ウイルスの仕組み

ウイルスとは何ですか?

「細胞のしくみ」 を読んだことがある方は、細菌細胞と体内の細胞の両方がどのように機能するかを知っています。細胞は、食べ、成長し、繁殖することができる独立した生命体です。ウイルスはそのようなものではありません。ウイルスを見ることができれば、ウイルスが小さな粒子であることがわかるでしょう。ウイルス粒子の長さは約 100 万分の 1 インチ (17 ～ 1,000 ナノメートル) です 。

ほとんどのウイルスは細菌よりも何倍も小さいですが、2003 年に初めて発見された巨大ウイルスはほぼ同じ大きさです 。一方、細菌はほとんどの人間の細胞よりもはるかに小さいです。ウイルスは非常に小さいため、ほとんどは光学顕微鏡で見ることができませんが、電子顕微鏡で観察する必要があります。

ウイルス粒子、またはビリオンは次のもので構成されます。

ウイルスの形状や複雑さはさまざまです。丸いポップコーンボールのように見えるものもあれば、クモやアポロの月着陸船のように見える複雑な形状のものもあります。

人間の細胞や細菌とは異なり、ウイルスには生命維持に必要な化学反応を実行するために必要な化学機構 (酵素) が含まれていません。その代わり、ウイルスは、遺伝子の指示を解読する酵素を 1 つまたは 2 つだけ持っています。したがって、ウイルスはその中で生きてより多くのウイルスを作るための宿主細胞（細菌、植物、または動物）を持っている必要があります。宿主細胞の外では、ウイルスは機能できません。このため、ウイルスは生物と無生物を隔てる紙一重を踏み越えます。ほとんどの科学者は、ウイルスが宿主細胞に感染したときに何が起こるかによってウイルスが生きていることに同意しています。

ウイルスがどのように感染するか

ウイルスは常に私たちの環境の周囲に存在し、宿主細胞がやってくるのを待っています。それらは目、鼻、口、または皮膚の傷口から私たちの中に侵入する可能性があります（詳細については、免疫システムの仕組みを参照してください）。侵入すると、感染する宿主細胞を見つけます。たとえば、風邪やインフルエンザのウイルスは、呼吸器や消化管の内側にある細胞を攻撃します。エイズを引き起こすヒト免疫不全ウイルス (HIV) は、免疫系の T 細胞を攻撃します。

宿主細胞の種類に関係なく、ウイルスは同じ基本手順に従って複製します。

すべてのウイルスは、外側のコートまたはエンベロープに、適切な宿主細胞を「感じる」または「認識する」何らかの種類のタンパク質を持っています。このタンパク質はウイルスを宿主細胞の膜に付着させます。一部のエンベロープウイルスは、ウイルスエンベロープと細胞膜の両方が脂質でできているため、宿主の細胞膜を直接通過して溶解することができます。

細胞に侵入しないウイルスは、その内容（遺伝子命令、酵素）を宿主細胞に注入する必要があります。細胞内に溶解するウイルスは、宿主内に入ると内容物を放出するだけです。どちらの場合でも、結果は同じです。

内側で

細胞内に入ると、ウイルス酵素は宿主細胞の酵素を引き継ぎ、ウイルスの遺伝的命令と細胞の酵素機構を使用して、ウイルスの遺伝的命令のコピーと新しいウイルスタンパク質を作成し始めます（機構の詳細については「細胞の仕組み」を参照）。 。ウイルスの遺伝的指示の新しいコピーは、新しいタンパク質のコートの内側にパッケージされて、新しいウイルスが作られます。

新しいウイルスが作られると、次の 2 つの方法のいずれかで宿主細胞から離れます。

新しいウイルスは宿主細胞から解放されると、他の細胞を攻撃する可能性があります。 1 つのウイルスが何千もの新しいウイルスを複製する可能性があるため、ウイルス感染は急速に体全体に広がる可能性があります。

インフルエンザや風邪に罹ったときに起こる一連の出来事は、ウイルスがどのように機能するかをよく示しています。

免疫システムは感染症に反応し、その過程で体温の上昇を引き起こす発熱物質と呼ばれる化学物質を生成します。体のほとんどの化学反応の最適温度は華氏 98.6 度 (摂氏 37 度) であるため、この発熱は実際にウイルスの繁殖速度を遅らせ、感染症と戦うのに役立ちます。温度がこれよりわずかに上昇すると、反応が遅くなります。この免疫反応は、ウイルスが体から排除されるまで続きます。ただし、くしゃみをすると、何千もの新しいウイルスが環境に拡散し、別の宿主を待ち受ける可能性があります。

