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目次
第1章 異常を知る
1. 天下無敵
2. 外敵と、内なる外敵
3. 内なる敵
4. 光で外敵を見張る
5. 生物発光
6. 有毛細胞
7. 音で外界を知る
8. 匂いと味
9. フェロモン
10. 膜貫通型受容体ファミリー
11．TRPセンサー
12．圧力センサー
13. 擬態による防衛
14. 鎧をまとう防衛策
15．防衛のまとめ
16．異常分子を見張る細胞
第2章 細菌の戦略
17．口での防衛線
18．胃は狭き門
19．腸内細菌の世界
20．大腸菌の見方
21．環境対策の基本
22．病原性大腸菌
23．コレラ毒素
24．細胞膜を突破するAB型毒素
25．腸内の見張り役
26．腸の内容物をサンプリングする
コラム１ 細胞と分子の世界
27．待ち受ける免疫担当細胞
28．細菌を認識するレセプター
29．TLRは何を見るか
コラム２ 細菌の体
30．細菌がいるという警報に好中球が駆けつける
31．リンパ節は病原体をチェックする関所
32．抗体
33．補体は細胞膜に穴をあける
34．活性酸素で攻撃する
35．デフェンシン
36．大腸菌のライフサイクル
37．細菌との闘い
38．バクテリオファージ
39．遺伝子を運ぶ
40．病原因子を運ぶ
41．外界の大腸菌
42．細菌社会
43．クオラム・センシング
44．オートインデューサー
45．制御性T細胞と腸内細菌
46．ペスト
47．ペストII
48．昆虫と細菌の関わり
第3章 免疫の仕組み
49．抗原レセプター
50．自己と非自己
51．RAG酵素
52．前線で活躍する免疫細胞
53．前線で活躍するタンパク質
54．自然免疫と獲得免疫の関係
55．免疫記憶
第4章 細菌の防衛術
56．虎穴に入って虎児を得る戦略
57．細胞をコントロールする
58．細菌の情報攪乱術
59．細菌による病気
60．細菌と人間社会
61．メタゲノム解析
62．生物兵器
63．細菌との共存
第5章 ウイルスの戦略
64．肺への旅
65．エアロゾル
66．呼吸器への感染
67．細胞への侵入
コラム３ センスとアンチセンス
68．ウイルス遺伝子の複製
69．メッセンジャーRNA
70．タンパク質を作る
71．膜タンパク質の合成
72．ウイルス粒子を組み立てる
73．HAタンパク質の切断
74．リアソータント
75．中和抗体
76．HA抗体
77．血清型
78．クロマト法
79．ウイルスの分離
80．抗原変異
81．ウイルスの系統樹
82．新亜種の出現
83．ウイルスの感染戦略
84．quasispecies（擬似種）
85．ワクチン
86．天然痘ワクチン
特集コラム COVID-19
コラム4 新型コロナウイルスの発生
コラム5 感染の拡大と緊急事態宣言
コラム6 抗体検査
コラム7 ワクチン開発
コラム8 mRNAワクチンの承認
コラム9 再生産係数
コラム10 副反応
コラム11 モニタリング
コラム12 治療薬
コラム13 変異株
コラム14 社会の対応
コラム15 増殖メカニズム
コラム16 将来に向けて
87．豚熱ウイルス
88．はしかと牛疫
89．ウイルスの紹介
90．RNAウイルスの種類
91．DNAウイルスの種類
92．ウイルスの中の変わり者
93．巨大ウイルスの世界
94．免疫応答
95．アポトーシス
96．感染細胞の処刑人
97．自殺させない仕組み
98．インターフェロン
99．インターフェロンとインフルエンザウイルス
100．PAMPsとPRRs
101．細胞質のウイルスRNA
102．インターフェロンを作らせない
103．細胞侵入を防ぐ
104．ウイルスの複製を防ぐ 前半
105．ウイルスの複製を防ぐ 後半
106．ウイルス粒子の完成を阻害する
107．DNAウイルスのデコイ遺伝子
108．DNAウイルスの対インターフェロン戦術
109．T細胞をごまかす
110．抗体との戦い
111．エボラウイルス
112．戦わない戦略
113．自然界でのウイルス
114．集団と感染
115．ウイルスと生物の進化
第6章 寄生虫の戦略
116．寄生虫
117．マラリア
118．吸血で感染する
119．マラリアの七変化
120．マラリアの対免疫対策
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防衛で最高の技術といえば天下無敵です。天下無敵は誰よりも強いというイメージがあります。しかし、素直に文字を解釈すると、天下に敵はいないとも読めます。自分には敵というものがいない、つまり、私と出会うすべての人と私は敵対する必要がない。しかし、悪意を持って近づいてくる人もいますし、企みをもって他人を利用する人もいるでしょう。価値観の異なる人たちとも敵対することなく、適度な距離を保つことができるでしょうか。他人を尊重し、敵意を抱かせない知恵を持つ人が天下無敵なのでしょう。
〇生物における敵は単純に言えば天敵です。天敵関係は食物連鎖網を形作ります。
+++ 食物連鎖網はスモールワールド構造である +++
豊かな生態の食物連鎖は弱いリンクが大量に存在し、生態系を環境変化に対して強くしています。言い換えれば、単一の食物しかない種より、多くの食べ物がある種の方がより生き残りやすい。さらに、種の絶滅は弱いリンクを減らし、リンクの総数を減らします。食べるものにとっては食べる種が少なくなるために、そのほかの種を食物とする依存度が高くなります。残されたリンクがより強固になるため、生態系の弾力性を失わせます。
食物連鎖網はスモールワールド構造をしており、莫大な数の種が含まれますが、任意の2つ個生物種をつなぐリンク数は極めて少ない。したがって、一つの種の絶滅は食物連鎖網全体に速やかに影響を与える性質を持ちます。
+++ ネットワークの中の生物は共進化する +++
食う側が進化すれば、食われる側もこれに対応して進化し、逆に、食われる側が進化すれば、食う側もこれに対応して進化する。競争関係について言うときは「軍拡競争」とも呼ばれます。食べられる側の戦略は防衛戦略です。
２つの動物種が競争するという考えだけでは、生物界の多様性を説明できません。同時に、生物種は単独で存在するわけではなく、また、２種間の関係においてのみ生きるわけでもありません。多様性を生み、多様な生物が共存することを説明する考えが必要です。競争関係ではない第３、第４の種が進化に便乗していること。多くの種との複雑な関係の中で生き、その関係を前提として進化すること。関係する２種だけが共進化するだけでなく、生態系全体が相互の関係の中で共進化するのだとも言えます。２つの種の競争をクローズアップした（多くの関係の中から抽出した）のは科学の見方です。
こんな風に考えると共生のイメージが広がって、地球共生系は全体として共進化してきたと総括できます。もし、餌を食い尽くすような進化が生じたとすれば、その種はかえって自らを滅ぼします。突然変異や社会環境の変化から生まれた病原性の強い感染微生物も、やがて、感染する宿主に優しく、独力の弱い微生物に置き換わっていきます。生態系の他種との複雑な関係を破壊する種は、進化してきたこと、これから生き残ることは許されないでしょう。
○生物にとっての天下無敵は共存する多様な種と多様な関係を築くことです。食べる-食べられる関係以外にも、排泄物を処理してくれる、いち早く外敵を見つけてくれる、毒をもって捕食者から逃れる、毒をもっている生物と外観を酷似させて捕食者から逃れる、寄生する-寄生される、寄生者に消化不能な植物を消化させて、その結果、必須栄養分を得る（腸内細菌）などの関係が知られています。
○このメルマガでは特に感染症を中心にすえて、そんな複雑な関係を分子レベルで解説しようと考えました。分子の世界は一般の方にはなじみがないと思いますが、分子の世界にこそ、メカニックな合理性があります。しかも、生物の洗練された生存戦略として解明されてきています。そういった最近の成果や考え方をお伝えできれば筆者の本望です。
○食べる-食べられる関係を見ると、敵は体の外にいます（外敵）。外敵に対して防衛するためにはいくつかの手段が考えられます。敵に見つからないようにする。敵を監視する。敵に襲われたら逃げる。敵に襲われてもすぐにはやられないように、硬い甲羅や外皮で身を守る。敵に襲われたら物理的な力（蹴ったり角で突く）や化学的な手段（強力な臭いを発する、毒を利用する）で敵を無力化する。
○食べる-食べられる関係が成り立っているわけですから、一般的には天敵のほうが守る側の防衛力より様々な能力で上でしょう。ねずみに対する猫や、昆虫に対する鳥を思い浮かべると、圧倒的な力や能力の差があることは自明です。
○しかし、感染微生物を考えると、この自然界の掟が通用しません。感染微生物は体の中に侵入して、体の成分を栄養分として育ちます。例えると、内なる外敵です。内なる外敵に対抗するには化学的な手段で敵を無力化するしかありません。内なる外敵が発見されたのは人類の歴史を考えるとつい最近のことです。
+++ 微生物を研究するためには純培養が必要である +++
コッホは、ゼラチンを用いた固型培地による細菌の分離・純培養法を発明しました。現在では寒天培地になっていますが、この方法は細菌の純培養をするための基本です。菌を含んだサンプルを十分に希釈して寒天培地の上に塗ると、菌は１個から増殖し、目に見える塊（コロニー）を作ります。コロニーは1種類の菌の純粋な集合体です。この技術を基に、コッホは感染症の病原体を決定するときの3条件を提唱しました。
これ以降、個性ある病原菌を培養するための、それぞれの菌に適した培養液が考案・開発されました。菌は栄養分を含んだ培養液で増えますが、ウイルスは細胞が無いと増えません。ウイルスの分離は動物細胞をシャーレの中で増やす技術が完成するまで困難でした。動物の細胞も十分な栄養分と増殖因子を含んだ培養液で菌のように増やすことができます。
ウイルスや細菌が純培養されるようになると病原菌としての証明もできます。20世紀には人類を悩ませた多くの感染症の病原体が同定され、ワクチンや治療薬が開発されました。
○さて、最後は内なる敵です。言い換えると、裏切り者です。人間以外の動物の場合はそれほど例がありませんが、人間では内なる裏切り者、癌細胞は深刻な問題です。癌細胞から身を守るには、内なる外敵と戦う仕組みが応用されることになりました。しかし、なんてったって身内ですから、摘発が難しいのです。
〇困ったことに人間の防衛力である免疫系が制御不能になることがあります。アレルギーや自己免疫疾患と呼ばれる病気です。これらはクーデータのようなもので内なる敵ですが、単純に防衛力では制御できません。なにしろ某国の軍事政権のようなものですから。外から人為的にコントロールすることが必要です。コントロールには化学物質が使われ、薬として開発されています。
〇防衛力なので訓練することができます。最近話題になっているワクチンです。特定の敵に対して防衛力を訓練することで感染症を予防する技術はこの200年で進歩しました。現代ではがんを治療することができるようになってきました。さらに人工的に防衛隊を作り、薬のように投与する技術も実用化されています。
○外敵に対抗するための防衛手段、そして、内なる外敵、内なる敵に対抗するための防衛手段という順序で以後、話題を整理していきたいと思います。外敵に対する防衛は感覚器官や運動能力、身を物理的に守る防御ですが、これは身近で理解しやすいと思います。ただし、そのあとに来る分子の世界の導入ですから、当然、タンパク質や遺伝子の話題が中心です。ウォーミングアップのつもりで読んでください。
〇内なる外敵や内なる敵に対抗する手段は免疫システムが中心となりますが、これは細胞と分子の話です。あまり身近に感じられないでしょうが、今でもあなたの体の免疫システムは休みなく活躍しているのです。そして、最後は新型コロナですっかりおなじみになったワクチンの話を掘り下げて紹介したいと思います。生体防衛論改訂版では２話でまとめました話を、最近の技術も紹介しながら具体的に展開したいと思っています。
○外敵に対する生体防衛術は身近でわかりやすいので、これから約10回にわたって解説します。感覚器による生体防衛です。今回から２回は視覚です。
○地球には大気があるので、日光は上空で散乱され、光る青い天蓋で覆われます。そのために漆黒の影ができず、岩の陰も森の中も適度な明るさがあります。光は上下左右前後からやってきて、周りの状況を伝えます。光は直進しますから、敵がどの方向にいるかを知る強力な検知器となります。人間に限らず、多くの動物、特に、陸上の動物は目を発達させました。
+++ 電磁波 +++
光は電磁波です。電場と磁場が合成されたものを電磁場と呼びます。銅線内を電子が振動すると電磁場が銅線の周りに発生します。電磁場は振動しながら空間を伝わります。これを電波と呼びます。真空中なら光速度で伝わります。電波は波長の長い電磁波です。波長が短くなると、別の名前で呼ばれます。
マイクロ波や、遠赤外線、赤外線では分子が電磁場の中でエネルギーを得て振動、回転し、一般に温度が上昇します。また、分子の運動の変化により赤外線などの電磁波を発生します。 可視光線や紫外線の場合は、電磁波のエネルギーは分子や原子内の電子に伝えられ、電子は活性化状態（励起状態）になります。電子が元のエネルギー状態に戻るときに、相応のエネルギーの電磁波、赤外線や可視光線を発生します。
さらに高エネルギーの電磁波はX線、γ線です。高速の電子が重金属にぶつかって急に減速するときにX線が、原子核のエネルギー変動によりγ線が発生します。この2つの電磁波の波長は同じくらいですが、X線は人工的に発生した電磁波を、γ線は原子核から発生したものを言います。Ｘ線やγ線は分子の電子を吹き飛ばし、化学反応を引き起こします。生体にとっては有害なラジカルを作り出し、ラジカルは近くにある分子と化学反応して分子の性質を変えます。
このうち、生物が視覚として使うのは可視光線です。
○電磁波はさまざまな波長領域を持っていて、人類は様々な領域を利用しています。その中で、動物の目では、なぜ可視光線という狭い範囲が選ばれたのでしょうか。答えは生物が分子機械であることにあります。
+++ 可視光線のアンテナは共役二重結合である +++
色として感じられる電磁波は波長 380〜780 nmです。可視光線を吸収する物質には、比較的長い共役二重結合をもつ有機化合物や、金属錯体があります。共役二重結合は二重結合が1つおきにつながったもので、π電子の重なりが長い電子雲を作り出します。花の色素や化学合成染料は、一般に長い共役二重結合を持ちます。動物の目では、共役二重結合が5つつながった構造をもつ、ビタミンAの誘導体であるレチナールが、光を捉える役目をします。
目の網膜に光を感じる細胞があります。錐体細胞と桿体細胞です。細胞はオプシンと呼ばれるタンパク質を持ち、オプシンレチナールという色素分子を利用して光を吸収し、それを神経の信号に変換します。色を感知する細胞は錐体細胞です。人間は3種類のオプシンにより、赤、緑、青の3色を認識します。そのほかに、桿体細胞があり、オプシンと似た分子であるロドプシンを持ち、オプシンでは認識できないほどの暗い中での弱い光に反応します。
オプシンは7回膜貫通型のタンパク質で、細胞膜に存在しています。レチナールが光を受けると、オプシンタンパク質は構造を変えて、隣のGTP結合タンパク質（Gタンパク質）を活性化させます。Gタンパク質は光を受けた信号を細胞内に化学反応として伝えます。最終的にイオンチャンネルを活性化して、双極細胞を介して、視神経に信号を受け渡します。
○視覚は外界を認識する方法であり、とても複雑です。敵や危険という概念も視覚や他の感覚を通じて総合的に理解されるようです。人間社会でも敵の存在を知るために見張りや斥候、スパイという情報収集係を動員してきました。それらの人物から寄せられる情報をどのように解釈するかで防衛力の優劣が決まります。
電子機器の時代になり、レーダーを駆使して敵を発見し、攻撃するようになりました。また、グーグルアースのような偵察衛星で地球上の軍事施設を監視できます。とはいうものの、頼るべきは情報の解釈。敵とは、危険とは何か。それが防衛力の優劣を決めるでしょう。
+++ 深海の光のショー（Nature Digest, 5, No.2, pp18-21, 2008） +++
波長の長い赤色光は、海の最上層ですぐに吸収されて消えてしまいます。そのため、深海の生き物の大部分は赤い色を見ることがないと考えられます。水深500メートルでは人間の眼では太陽光を感じることができなくなります。しかし、適応した動物たちは、この光量以下でも光を感じ取れるようです。水深1000 メートルに達すると太陽光はまったく届かなくなります。深海には全く光がないのでしょうか。
深海の動物たちは意外と光を放ち、また、光を検出して利用しています。200 メートルくらいまで潜ると渦鞭毛藻類が放つ生物発光の小さな光がみられます。エビやクラゲが光を放っています。深海底の動物は大型化した高感度の眼をもっていて生物の発する光を見ているようです。実際、疑似餌をクラゲに似た発光パターンで動かすと、わずか1 分余りで、体長2 メートルのイカが現れると報告されています。
動物は光を使って同種の個体や別種の動物を引き寄せ、また、見つけます。例えば、たくさんの魚やイカが生物発光をサーチライトのように使っています。また、性別に特異的な生物発光パターンを使って配偶相手を引き寄せるものもいます。
一部の動物は、自分が食べられたときに捕食者の消化管をライトアップして、その捕食者の捕食者に居場所を知らせることができるらしい。つまり、自分を食べるとあなたも食べられますよと警告を発しています。生物の死骸の一部や糞の塊に乗った光る細菌は、魚に食べてもらう確率が高まり、魚の消化管内へ入り込みます。光は深海生物の生体防衛に大きく関わっています。
○生物のあらゆる活動はタンパク質が主役です。タンパク質は炭素を中心とした高分子ですので、電磁波との効果的なエネルギーの授受は共役二重結合が主役です。様々な色素分子、血液や葉緑素のヘム構造、視物質であるレチナールはその代表例です。使える波長は紫外線領域から近赤外線まで。単純な生物では光の来る方向を知るだけの目のようです。見張りの目は動く物体を鋭敏に検出し、警戒態勢をとります。獲物を見つける目は獲物までの距離や移動するスピードを見積もり、自身の襲撃スピードを勘案してチャンスを窺います。
○哺乳類は紫外線領域を認識するオプシンを失ってしまいました。しかし、視覚情報を集める網膜、情報処理を担当する中枢神経は十分に高度です。霊長類の視覚の特徴は立体視と、網膜中央部での解像度の高さにあります。おそらくは原猿類も原始的ではあってもこの能力を持つことから、正確な枝渡りを必要とする樹上生活への適応と考えられます。人類は精密な空間認識のできる視覚能力を十二分に発揮して文明を築きました。
視覚が有効なのは可視光線が届く範囲だけです。空気中では可視光線が届く距離はかなり長い。冬の晴れた日、富士山は遠い町からも見えます。しかし、水の中は残念ながらそれほど長くありません。また、空気中、水中とも微粒子が漂っていると視界が遮られます。水中では微粒子が多く、また、深度200 mほどで光が届かなくなります。視覚より聴覚が周りの様子を知るのに有効です。
+++ 耳は脊椎動物が持つ +++
音を情報として捉えることができる動物は脊椎動物です。そのほか、性行動として鳴く昆虫類も耳を持っています。哺乳類は外耳が発達していて、高感度の耳を持っています。鳥類は耳介はありませんが、外耳道があります。両生類や爬虫類の耳は鼓膜が露出した形です。魚類は側線器官で音を聞きます。側線は魚の体表面の中央よりやや上側を、鰓から尾に向かって穴が開いた鱗が連続して走る線です。側線の鱗には穴が開いており、水中で音波が伝わる際に発生する圧力変化を感覚受容体細胞が感じ取ります。
鼓膜は音波による空気の運動を捕らえ、小さな骨によって内耳器官へ振動を伝えます。内耳器官に満たされたリンパ液を伝わった音は聴覚受容体細胞である有毛細胞に捕らえられます。脊椎動物の内耳にある有毛細胞は、音波や頭の動きによって生じる機械的刺激を神経パルスに変換する機能を持ちます。
音はリンパ液を振動させ、有毛細胞の表面を叩きます。内耳には耳石を包む器官があります。耳石は運動や体の傾きにより動き、機械的刺激を作り出します。つまり、有毛細胞の表面を押します。また、リンパ液が満たされたリング状の器官があり、体の回転によってリンパ液の流れが生じ、流れは有毛細胞に検出されます。つまり、流れが有毛細胞の表面をなでます。
