18. 細菌とウイルス・・・分子機械としての生物
微生物は真核生物と原核生物に分類される。前回解説した原生生物は、核があることを特徴とする真核生物である。原生生物のうち、細胞壁のあるものを真菌と呼び、1つの大きな種類を分けられる。真菌は俗に、カビとキノコに分けられる。糸状菌ともいう。体は細胞がつながった菌糸から構成されている。有性生殖をして胞子を作るが、大きな子実体を作って胞子をつけるものがキノコであり、我々が食するのが子実体である。真菌には単細胞で増える酵母の仲間もいる。人類は酵母やコウジカビを醗酵に利用してきた。醗酵微生物は種（たね)、床（とこ）などと表現されることから、植物としてのイメージがあったであろう。また、多くの抗生物質がこのグループから分離され、医学応用されている。
一方、核の存在しない原核生物は、一般に細菌とよばれ、独立して増殖するものは細胞壁を持つ。細菌は真正細菌(バクテリア)と古細菌に分けられる。マイコプラズマ、クラミジアやリケッチアは細胞壁を持たないがバクテリアの仲間である。クラミジアやリケッチアは細胞内に寄生する細菌である。通常期は2分裂で増えるが、時々、遺伝物質（DNA）を交換する(接合と呼ばれる)。
真菌とバクテリアは生態系では最終分解者の位置にある。多くの大型の動物は死ぬと鳥類や昆虫により食べられ、大型の植物は節足動物に食べられる。これらの生物が消化しきれなかったものは真菌、バクテリアによって生態系の分子コンポーネントに分解される。バクテリアは多くの動物や節足動物の腸内に住み着いて摂食物を消化する助けをする。
古細菌には好熱菌、高度好塩菌、メタン生成菌がいる。好熱菌は、温泉や、深海における熱水孔付近から見出される。遺伝子の塩基配列の解析から作製された分子系統樹では最も進化の根元に位置する始原的微生物であり、生命の起源の研究に最も期待される対象である。また、耐熱性酵素を生産するなど、産業的応用上の期待も大きい。塩湖や岩塩中に棲息する高度好塩菌は、1000倍にも達する細胞内外の塩濃度差を光のエネルギーを使って維持している。その場の有機物を独占的に利用できる点が有利と考えられる。メタン菌は、地球上のメタン発生の3分の2を担っている嫌気性の細菌である。下水などからの燃料の生産に利用できると同時に、メタンガスが高い温室効果を持つことから地球温暖化問題にも関係している。
バクテリアは条件がよいと分裂速度が速く、あっという間に天文学的な数に増える。条件が悪くなると働く遺伝子のセットを変更し、待機モードに入る。あるものは胞子（芽胞）を作る。このときに、遺伝子の突然変異も積極的に引き起こすようである。変異速度を速くすることで長い間生き延びてきた。
バクテリアのうち、細胞内に寄生する種類のものは遺伝子セット（ゲノム）を構成するDNAの大きさが100万塩基対（えんきつい）以下である。ちなみに人間は約30億塩基対である。バクテリアより小さなゲノムを持つものはウイルスであるが、ウイルスは細胞として独立に活動することはできない。最小のウイルスのゲノムは2000塩基ほどで、細胞性生物の遺伝子に換算すると2個分しかない。最大のウイルスのゲノムは20万塩基対ほどで百数十の遺伝子を持つ。
ウイルスは細胞外では胞子のようにゲノムとそれを保護する膜や殻から構成される。細胞内ではゲノムである核酸にたくさんのタンパク質が結合した形で存在し、タンパク質は主にゲノムを複製し、また、膜や殻のタンパク質やゲノムの複製装置のタンパク質を作るためのｍRNAを合成する。
さらに小さな生物として、複製するだけの核酸であるウイロイドがある。200〜400塩基（対ではない）のRNAゲノムを持つ。高等植物にしか見つかっていない。核酸を介さず複製する異常プリオンと呼ばれる生物（？）がある。牛海綿状脳症を引き起こす病原体として有名になったが、プリオン・タンパク質の構造異常が複製される。通常、異常プリオンは生物とは分類しない。しかし、伝達性があり、人工的に、もしくは食べることで体内に取り込まれると、体内のプリオン・タンパク質の構造を特異に変化させ、最終的には脳内に蓄積して神経症状を引き起こす。
+ + + + + +
この辺の分野は筆者の専門（微生物学、免疫学）に近いので、つい、たくさん書いてしまいます。いくつかの基本的な話題をあげることにしましょう。
ウイルスの遺伝子は数も少なく、また、条件がよければバクテリア以上に増殖するため、遺伝子の物理化学的な性質を解析するために非常に有効でした。とくに、バクテリアに感染するウイルス（バクテリオファージ）は分子生物学の黎明期に解析されました。遺伝子の本体がDNAであることはバクテリオファージによる証明が最初です。その後の分子生物学の発展も、バクテリオファージ、ウイルスの増殖過程の解析が大きく貢献しました。遺伝子工学を生み出す元になった3種の神器、プラスミド、制限酵素、リガーゼ（DNA結合酵素）のうち、制限酵素はバクテリアのバクテリオファージに対する免疫現象（抵抗性）から発見されたものであり、リガーゼはバクテリオファージの酵素です。また、バクテリオファージのゲノムも加工されてプラスミドに応用されました。