溶原性サイクル

ヘルペスや HIV などの一部のウイルスは、宿主細胞に入るとすぐには増殖しません。代わりに、彼らは自分の遺伝的命令を宿主細胞の遺伝的命令に混ぜ合わせます。宿主細胞が複製すると、ウイルスの遺伝的指示が宿主細胞の子孫にコピーされます。

宿主細胞は何回も複製を繰り返す可能性があり、その後、何らかの環境シグナルまたはあらかじめ決められた遺伝シグナルが「眠っている」ウイルスの指示を刺激します。次に、ウイルスの遺伝的指示が宿主の機構を引き継ぎ、上で説明したように新しいウイルスを作成します。このサイクルは溶原性サイクルと呼ばれ、添付の図に示されています。

ウイルスはタンパク質の外皮に囲まれた一連の遺伝的指示にすぎず、ウイルス自体は生化学反応を行わないため、ウイルスは宿主細胞の外で数年以上生存することができます。一部のウイルスは、増殖する前に宿主細胞の遺伝的指示の中で何年も「眠る」ことができます。たとえば、HIV に感染した人は、何年もエイズの症状を示さずに生きることができますが、それでもウイルスを他の人に広める可能性があります。

スプレッドを減らす

すでに説明したように、ウイルスは体の外で長期間存在する可能性があります。ウイルスの蔓延方法はウイルスの種類によって異なります。これらは次の手段を通じて拡散する可能性があります。

ウイルスの拡散またはウイルスへの接触のリスクを軽減するには、次のことができます。

これらの方法は確実ではありませんが、ウイルス感染のリスクを大幅に軽減するのに役立ちます。

役立つ薬

一般に信じられていることに反して、抗生物質はウイルスには効果がありません。ほとんどの抗生物質は細菌の繁殖を妨げ、細菌による新しい遺伝的指示や新しい細胞壁の作成を妨げます。ウイルスはそれ自身の生化学反応を行わないため、抗生物質はウイルスに影響を与えません。

免疫は体を事前に感染させることで機能し、ウイルスが増殖し始めるとすぐに適切な抗体を生成する方法を認識します。また、ウイルスは非常に迅速かつ頻繁に増殖するため、わずかに変化することがよくあります。場合によっては、遺伝子の指示に間違いが入り込むこともあります。これらの変化によりタンパク質のコートがわずかに変化する可能性があるため、1年分のワクチンは来年の同じ種類のウイルスに対してそれほど効果的ではなくなる可能性があります。このため、ウイルス感染と闘い、流行を防ぐために、新しいワクチンを継続的に製造する必要があります。

すべてのウイルスが致死性をもつわけではありません。たとえば、人々はいつも風邪を引きますが、死ぬことはありません。しかし、米国ではインフルエンザによって毎年数万人が死亡しており、エボラ出血熱ウイルスや、2020年初頭には新型コロナウイルス感染症（COVID-19）コロナウイルスなどの他のウイルスも世界中で大量の死者を出している。そして、これらのありふれたウイルス感染症でさえ、エイズ患者、化学療法を受けているがん患者、高齢者、新生児など、すでに免疫力が低下している人にとっては致命的となる可能性があります。私たちは、特に影響を受けやすい人々にウイルスを広めないように注意しなければなりません。

2019 年後半に新型コロナウイルス感染症 (COVID-19) が世界的な健康上の脅威として出現した後、公衆衛生当局はウイルスの蔓延を遅らせるためにソーシャル ディスタンシングと呼ばれる戦術を強調しました。基本的には、人と人との間の物理的距離を約 6 フィート (1.8 メートル) 維持し、集会や混雑した場所から遠ざかることを含みます。感染者の咳やくしゃみによる飛沫によるウイルスの拡散を防ぐという考えだ。米国の多くの地域で当局は感染者と接触する可能性のある企業や学校、その他の場所を閉鎖し、人々に可能な限り屋内に留まるよう呼び掛けた。社会的距離を置くことで新たな感染がなくなるとは誰も予想していませんでしたが、その目的は、病院が多数の病人で圧倒されないよう、病気の蔓延を遅らせること（曲線の平坦化とも呼ばれます）でした。

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