有毛細胞は平面状に並ぶ支持細胞の膜の中に埋め込まれています。有毛細胞のリンパ液側には先端突起の束が整然と配置されていて、音やリンパ液の運動によって屈曲します。先端突起は微細な繊維によってつながっていて、繊維はイオンチャンネルに繋がっています。先端突起が曲がると繊維が引っ張られ、機械刺激感受性イオンチャネルを機械的に開閉すると考えられています。
〇以上、まとめると、機械的刺激は有毛細胞の先端突起を揺らし、そこの機械刺激感受性イオンチャネルを開閉し、細胞膜を介したイオンの流れ、すなわち、神経パルスに変換されます。
〇現在、この繊維や繊維をアンカーする分子などの解明が進行中です。先端をつなぐ繊維を構成するタンパク質のひとつはカドヘリン23です。この遺伝子の変異はマウスと人でも聴覚消失と前庭機能（平衡感覚）異常を引き起こします。
〇音を利用して外の様子を知る装置をソナーと言います。大気中では電波を利用したレーダーが使われますが、電波が伝わらない水の中ではソナーを使います。潜水艦や魚群探知機に搭載されています。ソナーを利用した医療機器は超音波診断装置です。最近は高性能になり、手軽にかつ安全に、リアルタイムで断層像を観察することが可能です。
〇ソナーには音を出して、その反射波を検出するアクティブ・ソナーと周りの音だけを拾うパッシブ・ソナーがあります。軍事的にはアクティブ・ソナーは自身の位置も敵に教えてしまうため、パッシブ・ソナーが使われるそうです。パッシブ・ソナーもマイクを離れたところに複数個設置することで、音のやってくる方向が解析できます。
〇生物が使うアクティブ・ソナーで有名なのはコウモリやイルカです。コウモリは飛行中、口から超音波を出し、反射波を耳で聞き取りながら障害物を避け、エサを見つけ出しています。コウモリはこの能力で闇を飛ぶことができます。逆に、コウモリを探すには超音波を受信すると早い。通常の動物の持つ耳は言うまでもなく、パッシブ・ソナーです。
+++ 目が見えない人は障害物知覚を発達させる +++
盲学校の生徒たちは、物体の有無による音場の微妙な変化を聴覚で聞き分けるという、目の見える私たちからみると、超能力に匹敵する能力を持っているそうです。蝙蝠やイルカがソナーを使った外界の認識を行います。人間でこの能力が獲得可能なのは脳の可塑性にあるようです。長い間の学習や訓練により、脳の機能が変化し、失われた視覚の機能を聴覚で補う、代償機能です。
視覚は睡眠ともに機能を停止するに対し、聴覚は睡眠中もセンサーとして機能します。周りの変化を音により検知し、睡眠状態から覚醒状態に移行させるためのスイッチです。もちろん覚醒中も、聴覚は注意を引くのに有効です。視覚以外の感覚に比べると、音は多様で情報を盛り込むことができ、即効性も高い。左右の耳に音が届くわずかな時間差を認識し、上下左右前後、音源がどの方向から来るのかを知ることができます。
+++ 聴覚神経は音なしで脳とつながる +++
内耳から出発した聴覚神経は側頭葉にある聴覚野へ達します。聴覚野は3つのパートに分けられていて、真ん中が一次聴覚野。音の高低を感じるニューロンが配置されています。その周りにメロディやリズムを理解する二次聴覚野があり、その周りには音を体験として総合的に理解する三次聴覚野があると考えられています。
胎児のときに聴覚神経は脳へ伸びて接続されます。そのときは当然無音です。ところが、音の刺激なしに神経インパルスが発生することが示されました。この刺激は聴覚神経の成熟を促すと考えられます。音の認識自体は後天的（人間の場合は一部、胎児の内に）に成長すると考えられますが、基本的な配線は発生の途上で、音とは無関係に作られるようです。
〇コウモリが超音波のエコーを使って障害物や獲物を探知することはよく知られています。こうもりの餌であるヒトリガ（tiger moth）にとっては恐怖の音に違いありません。なんと、ヒトリガはコウモリの音波にそっくりなクリック音を出して、ソナーを撹乱していました（Science 325, pp325-327,2009）。クリック音は腹部の膜を振動させて発生しています。そのクリック装置を除去した蛾は4倍もコウモリの攻撃で食べられる確率が上がったのです。
光と音は物理的な感覚刺激の代表例です。それに対して、匂いと味は化学的な感覚刺激の代表です。われわれの周りにはたくさんの化学物質、分子があります。われわれの体も化学物質でできていて、生命活動に応じて様々な化学物質を放出しています。人間に限らず、バクテリアからクジラまで、ラン藻から縄文杉まで、化学物質で成り立ち、化学物質を放出しています。ある生物に特有な化学物質があれば、その化学物質を検出することで、その生物の活動を知ることができます。生物は化学物質を検出するための受容体（センサー、レセプター）をたくさん持っています。
+++ 味覚と嗅覚は分子を検出する +++
少し高度な多細胞生物では分子を感じるためのセンサーを細胞の表面にもち、周りに信号を送る細胞、神経･感覚器細胞があります。五感のうちの味覚と嗅覚は分子センサーです。
嗅覚は遠くにある食物や危険物から発散される化学物質を感知する感覚で、一方、味覚は口に入れた食物候補を飲み込むかどうかを判断するための感覚と区別できるでしょう。
味覚は液体中の分子やイオンを検出します。したがって、検出する分子は水に溶ける分子です。人間の舌には味蕾と言う味覚細胞が寄り集まった器官があります。蝶は前足の先に味覚細胞があります。魚の味蕾は口の中だけでなく、ひげや鰭（ひれ）や体表、食道などにも分布しているそうです。
嗅覚は空気中の分子を検出します。したがって、検出する分子は揮発性の分子です。魚の場合は水中で生活します。魚も鼻があり、そこで検出される分子は臭いです。鼻は口とは独立しています。魚の場合は味覚と嗅覚の違いを厳密に区別するのは難しいでしょう。
+++ 化学物質を感知するレセプターは7回膜貫通型受容体ファミリー +++
嗅覚も味覚も化学物質を感知する受容体タンパク質（レセプター）は同じような構造です。7回膜貫通型受容体ファミリーとよばれます。細胞の表面、細胞膜に埋め込まれた形です。タンパク質は1本の長いアミノ酸の鎖ですから、細胞膜を縫うように出たり入ったりして、細胞の外側に臭いや味分子と結合する構造を作り出します。
臭いや味の分子と結合すると受容体タンパク質は分子と結合したことを細胞内の他のタンパク質に伝える仕組みがあります。情報伝達タンパク質です。
情報伝達タンパク質の代表例はGタンパク質です。G は核酸のGTPです。Gタンパク質はGTPと結合していて、GTP ⇔ GDPの変換がスイッチのオンオフに相当します。GTPはGDPにリン酸基が1つ結合した分子です。
レセプターとGタンパク質は外部からのさまざまな刺激（光、化学物質、ホルモン、フェロモンなど）を受けて細胞内のシグナル伝達物質を媒介して細胞内での種々の働きを引き起こします。
+++ 遺伝子数が最多の7回膜貫通型受容体ファミリー +++
細胞膜を7回貫通するという特殊構造をもつ受容体タンパク質は、真核生物ゲノムの1〜3％を占める最大の遺伝子ファミリーです。この遺伝子の起原は古く、真核生物が多細胞化して神経細胞を進化させた段階で急激に増えたようです。
嗅覚レセプターは味覚レセプターに比べて早く発見され、よく解析されています。嗅覚レセプターORシリーズはヒトでは388個、マウスでは1037個あり、それぞれ専用の神経細胞を通じて、決まった場所にシグナルを送ります。実は人も1000個の嗅覚レセプター遺伝子を持つのですが、人はこのうちの60％が壊れた遺伝子で活動していません。
味覚レセプターTシリーズはヒトでは29個、マウスでは38個あります。魚（フグなど）では嗅覚レセプターが40個なのに対し、味覚レセプターは 6-10個です。嗅覚レセプターの親戚にフェロモン受容体Vシリーズがあります。哺乳類は数百もありますが、ヒトでは数十しかありません。
〇私たちは日々、様々な香りを感じて生活しています。視覚の発達した人間にとっても嗅覚は根源的な生理機能と関連しています。視覚の発達していない動物、昆虫や視覚を持っていない植物にとっては、より重要な役割をしています。たとえば、昆虫はフェロモンを体内から分泌することにより、道標フェロモン、警戒フェロモン、集合フェロモンなどのように、お互いのコミュニケーションを図るようです。植物も揮発性の化学物質（臭い）により他の植物の成長を阻害したり、昆虫を引き付けたり追い払ったりしています。
〇臭いの特徴は残存性でしょう。光や音のようなリアルタイムでの空間的な位置を知ることはほとんど不可能です。風上にいる捕食者の存在を嗅ぎわけるくらいです。ただ、臭い分子を発生するのは防衛に役に立ちます。また、仲間同士の連帯を高め、社会性昆虫に見られるように、集団で敵に立ち向かうシグナルとしても利用されます。
+++ 人間の行動を支配する匂い +++
人間にもこの手のフェロモンはあるでしょうか？ 哺乳類のフェロモンは性フェロモンと個体識別フェロモンです。縄張りを主張したり、性行動、性成熟を誘導します。人間でもMHCとフェロモンの関係は有名です。
これまで哺乳類は匂いを嗅いだときにどのように反応するのかは学習するのだと考えられてきました。東京大学の坂野教授グループは、遺伝子操作の手法を応用することで、哺乳類では匂いに対する情動や行動が脳内の神経回路により先天的に決まっていることを証明しました。 いやな体臭は細菌の繁殖に起因することが多い。例えば、腋臭、口臭があります。好ましい人はいい匂いがするのでしょう。免疫力が強いと細菌の繁殖が抑えられて、よい匂いになるかもしれません。
+++ 細菌もコミュニケーションする +++
バイオフィルムのような複雑な社会を作るにはコミュニケーション分子が必要です。細菌のコミュニケーションシステムをクオラム・センシングと呼びます。細菌には目も耳のないですから、コミュニケーションには水に溶ける分子が使われます。たとえば、細菌はシグナル分子（オートインデューサ、autoinducer）の量を測ることで、自分達の細胞密度を感知できます。 Autoinducerはビブリオ属細菌における菌数依存的な蛍光物質産生という現象から見つかりました。緑膿菌をはじめとする多くの病原細菌がクオラムセンシングを用いて病原因子の発現をコントロールしていますし、autoinducer分子が生体細胞に対しても多彩な影響を及ぼすことが報告され、菌側と生体側の両面から感染症の発症に関与することがわかってきました。
○環境の化学物質を検出する仕組みが臭覚と味覚。同じような体内環境の化学物質を検出する仕組みが体には備わっています。特に、体内にある体外由来の化学物質を検出する仕組みが免疫系です。生体防衛の中心は免疫系です。
〇嗅覚も味覚も化学物質を感知する受容体タンパク質は7回膜貫通型受容体ファミリーの一員でした。光を感知するオプシンも同じように7回膜貫通型受容体ファミリーの一員です。ここで、受容体について簡単にまとめをしておきましょう。受容体は英語でレセプター（receptor）とも言います。以下、レセプターと表記します。
+++ 特定の分子を感知する細胞上のタンパク質をレセプターと呼ぶ +++
物質は分子ですから、物質を感じるためのセンサーは細胞の表面上にあるタンパク質です。センサーとして働くタンパク質をレセプターと呼びます。レセプターが特定の物質と結合すると、構造が変化して、細胞内の仲介タンパク質と結合して分子の存在を細胞内に伝えます。仲介タンパク質は低分子やタンパク質を加工して伝令分子を作り、最終的には細胞の代謝機能や遺伝子の発現状態を変えます。
ホルモンや神経のインパルスの情報をレセプター分子が検出して（もしくはレセプター分子が反応して）、細胞はホルモンや消化酵素などを分泌したり、神経細胞に情報を伝えたりします。例外なく、すでに細胞内で準備された機能を発動します。
また、細胞内の「模様替え」をします。攻撃や防御体制を整える。細胞分裂する。細菌や菌なら胞子になる。はたまた、自ら死を選ぶこともあります（アポトーシス）。これらの活動のための遺伝子セットを発動します。
多細胞生物が受精卵から発生するとき、様々な細胞を作り出す細胞分化もこの延長上にあります。
+++ 皮膚には痛覚神経末端が配置されていて、危険を触知する +++
痛覚は組織の何らかの破壊を意味します。皮膚には破壊を感知するレセプターがあります。そのレセプターは神経末端に配置されています。皮膚で痛みを感じる感覚神経線維は主にAδ線維とC線維です。Aδ線維は有随神経（ミエリン鞘を持つ）で高い伝達速度を持ち、鋭い痛みを伝達します。C線維は無随神経で伝達速度が低く、鈍く持続性の痛みの伝達を担当します。感覚神経線維は脊髄後根神経節に入り、脊髄神経を通って大脳皮質感覚野まで伝達され、脳ではじめて痛みとして認識されます。 Aδ線維（伝達の速い神経）は無意識に手を引っ込めた入りする防御反射と連絡しています。触られる、毛がなでられるなどの弱い刺激はメルケル細胞、毛根部に神経端を持つAβ繊維によって伝達されます。
皮膚を構成する細胞であるケラチノサイトは刺激や細胞破壊に応じてATPや神経伝達物質（ニューロトロピン、βエンドルフィン）やインターロイキン、エンドセリン-1を放出します。それぞれの痛覚神経末端には痛みなどの刺激として変換する専門のレセプターがあります。TRPV1、TRPA1、TRPM8はいずれもC繊維や Aδ線維で機能しています。
〇痛覚は身体に対する直接の攻撃の検出に重要です。肉食動物、捕食動物に対しての防御感覚としては遅すぎるでしょうが、小さな動物、虫さされや植物のとげなど、他の生物からの防御や攻撃に対しては有効です。特に、無臭の化学物質に対しては痛覚による直接の組織破壊を検出する以外に感知する方法がありません。また、体内の様々な病気による変調や感染症による組織破壊を知るためには非常に重要です。レセプターの数も多く、様々な物質が警報物質として働きます。神経伝達と兼務している物質もあります。痛みシグナルが発生すれば、その体の部位を目で確認したり、痛みがなくなるまで休息をとったりして、痛みに対処することができます。
〇前回、痛覚神経末端で機能する痛みのレセプターとしてTRPV1、TRPA1、TRPM8の名前を上げましたが、今回はその仲間の紹介です。
+++ TRPは温度や化学物質を感知する +++
味覚のうちで、「辛い」は実は「痛い」です。唐辛子の辛味成分はカプサイシンと呼ばれる分子ですが、カプサイシンの存在を感知するレセプターはTRPV1 イオンチャネルです。TRPシリーズの6回膜貫通型レセプタータンパク質は痛みと温度の感知に関係します。TRPV1遺伝子を破壊したマウスでの実験によって、TRPV1は生理的に必須な痛みセンサーであることが確認されています。TRPV1 を活性化する物質はカプサイシンのほかに43℃以上の熱、ショウガの成分であるジンゲロール、ナツメグやクローブの成分であるオイゲノールなどのバニロイド化合物（カプサイシンもこの仲間）、酸などでも活性化されます。
TRPA1イオンチャンネルは低温を感知し、ワサビの辛味成分（アリルイソチオシアネート）やシナモンの辛味成分（シナモアルデヒド）で活性化します。化学物質によるTRPA1イオンチャンネルの活性化は細胞内にあるシステイン残基にこれらの物質が共有結合して修飾するために起こります。TRPA1 の活性化は求電子性の有害物質や酸化ストレスに応じて起こるわけですから、組織が損傷したことを警告しています。
〇TRPシリーズのレセプタータンパク質について研究は現在進行中です。活性化温度域が様々なTRPイオンチャンネルが知られています。TRPV2は52℃以上、TRPV3は32-39℃、TRPV4は35℃以上、TRPM8は28℃以下とメントール、TRPA1は17℃以下。メントールでヒヤッとした間隔を得るのは低温レセプターTRPM8の働きです。
〇細胞が壊れると中にあるエネルギー通貨であるATPが放出されます。ATPは重要な分子なので細胞内に高濃度で存在していますが、細胞の外では皆無です。したがって、ATPは細胞が壊れたシグナルとして機能します。ATPレセプターはイオンチャンネル型のP2X系、Gタンパク質共役型のP2Y系の2種類があります。TRPレセプターと共に働いて痛みの感度調整を行うようです。
〇痛みは体の組織の破壊に由来します。防衛の基本情報ですね。雑多な痛覚刺激があるわけですが、発生場所とセットで痛みとして脳で情報処理されます。おもな痛みの刺激は化学物質でした。どの刺激を痛みとして知覚するは、レセプターとして生れながらに備わったもので、学習するものではありません。すなわち、痛みの感覚は遺伝的にプログラムされていると考えられます。
〇最近、構造が解析されたセンサーがあります。圧力センサーです。なぜ神経（触覚細胞）は触ったこと、つまり加えられた圧力がわかるのか。物体は力がかかると変形します。細胞は加えられた圧力で細胞膜が変形するのを感知しているのです。
+++ Piezoたんぱく質 +++
細胞表面で細胞膜の変形を感知するのはPiezoと呼ばれるたんぱく質で1と2が知られています。2500個ものアミノ酸からなる巨大なタンパク質で3量体で機能します。３つのタンパク質は巴形に集合しています。通常は細胞膜に浅いくぼみを作っていますが、細胞膜が押されると平たい形になり、3つのタンパク質の集合した中央に穴が開いてイオンチャンネルとして機能します。細胞内へのイオンの流入は細胞膜を脱分極します。すなわち、神経細胞のインパルスと同じ状況が生じます。
触覚や圧力センサーは様々な場面で活躍しています。痛みから愛撫までの触覚。血管、胃、膀胱が膨れること。聴覚も体のバランスを感じるのもこの装置が働いています。さらには骨の構築やマラリアによる発症にも関与しています。つまり、様々な病気の治療のターゲットになりうることを意味します。
〇Piezoタンパク質には様々な働きがありますが、他にも類似のタンパク質の存在が知られており、それらの構造と機能の関係が研究されています。視覚、臭覚、味覚は同じ7回膜貫通型のイオンチャンネルがセンサータンパク質でした。聴覚と触覚のセンサータンパク質が解明されたことで5感すべてのセンサーがイオンチャンネルであることがわかりました。
〇現在、膜貫通型レセプターを含め、多くのGPCR（GTP protein coupling receptor）が知られています。今回紹介した5感のレセプター以外にもアドレナリン、ドーパミン、GABA、ムスカリン、ケモカインなどが該当します。そして、これらのレセプター間で複合体形成がおこることや、その結果としてリガンド結合能の変化、シグナル伝達の変化、細胞内移動の変化など直接、間接的な作用が見いだされています。
〇さて、分子の話はちょっと一休み。なかなか微生物の世界に行きませんが、もうすこし、生物の身近な防衛策にお付き合いください。最初の計画では、この小論では取り上げないつもりでしたが、生体防衛と銘打ったらやっぱり無視するわけにはいかないでしょう。簡単にまとめておきたいと思います。
+++ 見えにくくする防衛策 +++
擬態は昆虫の防衛戦略としてよく知られています。木の枝や、葉っぱなどにそっくりな姿・形をした昆虫は小学生向けの図鑑に欠かせません。自然界の芸術品です。ただ、色の場合は人間の感じる色（3色）と、ねずみなどの哺乳類（2色）、鳥など（4色）では少し違うでしょう。
擬態には大別して２通りあります。１つは生活圏にたくさんある物のそっくりさんになって自分を見つけにくくする方法、もう１つは危険な虫などに化ける方法です。原っぱにいるバッタは緑色、川原にいるバッタは茶色など、色彩を似せる単純な方法もこの一種です。ハチは自分が毒を持っていることをアピールし、派手な色彩になっています。また、目玉模様を見せ、大きな動物が潜んでいるように見せる方法もあります。
捕食者も擬態を使います。単純に事物に似せて隠れる場合、光で引き寄せるアンコウ、臭いでハエを引き寄せる食虫植物など、枚挙にいとまがありません。お互いに、狐と狸の化かし合いというところでしょうか。
分子の世界でも「擬態」があります。デコイ（decoy、鴨猟のときに使う囮のこと）、ミミック（mimic、物まね、擬態）と呼ばれます。詳しくは微生物の世界で紹介します。
+++ 昆虫は極端な偏食である +++
アゲハチョウの幼虫はミカンの仲間の葉しか食べません。ところが、よく似たキアゲハはニンジンやセリの葉を食べ、ミカンには見向きもしません。カイコの幼虫はクワの葉だけです。植物を食べる昆虫の多くは、ごく限られた植物しか利用できません。
