウイルスは、1983年に米国のロバート・ギャロとフランスの科学者リュック・モンタニエによって初めて単離されました。 以来、エイズの原因物質として膨大な量の研究が行われ、ウイルスの構造や典型的な行動様式について多くのことが分かってきた。 HIVはレトロウイルスと呼ばれる非定型ウイルスの一つで、遺伝情報をリボ核酸（RNA）の形で保持している。 HIVをはじめとするレトロウイルスは、逆転写酵素という酵素を使って、RNAからデオキシリボ核酸（DNA）を作り出すことができる。一方、ほとんどの細胞は、DNAの遺伝物質をRNAに書き換えるという逆のプロセスを実行しているのである。 この酵素の働きにより、HIVの遺伝情報は宿主細胞のゲノム（染色体）に永久に組み込まれることになる。