動物のウイルスは複雑怪奇な動物細胞の機能を分子レベルで解析する手段を提供しました。ウイルスは増殖するとき少数のタンパク質を大量に作るため、ウイルスのタンパク質を解析することでタンパク質のでき方を解析することができました。同じように、ウイルスのゲノムの振る舞いは動物細胞のゲノムのモデルとして解析されました。最初に全ゲノムの塩基配列が決定されたのもウイルスです。遺伝情報の基本単位である塩基配列を調べることを決定するといいます。実験により、一つ一つ読んでいくためです。30年前は5000塩基からなる遺伝子の塩基配列を読むのに1年近くかかっていました。いまではオートメーション化されて1日に300万塩基を読むことができます。この長さは細菌のゲノムの大きさに匹敵します。ただし、細菌のゲノムの塩基配列を「決定する」には手作業の部分もあり、専門の研究所でも半年ほどかかります。
人間のゲノムは細菌のゲノムの1000倍ほどですから、計算上はそれほど時間もかからず読めますが、実際にはオートメーション化できない部分がかなりあり、数年かかります。人間のゲノムはすでに塩基配列が決定され、インターネット上で見ることができます。塩基配列が決定されたからといって人間の生理現象がすべて解明されたわけではありません。塩基配列は遺伝情報の素因子であり、意味が解明されているのはわずかです。この段階は現在でも手作業による実験で解明するしかありません。ゲノム情報が解明されたため、考えるべき遺伝子が有限の数に限定されました。また、ゲノム情報をもとに、データベースを構築し、意味を抽出しやすくなったことで生物現象の分子レベルでの解明のスピードアップが望めます。
+ + + + + +
細菌やウイルスは病原体として研究されてきました。今でもそれは同じです。過去においてはひどい疫病がはやり、人口の3分の1もの人が死んだこともあります。しかし、現在では疫病の実体が明らかになり、感染のメカニズム、消毒や治療方法がほぼできあがっています。新しい病原体が発見された場合でも肝要なのは過敏に反応することなく、冷静に専門家の意見を参考に防疫を行うことです。ただ、騒がしい世論に押され、専門家の意見も時には必要以上に感染症に対して過敏になってしまうことは仕方のないことでしょうか。
+ + + + + +
人類と細菌の付合いは長い歴史があります。普段は気がつきませんが、腸内細菌として体内に住み着いて栄養分を供給したり、腸内の環境を整えます。腸内細菌は腸の免疫作用を活性化します。腸内細菌との共生は人間に限らず、いろいろな生物が利用しています。
また、産業利用では納豆菌や乳酸菌、真菌では酒の酵母、しょうゆ、味噌のコウジカビなど、醗酵産業で利用されています。自然界から種々の有用物質を生産する微生物（細菌や真菌）を探し出し、大量に培養して利用しています。有用物質の代表例は抗生物質であり、ビタミンです。遺伝子工学の技術を使い、有用物質を生産する微生物を人工的に作り出し、医薬品を生産しています。
人工的に作り出した微生物は環境に出してもいいのでしょうか。微生物は目に見えないだけに慎重にならざるを得ません。しかし、人工微生物は感染症を防止するためのワクチンとして、化学物質に変わる生物農薬として、環境を清浄化する（流出重油の分解や地下水、土壌の汚染）バイオレメディエーション微生物として期待されます。
+ + + + + +
ウイルスは、細胞の外側にあるときの姿で写真に撮られ、教科書で説明されています。今まではそれで十分でしたが、いわば、種を例にとって植物を説明しているようなものです。ウイルスは細胞の中で生き生きと活動します。遺伝子工学の技術の元になり、タンパク質やゲノムである核酸の関係が明らかにされ、タンパク質と核酸の複合体によるウイルスの細胞内の姿がだんだんと分かってきました。生物を構成する物質は不安定で、複雑な高分子ですが、それを解析するための技術も蓄積しています。
「６、生命の誕生」で推測としたタンパク質とRNAの複合体は、細胞に感染したウイルスのイメージです。ウイルスは、細胞が自己の増殖のために準備していた遺伝子や蛋白質の材料を横取りし、細胞のエネルギーや蛋白質合成装置を利用して自分の遺伝子を複製し蛋白質を合成して増殖します。細胞の活動が鈍いときには活発化させる機能を持っているウイルスもあります。原始スープの中でタンパク質とRNAの複合体は自身を複製するために周りの有機物を最大限利用したことでしょう。
+ + + + + +
微生物は目に見えないものです。目に見えない恐ろしい敵、感染症に対して、人類はいろいろなイメージを当てて具体化しようとしてきました。感染症の場合は幸いにも実体が明らかになりました。しかし、人間の歴史を見ると、想像力だけによる恐怖により引き起こされた不幸がたくさんあります。その極端な例は戦争ではないでしょうか。戦争の原因は論理的に明らかにできないそうです（戦争論 多木 浩二著 岩波新書）。見えないものに対して恐怖に駆られると、次から次に対象を設定して、それを叩き潰さないと安心できない。集団として不安神経症的な循環に陥ることではないでしょうか。
自分達は「あの人々」にやられるかも知れない。だから今のうちに、やれるときに、やられる前にやっつけておく。新聞紙上を賑わせる独裁者たち、それに近い（？）大統領の考えでしょう。そしてその目立つ人の周りに同じように見えない恐怖を感じている人々がいる。外から見ると、いったい何を恐れているのだろうかと疑問に思えます。仲間内の問題の場合、外から客観的に見ることはできません。それだけに深刻です。日本の社会の抱えるさまざまな問題。そのいくつかは見えない恐怖への過剰反応です。見えないものはたくさんあります。誰かの陰謀。政府内で良かれと起草されている法案。未来の災害。自分の心。
つづく
前へ