進化を考えて見ますと、最初は昆虫が植物を食べたでしょう。植物は色々な化学物質を体内にためて昆虫を寄せ付けなくしました。しかし、その化学物質も食べられるように進化した昆虫は、今度はその化学物質を目当てに食べにやってきます。昆虫に見られる極端な偏食は２億年に及ぶ食物関係の結果です。
特別な植物の利用や環境への適応といった昆虫の性質は、昆虫自身の性質、すなわち、昆虫の遺伝子に書き込まれた情報に基づいていると考えるのが常識的です。ところが、アブラムシの偏食は、体内に存在する共生細菌によって決まっていました。アブラムシはブフネラという共生細菌を必ず保有しており、必須アミノ酸などの供給をうけています。
〇食物連鎖ネットワークの中では、昆虫と植物の特殊な関係のように、ひとつの種に食べ物や生殖を依存する戦略は種としての生き残りのための防衛策としては得策ではありません。
〇もし、餌を食い尽くすような進化が生じたとすれば、その種はかえって自らを滅ぼします。突然変異や社会環境の変化から生まれた病原性の強い感染微生物も、やがて、感染する宿主に優しく、独力の弱い微生物に置き換わっていきます。生態系の他種との複雑な関係を破壊する種は生き残ることはできないでしょう。
〇今回の例は五感とは関係しませんが、代表的な防衛方法です。敵は物理的な力で攻撃してきます。体が硬ければ多少の攻撃に対して致命的なダメージを受けず、逃げることができるでしょう。
+++ 骨はコラーゲンの中に分泌されたリン酸カルシウム塩である +++
脊椎動物の骨は軟骨の中に造られます。軟骨の主成分はコラーゲン繊維です。コラーゲン繊維は生物の多細胞化のときに誕生しました。原始の脊椎動物の体表は厚いコラーゲン繊維で覆われていたことでしょう。骨は骨細胞がコラーゲン繊維の束の中に分泌するリン酸カルシウムの結晶です。
最初の骨は外骨格として誕生しました。皮膚のコラーゲン繊維の中に分泌されて鎧のように体を覆いました。炭酸カルシウムの殻を持つ貝と同じです。貝の殻は現在も立派に機能していますが、リン酸カルシウムの殻は進化とともに退化しました。現在では頭蓋骨にその名残があります。
進化の過程で、内骨格が発達しました。背骨のように神経組織を守る骨。肋骨のように内臓組織を守る骨。そして、運動のための四肢の骨があります。カメの甲羅は肋骨です。背骨は椎骨が連なってできています。脊椎動物の体は椎骨が基本単位である体節に対応して作られます。四肢の骨は基本構造から付加した形で誕生し、発達しました。
+++ 甲殻類の殻は炭酸カルシウムであるが、貝殻より軽量で弾力性がある +++
カニやエビ等の甲殻類の殻を構成しているのは、糖であるキチンとタンパク質、そして炭酸カルシウムです。炭酸カルシウムは貝殻の主成分ですが、甲殻類の殻は糖やタンパク質との複合材料になっているため、より軽量で弾力性があります。昆虫の殻は同じ複合材料ですが炭酸カルシウムは少なく、タンパク質が増えています。
骨がコラーゲン・タンパク質の繊維でリン酸カルシウムの結晶を成形したのに対し、節足動物の殻は糖とタンパク質の繊維で炭酸カルシウムの結晶を成形しました。そのほか、生物が作る殻（骨格）の材料には珪酸があります。ガラスです。珪酸の殻を持つのは放散虫や珪藻ですが、珪藻は中生代白亜紀以降に出現した新しい生物です。
外骨格の欠点は重さ、成長の枷になること、そして呼吸が難しくなることです。外骨格を持つ生物の大きさは空気中の酸素濃度に依存するようです。重い外骨格を運ぶには大量のエネルギー、すなわち食べ物と酸素、が必要なためです。
昆虫は軽い複合材料を使うことで重さの問題を解決し、空を飛べるようになりました。呼吸では空気をできるだけ体内に取り込むために、腹部を蛇腹式の外骨格にしました。蛇腹を伸び縮みさせることで積極的に体内に空気を取り込みます。したがって、呼吸器（気門）は腹部にあります。
成長する時は殻を脱ぐ必要があります。脱皮の前後は動きも制限され、一番攻撃されやすい時です。カニは重金属などの有害物質は殻に集めておいて、脱皮する時、一緒に捨てるようです。重金属は内骨格である骨にも蓄積しやすい。内骨格を持つ生物は骨は捨てられませんね。
〇内骨格を持つ動物はうろこ（魚、爬虫類）、羽毛（鳥）、毛皮（哺乳類）で体の表面を補強しています。中にはたくさんの針（ヤマアラシやハリネズミ）や甲羅（亀）を持つものもいます。皮膚が変化した爪や蹄も攻撃と防御を兼ね備えた装置です。
〇そもそも内骨格が有利なのは、外骨格に比べて関節の自由度が大きく、高い運動性能が達成できたためでしょう。防御の点からは早く走ること、空を飛ぶこと、地中に潜ることなどが考えられます。アナウサギは巣穴の中にお尻を外に向けて踏ん張り、巣穴に栓をしてしまうそうです。厚めの皮膚を持っていれば、噛み付こうにも噛み付けず、狭いためにつめも有効に使えず、ウサギを引っ張り出すことができません。これだけでも防御戦術として有効です。
○わかりやすい身近な例を通じて生体防衛の方法を概説してきました。感染微生物の話に入る前に防衛の基本をまとめましょう。
+++ 身を守る６つの方法 +++
まず、監視が必要です。監視は24時間休みなく働き、危険の接近を感知します。休むことなく働く聴覚、臭覚などがこれに相当するでしょう。体の内部でも危険の種類に対応したセンサーやレセプターがあります。
危険が迫っていることが感知されたら、危険の本質について知る必要があります。敵についてより具体的な情報を集め、敵の正体を知る（同定する）必要があります。それによって、施す防衛策が決まります。同定するためには主に視覚が使われます。
具体的な防衛策は、戦う、逃げる、隠れるが基本です。戦う（追い払う）には物理的な方法（打撃など）や化学的な方法（毒など）が使われます。逃げる場合は高度な運動能力がある生物に限られます。逃げるときに化学的な補助手段を使うことがあります。くさい臭いを放つ（昆虫やスカンクなど）、煙幕を張る（イカや蛸）などです。隠れる場合は物理的に隠れる（物陰や穴の中など）ほかに、模倣や擬態によって隠れます。
防衛策全体の補助手段として、鎧も有効です。敵の攻撃のダメージを和らげ、致命傷を負う確率を減らします。
以上、監視、同定、戦う、逃げる、隠れる、鎧の6つの方法にまとめてみました。これらを統合するのが中枢神経系です。
+++ 敵は脳が判断する +++
私たちは自分を脅かすものに対して怒りや恐れの感情を抱きます。そこで勝てると判断したときには怒りが強くなって戦いを選び、負けそうだと感じたときには恐れが先にたって逃げることを選択します。戦うか逃げるかの判断は脳が行います。すなわち、個体の生存を図るための脳システムの活動が怒りや恐れの感情として表出します。脳を持つすべての動物が示す基本行動です。
行動を引き起こすときに脳の中を調べる方法の代表的な装置がFunctional MRIです。脳の中の血液流量を高い空間分解能で検出し、行動に伴って活性化している部分を同定します。最近ではテレビ番組でもよく紹介されます。
恐怖やパニックを感じる部分を検索した結果、中脳の水道周囲灰白質にありました。この部分は恐怖で興奮し、戦うか、逃げるかの行動を選択します。この部分が興奮しないように改造する、この部分だけを麻痺させるような薬を使えば、恐怖を覚えない戦士を作り出すことができます。
+++ 神経機能をコントロールする +++
戦争では敵の兵士を効率的に殺すための兵器が求められます。20世紀では神経毒ガスなどが兵器として開発され、また、実戦でも用いられました。
しかし、化学兵器は空気中に拡散しやすいので、広範囲に展開する敵の兵士を殺したり、無力化するにはちょっと無理があります。化学兵器を積んだミサイルも同様です。むしろ、狭い建物などの中で使う、もしくは少人数に対応するように、使用方法が変化しているのではないでしょうか。警察で使う催涙ガスや、地下鉄サリン事件、ロシア軍が劇場に立てこもったチェチェンテロリストを殲滅するために使用した？ガスなどが好例です。
現代ではさらに一歩進んだ使い方、すなわち、兵士たちの集中力を高めるために薬物を使用するそうです。現代の神経科学からすれば、恐怖心や苦痛、疲労を抑え、攻撃性を高めるような薬物を開発することが可能です。近い将来、精神科治療薬として登場することでしょう。
また、帰国した兵士が心的外傷後ストレス障害（PTSD）で社会復帰できない問題も重要です。薬物によって罪悪感を取り除かれ、記憶の選択的消去によってPTSDを治療することが模索されています。これは犯罪の犠牲者、自然災害の犠牲者に対しても望まれています。
○生物の防衛本能は脳が司ります。脳の機能にまで踏み込むと際限がなくなりますので、この話題はこの辺でおしまい。
○五感の他に、脳に意識されずに働くセンサーがあります。それはもっぱら体内の外敵を見張ります。
+++ 免疫システムは体内への侵入者を監視する +++
脊椎動物では分子に対するセンサーが、環境の分子を絶えず捉えています。免疫システムです。免疫システムは腸管で食物、その消化物、腸内の細菌群を常に監視しています。皮膚では傷による環境物質の侵入を、鼻や口、生殖器などの粘膜でも付着した細菌類を監視しています。
基本的なセンサー分子（専門的には受容体、receptorと呼びます）は昆虫にもあるtoll- like receptor（TLR）と呼ばれる分子群です。細菌やウイルスの基本的な分子構造に反応します。生まれながらに備わったセンサーです。TLRのほかにもたくさんのレセプターがあり、感染微生物の特徴的な構造に反応して防衛反応を惹起します。
一方で、多様な外界の分子構造に対応するために、膨大な種類のセンサーを作り出す仕組みがあります。抗原レセプターです。環境には無数の異物（抗原と呼びます）が存在しますから、それら全部を個別に認識するためには無数の遺伝子を維持管理する必要があり、それは生物にとって経済的に大きな負担です。しかし、哺乳類では数十から数百の小さな遺伝子をランダムに組み合わせることで、この問題を解決しています。３つもしくは２つの断片を組み合わせてレセプター遺伝子を作り、結合できる分子構造の種類を事実上、無限大としています。
+++ 自然免疫 +++
免疫は主に細菌やウイルスなどの感染微生物の侵入に対する防衛策です。感染微生物がやってくると、まずは自然免疫で対処します。侵入直後から働く殺菌性液体成分は様々な分子があります。抗菌性ペプチド（デフェンシン）や抗菌性酵素（リゾチーム）が有名です。これらの分子は粘膜の細胞で構成的に作られ、分泌されています。いわば、化学的な鎧です。ここまでの殺菌は秒〜分のオーダーで起こります。
組織に感染微生物が侵入すると、そこにいる細胞が応答します。サイトカイン・ケモカインのシグナルを出してマクロファージや好中球を呼び寄せます。ウイルスが感染した細胞は自ら犠牲になる（自殺する、アポトーシスを起こす）ことでウイルスの増殖を抑えます。
局所におけるTLRを介したケモカイン・サイトカインによる自然免疫系細胞の活性化は時間〜日のオーダーで起こります。好中球やマクロファージなどの食細胞をたくさん呼び寄せ、感染微生物を食べます（貪食作用）。このとき、感染微生物を効率良く貪食するために、レクチン経路や補体系第２経路などで標識をつけます（オプソニン化）。また、食細胞は殺菌性のタンパク質などを分泌し、撒き散らします。これら一連の機構が少なくとも侵入５日までには必須です。ここまでの免疫反応を自然免疫と呼びます。
感染微生物の一部を取り込んだ樹状細胞やマクロファージは近くのリンパ節に移動してそこで、T、Bリンパ球に感染微生物由来の分子を提示して、ジャストフィットする抗原レセプターを持ったT、Bリンパ球を活性化して獲得免疫システムを発動します。
+++ 自然免疫をオーガナイズする獲得免疫 +++
自然免疫が活躍している間に、抗原レセプターを持ったT、Bリンパ球が駆けつけます。感染微生物にジャストフィットする抗原レセプターを持ったT、B細胞が活躍します。抗原レセプターを使ったT、B細胞の反応は感染微生物に特異的で間違いがありません。B細胞が作り出す抗体（B細胞の抗原レセプター）は自然免疫を動員して感染微生物に総攻撃をかけます。T細胞の働きなどの詳細はこの後の章で解説しましょう。
獲得免疫が発動するまでに少なくとも週のオーダーがかかります。活躍したT、B細胞は、感染微生物が退治された後、大部分が排除されます。必要のない軍隊は平和なときには縮小されます。しかし、一部のT、B細胞は眠りにつきます。一度、戦った実績のあるT、B細胞は次の侵入に備え、体内を循環することになります。これを免疫記憶と呼びます。免疫記憶は獲得免疫の大きな長所です。2度目の進入に際して、細胞はすぐに反応し、抗原特異的に獲得免疫を発動します。
○本メルマガでは、五感とは独立した免疫系を感覚器＋防衛システムとして捉えて解説しようと考えています。今までの五感の解説は準備運動です。特に、生体側の防衛システムと、そこに食い込もうとする感染微生物との駆け引きを中心にまとめます。最近の分子生物学の成果を中心としますので、かなり専門的な内容がありますが、できるだけ、明快に（細かなことは省いて）解説しようと思います。とはいうものの、最低限度の専門用語は避けられません。専門用語はウェブ・データへのキュー（検索語）と考えてください。
○次回からは実際に感染微生物の立場になって口から侵入してみましょう。
○まずは、下痢を起こす大腸菌の立場になって人間の体に侵入してみましょう。もともと大腸菌はその名のとおり、大腸にはたくさん生息しています。と言っても大腸の中ではマイナーな菌ですが。環境中にも生息していて、例えば、海水浴場の清浄度の基準として、環境指標のひとつとして大腸菌数が使われます。大腸菌は口から侵入して大腸へ定着し、ウンチとともに排泄されます。大腸菌は人だけに住んでいるのではありません。様々な哺乳類や鳥類の腸に生息しています。
○すべての大腸菌が下痢を起こすわけではありません。大腸菌の中でも特殊能力、たとえば、毒素を生産する能力や細胞内に侵入する能力を持った大腸菌が下痢を起こします。
+++ 口の中のバリア +++
口腔には56種ほどの細菌が住んでいます。この数は16S RNA遺伝子の調査から求められた平均値で、個人差や測定方法による違いがあると思います。細菌は互いに競争し、増殖を阻害し、また時には助け合っていますので、菌叢（きんそう）を形成していると呼ばれます。口腔内常在細菌叢です。中には虫歯の原因となる Streptococcus mutans、歯周病の原因となる Porphyromonas gingibalis、 Prevotella intermedia などがいます。菌の名前は舌をかみそうなものが多いのですが、まあ、名前だと思って素通りしてください。興味がある方は、虫歯はミュータンス、歯周病はジンジバリスと記憶してください。ちなみに大腸菌は Escherichia coli です。虫歯や歯周病は口腔内常在細菌叢のバランス（力関係）が崩れたために起こると考えられます。口腔内常在細菌叢のバランスに影響を与えるのは口腔内に残された食物や免疫の働きです。口の中の皮膚は口腔粘膜と呼ばれます。
粘膜は体内の皮膚に相当します。体外の皮膚と違って角質化しません。口の中に限らず、様々な細菌に対するバリアであり、かつ、攻撃対象となっています。特に、口腔内は様々な食物が原型をとどめた形で通過しますから傷がつきやすい。人間の場合は加熱した食物もとりますから、軽い火傷もします。そのために、口腔粘膜は強い回復能力を持っています。
+++ 粘膜はバリアで覆われている +++
粘膜は体の中の皮膚です。口から肛門にいたる長い消化器、肺まで含む呼吸器、おしっこの出る泌尿器、女性の場合は膣から子宮にいたる生殖器などが粘膜です。粘膜の総面積は皮膚面積の200倍以上になるという計算もあります。この大部分が小腸、大腸です。
粘膜は粘液に覆われています。粘液はぬるぬるした分泌液で、粘液細胞が分泌します。粘液の中には微生物の感染を阻止する物質がたくさん含まれています。
まず、主成分のムチン。ムチンはセリン、トレオニンというアミノ酸を主成分としたコアタンパク質にたくさんの糖鎖が結合した巨大タンパク質です。粘液中のぬるぬるの成分です。ムチンは微生物に絡み付いて、粘膜表面の細胞に近づけません。さらに、粘膜細胞が繊毛運動によって外に向かう粘液の流れを作っているので、粘液に絡まった微生物は外に排出されます。
細菌をターゲットとした消化酵素であるリゾチーム。大量に分泌されていて、細菌の外膜を破壊して殺菌作用を示します。特に涙に多く含まれています。最近の注目株は抗菌性ペプチドであるデフェンシンです。細菌の膜に取り付いて穴を開け、膜を破壊します。その上、そのほかの免疫系の細胞に働きかけて呼び寄せたり、活性化する作用もあります。特に、小腸でパネート細胞が大量に生産していて、腸の表面を守っています。
免疫作用の要が免疫グロブリンA（IgAと略します）です。免疫系の働きでB細胞が生産する分泌型抗体です。
○口から取り込まれた大腸菌は唾液の中のリゾチームの攻撃を受けます。食物の中に潜んだ大腸菌は食物と一緒に食道へと運ばれるでしょう。よく噛んで食べれば食物の中に潜んだ菌もかなり退治することができそうです。たとえ、口腔内に大腸菌が残っても唾液や粘液と一緒に排出されるか、何とか定着しても細菌叢のなかではマイナーな存在になるようです。
細菌叢 … 粘膜や皮膚の表面に生息する最近の集団。細菌は互いに競争し、増殖を阻害し、また時には助け合っていますので、菌叢（きんそう）を形成していると呼ばれます。通常の（健康な）状態では常在細菌叢とも言います。いろいろな病気が細菌叢のバランス（力関係）が崩れたために起こると考えられ、研究が進んでいます。細菌叢のバランスを明らかにする方法はメタゲノム解析です。
〇口を通過した大腸菌は食道へと運ばれます。食道では口で咀嚼され残った形を保ったままの食物が通過します。食道粘膜は、多少、傷ついてもいいように、細胞が重なりあっています（重層扁平上皮）。また、食道腺からたくさんの粘液を分泌して食物の通りをスムーズにします。粘液には唾液と同じく抗菌タンパク質が含まれますから、大腸菌はここでも危険にさらされます。食道は蠕動運動によって食物を胃に送り込みます。
〇食道の下部では、細い静脈の網が発達しています。肝硬変などで肝臓への血流が悪くなると、血液が迂回してきます（門脈圧亢進）。血管に負担がかかり、変形して破れやすい状況（食道静脈瘤）になります。病気が進行するとちょっとしたショックで破れ、血液が食道にあふれて大量に吐血することになります。余談でした。
+++ 内なる皮膚、粘膜 +++
粘膜は上皮細胞の層とその裏打ち構造としての粘膜固有層があります。消化器は管ですから、粘膜はいわば管の内側にあり、上皮細胞がその表面です。上皮細胞は最前線で傷つきやすいために常に新しく作られています。
例えば腸粘膜では、粘膜にある窪み、皺や襞（陰窩：いんか）の底に幹細胞があり、常に分裂していて、上皮細胞を供給します。粘膜上皮細胞は更新も早く、数日で常に入れ替わっています。上皮細胞は細胞分裂で誕生したところから襞などの天辺まで移動すると、寿命を迎えます。絨毛の頂上では役目を終えた粘膜上皮細胞が自殺（アポトーシス）して、粘膜下にいる食細胞（マクロファージ）に食べられて内側から処理されます。
食道の説明で出てきた重層扁平上皮は口腔、咽頭、食道、肛門、膣の表面を覆っています。いずれも幹細胞は粘膜固有層の上にあって、細胞分裂のたびに上（表面）へと移動して、最後には剥がれ落ちます。このようなライフサイクルは皮膚で見られますが、皮膚では外側が角質化し、より強度が増した構造です。
粘膜固有層はコラーゲンなどの繊維を主成分とする弾力性にとんだ層です。繊維を分泌する細胞が主体ですが、免疫細胞が粘膜固有層に常在していて（駐在さんのよう）、異常がないかを見張っています。
+++ 胃が自己消化しない理由 +++
小学生クイズに出てきそうな話題です。胃そのものは蛋白質でできていますが、pH1〜2の強酸性の酸や蛋白質を分解する酵素ペプシンなどを産生しています。重要な防御因子として働くのが胃粘液です。胃粘膜には胃小窩と呼ばれる窪みがたくさんあり、その壁から胃粘液が分泌されます。ペプシンでは消化されない多糖類が主成分になります。胃小窩の底には胃腺が開口しています。この分泌腺からは塩酸と消化酵素のペプシノゲン（胃の中で活性化してペプシンになる）が分泌されます。塩酸は壁細胞(旁細胞)と呼ばれる特殊な細胞が分泌します。
+++ ピロリ菌 +++
胃の中の極端な環境下でも生存している菌がいます。有名なのはピロリ菌です。ピロリ菌が感染している胃では粘膜上皮細胞が不揃いになり粘膜固有層には好中球が侵入しています。これがひどくなると、慢性の胃潰瘍、そして胃がんへ進行します。ピロリ菌は菌体表面のアドヘジン蛋白質（定着因子）を使って胃粘膜上皮細胞にくっついています。ピロリ菌は酸性環境下で生存できるわけではありません。ピロリ菌は、ウレアーゼ酵素を分泌して胃液中の尿素を分解してアルカリ性のアンモニアを作り出し、酸を中和しています。ピロリ菌はそのほかにもいくつかの毒素タンパク質（VacA，CagAなど）を産生し、生活に適するように胃粘膜を荒らします。
○大腸菌にとって、胃は最大の難所でしょう。胃は強い酸性環境下で強力なタンパク質分解酵素により、食物と一緒に細菌やウイルスを消化・分解します。食道と違って、胃では強い蠕動運動により長時間、混合されますから、生存できる確率は低くなります。数は圧倒的に少なくなりますが、それでも、なお25種類ほどの菌が定着しています。大量の食物が入ると胃酸は中和され、菌もある程度は腸へと送られていきます。どのくらい？ 数は研究者によっていろいろ意見が異なるようです。
○大腸菌はいままで受身で通過してきました。いよいよ名前の由来の腸です。腸は十二指腸、小腸、大腸とあります。ここで大腸菌は定着します。通常の大腸菌は大腸に達して定着します。大腸に達すると、流れが速くなりますので、それを大腸菌は感知するようです。大腸菌は腸内細菌全体の中から見ればマイナーです。まずは、腸内細菌の世界を簡単に説明しましょう。
+++ 上皮細胞を傷つけない菌は定着を許される +++
腸内に限らず、哺乳類の粘膜や皮膚にはたくさんの菌が棲息しています。菌があまりいないのは、胃や膣、尿道です。菌がいるのに防御反応が起こらないのはなぜでしょうか。菌を検出していないか、いても無視しているのでしょう。菌ではありませんが、消化管の中は大量の食物、すなわち、タンパク質や多糖類などが通ります。タンパク質や多糖類は注射すれば免疫反応を起こす物質です。これらに対しても反応しません。
腸管上皮細胞の中には M 細胞とよばれる特殊な細胞が少数存在します。 M 細胞は摂取した食物由来の高分子や細菌・ウイルスなどの微生物を積極的に取り込み、基底膜側から排出して粘膜下の免疫担当細胞に供給することで、免疫応答に参加しています。また、腸管をはじめとする粘膜からは免疫グロブリンである IgA が多量に分泌され、病原微生物や腸内常在菌（腸内フローラ）の数の制御や体内への侵入防止に働いています。 M 細胞には IgA に対する受容体があり、 IgA と結合した抗原のトランスサイトーシス（取り込み）を促進しています。つまり、認識はしているようなのですが、積極的に攻撃していません。
食物に対して、積極的に攻撃する（＝免疫反応が起きると）と食物アレルギーになります。
+++ 腸管の細菌叢は宿主に貢献している +++
腸内細菌を活性化するために、悪玉菌を押さえ、善玉菌を育成する・・・おなかに優しい健康食品のキャッチフレーズです。実際のところ、腸内細菌は人間の消化器官では消化しきれない有機物を栄養として、人間にビタミンなどの栄養分を提供します。また、病原菌の活動を抑制し、毒性の強い薬物や発癌物質を浄化する潜在能力も期待されています。善玉腸内細菌を製剤にしたものをプロバイオティクス、善玉腸内細菌を増やす効果が期待されるサプルメントをプレバイオティクスと呼びます。
腸内細菌を持たない無菌マウスが人工的に作り出され、実験動物として研究されています。少しでも環境に菌がいると腸内に棲みつくので、クリーンルームで微生物を厳密に管理した環境下で飼育されます。無菌マウスは粘膜上皮の生育回転が遅く、傷が治りにくい。また、腸内の免疫系が未発達です。そのため、病原菌の侵入には弱いと考えられます。そのほか、心臓が小さいとか、行動が活発である（落ち着きがない？）などの細菌叢を持ったマウスとの違いが報告されています。
+++ 高度な獲得免疫系が腸内細菌の存在をコントロールする +++
免疫現象は1度感染した病原菌に2度目に感染したときは症状が軽くなることから発見されました。免疫現象の根本は記憶です。記憶する仕組みは無限の多様性を持つ抗原レセプターを生み出す仕組みと原理が同じです。このような高度な免疫系は脊椎動物の誕生とともに進化の舞台に登場しました。病原菌と無毒の菌とを識別することができるようになったため、複雑な細菌集団を体内（腸の中は実は体表）に取り込み、功利的に利用するしくみに進化したのではないでしょうか。人間では2000種類以上の微生物がコミュニティを作っていると言われます。
無脊椎動物にも腸がありますが、多分10種類程度しか腸内に細菌がいません。免疫系は病原菌が侵入しない程度にあればよく（自然免疫、12を参照）、主に物理的なバリア等で防いでいます。無脊椎動物のゲノム解析の成果から、自然免疫で働く抗原レセプターは数百種類存在し、それは哺乳類の10倍以上あることが明らかになりました。無脊椎動物にとって、細菌は共生する相手ではなくむしろ餌であり、細菌は無脊椎動物を避けるように進化しているようです。
○大腸菌は腸内で平和に生活できそうですが、しかし、時々病気を起こします。次はそんな大腸菌を見てみましょう。
○大腸菌は人間、マウスと並んでもっとも詳細に研究されている生物です。バイオテクノロジーの研究に良く用いられているK12株は1922年にスタンフォード大学で回復期にあるジフテリアの患者から分離されました。1946年にF因子による遺伝子の転移を起こす現象が見つかってから、大腸菌K12株は遺伝学、分子生物学のモデル生物となりました。
+++ 大腸菌の遺伝子 +++
大腸菌K12株の遺伝子は約4200ありますが、実験室で培養液を使って増やす場合、そのうちの半分しか使いません。つまり、半分あれば増殖ができるわけです。残りの半分は何のためにあるのでしょうか。現在の仮説では多様な環境下に適応するための遺伝子であると考えられています。 培養液中の環境は栄養が豊かで敵がいません。それに対して、自然界で菌が経験する環境にはどんなものがあるでしょうか。生物体内、清浄な環境（栄養分がない）、捕食者の多い環境。低温、高温、乾燥状態、塩分の多い海水、少ない淡水などです。いままでの細菌学は実験室内での分離培養に力点が置かれていたため、これらの遺伝子の存在自体がわかっていませんでした。
+++ 細菌は最も単純な細胞生物である +++
生物は遺伝子を持つ物質です。最小の生物はウイルスですが、細胞ではありません。細胞でないとは代謝ができないことを意味します。代謝ができる最小の生物はマイコプラスマなどの細胞内寄生細菌です。細胞内に侵入し、取り付いた細胞から栄養分を横取りして増えます。
自然界で自立して生きる細胞生物で最小なのが細菌です。自立して生きるという定義が難しいのですが、培養可能であると、操作的に定義することができます。ただし、自然界に生きる細菌のほとんどは培養方法が判っていません。
+++ 大腸菌にもいろいろある +++
自然界に棲息する大腸菌はO抗原によって分類されています。大阪府堺市で大規模な感染を引き起こしたO157は有名です。O157の堺株の遺伝子数は5300と、K12株より1000個以上余分に遺伝子を持っています。その一部が病気を引き起こす遺伝子と考えられます。大腸菌と一口に言いますが、ゲノムは多種多様で、様々な個性を持った大腸菌がいます。
さらに、今まで大腸菌と分類されてきた細菌のゲノムを解析してみると、かなり異なりますので、今までの分類方法でよかったのかという疑問が出てきました。細菌の分類は、大雑把には形ですが、細かい部分は糖の代謝活性など、少数の遺伝子の機能を利用していました。そこで、腸内に棲息する桿菌（細長い菌）は、ゲノムの似ている菌、遺伝子の転移が起こる菌として一括りにしようとしています。大腸菌の仲間にはサルモネラ菌や赤痢菌が入りそうです。
+++ 細胞内の生体高分子の分子数 +++
生体内成分の重量の70%は水分子です。大腸菌細胞を例に取ると、水の分子数は約400億。重量比で次に多いのはタンパク質です。遺伝子から推定すると約4000種類ありますが、細胞内には総数800万分子ほどあります。すべての種類のタンパク質が常時作られているわけではなく、環境や細胞の状態によって数や種類が変動します。次は核酸。DNAは１種類（ゲノム）で分子数1個。栄養状態がよいと細胞分裂が追いつかず、一時的に2分子持つこともあります。プラスミドDNAを数種類、数〜数十分子持つことがあります。 RNAは3000分子ほど。大部分が３種類のリボソームRNAと50種類ほどのtRNAです。残りは遺伝情報のコピーであるmRNAですが、環境や細胞の状態によって数や種類が変動します。mRNAはリボソームでタンパク質を合成する指令図になります。そのほか、糖、脂質、低分子の有機物、無機イオンが含まれます。
○もう少し、大腸菌の体の仕組みについて説明しておきましょう。大腸菌が腸内で生活していく様子、腸からの攻撃に耐える様子、逆に、腸の細胞を攻撃する様子を分子レベルで理解するためには、大腸菌の体の仕組みについて基礎知識が必要です。
〇大腸菌の体は細胞1個からなります。単なる袋ですが、生きるための様々な装置が働いています。その装置は分子機械。生体防衛と関係する構造を整理しておきましょう。
+++ 細菌は単袋の生物である +++
大腸菌の外側は細胞膜があり、内側（大腸菌内部）と外側を分けています。細胞膜はタンパク質と脂質からできた袋です。袋の中は濃い水溶液です。遺伝子の本体であるDNAと、その複製を管理する一群のタンパク質があります。遺伝子の情報を読み取り、タンパク質を作る転写装置（mRNAをつくる）、翻訳装置（リボゾームが中心）があります。できたタンパク質によって、細胞膜を介して環境を感知し、低分子の栄養分を取り込み、代謝することで生命活動に必要なエネルギーを得ます。機能しなくなったタンパク質や核酸を分解し、余分な老廃物を細胞膜から捨てます。
〇この仕組みは動物体内の細胞と概念的には同じですが、装置の質が異なります。過酷な外界で生きる大腸菌。細胞膜の周りには丈夫な細胞壁があります。
+++ 細菌の細胞壁にはたくさんの輸送タンパク質がある +++
細菌は栄養分を摂取したり、老廃物を捨てたりしますから、細胞壁には輸送タンパク質があります。小さな分子を運ぶ装置はチャンネル、トランスポーターと呼ばれるタンパク質が担当します。細菌は同じような性能で性質が少しずつ異なる似た遺伝子（パラログ）を何セットが持っています。細菌が遭遇する様々な環境下でセットを切り替えて機能を失わないようにする戦略です。
+++ 細菌の細胞壁には接着因子がある +++
生体内に生息している細菌は細胞に取り付くために接着因子を持っています。定着因子、付着因子とも言います。大腸菌ではP線毛（P pili, 単数形はpilus）が接着因子で、細胞側の糖鎖のひとつに結合します。グラム陽性菌でも細胞壁にある表層タンパク質を介して接着します。接着因子は病気を起こす因子として研究されています。
+++ 細菌が物質を放出する装置 +++
タンパク質などの大きな分子を輸送するためには大きな穴が必要です。数種類のタンパク質を組合せて細胞膜から細胞壁を貫通する輸送システムを形成します。代表的なタイプI〜IV（現在ではさらに追加されています）を簡単にまとめます。
○宿主に病気を起こす大腸菌は細胞壁の表面で働く装置を持っています。免疫細胞はこの装置を認識して攻撃し、それに対して大腸菌も策を弄します。次回は病原性大腸菌を見てみましょう。
○では大腸菌と免疫細胞とのバトルに移りましょう。まずは、武器を持った大腸菌、病原性大腸菌からはじめましょう。病原性大腸菌については感染症研究所をはじめ、地方自治体の衛生研究所のホームページに病気や予防法について解説があります。
+++ 腸管病原性大腸菌（EPEC)はくっつく +++
腸管病原性大腸菌（enteropathogenic E.coli、略してEPEC）は最初に見つかりました。EPECはしっかりと小腸上皮細胞に接着し、細胞表面にある栄養を吸収する微絨毛を壊して下痢を起こします。EPECは、巧妙にも、タイプIII分泌装置を通して上皮細胞にタンパク質を送り込み、お膳立てをした上にEPECタンパク質（線毛）で細胞に接着するのです。そのためにEPECは細胞の骨格であるアクチンの重合を操作します。
タイプIII分泌装置：運動タンパク質であるフラジェリンの分泌機構です。注射器の形をしています。最近では病原性菌がこの分泌装置を利用して、動物細胞に直接タンパク質を注入することが分かってきました。
+++ 腸管組織侵入性大腸菌（EIEC）は細胞に入り込む +++
腸管組織侵入性大腸菌（enteroinvasive E.coli、略してEIEC）は腸管の粘膜組織中に侵入します。EIECは、赤痢菌によく似ていて、大腸上皮細胞の中に侵入し、増殖しながら周囲の細胞にも広がり、大腸や直腸に潰瘍性の炎症（タダレ）を起こします。侵入後に細胞内を動き回り、隣の細胞へ侵入する仕組みなども持っています。侵入に必要なタンパク質などのタンパク質はいずれもタイプIII分泌装置を通して上皮細胞内へ注入されます。細胞の中に入ることでEIECは免疫系から攻撃から逃れます。
+++ 腸管毒素原性大腸菌（ETEC）は毒素を分泌する +++
腸管毒素原性大腸菌（enterotoxigenic E.coli、略してETEC）は易熱性エンテロトキシン（heat‐labile enterotoxin、LT）、耐熱性エンテロトキシン（heat‐stable enterotoxin、ST）の両方、またはいずれか一方を産生して細胞のバリアを破壊し、体液を漏れやすくして下痢を引き起こします。ETECはEPECと同様に粘膜上皮細胞に付着するための仕組みを持っています。
+++ 腸管出血性大腸菌（EHEC）は血液が混じった下痢を起こす +++
腸管出血性大腸菌（enterohemorrhagic E.coli、略してEHEC）はベロ毒素（verotoxin)という強い毒素を生産して粘膜細胞からその下の血管まで破壊します。別名VTEC（Verotoxin- producing E.coli）ベロ毒素は赤痢菌の志賀毒素に似ていることから、STEC(Sigatoxin- producing E.coli)とも呼ばれています。ベロ毒素は血管に入り込むと腎臓を傷害することがあり、溶血性尿毒症症候群（EHEC感染に続いて起こる腎臓障害や中枢神経症状）を起こすことがあります。堺市で発生した大規模な食中毒事件で分離されたO157型の堺株が有名です。
+++ 下痢を起こす大腸菌は特殊なタンパク質（病原性因子）を生産する +++
４つの病原性大腸菌を紹介しましたが、いずれの病原性大腸菌も腸上皮細胞に接着し、タイプIII分泌装置を使って細胞内にタンパク質を注入して細胞の機能を乗っ取り、毒素を生産して細胞を破壊することで、下痢を起こします。それぞれ、使っているタンパク質とその組合せが違うために様々な症状を起こします。現在、大腸菌による食中毒の調査では、大腸菌を分離し、どの病原遺伝子を持っているかをPCR法（遺伝子特異的なDNA増幅方法）などで調べて分類しています。
〇これらの毒素はもともとすべての大腸菌が持っているわけではありません。プラスミドや溶原性ファージなどの大腸菌の間を転移できるような遺伝因子（動く遺伝子）によって通常の大腸菌に持ち込まれるようです。EIECは赤痢菌と同様の病原性プラスミドを持っていて、引き起こす症状もよく似ていいます。
○腸の環境は温度も一定で、内容物は大腸菌が利用しやすい大きさまで分解された有機物のスープでもあります。同じように、細胞の中の細胞質も利用しやすいスープを含んでいます。腸の細胞自体は消化酵素から身を守るために粘液を分泌して自分の体を覆います。大腸菌自身も外膜はタンパク分解酵素の影響を受けにくい構造をしています。通常の大腸菌は大腸の細菌叢でほかの微生物と相互作用しながら生活しているわけですが、たまに宿主の腸の上皮組織を破壊する病原性大腸菌が取り込まれ、病気を起こすわけです。なぜ病原性大腸菌が存在するのかは不明です。
○大腸菌に限らず、細菌が粘膜表面に生存に最適な環境を作るにはどうしたらよいでしょうか。手っ取り早い方法は毒素をばら撒いて、宿主側の細胞、特に免疫細胞を機能不全にすればよいわけです。今回はその毒素の話です。
+++ 細菌毒素は酵素である +++
細胞は無数の高分子からなる精密でかつ融通のきく複合体です。病原性大腸菌は数個のタンパク質を使って機能不全にするわけですから、いろいろと工夫が必要です。例えていえば、大きな柱時計を砂粒で止めるようでしょう。機械式時計を小さな砂粒で動かなくするには砂粒を正確に歯車の歯と歯の間に送り込まなければなりません。同じように、細胞の重要な機能を止めるために、ピンポイントで効果的に働くよう細菌毒素は小さな体に様々な工夫が込められています。基本は酵素であること。触媒作用によって細胞側の機能を担うたくさんのタンパク質を狂わせます。
○代表例として、コレラ毒素を挙げましょう。毒素原性大腸菌の代表的な毒素、易熱性エンテロトキシン（LT）も同じ種類の毒素です。ターゲットは情報伝達を担うGタンパク質です。よく研究されている毒素の１つです。コレラ毒素の作用を専門的に書くと次のようになります。
+++ コレラ毒素のターゲットはGタンパク質である +++
コレラ毒素は毒素としての活性を持つAサブユニット（Active サブユニット）1個と、細胞との結合活性を持つBサブユニット（Bindingサブユニット）5個から構成されます。
分泌された毒素はBサブユニットで細胞に結合します。細胞への入り口はよくわかっていません。細胞質には小胞体という細胞の膜構造からSec61運搬複合体（レトロトランスロコン）を介して入り込みます。小胞体には分泌タンパク質の輸送経路の逆経路を通ってくるようです。逆経路は出来損ないタンパク質の処理経路ですので、コレラ毒素は出来損ないタンパク質に変装している（と設計されている）ようです。
Aサブユニットは、細胞内で分解されてA1とA2の2つのサブユニットになります。A1サブユニットは、細胞内のNADをニコチンアミドとADPリボースに分解し、そのADPリボースをGタンパク質であるGsのαサブユニットに結合します。
Gsタンパク質はGTPと結合して活性型となり、負の調節を受けるとGTPがGDPに分解されて非活性型となります。ADPリボースが結合したGsタンパク質はGTPがGDPに分解されることがなく、すなわち、常に活性化された状態になります。
その結果、このGsタンパク質と結合し、Gsタンパク質が調節しているアデニル酸シクラーゼが活性化されつづけます。この酵素が作り出す情報分子cAMPの濃度が上昇したままの状態になります。小腸上皮細胞内でcAMP濃度が上昇すると、細胞のイオンチャネルを開放して、細胞内から水と電解質が漏出しつづけます。細胞から大量の水が腸管内に流れ出ることで便が緩くなり、水様性下痢になります。
ポイントの1つめは、毒素の本体は酵素であることです。化学反応を触媒してもそれ自身は変化しません。何らかの原因で壊れるまで働き続けることになります。
ポイントの2つめは、コレラ毒素は細胞の調節機能の上部に作用することです。細胞内にコレラ毒素が数分子入ると、次々とGsタンパク質にADPリボースをくっつけます。材料のNADは補酵素で、細胞内にふんだんにあります。Gsタンパク質の変化はアデニル酸シクラーゼに伝わり、これも酵素ですから、次々とcAMPを作り出します。材料であるATPは細胞内にふんだんにあります。なだれ式に拡大した反応により、数十万のイオンチャンネルが開きっぱなしになります。
コレラ菌は大腸菌とは違う菌です。小腸の粘膜に作用して、大量の水を含んだ白っぽい下痢を起こします。腸の粘膜では強い炎症が起き、吸収に必要な繊毛が破壊されます。コレラ菌は海や川で棲息していますが、コレラ菌が付着した魚介類を食べると体に入り込みます。人間の中で増え、下水を通って川に戻ります。コレラ菌は粘膜を破壊せずに、水分を大量に分泌させます。腸に入っている物がコレラ菌も含めて洗い流されることになります。外に流されたコレラ菌は次のターゲットを探します。
○コレラ菌は細胞内の酵素反応を知っていて毒素の作用を設計したように見えます。類似の毒素も同じです。次回は侵入経路がわかっている毒素の侵入の仕方を紹介しましょう。
〇AB型毒素は様々な細菌が持っています。その菌の名前を付けて呼ばれます。ジフテリア毒素、ボツリヌス神経毒素、炭素菌毒素、赤痢菌毒素（志賀毒素、ベロ毒素）など。これらの毒素は食作用を利用して細胞に入り込みます。
〇前回のおさらいになりますが、Aサブユニットは酵素で、毒素の本体です。Bサブユニットは細胞に送り込む乗り物として働きます。Bサブユニットの数は5つとは限りません。Bサブユニットは細胞表面の決まった分子（レセプターと呼ばれます）に結合します。レセプターのない細胞は毒素の影響を受けません。毒素は細胞の食作用を利用して中に入ります。
+++ 食作用を利用する +++
細胞が細胞膜をくぼませてレセプターとその結合物を取り込むと、細胞内に球体ができます。エンドゾームと呼ばれます。エンドソームは胃と同じで、中が酸性になります。消化酵素はリソゾームが運んできます。Bサブユニットはリソゾームが来る前に構造変化を起こしてエンドゾームの膜に入り込み、穴を開けます。Bサブユニットは酸性になると働くように設計されているのです。その穴を通してAサブユニットが細胞質へ入ります。このとき、細胞の持つHSP90タンパク質とチオレドキシン還元酵素が働きます。両者とも変性タンパク質に結合するタンパク質です。
〇標的はGタンパク質などで、細胞のイオンチャンネルの機能などを失わせます。コレラ毒素は水の保持機能を失わせて水様性の下痢を引き起こします。腸管毒素原性大腸菌の持つLTも同様です。
〇一方、腸管出血性大腸菌の持つ志賀毒素は細胞を殺します。腸管の表面は破壊され、出血性の下痢が起きます。毒素は腸管の粘膜だけでなく、その下の組織まで破壊します。大腸菌は血管まで到着すると、血流にのって全身に感染を広げます。志賀毒素は腎臓の細胞も破壊して腎不全を引き起こします。
○大腸菌は、口、食道、胃と通過して、腸に入ってきました。現在、小腸、大腸のどちらかです。どちらで病気を起こすのかは大腸菌の種類、もう少し具体的に言うと、大腸菌の持っている付着用タンパク質と分泌毒素によります。
〇毒素をばらまくと腸内環境が変化します。腸内細菌叢で他の菌と競合するストレスの緩和になるかもしれません。同時に大腸菌に対する免疫細胞脳攻撃を弱めることができます。もう一つ、粘膜組織を破壊するとより多くの栄養分を得ることができます。この辺が大腸菌にとっての利点でしょうか。毒素には腸毒素（エンテロトキシン）のほか、細胞骨格を標的とする毒素、サイトトキシン（細胞膜に穴を開ける）、神経毒素があります。
○次回からは体の防御体制の解説に移ります。免疫系の対大腸菌戦略の前線は腸の粘膜です。
○大腸菌が腸にたどり着くまで通過してきた消化器官にも、もちろん見張り役がいました。ここでは腸内の見張り役を紹介しましょう。当然のことながら、細菌による破壊行動に待ったをかけるために、免疫担当細胞が腸内の粘膜に配置されています。
+++ 小腸の構造 +++
腸内で最前線に立たされている細胞は粘膜上皮細胞です。実は口から食道、胃とずっと食物が通る管の表面を粘膜上皮細胞が覆ってきました。腸では1層の粘膜上皮細胞が最前線を覆っています。管の一番内側です。
その外側には粘膜固有層と呼ばれるコラーゲンなどの高分子量の繊維のゲルとその繊維を分泌する繊維芽細胞の厚い層があります。粘膜固有層の中には道路や鉄道に相当する血管、リンパ管が通って、細胞や栄養分、酸素、老廃物の運搬を行っています。血管、リンパ管も内皮細胞と呼ばれる専門の細胞からできている管です。
粘膜固有層の外側は平滑筋が取り巻いていて、腸の内容物を送り出す運動、蠕動運動を行います。筋肉の運動を維持するために血管、神経が張り巡らされています。
腸の管は腸間膜と呼ばれる膜で包まれ、血管は膜を通って門脈へとつながり、肝臓へと向かいます。リンパ管は集合して、心臓へと向かいます。腸間膜は長い腸へ向かって扇型に張り巡らされた膜で、腸は腸間膜を通しておなかの中の空間（腹腔）にぶら下がっています。
〇リンパ管を流れる組織液は血液の液体成分が滲みだしたものです。組織液は細胞を直接潤し、リンパ管を通って静脈へ戻ります。体の隅々から集まる組織液はリンパ管に集められ、必ずリンパ節を通過します。
+++ 小腸の免疫 +++
感染に対する防衛は免疫細胞の役目です。免疫細胞は小腸内にたくさんの駐屯地を設けています。小腸の粘膜固有層にはところどころにパイエル板と呼ばれる駐屯地があります。そこではM細胞と呼ばれる専門の細胞を介して小腸内部の物質を取り込み、免疫細胞がその物質を吟味しています。もし、危険な分子があれば免疫反応を起こすための指令が飛びます。
駐屯地には主に２種類の細胞がいます。リンパ球と樹状細胞です。リンパ球は免疫反応の実行部隊、樹状細胞は伝令です。樹状細胞は粘膜固有層やパイエル板に散らばっていて、感染微生物由来の特定のシグナルと共にタンパク質を取り込みます。取り込んだタンパク質は感染微生物の一般的なシグナルのすぐ近くにあったわけですから、感染微生物のタンパク質である可能性が高い。樹状細胞はそのタンパク質を抱えて腸間膜リンパ節に移動します。
〇リンパ節は免疫細胞の塊で、言わば体液の免疫フィルターです。パイエル板で微生物を取り込んだ樹状細胞はここで様々な免疫細胞と出会いは免疫応答を開始します。
〇リンパ球は抗原レセプターを持っています。抗原レセプターはさまざまなタンパク質（抗原）に対して反応します。1つのリンパ球は１種類の抗原レセプターを持っています。そして、体中のリンパ節を血流やリンパに乗って巡回していて、リンパ節にいる樹状細胞とコンタクトをしています。樹状細胞が示す抗原タンパク質が自身の抗原レセプターと反応すると活性化し、様々なシグナル分子を分泌し、攻撃態勢を整え、問題のある地域に向かいます。
○以上が免疫系での抗原認識の概略です。町内（腸内）の交番（パイエル版）のようですね。リンパ節は警察署といったところです。
○腸の表面は内なる外側に面しています。そこには病原菌が入り込む可能性があるわけです。でも、細菌の侵入をどうやって知るのでしょうか。腸の中の消化物を、直接、取り込んで調べてみる方法と、腸の中に触手を伸ばして、何があるか触ってみる方法があります。
+++ M細胞は免疫系のサンプリング口だが、病原体の侵入門戸でもある +++
小腸は一本の長い管ですが、胃側（十二指腸側）と大腸側ではちょっと違っています。胃側を空腸、大腸側を回腸と呼びます。回腸側には腸の粘膜上に絨毛（じゅうもう）のない粟粒大の「禿げ」が所々にあります。これをパイエル板と呼びます。このパイエル板の下には免疫細胞が集まってちょっと盛り上がっています。パイエル板の表面は小腸上皮細胞とM細胞からなる一層の膜です。M細胞は中にリンパ球を抱え込む籠の形をしています。M細胞のMはMicrofold（微小ひだ）、Membraneous（膜状の）の略と言われます。（「細胞紳士録」 藤田恒夫、牛木辰男著、岩波新書）
M細胞は腸の内容物を取り込む働きを持っています。M細胞の表面には微小ひだがあり、細胞膜には細菌がくっつきやすい。M細胞の膜の裏側にクラスリンタンパク質がくっついて、膜を包み込みます。クラスリンタンパク質は集合して3本の腕をつくり（triskelion）、その腕がくっつく形で多面体のケージを作るタンパク質です。多面体は6角形、5角形が組み合わさってできた立体で、サッカーボールの模様に例えられます。クラスリンタンパク質がくっつくごとに膜が引っ張られて窪んで行き、そのくぼみに腸の内容物や膜にくっついた細菌をそのまま取り込みます。クラスリンタンパク質の籠が完成するときには膜は細胞膜から千切れて、細胞内に浮かんだ「泡」（小胞）になります。
一般に、エンドサイトーシス小胞と呼ばれる細胞膜の「泡」です。小胞には行き先を示すタンパク質がくっついています。クラスリンタンパク質だけで小胞形成を説明しましたが、たくさんのタンパク質が働く複雑なプロセスです。細胞の代表的な機能ですから、今後も何度が登場します。
M細胞では腸内側から、リンパ球を抱え込んでいる大きなくぼみ側に行きます。内容物の出し方は包み込み方の逆です。小胞に包まれた物体や分子はM細胞を通過するだけで、加工されませんので、トランスサイトーシスと呼ばれます。
M細胞が運んだ物質は体内に入りますが、そこで待ち受けていた免疫細胞がチェックをします。危ないやつに対しては厳しい免疫反応を起こし、攻撃しますし、また、指令を発して免疫体制を整備します。
ところが、病原微生物にはトランスサイトーシスを利用して体内に侵入するものがあります。細菌がM細胞にくっつきやすいのは動物側がくっつきやすい分子を監視のために準備しているのか、細菌側が侵入するために接着分子を進化させたのか。両者の利益が微妙に合致したのでしょう。
+++ 樹状細胞は粘膜上皮細胞の間から触手を伸ばす +++
樹状細胞は、文字どおり細胞膜の突起を木の枝のように伸ばしている細胞です。もともと、生体の組織から取り出し、試験管内で培養すると短い突起を伸ばしてシャーレに張り付く細胞として名前がつきました。組織の中でもヒトデのように周りの細胞の隙間に足を伸ばしています。この細胞は異物を食べる能力に長けていて（前述のM細胞の同じ仕組みで取り込む）、異物を食べると活性化してリンパ液の流れに乗ってリンパ節に移動します。そこで、食べた異物を免疫細胞に見せる（提示する）。免疫応答の開始です。
樹状細胞は全身の臓器にいます。小腸にもいます。小腸の粘膜上皮細胞のすぐ裏にもいて、その樹状細胞は粘膜上皮細胞の間から足を伸ばして、小腸内のバクテリアを直接、取り込みます。バクテリアのサンプリングです。この樹状細胞はここに待機するためのタンパク質CX3CRを発現しており、小腸粘膜上皮はこの樹状細胞を呼ぶためにCX3CRと結合するCX3CLを生産しています（Science, 307, pp254-258, 2005）。サンプリングした樹状細胞は近くのリンパ節に向かうはずですが、パイエル板下の駐屯地にいくかもしれませんし、最近では粘膜固有層でリンパ球を直接活性化するという報告もあります。
○免疫担当細胞は取り込んだ腸内容物を「触って」調べます。危ない奴はどうやって見分けるのでしょうか。次回は予め用意されている危ない奴に対するレセプターの紹介です。
〇と、その前に細胞の世界へ招待しましょう。大きさについておおよそのイメージがないと話が理解しにくいと思います。20で大腸菌の体について数字で説明しましたが、似たようなお話です。
〇細胞レベルの現象を理解するために、まず、頭に入れておかなければならないことは、細胞は見ることも聞くこともできないということです。教科書や解説本を見ると免疫細胞はあたかも近くにいる細菌を発見し、攻撃するように書かれています。しかし、細胞は手探りで周りを探ることしかできません。すべての反応が分子と分子のコンタクトです。分子と分子の相互作用以外の応答はありません。また、細胞は意思がない自動ロボットのような存在です。外界の状態が分子の表面として入力されると決まった形で応答します。その結果、細菌を排除することができるのです。
ここ30年の現代の免疫学は、様々な種類の分子とその分子を認識するタンパク質の発見の歴史であり、この努力は今も続いています。特定の分子間の相互作用が細胞にもたらす効果が明らかになっています。
細菌を認識するためには特別な表面を持ったタンパク質を利用します。また、免疫担当細胞が協力し合うのも特別なタンパク質で触るか、シグナル分子を放出して、近くの細胞がそれを受け取ることでしか成立しません。
現代免疫学を理解するには外から来る分子（抗原、微生物由来の物質、免疫系の連絡分子など）と細胞側のレセプターをセットで記憶する必要があります。さらに、細胞の機能はどんなレセプターを細胞表面に持っているかによって決まりますから、細胞の種類とレセプターをセットで記憶する必要があります。
免疫学の研究では免疫担当細胞を分離して、細胞が持つ外界を探索し、認識するためのタンパク質分子のセットを調べます。専門家は各々のタンパク質分子の性質を理解し、いつ細胞表面に出てくるか、もしくは細胞のどこで働くかを理解します。実験で仮説を証明するためには、各々のタンパク質分子を測定する技術を開発し、駆使する必要があります。免疫細胞を分離・培養し、生産・分泌されるタンパク質を調査します。細胞と細胞が結合して共同作用を行うときに働くタンパク質分子を調べます。特異的な抗体を使って、そのタンパク質分子の働きを抑えると何が起こるかを調べます。
分子の数は数千に及びますので、くどくならない限り、逐一、説明することにしましょう。
○おさらいの2つ目は大きさの確認です。ミクロの世界はなかなかイメージとして掴みにくいものです。人体を構成する大部分の細胞の大きさは100分の1ミリ程度です。目には見えません。大腸菌などの菌の大きさは細胞の10分の1程度です。体積にすると 1000分の1くらいになります。細胞の皮膚に相当するのは細胞膜です。細胞膜の厚さは細胞の約1000分の1です。センサータンパク質の大きさは細胞膜の厚さの1-3倍程度です。また、細胞膜の厚さは水の分子の約30倍です。
長さの単位で整理しましょう。普通の定規の一番小さな目盛は 1mmです。その1000分の1が1ミクロンです。その1000分の1が1nm（ナノメートル）です。その10分の1が1Å（オングストローム）です。原子や簡単な分子（水や酸素）は数Åの大きさです。タンパク質や細胞膜の厚さは1〜10nm（10-100Å）です。タンパク質は小さなもので簡単な分子が 100個ほど集まった大きさです。細胞の大きさは10ミクロンで、細菌は1ミクロン（1000nm）程度です。ウイルスは細胞の外にいるときはタンパク質と核酸がコンパクトに集合した複合体になっており、20〜200nmです。大きなウイルスは細胞膜を加工して被って出てきます。
もうちょっと追加しましょう。指を見てください。指紋の幅は約 1mmです。その畝の上には汗を出すエクリック腺が開口しています。孔の直径は畝の10分の1程度（100nm）です。普段は閉じていますが、見えますか？ 孔の壁は数個の細胞からできています。孔の開口部は数個の細胞が取り巻いているわけです。
細胞の形は化学の本に書いてあるようなさいころ型ではなく、その性質によって様々な形をしています。小腸粘膜上皮細胞は１つ１つは円柱状で、集合してシート状になっています。たくさんのクレヨンを束ねたようなイメージです。コレラ菌や大腸菌はその上にくっついたゴマ程度の大きさです。桿菌（細長い菌）なので、折れたシャープペンシルの芯のイメージでしょうか。
〇解説を書いていると、対象がタンパク質になったり、細胞内小器官になったり、細胞だったり、細胞の集合体である組織になったり、使う虫メガネが変化します。慣れないと混乱して理解不能になると思います。できるだけ、イメージ豊かに解説したいものです。あまりイメージを膨らませると細胞を擬人化する表現になってしまいます。冒頭に書いた表現になってしまうのです。
〇腸内で最前線に立たされている粘膜上皮細胞は、物理的にも、生理的にもたくさんの仕事をこなします。まずは栄養の吸収。表面にたくさん伸ばした微絨毛（びじゅうもう）の根元から吸収します。ちなみに、小腸の内側は絨毛（じゅうもう）と呼ばれる襞（ひだ）になっています。絨毛の表面を粘膜上皮細胞が隙間なく覆います。粘膜上皮細胞はお互いにスクラムを組んでいて、水分子の一個さえも通しません。分子のやり取りは粘膜上皮細胞のトランスサイトーシスを介することになります。
+++ 粘膜で働く抗体IgA +++
栄養分の流れと逆に、腸管内に送り込まれる抗体分子があります。送り出される抗体はIgA（イムノグロブリンA、Immunoglobulin A）というサブタイプです。2つの分子が分泌の目印でもあるSサブユニットと結合しています。抗体は「Y」の形で模式化されることが多いですが、IgAは Yがお尻でくっついた形になります。
体の中で最も大量に作られる抗体はIgAです。毎日3-5gが生産されます。IgAは分泌型の抗体で、腸内やミルク、粘膜で分泌され、まさに体の表面で免疫防御の主役を担っています。
抗体は小腸内の危ない奴（かつてマークされた物質）に結合すると、M細胞や腸粘膜上皮細胞、樹状細胞の触手の表面にある抗体に対するレセプターに結合します。M細胞はトランスロケーションの働きで抗体ごと分子を取り込み、粘膜上皮細胞や樹状細胞は危険を知らせる信号を出します。
+++ 樹状細胞 +++
粘膜上皮細胞の隙間から手を伸ばしている樹状細胞。樹状細胞は免疫系のセンサーとして中心的な役割を担います。腸粘膜上皮細胞と同じようにTLR（詳しくは後日）をほぼフルラインナップで発現しています。
さらに、エンドサイトーシスによって様々な物質を細胞内に取り込みます。取り込まれた物質はリソゾームと呼ばれる胃袋と同じような小胞で消化されますが、一部、タンパク質の部分分解物がサンプリングされ、それをリンパ球に示すことで、そのタンパク質に特異的な強い免疫応答を引き起こします（抗原提示）。このときに、MHCタンパク質という、自分自身であるという証明書が台になります。
抗原を提示すると同時に、膜タンパク質を同時に細胞表面上に並べ、また、サイトカインを分泌してその抗原に対しての応答の仕方を指示します。
樹状細胞はM細胞の下にもリンパ球と一緒に待ち構えていて、M細胞がトランスサイトーシスしてきた腸の内容物を取り込んで、同じようにリンパ球に指示します。
+++ B細胞 +++
抗体は免疫細胞によって生産されるタンパク質です。腸では腸粘膜の下にある固有層にいるB細胞がIgA抗体を作り出します。
B細胞は巧妙な方法で細胞ごとに性質の異なる表面を持つ抗体を作り出すことができます（詳しくは後日）。抗体の結合する能力は誕生してくるB細胞によって違いますから、おそらくほとんどの物質と結合する抗体がどれかのB細胞が作っているでしょう。
○次回は重要な分子、TLRとその仲間を紹介しましょう。
○最前線で外界を監視する細胞は変化を見逃さない特別な受容体（レセプター）を持っています。その代表例であるTLRとその仲間の話。
+++ TLRは最前線で微生物由来物質の監視を行う分子 +++
粘膜上皮細胞や樹状細胞にはTLR（Toll-like receptor）がほぼフルラインナップで発現しています。TLRは人では10遺伝子あり、手分けしてウイルス、細菌や真菌の代表的な分子を認識します。いずれもウイルス、細菌、真菌にとっては重要なタンパク質であったり、糖の構造であったり、核酸であるため、おいそれと構造を変えることができず、 TLRに認識されてしまうのです。
TLRが何かを捕まえるとその信号は情報分子のリレーを介して細胞核のケモカイン、サイトカイン遺伝子を活性化します。ケモカイン、サイトカインは細胞の外で信号分子として働くタンパク質です。ケモカイン、サイトカインの信号を捕らえた免疫細胞は粘膜上皮細胞の下に集まり、異常がないかをパトロールします。中でも好中球は粘膜上皮細胞の隙間を通り抜け、腸管内へ出て行き、直接外を監視します。戻ることのないパトロールです。当然、敵（腸内細菌）と遭遇しますから、戦って死んでいきます。
〇好中球の詳細はまた後日。TLRの仲間にはNLR（NOD-like receptor）、RLR（Rig-1 like receptor）、CLR（c-type lectin receptor）があります。NLRは細胞内侵入性病原菌を認識するレセプターです。RLRは対ウイルスレセプターですので、ウイルスの章で紹介しましょう。
+++ NLRの機能 +++
孤立性リンパ濾胞（Isolated lymphoid follicles; ILF）は小腸の内壁にみられる特殊なリンパ組織です。少数のB 細胞集団から十分に組織化されたリンパ小節まで、多岐にわたります。特徴的なのは他のリンパ組織が先天的に形成されるのに対して、この濾胞は後天的に形成されると考えられることです。ILF の構成とその形成に必要な因子を調べてみると、マウスの小腸では、グラム陰性細菌由来のペプチドグリカンが必要でした。粘膜上皮細胞中で自然免疫にかかわる受容体NOD1（＝NLR）よって認識されると、ILF 形成が誘導されることがわかりました。すなわち、哺乳類で組織形成が微生物によって誘導されるという典型的な例です。細菌と宿主との積極的な「対話」が腸内病原体からの防御を効率よく行うのに必要であることを示しています（Nature 456, p507, 2008）。形成されたILF は、腸内細菌叢の構成を制御し、侵入病原体から宿主を守るのにかかわっています。
○TLRとNLRの研究は多くの研究者がTLRタンパク質の研究をテーマにしています。TLRの機能を明らかにした阪大の審良静男先生は2006, 2007年に世界で最も論文が引用された研究者として日本でも話題になりました。
+++ TLRの起源 +++
ウニのゲノムの全塩基配列が決定されてみると、ウニにはTLR 遺伝子が222個も見つかりました（Science 314, pp952-956, 2006）。人では10個、マウスでは13個しかありません。そのほかに、細胞質内でTLRと同じようにウイルス、細菌、真菌の特徴的な構造を見分けるタンパク質であるNLR遺伝子を、これまた200以上持っていました。NLRの全貌はまだ明らかになっていませんが、人では20個ほど見つかっています。
TLRやNLRは基本的な免疫応答分子ですから、高度な免疫レセプターを持たない無脊椎動物ではたくさん取り揃えて多様な外界の病原微生物と戦っていると推測されます。TLRやNLR（最近ではRLR、CLRも同じ仲間に取り込まれつつあります）の使い方やそのレパートリーが生体防衛の観点から興味深いところです。
○最前線で見張っている細胞の細胞膜上にはTLRタンパク質がセンサーとして発現しています。人間のTLRは10種類あります。TLR1〜10と番号がつけられています。TLRタンパク質はどんな分子と結合するのでしょうか。説明は次回。
○今回は細菌の表層タンパク質や糖を認識するTLRを紹介します。通常は細菌の体の説明をしてからTLRを説明しますが、ここでは逆にTLRを先に説明します。実は、TLRが何に結合するかはすべて分かっているわけではなく、現在でも新たなターゲットが見つかっています。
+++ 細菌の鎧を検出するTLR +++
TLR1と6はそれぞれがTLR2と複合体を作って、リポタンパク質とペプチドグリカンに結合します。TLR4はリポ多糖に結合します。TLR10もリポ多糖と結合するようですが、ターゲットはよくわかっていません。主要な結合成分はリポ（脂質）部分です。リポタンパク質もリポ多糖も細胞壁の構成成分です。
○核酸はすべての生物が持つ遺伝物質です。DNAとRNAがあります。細菌から人間まで細胞を基本とする生物は遺伝情報をDNAとしてストックし（ゲノム）、子孫へ伝達します。RNAは遺伝情報を具体的な分子として利用するために部品として利用されます。
〇RNAをゲノムとして持つのはウイルスだけです。RNAに保存された遺伝情報が機能するためにもRNAを中心とした翻訳経路が使われます。
+++ 細菌のDNAを検出するTLR +++
細菌のDNAを認識するのはTLR9で、メチル化されていないCpG配列を認識します。実際にはCpGを中心としたいくつかの塩基を認識します。細菌のDNAが細菌の外に漏れ出るのは細菌が死んだときだけです。細菌のDNAは細胞によって食べられ、そこでTLR9と結合します。TLR9が活性化することで免疫反応が始まります。
人間の遺伝情報にあるCpG配列はCがメチル化されています。メチル化するための酵素が備わっています。DNAは全生物共通ですからそこまでして、DNAを区別しないといけません。
+++ ウイルスRNAを検出するTLR +++
TLR3、7、8はRNAを認識します。
TLR3は二重鎖RNAと結合します。生物界でDNAは通常、二重鎖で存在しますが、二重鎖RNAはそれほど存在しません。二重鎖RNAをゲノムとしてもつウイルスがいますが、種類が少ない。そのほかに、RNA自体が折れ曲がって分子内で部分的に二重鎖を作る場合。RNAウイルスがゲノムを複製する中間産物としてできる場合。二重鎖RNAが単独に存在する場合、なにか異常なことが起こっていると考えてもよいでしょう。
TLR7、8は一本鎖RNAを認識します。認識する配列、構造についてはよくわかっていません。TLR7はインフルエンザウイルスのRNAを認識することで発見され、一躍脚光を浴びました。
+++ 細菌の運動タンパク質を検出するTLR +++
TLR5はフラジェリンを認識します。フラジェリンはグラム陰性菌の持つ運動器官、鞭毛の構成タンパク質です。菌の体長の数倍にもなる長い繊維で、螺旋形をしています。菌の外側についているためか、免疫系のターゲットになりやすいタンパク質です。
○TLRは細胞表面に発現します。すなわち、細胞の外にある物質を認識します。核酸自体は細胞の中にありますから外にむき出しになっていることはありません。TLR3、7、8、9が核酸を認識するときは細胞などが壊れたときで、何らかの破壊活動が行われていると考えられます。
〇前回、説明したように無脊椎動物ではたくさんのTLRを持っています。つまり、さまざまな外敵を認識するためにたくさんのTLRを持つことになったと考えられます。しかし、細菌やウイルスは多細胞生物より速く進化（変化）します。すべてTLRで対応するには遺伝子をたくさん持たなくてはならず、その維持にかなりのエネルギーを割くことになります。
〇次回は細菌の体について説明しましょう。
〇細菌の体を作っている分子をTLRが検出する観点からまとめておきましょう。
+++ 細菌は糖を主成分としたカプセルに包まれている +++
細胞は脂質からなる膜が外界との境界です。脂質は油ですから、いかにも柔らかそうです。細菌細胞の外側はむき出しの自然そのままですから、柔らかな脂肪の膜だけでは生き延びることができません。通常は糖を主成分とするカプセル（細胞壁、外膜）を作って補強しています。
細菌の細胞壁は多糖とタンパク質の複合体です。菌の表面は糖の高分子ポリマーでおおわれています。糖のポリマーの代表例はコンニャクや寒天です。水に浮いた油の膜よりは硬そうです。タンパク質のポリマーの代表例はコラーゲンです。豚足や筋をイメージしてもらえば、その硬さが少し想像できます。豚足も筋も多糖とタンパク質の複合体です。硬い多糖とタンパク質の複合体の代表例は木材で、セルロースとリグニンの複合体です。
+++ グラム染色+++
細菌は細胞壁の構造から2種類に分けられます。構造の違いはグラム染色で簡単に区別するができます。グラム染色でよく染まる細胞壁はタイコ酸やリポタイコ酸というリン酸を含む多糖と糖とペプチドの複合体である厚いペプチドグリカンからなります。グラム陽性菌と呼びます。染まらない細胞壁はリポ多糖と脂質、リポタンパク質が形作る外膜と、その内側の比較的薄いペプチドグリカン層からなります。グラム陰性菌と呼びます。大腸菌はグラム陰性菌です。
+++ 鞭毛はナノモータである +++
鞭毛は25種類のタンパク質からなる運動器官です。非常に精緻に作られており、現代版の神の存在証明、インテリジェント・デザインに使われたほどです。鞭毛のモーター部分は細胞膜に埋まった土台であり、そこから鞭毛の主な構成タンパク質であるフラジェリンはタイプIII分泌装置で外へ送り出され、つみあがって線維となります。
+++ 細菌も泳ぐ +++
鞭毛を持った細菌は鞭毛を回転させて泳ぐことができます。鞭毛は当然、細胞壁の外側にあり、鞭毛を回すタンパク質複合体は細胞膜に土台をもっていて、細胞壁から突き出ています。サルモネラ菌、大腸菌、チフス菌、ビブリオ菌が有名です。ちょっと変わったところではスピロヘータという体全体が螺旋形をした細菌で、鞭毛を中心に体を巻きつけています。鞭毛を回す運動が体を回し、効率よく粘液などの液体中を泳ぐ推進力になっています。
〇タンパク質は遺伝子の変化が直接、構造に反映しますから変わりやすい。言い換えると、変えやすい。しかし、脂質や糖は合成酵素の活性変化を必要とするので、そう簡単には変えることができません。下手に変化させると合成経路がめちゃくちゃになります。例外はフラジェリンタンパク質ですが、精密な構造体を作るため、やはり遺伝子が変異しにくい。TLRはそんな分子を見分けるためのセンサーです。
○TLRなどのセンサーに異物が引っ掛かると、警報が鳴ります。警報といっても音ではありません。警報として働く分子はケモカイン、サイトカインという分泌性タンパク質です。短距離では低分子の物質も働きます。
○ケモカイン、サイトカインは微生物を攻撃する兵器（免疫担当細胞）を呼び寄せます。大腸菌などの細菌に対する攻撃は好中球が中心です。
+++ 好中球 +++
好中球は骨の中心にある骨髄で誕生します。骨髄は造血組織で、赤血球や白血球などの血液細胞が作られます。好中球は白血球の一つです。好中球は血液中に出てきて数時間、体内を循環しますが、組織に入っていきます。好中球の核はソーセージのようにくびれのある不定形をしていますが、組織の細胞の間をすり抜けるのに都合が良いと考えられます。組織での寿命も短く、数日で死にます。たくさんの分泌顆粒を持っていて、そのなかに殺菌作用のあるタンパク質を準備しています。
+++ 好中球は警報に反応してやってくる +++
好中球は血液にいるときは血流に流されていますが、そのときに血管の内側の細胞にゆるく結合しながら流れます。そのために、血管の内側を転がるようにして移動します（ローリング）。血管の内側（血液が流れる側）は１層の血管内皮細胞です。結合に関与するのは内皮細胞の表面のセレクチン・タンパク質と、好中球の表面にあるシアル酸（糖タンパク質の成分です）です。
腸の粘膜上皮細胞、樹状細胞に限らず、細菌などの感染を見張っている細胞はTLRで細菌を見つけると警報分子を分泌します。ケモカインや起炎症性サイトカインと呼ばれるタンパク質です。タンパク質は組織液（細胞の周りの液）を拡散し、近くの血管に届きます。内皮細胞はケモカインや起炎症性サイトカインのシグナルを受け取ると、細胞表面（血液が流れる側）にインテグリンやICAMと呼ばれるタンパク質を発現します。
好中球はこの分子に結合するレセプタータンパク質（LFA-1、Mac-1）を持っています。血管の内側を転がってきた好中球は、その場にインテグリンやICAMに結合して止まります。そして、炎症性サイトカインを検出すると、内皮細胞の間を抜けて血管の外へ出て行きます。ごく近くに細菌が侵入していますので、好中球はサイトカインやケモカインを検出しながら細胞の間を動き回り、細菌を見つけると（オプソニン・レセプターの働きです）、細菌を食べてしまいます。
+++ 好中球は細菌を食べて消化する +++
細菌を取り込む仕組みはファゴソーム（貪食胞：貪（むさ）ぼり食う）と呼ばれます。ファゴソームは予め準備されていた分泌顆粒と融合します。小胞と小胞が融合する場合は、それぞれの脂質でできた膜がつながる（融合する）ことです。融合することによって1つの大きな小胞になり、中身が混合されます。膜融合の仕組みはウイルスのところで説明しましょう。
分泌顆粒はリゾチーム（ペプチドグリカンを分解する）やカテプシン（タンパク質を分解する）などの酵素を含み、細菌は消化されます。すなわち、細胞の胃袋です。また、呼吸バーストと呼ばれる活性酸素を作り出す酵素により、細菌のタンパク質を化学修飾して、機能を失わせます（＝失活させます）。どちらの方法でも細菌は死にます。
好中球が細菌を攻撃する分子は分泌されることもあります。特に、タンパク質分解酵素（好中球エラスターゼ）と活性酸素は細菌だけを攻撃するのではないので、好中球自身、周りの細胞も破壊します。体は好中球エラスターゼの阻害物質としてトリプシンインヒビター、活性酸素の阻害物質としてスーパーオキサイドディスムターゼ（SOD）を準備しており、自分自身の被害の拡大を防いでいます。
+++ 膿は好中球の死骸 +++
好中球は細菌を取り込んで殺しますが、相手が多すぎたり、強い炎症反応が起きた場合は、殺菌作用の強い酵素群とDNAを吐き出して好中球が自爆します。DNAは粘性の高い繊維となって細菌の動きを止め、酵素は無差別に周りの細胞を破壊します。好中球と細菌の死骸は膿になります。
○前回は大腸菌が腸の粘膜に触れると、好中球がやって来るという話をしました。大腸菌に限らず、他の腸内細菌でも同じ反応が起こります。そんなわけで、腸には絶えず好中球が屯（たむ）ろしています。腸の粘膜は粘液で覆われていて、細菌が近づけないようになっています。粘液（ムチン）以外にもデフェンシンと呼ばれる抗菌ペプチドやIgA抗体によって守られています。
〇ところで、大腸菌は攻撃手段を持っていると書きました。毒素や線毛を使って粘膜のバリアを越えて体内に侵入したときはどうなるでしょうか。
+++ 単球とその仲間たち +++
単球は血液中の白血球の一種です。30年ほど前は、組織に入って貪食作用の強いマクロファージになると考えられていました。組織のマクロファージは炎症（腫れている部分）に出現しますが、正常な組織でもマクロファージによく似た細胞があります。ランゲルハンス細胞（皮膚）とか、クッパー細胞（肝臓）とか呼ばれます。また、前線の歩哨である樹状細胞の未熟な細胞（活性化する前の細胞）も単球とよく似ています。
これらの細胞は末梢組織での見張り役です。周りにTLRに結合するものがあると、周りにあるものを食べてリンパ節に移動し、免疫反応を開始します。リンパ節は組織液をチェックする器官です。
+++ 組織液 +++
血液を試験管などに入れて置いとくと液体成分と細胞成分に分かれます。細胞成分は大部分が赤血球で、その1000分の1くらいの白血球が含まれます。血液凝固活性によって、細胞成分にはフィブリンという繊維性タンパク質が大量に絡みつき、ゲルになります（血餅）。残りの液体成分はたくさんのタンパク質を含み、血清と呼ばれます。血餅は赤く、血清は溶血がなければごく薄い黄色です。
血液凝固がおきないように採血するには、カルシウムキレート剤を注射器に入れて採血します。血球成分は遠心分離で分離することができ、赤い細胞成分と液体成分に分かれます。液体成分は血漿と呼ばれます。細胞成分は血餅と違って繊維成分を含みませんので、泥状です。血漿は血液凝固に必要な大量のタンパク質（大部分はフィブリノーゲン）を含みます。
血漿は血管から染み出して細胞を潤します。そのときに血漿に溶け込んだ栄養分や酸素が運ばれます。細胞の活動の結果、できた二酸化炭素や老廃物も運びます。血管から出ると組織液と呼ばれます。組織液はリンパ管に入り、最終的に静脈に戻ります。
〇血管は体の隅々まで張り巡らされ、その血管から組織液が滲みだします。組織液は必ずリンパ節を通って血管に戻ります。いわば、全身の組織は組織液でいつも洗われています。そのごみ取り装置がリンパ節です。
+++ リンパ節 +++
リンパ管のところどころには関所があり、リンパ節と呼ばれます。そこでは組織液の中の「危険」成分が検査されます。たいていの分子は組織液（リンパ液）の流れに乗ってリンパ節に運ばれます。そこで樹状細胞などのチェックを受けます。また、腸などの末端の組織に駐屯している樹状細胞や皮膚などに駐屯しているランゲルハンス細胞などは、異分子を取り込むと組織液の流れに乗ってリンパ節へ移動します。そこで異分子の情報を免疫システムに提示します。
〇病原体が体内に侵入すると、組織液で運ばれ、リンパ節に運ばれます。リンパ節は免疫細胞の塊です。異物の侵入は免疫細胞によって処理されます。大量の異物が運び込まれると大量のリンパ球が集まります（腫れます）。リンパ節は病原菌をろ過して体を感染から守る大切な装置です。
〇リンパ節で「ろ過された」リンパ液は次々と太いリンパ管へと流れていき、胸管に集合して大静脈へと合流します。そこで血液成分に戻ります。リンパ管には逆流防止のための弁がついています。
〇組織液には細菌を見張り、攻撃するタンパク質が溶け込んでいます。よく研究されているのは抗体と補体と呼ばれるタンパク質です。抗体は免疫の特徴である記憶と特異性を象徴するタンパク質分子なので、今までにもちょっとずつ登場しています。そのほかに、レクチンと呼ばれる糖に結合するタンパク質や、感染時などにサイトカインによって生産指令が出される急性期タンパク質があります。
+++ 組織液には細菌に目印をつけるタンパク質がある +++
抗体は細菌などに結合して免疫細胞が見つけるための目印になります。つまり、抗体分子が結合した物体を免疫系の細胞やタンパク質システムは攻撃するのです。補体は共有結合（化学反応）で細菌などに結合します。これまでにIgAが登場しました。一方、免疫細胞には補体や抗体を認識するレセプターがあります。前回登場した好中球もレセプターを持った代表的な細胞です。
まずは、好中球。細菌（抗原）に結合した抗体を抗体レセプターで認識して、準備してあった分泌顆粒から様々な攻撃物質を放出します。たとえば、活性酸素は細菌表面の分子を酸化して壊します。また、消化酵素などを放出してタンパク質や脂質を分解して細菌を破壊します。
単球やマクロファージは抗体が結合した物体を食べます。細胞膜を対象に合わせて変形して包み込み、ファゴソームと呼ばれる小胞として取り込みます。ファゴソームに消化酵素の詰まったリソゾームを融合させて、消化酵素で分解します。
抗体依存性キラー細胞（antibody dependent cytotoxic cells, ADCC）は細胞を対象として働きます。細菌の中でも細胞に潜り込んで増えるものがいますので、細菌が侵入した感染細胞を殺します。抗体レセプターで感染細胞を認識すると好中球のような酵素や細胞膜に穴をあけるタンパク質を放出して相手を細胞を破壊し、殺します。
〇活性酸素や酵素は細菌だけを攻撃するわけではありません。大量に放出されると周りの自分の細胞も痛みます。しかし、抗体とレセプターでがっちり補足された細菌が最も被害が大きいわけです。
細菌に抗体が結合しただけでは細菌を殺すことはできません。細菌を排除するには免疫細胞からの攻撃が不可欠です。
〇補体の働きはちょっと複雑ですので、次回説明しましょう。また、抗体はあらゆる分子に対して結合できるよう、準備されます。その話には特別な酵素が出てきますのでウイルスの章で解説します。
○今回は免疫系の武器その２です。
+++ 補体 +++
補体は組織液中に含まれる細菌、細胞の処刑人です。補体にはC1〜9のタンパク質があります。補体反応はC1〜9のタンパク質が順番に関与し、最終的にはC9タンパク質からなる巨大な穴を細胞膜に開けます。細胞（細菌）は穴から構成成分が流れ出して死んでしまいます。
基本部分はC3bからC5〜C9です。補体タンパク質C3は常にゆっくりと分解して、反応性の高いC3b を作っています。組織液や血液中ではC3bはすぐに分解されますが、近くに菌体などがあると結合します。すると分解を受けなくなるので、他の因子と複合体を作って、タンパク質分解酵素になります。C3b複合体は補体C5を分解して、処刑実行タンパク質C5〜C9の反応を開始します。C3bが結合した膜に穴を開けます。さらに、C3b複合体はC3を分解してC3bを作り出し、ポジティブフィードバック経路が成立します。
+++ 補体と抗体の共同作業 +++
抗体が結合した膜には補体タンパク質C1が結合します。抗体が抗原と結合している場合の微妙な構造変化がC1の結合の引き金になります。C1も構造変化を起こして（活性化して）C2とC4を分解してC4b2a複合体（C4bとC2a。残りのC4aは別の機能があります。C2bは捨てられる？）を作り出します。C4b2a複合体はC3分解酵素です。C4b2a複合体はC3bを切り出し、C4b2a3bとなって、C5を分解して、その場に処刑装置（C5〜C9）を作ります。
+++ 無脊椎動物ではレクチンが中心 +++
抗体は脊椎動物が作り出した攻撃用分子です。無脊椎動物はレクチンという細胞表面にある糖鎖に結合する分子を使います。代表的なものは細菌の表面にあるマンノースに結合するMBL経路（MBL+MASP1,2）です。他にもフィコリン+MASP1,2 経路があり、他の糖を認識します。実はC1はC1q、C1r、C1sからなり、MBLとフィコリンはC1qタンパク質とよく似た構造を持つタンパク質で、MASP1.2はC1r、C1s と相同です。C1と同様にC2とC4を分解し、補体反応をスタートします。おそらく、こちらの方が進化的には先にできたのでしょう。
+++ 補体は味方の目印を知っている +++
補体は強力な処刑人です。もし、間違って自分の細胞に結合するとその細胞も破壊してしまいます。しかし、細胞膜上にはC5〜C9タンパク質の活動を阻止する阻害タンパク質があるために、自分の細胞が殺されることはありません。
補体は細菌などのほかの生物の細胞だけを攻撃します。その制御メカニズムは短命の反応性タンパク質、それが結合した表面でのみ起こる複合体酵素形成、短命の反応性タンパク質を分解する体液中、細胞膜上のタンパク質から成り立っています。つまり、反応を局所に限定し、そして味方には合言葉を与えて攻撃を免れるようにしているわけです。合言葉を知らない（阻害タンパク質がない）細胞は補体によって無差別に殺されます。
○いままでに免疫細胞の攻撃として、好中球が攻撃したり、抗体の目印に対して白血球が食べて消化したり、補体が細胞膜に穴をあけたりすることを説明してきました。このうち、好中球の武器である活性酸素について説明を追加しておきましょう。
+++ 活性酸素を作るのはNoxとMPO +++
好中球は2つの酵素によって活性酸素を作り出します。NADPH oxidase (Nox)とmyeloperoxidase (MPO)です。2つの酵素は好中球の分泌顆粒にストックされ、外敵を察知すると外に放出して攻撃します。
Noxは膜タンパク質で6種類のタンパク質の複合体です。活性酸素を作り出すのは膜の外側にあるチトクローム部分です。活性酸素は、例えば、SOD (superoxide dismutase)によって過酸化水素に変換され、様々な反応を起こします。生体内では活性酸素をベースに様々なフリーラジカルが作られますが、それぞれの寿命は短いので、すべてが解析されているわけではありません。MPOは2種類4個のタンパク質の複合体で、ヘムを持ち、過酸化水素から反応性の強い次亜塩素酸を作り出します。
+++ フリーラジカル +++
分子は原子がそれぞれの持つ電子を１つずつ共有して結合を作ります。共有結合といいます。電子がペアになっている時が安定です。放射線などで無理やり原子を引き離すと共有結合が切れ、対になっていた2個の電子はそれぞれの原子に引き離されます。
対を作る相手が無い電子を持った分子もしくは原子をフリーラジカルといいます。フリーラジカルは不安定で、周りの分子と反応して電子のペアを作って安定します。すなわち、周りの物質と化学反応を起こし、くっつきます。また、物質の共有結合と置き換わって、切断します。生物の体を作る分子にフリーラジカルが反応すると性質が変わり、もしくは機能が失われます。大量のフリーラジカルを浴びると生物は分子レベルで壊れて死んでしまいます。
+++ 活性酸素による障害 +++
活性酸素は細胞膜と反応すると過酸化脂質を作り、細胞の機能を障害します。タンパク質と反応するとタンパク質の変性（構造を乱す、機能や活性を失わせる）がおこり、ひいては細胞や組織の機能が低下します。
過酸化脂質や変性タンパク質は血流で運ばれて肝臓で処理されたり、マクロファージが食べたりして処分されますが、必ずしもうまく処分されるわけではありません。年をとったマウスの脳や肝臓には、若いマウスの数倍の過酸化脂質が蓄積されています。人間でも同じようなデータがあり、老化現象の原因の1つとされています。
〇活性酸素は細菌だけでなく、自分の体も攻撃しますので、健康食品のコマーシャルでは悪者のように扱われます。しかし、実際には細菌感染から身を守るという大切な働きがあります。家庭で使われる漂白剤も原理は活性酸素です。塩素系（次亜塩素酸）と酸素系（過酸化水素水など）があります。
○大腸菌に対する防御で、最後に解説するのはデフェンシンです。単なる抗菌ペプチドのひとつと考えられていましたが、意外とその活躍の場は広いのでした。また、進化的にも興味深いペプチドです。
+++ デフェンシンの基本モチーフ +++
デフェンシンは粘膜で生産される抗菌ペプチドです。粘液の主要成分であるムチンを生産するパネート細胞からα型が大量生産されますし、他の粘膜上皮細胞でもβ型が生産されます。α型、β型ともに十数個のサブタイプがあり、たくさんの遺伝子があります。
デフェンシンは細菌の細胞膜に結合して穴を開けます。基本骨格はγ 型をしています。βシート状のアミノ酸鎖が折れ曲がって、交差する中央部分はシステインを介したジスルフィド結合によるピン止めがあります。両端（上とヘアピンカーブ）にプラスの電荷を持ち、細胞膜のマイナス電荷（リン脂質のリン酸基）によく結合します。疎水性のアミノ酸を持っていて細胞膜にもぐりこみ、穴を開ける性質があります。デフェンシンを生産する細胞や粘膜上皮細胞ではデフェンシンの作用をうまくブロックする仕組みがあるでしょう。
デフェンシン以外に抗菌ペプチドがありますが、おなじ構造上の特徴があります（Nature Rev. Microbiol., 5, 727-740, 2007）。興味深いことに、立体構造で調べると、γ型の抗菌ペプチドは昆虫や植物にもたくさん見つかり、しかもカビや細菌にもあります。生物の進化の過程で防御ペプチドとして古い歴史があり、活用されてきた（現在でも活用されています）と予想されます。
+++ デフェンシンは伝令物質としても働く +++
デフェンシンは前線で働くだけでなく、免疫細胞にも作用して、活性を調節する多機能ペプチドであることも分かってきました。
デフェンシンのレセプターは十分には解析されていませんが、7回膜貫通型Gタンパク質レセプターファミリーを介して作用します（Cell Mol Life Sci. 58, 978-89, 2001）。7回膜貫通型Gタンパク質レセプターファミリーは長い名前ですが、最近ではGPCR（G protein coupling receptor）という名前が定着してきたようです。このレセプターファミリーはヒトゲノムの中で最大のファミリーで、2000あまりのメンバーがあります。その多くは臭覚レセプターです。視覚レセプターも、痛みのレセプターもこのファミリーに入ります。
+++ イヌの毛色を決定する遺伝子 +++
ほとんどのほ乳類の毛色は、Melanocortin 1 receptorとこのレセプターに結合するAgoutiによって決定されます。イヌの場合はさらに3つ目の遺伝子、K遺伝子座が関与しています。K遺伝子座は黄色、黒、ぶち模様といった毛色を決定しています。その遺伝子領域の中の遺伝子を調べ、マウスを用いた遺伝子操作によりその機能を推定しました。色に関わる遺伝子はβデフェンシン103でした。デフェンシンは細菌から身体を防御する働き以外でも役割があったのです。
〇進化的に古い（＝多くの生物が持つ）デフェンシンですから、まだまだ隠れた機能がありそうです。
○口から食道、胃、小腸、大腸へと大腸菌の感染経路を辿ってきました。大腸菌の攻撃能力と免疫システムの攻撃能力について説明してきました。おさらいを兼ねて俯瞰をしておきましょう。
+++ 大腸菌の旅 +++
大腸菌はもともと少ない栄養分でも増殖することができる生物です。自然界でも単独で増え、生き残ることができます。自然界で大腸菌が遭遇する天敵（捕食者）についてはよくわかりませんが、おそらく、下等な生物全体が大腸菌を餌として狙っているでしょう。
動物の消化管の中では細菌に対して免疫系が襲いかかりますが、消化管の中は栄養分も豊富であり、粘膜上皮細胞に接近しない限り、殺される恐れはないようです。粘膜は菌を破壊するリゾチームのような分解酵素、細胞膜を壊すデフェンシンなどのペプチドが含まれていて、容易に近づけません。細菌が通過するだけなら、栄養分の乏しい外の自然界にいるより効率よく増えることができるでしょう。そして外に排泄され、次の動物に食べられるのを待ちます。
+++ 戦い +++
大腸菌が流されないように粘膜に取り付く（定着する）と、免疫系の網にかかります。粘膜上皮細胞のTLRに見つかり、細胞からサイトカインやケモカインなどのアラーム分子が放出されます。アラーム分子によって好中球が駆けつけます。好中球は時には腸管内まで出てきて大腸菌と戦います。プロテアーゼや活性酸素により大腸菌の膜はずたずたにされ、さらに、好中球やマクロファージに食べられて分子になるまで消化・分解されます。
+++ 武器を持つ大腸菌 +++
毒素などの武器を持った大腸菌の場合は大腸菌が有利です。免疫細胞を破壊するために大腸菌は毒素を放出します。毒素は細胞の細胞膜に穴を開けるタイプ（Cytolysin A）、細胞膜の構成成分であるイオンチャンネルの機能を狂わせるタイプ（ST）、細胞内に侵入して伝達系を狂わせるタイプ（LT、SLT）があります。
毒素は粘膜上皮細胞を殺し、粘液細胞の活動を止めてムチン、デフェンシンの分泌をなくします。大腸菌は活動しやすくなり、粘膜上皮細胞から大量の水分を放出させて下痢を引き起こします。大腸菌は我が物顔に増殖して下痢便と共に外界へ戻り、次の獲物を探します。
組織が破壊されると、免疫反応も激しさを増します。粘膜の厚さが数倍になるほど好中球がやってきて、大腸菌を破壊しまくります。好中球の戦いは周りの組織を巻き込む激しいものです。戦いそのものが病気の症状となります。
大腸菌が粘膜の下まで入り込むとさらに被害が拡大します。粘膜の下には血管が走っています。大腸菌が血管に達すると出血性の下痢を起こします。ひどい場合には毒素が血流に乗って全身に運ばれて腎臓など、他の臓器を破壊します。大腸菌O157による症状です。
○病気を起こすタンパク質（病原因子）の遺伝子は転移性のDNAに乗って他の細菌からやってきます。次回はその話。
〇前回の最後に、今回から細菌の武器のルーツに話題を移すと書きましたが、その前に、こちらサイドから大腸菌の感染を見ておきましょう。大腸菌は我々の体の営みを利用して効率よく増えます。我々の防衛軍はどのようになっているのでしょう。
〇人間の体内にはさまざまな細菌が住みついています。たとえば、腸内細菌。人間の腸内には約1000種類、個数にして1000兆個に上る腸内細菌がいます。人間を構成する細胞数は60兆個ですから、細胞数で言うと、1人の人間を構成する細胞の大部分が細菌ということになります。ゲノム量でも細菌ゲノムはヒトゲノムを圧倒します。ただ、細菌の総重量は約１kgですから、見た目は人間ゲノムの特徴が支配的です。
〇つまり、ちょっとばかり病原性大腸菌が侵入しても我々の体は感知することができません。消化管の内側は粘液でおおわれ、デフェンシンという抗菌物質で満たされています。唾液には細菌の細胞壁を融かすリゾチームもあり、まずは菌全体とバランスをとっています。体温も大事です。環境細菌（土壌細菌など）はせいぜい増えることができるのは30℃ですので、我々の体の中で増えることができるのは体温でも増える仕組みを持つ菌だけです。
+++ TLRからのシグナルで免疫系は働き始める +++
腸内に大腸菌が潜んでいても免疫系は感知できません。しかし、大腸菌が粘液の防衛線を突破して腸上皮細胞にとりつくと、途端に警報分子が分泌されます。上皮細胞が大腸菌を認識するのは前に説明したTLRを使うからです。警報分子、サイトカインやケモカインの解説はまた別の機会に譲りましょう。警報分子は体内に分泌され、パトロールしている好中球や単球を呼び寄せます。
単球や好中球は粘膜細胞を超えて腸管内に出ていき、へばりついている大腸菌を攻撃します。単球は付近の大腸菌の抗原を持ち帰ってBリンパ球を刺激し、IgAを分泌させます。この獲得免疫の部分もまたあとで説明しましょう。IgAは大腸菌に結合し、好中球、単球が攻撃する目印になります。
相手が強力な病原性大腸菌だと、毒素を分泌して逆襲してきます。好中球や単球は警報分子を分泌して仲間を呼び寄せます。また、毒素によって破壊された腸上皮細胞はDAMPsと呼ばれる警報分子を放出します。警報分子によってますます免疫担当細胞が呼び寄せられ、腸の粘膜は免疫担当細胞でいっぱいになり、赤く腫れます。これが炎症です。首尾よく大腸菌を排除するとTLRからの刺激がなくなりますので、免疫担当細胞の集合も終わり、粘膜の修復が始まります。
〇さて、警報分子であるサイトカインやケモカイン、DAMPsが登場しました。皆さんの中にはBリンパ球のほかにTリンパ球がいることもご存じの方も多いはず。我らが免疫防衛隊はたくさんの仕組みを備えていて、一つ壊れてもほかの仕組みで補うようにできています（冗長性）。これから少しずつ説明していきましょう。
○大腸菌も伝染病に罹ります。菌に感染するウイルスがいるのです。
+++ バクテリオファージ +++
バクテリオファージはウイルスなので、この後のウイルスのセクションで説明したいところですが、簡単に触れて起きます。バクテリオファージ（ファージ）とは細菌に感染するウイルスです。感染すると、細菌の細胞内（体内）で、遺伝子を複製し、自分の体を作って最終的に細菌を壊して出てきます。
宇宙船のような形のT4ファージが有名です。ミクロの世界の精巧な機械というイメージの写真がウェブでも見ることができます。ファージの発見は細菌を殺してしまうことがきっかけですが、その後、細菌と同居するファージがたくさんいることがわかりました。同居しているファージは細菌のゲノムの中で、あたかも細菌の遺伝子のように振舞っています。
細菌のゲノムに組み込まれたファージをプロファージ（溶原ファージとも）といます。プロファージ本体は裸のDNAですので、細菌のDNAと物質として区別できません。プロファージは細菌が増える(DNAが複製される)のと一緒に増えます。
〇プロファージは外界からの強いストレス（紫外線、薬剤等）を受けると、ファージとして目覚め、活動を開始して自己増殖のサイクルに入ります。大量のファージ粒子が合成されて、細菌を壊して外界にでて、次の獲物に感染する機会を待ちます。
+++ プロファージは遺伝子を運ぶ +++
細菌の毒素遺伝子がプロファージ内（プロファージ遺伝子と一緒に）にある例が知られています。ジフテリア毒素、ボツリヌス毒素、コレラ毒素などです。プロファージは目覚めると毒素遺伝子も一緒に自分のゲノムとして切り出し、タンパク質の殻に入れて自分の体として作り上げます。別の細菌に感染すると、自分のゲノムと毒素遺伝子を感染した細菌のゲノムに埋め込んで、眠りにつきます。
〇毒素遺伝子はファージと無関係に機能します。毒素遺伝子を持つ細菌が好く増えることができればファージもたくさん増えることになり、結果として毒素遺伝子はファージに対して正の自然選択をする好意的な遺伝子となります。 その結果、通常の病気を起こさない細菌が病原性細菌に変身します。
+++ プロファージは同種のファージを沈黙させる +++
プロファージは増殖できるのに、眠っている（我慢している）状態です。ファージと宿主菌との共存状態が成立しています。ファージを眠らせるタンパク質をレプレッサーと呼び、ファージの遺伝子に由来します。プロファージをもつ細菌はレプレッサーを持っていますので、他の同種のファージが感染してもそのファージが活動することはありません。
こうして、プロファージを持った細菌はどんどんファージを受け入れていくことになります。 もっとも、ファージがたまると、細菌はたくさんのファージ遺伝子の複製の面倒を見なければなりませんので負担になります。ファージをためすぎた細菌は生存競争から脱落します。
○前回はファージが遺伝子を運ぶという話をしました。ファージは大腸菌のゲノムの中に遺伝子を入れることができますが、その量は限られています。ファージが菌の外に出るときは遺伝子を保護するタンパク質の殻を作って出るからです。殻の中にはファージ自身の遺伝子も入りますから、隙間にちょっとだけ毒素の遺伝子などが入るだけです。
+++ 抗生物質 +++
抗生物質は主に微生物が生産する物質で、特定の微生物の増殖を抑える働きのある物質です。最初の発見は、ペニシリンで、フレミングがアオカビから発見しました。抗生物質は傷や感染症の治療方法を劇的に改善しました。人間は（もちろん動物も）常に細菌の侵入にさらされています。病気や怪我で体が弱ると細菌が増殖し、そのために病が重くなり、また、死に至ることが多かったのです。抗生物質は侵入した細菌を退治してくれます。
+++ 耐性菌 +++
便利な抗生物質ですが、細菌の中には耐性を持つ個体がいることがわかりました。抗生物質に対する耐性は抗生物質を分解する酵素を分泌すること、抗生物質が作用するタンパク質が変化することです。いずれも遺伝子の変化です。そして、耐性遺伝子は菌の種類を超えて広まることがわかり、プラスミドが発見されました。
抗生物質を使うと耐性遺伝子を持った細菌が生き残ります。すると抗生物質が効かなくなり、病気や傷が悪化し、治らなくなります。抗生物質がなかった時代は死亡率が高く、特に乳幼児の死亡率、出産後の妊婦の死亡率は非常に高いものでした。よく聞く抗生物質ですが、使いすぎると耐性菌を生み出し、まき散らすことになるので、適切に使いたいものです。国連が主導して抗生物質の適切な使用や抗生物質に頼らない医療や養殖、畜産を呼び掛けています。
+++ プラスミド +++
プラスミドは小さなゲノムです。菌は4000-7000個程度の遺伝子をもつ大きな環状のDNA分子です。プラスミドは小さなものは数個、大きなものでも100個程度の遺伝子を持つ独立して複製する環状のDNA分子です。持っているのは抗生物質耐性の遺伝子だけでありません。特殊な酵素（炭化水素を分解する酵素など）が乗っているものも知られていて、産業に活用されています。
プラスミドにもゲノムにも複製開始点とそれを制御するタンパク質の遺伝子があります。プラスミドの複製にはゲノムのDNA合成酵素が使われますので、プラスミドは細菌の細胞内に寄生しているゲノムとも言えるでしょう。そういう意味ではファージと同じです。
ファージは殻をつくって独立した粒子となりますが、プラスミドはなりません。その代わり、プラスミドはIV型分泌機構の遺伝子セットを持ちます。つまり、他の菌と接合するために必要な遺伝子を持ちます。接合とは、遺伝子を交換するために２つの菌がくっつくことです。接合部分には管が作られ、プラスミドを複製しながら相手の菌の細胞内へとプラスミドDNAを輸送します。
○前回も書きましたが、細菌のゲノムの塩基配列が解明されると、細菌はたくさんのウイルス（バクテリオファージ）の遺伝子を持っていることが解りました。ウイルスは感染粒子を作って細菌に感染します。そのときにウイルス遺伝子以外の遺伝子も運びます。また、ウイルスは細菌より大量に増殖し、ライフサイクルも短く、遺伝子の様々な可能性を試す自然界の実験室として注目されています。
〇前回、細菌はプラスミドを使って薬剤耐性遺伝子を運んでいることを紹介しました。そのほかにも病原性にかかわる因子も運ばれます。例えば、病原性因子です。22．病原性大腸菌で、腸管毒素原性大腸菌ETECを紹介しました。ETECはLT（heat-labile toxin; 易熱性毒素）とST（heat-stable toxin; 耐熱性毒素）という2種類の毒素を持ちます。そのほかに粘膜上皮細胞に結合する線毛を持ちます。両方とも比較的大きなプラスミドによって細菌の間を行き来しています。
+++ 線毛 +++
線毛は大腸菌の表面にある細いタンパク質の繊維です。電子顕微鏡で2μm（マイクロメートル、1mmの1000分の1）程度の長さです。基本ユニットのタンパク質がらせん状に結合した管が細菌の外膜に埋め込まれた台（Usherタンパク質）から伸びていて、先端に糖に結合するタンパク質（結合ユニット）がついています。これが基本構造で、基本ユニットや先端の結合ユニットで動物細胞の細胞表面にある糖鎖に結合します。
線毛の遺伝子は、これらユニットのほかに、ペリプラズム（外膜と細胞膜の間の空間）でユニットタンパク質の形を整えるシャペロニン・タンパク質、線毛遺伝子の発現を調節する調節タンパク質などがセットになって構成されています。通常の細菌の遺伝子と同じように一つのmRNAとして読まれる単位、オペロンとしてプラスミド上に乗っています。周りにゲノムの間を移動するインサーション配列（IS）や毒素遺伝子を伴っていることもあります。
結合する棟はガングリオシドと呼ばれる一群の糖で、結合ユニットも多くの種類があります。その結合ユニットごとにオペロンが作られていて、かつ、その単位でプラスミド上を動いたり、プラスミド間を移動したりしますので、結構、複雑です。大腸菌が持っているプラスミドによって発現する線毛遺伝子が異なり、免疫系は振り回されることになります。
+++ 病原性遺伝子島 +++
線毛遺伝子と毒素の遺伝子はプラスミド上にあります。それが近接して存在していると、病原性遺伝子島（Pathogenic islands、PAIs）と呼ばれます。実は様々な毒素や細胞接着タンパク質、病原性を発揮するために必要な遺伝子はまとまって存在していることが多く、それはプラスミド上であったり、ゲノム上であったりします。病原性細菌は言い換えるとPAIsを持っている菌です。
抗生物質耐性遺伝子もそうですが、病原性も生存に有利になる装置として、細菌が進化させてきた仕組みであると言えます。
〇病原性プラスミドは大きいので、大腸菌にとって養う（複製し、維持するためのタンパク質を生産する）のはコストがかかります。維持コストがかかるので、だんだん失われていきますが、うまく発症に持ち込み、大量に増殖できると再び体外に排出されます。大腸菌にとっても、プラスミド（生命のように考えると）にとっても重要な生存戦略になります。
〇大腸菌の武器を並べ立てると、大腸菌はとんでもない悪者で暴れん坊に見えますが、普段はおとなしい細菌です。名前の通り、大腸に住んでいます。
〇病気を起こす場合、腸管出血性大腸菌の場合は大腸に到着するだけで毒素を生産し、粘膜を破壊して、出血性下痢を起こします。ほかの大腸菌、例えば腸管毒素原性大腸菌の場合は普段、大腸にいますが、ストレスや胃腸の働きが弱ったときに小腸に入り込んで毒素を生産して水様性の下痢を起こします。
+++ 腸内に適応した腸内細菌 +++
環境に放出された大腸菌の様子を腸管出血性大腸菌O157の例で見てみましょう（科学と生物、2001年、p554-558）。
大腸菌O157は牛などの腸内に常在しますが、下痢は起こしません。糞と共に排泄された大腸菌O157は糞の中で数か月生きています。糞で汚染された草を食べると牛の腸内に入り込み、定着します。こうして牧場では大腸菌O157はライフサイクルを繰り返していると思われます。大腸菌O157はハンバーグなどのひき肉からヒトに感染する例が多い。しかし、牛などの糞を加工した肥料を経由して野菜などが汚染されることがあります。
牧場から川などに流されることもあるので、大腸菌O157は川や湖水から分離されることがあります。その場合、大腸菌O157は生きているが、培養できない状態で見つかります。大腸菌O157は動物体内のような温度が高く、栄養分が多い環境では増殖しますが、川や湖水などの貧栄養な環境下では仮死状態のようになって生きながらえているのです。
+++ 腸管出血性大腸菌O157：H7(Sakai) +++
大量のファージ遺伝子が大腸菌のゲノム内に見つかったのは1996 年に大阪堺市で発生した集団性食中毒の原因菌であるO157:H7Sakaiです。この菌は出血性尿毒症症候群を併発する腸管出血性大腸菌です。この大腸菌はプラスミドpOSKA1(3.3kb)とpO157(93kb)の2つも持ちます。プラスミドの遺伝子も含めて、病気を起こす遺伝子がたくさん同定されました。特に、ゲノムには、ベロ毒素Stx1 とStx2 をコードする遺伝子がそれぞれプロファージ上に見つかりました。
大腸菌O157 のゲノムを非病原性標準株K12 （遺伝子組換え研究で使う菌）と比較すると、たくさんのファージ様配列が挿入されていました。大腸菌O157 のゲノムは大腸菌K12 に比べて約20%大きい。約4.1Mbp の配列は2 株に共通ですので、これが大腸菌の基本骨格と想定されています。
++++ 下水中のファージから毒素遺伝子が見つかる +++
ファージはウイルスの仲間で、硬いタンパク質の殻に遺伝子を包んで持っています。環境では細菌より強い生物です。下水や河川でたくさん見つかります。調べてみると、Stx遺伝子を持つものも見つかりました。ファージは大腸菌に感染すると自身のゲノムを大腸菌ゲノムに挿入し（溶原化）、Stx遺伝子を大腸菌に運び込みます。ファージによって大腸菌が病原性に変化する可能性が指摘されています。
〇実験室内で栄養豊富な培養液で大腸菌を培養すると約800の遺伝子が働きます。大腸菌は通常、約4000の遺伝子を持っていますから、8割の遺伝子は眠っています。眠っている遺伝子は何をしているのでしょう。答えは動物の体内で免疫系と戦う時、目覚めて生存のために働き、そして外界の厳しい環境下にさらされたときに発現して生存のために自身の体を改造するために働くのです。
○ずっと大腸菌を代表として語ってきた細菌（バクテリア）。単細胞生物ですから、一匹狼といったイメージがあります。今回は細菌の単細胞生物らしくない面を紹介しましょう。
+++ 細菌も目に見えるような巨大な社会を作り上げる +++
小さな細菌が目に見えるような巨大な社会を作り上げることがわかってきました。バイオフィルムと呼ばれます。原始の海ではバイオフィルムのような原核生物の社会が存在していたのではないでしょうか。
バイオフィルムとは微生物が排泄するスライムで包まれた微生物の集合体です。無生物もしくは生きた表面に付着しています。歯の上に付いたプラーク、パイプのヌルヌル、花を1週間いけておいた花瓶の内部のゲル状の薄膜など。バイオフィルムは水があるところならどこでも、台所でも、コンタクトレンズでも、免疫力が弱っていれば、動物の腸にもできます。自然界の細菌の99％以上はバイオフィルム社会に住んでいます。ほとんどの細菌は無害です。
中には有益な働きをする細菌もいます。たとえば、汚水処理プラントはバイオフィルムの働きで水から汚染物を除去します。一方、問題も起こします。バイオフィルムは金属性のパイプを腐食させたり、水フィルターを詰まらせたり、病院でインプラント（留置器具）の拒絶反応を起こしたり、飲料水を汚染させる細菌を保持します。
〇微生物学者は病原菌をターゲットにしてきましたから、伝統的に実験室内の培地に発育する細菌に焦点を当ててきました。菌を分離して、純粋培養した菌を感染させることで病気が起こることを確認します。コッホの三原則といいます。ワクチンを作るにも菌を純粋培養する必要がありました。しかし、微生物学者は最近になって自然界では多くの細菌はバイオフィルムとして集って暮らしていることに注目しています。培地の中とバイオフィルムの中では細菌の振舞いは異なっています。
+++ 細菌は多様な環境下で生きるための仕組みを持っている +++
微生物はきれいな水に落ちるといった飢餓状態に直面すると、固体表面への親和性を高めるために細胞壁の構造を変化させます。外膜のタンパク質と脂質の構成を変化させ、細胞壁を疎水性にします。疎水性の細菌表面はプラスチックのパイプ表面に引きつけられます。
細菌は持っている遺伝子セットの中から、環境の変化に合わせて異なるセットの遺伝子のスイッチを入れて変身します。たとえば、菌がガラスにつくと、アルギン酸塩（スライムの粘着性物質）の合成に関与する遺伝子にスイッチが入り、細菌がアルギン酸塩に取り囲まれるとそのスイッチを切ります。固着菌と浮遊菌とでは、細菌細胞壁に存在するタンパク質のうち、30〜40％が異なっています。
○人間に限らず、脊椎動物は腸内やそのほかの粘膜にたくさんの細菌が棲みついています。お互いの存在が、お互いの利益になっている＝相利共生が成り立っていると、細菌と人間が共同生活をしていることになります。ゲノムの面から俯瞰すると、進化（遺伝子の変化）が急速な細菌ゲノムと、ゆっくりとした人間ゲノムがお互いに助け合って、地球環境の変動に立ち向かい、うまく立ち回っているように見えます。時にはけんかすることもあります。人間と細菌叢はユニークな生態系（ecology）を形成し、共に進化（co- evolution）しているのでしょう。ちなみにウェブページのID名はこの考え方から象徴としてeco-evo（Nature, 449, 835-842, 2007）としました。
+++ 細菌もコミュニケーションする +++
バイオフィルムのような複雑な社会を作るにはコミュニケーション分子が必要です。細菌のコミュニケーション・システムをクオラム・センシング（quorum sensing）と呼びます。細菌には目も耳もないですから、コミュニケーションには水に溶ける分子が使われます。コミュニケーション分子のことをオートインデューサー（autoinducer）と呼びます。細菌はオートインデューサーの量を測ることで、自分達の細胞密度を感知できます。 オートインデューサーはビブリオ属細菌における菌数依存的な蛍光物質の生産という現象から見つかりました。緑膿菌をはじめとする多くの病原細菌がクオラム・センシングを用いて病原因子の発現をコントロールしていますし、オートインデューサー分子が生体細胞に対しても多彩な影響を及ぼすことが報告され、菌側と生体側の両面から感染症の発症に関与することがわかってきました。
+++ クオラム・センシング +++
オートインデューサーの濃度が高くなるということは、周囲にいる同種の菌の数や密度が高いことを意味します。クオラムとは会議における定足数という意味で、一定の数に達したか否かを検知する（センシング）仕組みです。オートインデューサーの濃度が高くなる、すなわち、仲間の密度が高くなると特定の物質（毒素や酵素、発光物質など）を産生します。
最初は同種の細菌の間のコミュニケーションとして見つかったクオラム・センシングは今やあらゆる種類の細菌に認められています。仲間の遺伝子発現パターンに同調して集団内の行動を調整するシグナル伝達として、感染の確立や毒性の強化など、さまざまな目的に利用されています。日和見感染菌は人間が健康で細菌数が少ないときには問題を起こしませんが、病気などで免疫が弱り細菌数が増加すると、途端に重篤な病害をおこします。クオラム・センシングはこのときの凶暴化のメカニズムです。
+++ オートインデューサー分子 +++
これまでの研究から、グラム陽性・陰性を問わず、様々な細菌がオートインデューサーを生産し、同種内だけでなく、他種の細菌数、また、動物体内にいるか否かまで認識することも明らかとなってきました。
オートインデューサーは認識する相手によって分子の形も決まっているようです。同種内の細菌とやり取りするオートインデューサーはアシルホモセリンラクトン(Cn-HSL)をシグナルの活性部位に持ち、1型と呼ばれます。他の最近とのコミュニケーションに使われるオートインデューサーはペントースとホウ素を活性部位に持つ２型です。さらには動物の生産するオートインデューサーを３型としています。
+++ オートインデューサー３ +++
オートインデューサー３を検出する細菌のレセプターQseCは、3 種類の感染性細菌で哺乳類のホルモンであるアドレナリンやノルアドレナリンでも活性化されることが報告されました。つまり、細菌はヒトのストレス応答ホルモン、ノルアドレナリンを傍受し、増殖を活発化させる合図として利用しています。このために、ストレスを受けた動物は感染症で死にやすくなると考えられます。
〇細菌間のコミュニケーションツールであるオートインデューサー。勝手に変えることができないことから細菌の病原性発現のコントロールに使えるのではないかと研究が進められています。
+++ 緑膿菌 +++
C12-HSL（アシル-ホモセリン-ラクトン）は、火傷の患部や免疫システムが低下している人が感染する緑膿菌（Pseudomonas aeruginosa）のオートインデューサーです。哺乳類の免疫担当細胞はC12-HSLを検出でき、細菌に対する防御反応である炎症を引き起こすサイトカインやケモカインを生産します。しかし、実際にはC12-HSLが主要な免疫応答経路であるNF-kB シグナル伝達経路を阻害します。C12-HSLは目くらましの役目を持つ、すなわち、局所的に免疫応答の発動を停止させてしまう緑膿菌の武器です。
+++ 病原性黄色ブドウ球菌 +++
細菌は宿主のコミュニケーション物質を感知し、宿主側も細菌間で交わされるオートインデューサーを傍受します。病原性黄色ブドウ球菌（Staphylococcus aureus）の例では相互の監視により、緊張緩和の状態に達しているようです。
約25%の人の鼻の中には常時この細菌がおり、おそらく1% の人はメチシリン耐性黄色ブドウ球菌（MRSA、院内感染で問題になっている）に感染しながら健康に生きています。その理由の1つは人の血漿成分であるアポリポタンパク質B（APOB）が黄色ブドウ球菌のオートインデューサーを吸収し、コミュニケーションを妨害しているためです。APOBは血流中でコレステロール輸送に関与している巨大な脂質結合タンパク質です。黄色ブドウ球菌はクオラム・センシングによる毒性の発現が抑えられているのです。
重症患者は健常者よりもAPOBレベルが低い。病気、高齢、免疫不全によってバランスが崩れると、感染は暴走を始めます。
○クオラム・センシングは感染の維持ではなく病気を起こすのに重要と考えられています。クオラム・センシングを標的とする治療薬が開発されています。この方法は細菌を殺すのでなく、細菌の毒性を下げて免疫システムが感染症を治すのを助けます。
○現在の抗生物質の大きな欠点は、あまりにも効率的に細菌を殺すため、薬剤耐性が急速に出現することです。クオラム・センシングを標的とする薬剤は、むしろ共存を図るので、薬剤耐性が生じにくいと考えられます。
〇ここまで細菌の社会についてまとめてきました。腸内細菌は、その名の通り、腸内に最近の社会を作っています。たくさんの細菌がいるのに免疫反応が起きない。実はたくさんの抗原（免疫源、異物）があるのに免疫反応が抑えられているのが腸内です。どうしてでしょうか。
+++ 制御性T細胞 +++
T細胞は他の免疫担当細胞をコントロールする免疫担当細胞です。その中で、他の免疫担当細胞を抑えるのが制御性T細胞（Treg）です。腸の炎症の研究から腸内の制御性T細胞と腸内細菌の関係がわかってきました（Drug Delivery System, 37, 2022, p159-167）。
腸の組織内に生息する特別な（CD103+）樹状細胞が制御性T細胞を増やします。小腸上皮に潜む単核貪食細胞（CX3CR1hi）は、細菌が作り出す物質、特に短鎖脂肪酸に反応して突起を小腸管腔内に伸ばして、そこにいる細菌や細菌の抗原を取り込み、樹状細胞に渡します。樹状細胞は抗原を抱えて最寄りのリンパ節に移動し、そこにいる未成熟なT細胞（naive T cells）に働きかけ、抗原特異的にそのT細胞を制御性T細胞に分化させます。制御性T細胞は腸管の粘膜に広がって細菌に対する免疫応答を抑制するのです。
制御性T細胞は腸管内のT細胞の多くを占め、細菌に対する免疫応答のみならず、食物に対する免疫応答を抑制します。制御性T細胞がいないと腸管では腸内細菌はもちろん、食べた食物に対する免疫応答が起き、腸管は炎症（腫れること）が起きたままになってしまいます。制御性T細胞の働きがないと、アレルギーや自己免疫病も頻発します。
〇いきなりT細胞の話題になりましたが、それは話の流れということで。T細胞についてはこの後で詳しく説明します。免疫の分子メカニズムを知ると、免疫に対する細菌が持つ巧妙な対策も理解することができます。
〇とはいえ、今までのおさらいを兼ねたよもやま話をしてから免疫の分子メカニズムに入っていくことにしましょう。
○ちょっと他の細菌の例を見てみましょう。ゲノムが変化しやすい菌として知られているペスト菌です。
+++ ペスト菌 +++
ペストは病気、伝染病の名前です。病気を起こすのは細菌で、専門的に言うと腸内細菌科に属する通性嫌気性のグラム陰性桿菌Yersinia pestis といいます。大腸菌も腸内細菌科に属するグラム陰性桿菌です。 ネズミなどの動物にとっては通常の環境でも生息します。特に危険な地域がアフリカ、北アメリカ、中央アジア、東南アジアなどにあります。病原性を持った細菌が蚤を介して人間に感染すると病気を起こします。その中で伝播力が変化した遺伝子を獲得すると大流行を引き起こすようです。
+++ 病気としてのペスト +++
ペストは腺ペスト、敗血症ペスト、肺ペストに分けられます。
ペスト菌はネズミ類から蚤で運ばれます。蚤の吸血部位から侵入したペスト菌は体液の流れに乗ってリンパ節へと流れます。潜伏期間は3-7日。症状は、まず、リンパ節の腫れから始まります。リンパ節の腫れのほかに高熱、悪寒、頭痛、嘔吐、筋肉痛と発展します。リンパ節から漏れ出た細菌が血流に乗って全身臓器に広がると死に至ります。
敗血症型ペストは腺ペストのリンパ節段階を飛ばした症状で、直接血流に入った場合です。腺ペストではネズミと蚤という関係、蚤と人という感染ルートがあります。一方、肺ペストは腺ペストの患者の肺で増殖したペスト菌がエアロゾルを介して伝播する能力を獲得したスーパーペスト菌です。肺ペストになると、人から人への伝播するようになり、人の間で大流行します。当然ですが蚤は肺ペストには関与しません。
+++ ペスト菌のゲノム +++
全ゲノム配列の解析から、ペスト菌は1,500 〜2 万年前にYersinia pseudotuberculosis serotype O:1b から分岐したと考えられています。重要な遺伝子の変化は、蚤の消化器内で人間の血液で増殖できる遺伝子を入手したと推測されています。
ペスト菌ゲノムは約4.65Mb（M=100万） の染色体遺伝子と、96.2kb（k=1000）、70kb、9.6kb の3 種類のヴィルレンス・プラスミド（病気を起こすプラスミド）から構成されています。速い進化に関連する核酸配列（逆位部分や多数の反復配列）が、ペスト菌ゲノムの中に他の細菌に比べて多く見出されています。ペスト菌は速く進化（変化？）する菌のようです。
ゲノム内では多数の他の細菌やウイルス遺伝子との間で、組換えが頻繁に繰り返された痕跡があります。腸で病気を起こす遺伝子（約150 個）が不活化されています。ゲノムの大規模な再編を経て、腸で生活するおとなしい病原菌から毒性の強い菌に進化したことが示されました。
〇黒死病（ペスト）はモンゴル帝国によって交流が盛んになった国々を襲いました。中央アジアのステップの風土病だったペストは1345年に中国に達しました。西へは1347年にコンスタンチノープルを襲い、そのままジェノバとベネチアに船でもたらされ、翌年にはヨーロッパに広がりました。ヨーロッパと中国の人口の3分の1を死に追いやりました。まさにパンデミックですね。この疫病は封建制度や教会の権威を揺るがしてより流動的な社会をもたらしたとも言えます。
〇今回のペストはミクロの世界に入り込みます。なにかの文献を訳した文章ですが、原典のメモがなかったのであしからず。
+++ ペスト菌とノミの関係 +++
ノミは二本の小あごの内歯で皮膚を切り裂きます。内歯の間には上咽頭と呼ばれる中空の針があります。内歯と上咽頭が一緒になって管が形成され、犠牲者に唾液を送り込み、血を吸い出す道具になります。
ペスト菌に感染した動物を吸血すると血と一緒にペスト菌を吸い込みます。ペスト菌はノミの消化管に流れ込み、中腸の中で増殖を始めます。菌は血餅と合体して塊を作るのを助けるタンパク質を作り、自分を血餅につなぎとめる薄い膜を作り出します。膜は血餅の消化を妨げます。消化不良のノミは別の動物に跳び移ってさらに血を吸おうとします。
吸血管を獲物に差し込んだノミは血を吸う前に未消化の血餅を吐き出します。ペスト菌まみれの血餅は管から押し出され、代わりに新鮮な血液を吸い込みます。押し出された血餅はペスト菌とともに相手の体内に入り込むことになります。
人間がターゲットの場合は、ペスト菌は生活環を先に進めます。ペスト菌は粘膜細胞、血管内皮細胞への接着タンパク質を体の表面に発現します。また、マクロファージの食作用に耐性をもつためのタンパク質を作り出します。ペスト菌は免疫担当細胞の拠点であるリンパ節の中で増殖します。巧みに免疫システムから逃れ、マクロファージを破壊します。
マクロファージは免疫応答の初期に活躍する細胞です。免疫系は破綻し、血液細胞が死に、手足の指が壊死します。特に腋と股間のリンパ節が紫色に腫れあがります（横痃（おうげん）、腺ペスト）。ペスト菌を肺に取り込んだ場合は、咳と喘鳴を引き起こし、咳で巻き散らかされたペスト菌は空気感染するようになります（肺ペスト）。
+++ ペストの流行と遺伝子変異 +++
ペスト菌（Yersinia pestis）には近縁の仮性結核菌（Yersinia pseudotuberculosis）がいます。541年のローマ帝国で大流行したペスト菌のDNAを当時の死体から分離できました。この菌の遺伝子と仮性結核菌の遺伝子を比較したところ、55の病原性遺伝子は保存されていたが、１つだけペスト菌に付け加わった遺伝子があった。それはエルシニアネズミ毒素（Ymt）。ペスト菌がノミの腸内で生存できる能力を与えるタンパク質の遺伝子であり、ノミをキャリアにできる遺伝子です。
〇ペスト菌はアジアのステップ地帯にいるリス科のマーモットの体内で特別な効果を生じることもなく、じっとしています。それが人間社会に入り込んだ時に中世の世界でパンデミックを引き起こしたことを、前回紹介しました。ペスト菌の流行は歴史上、何度か繰り返されてきました。そのたびに新たな病原性遺伝子がペスト菌に加わったのか、それとも新たな病原性遺伝子が加わったペスト菌が人間社会に入り込んだ時にパンデミックを引き起こしたのか。そもそも病原性の遺伝子とはどんな性質があるのか。この答えは少し専門的な内容になります。もう一例ほど、特徴ある菌を説明して、免疫システムの基本の説明に移りたいと思います。
○昆虫と細菌の深い関係を少しトピックス的に紹介しましょう。
+++ 昆虫の腸内細菌 +++
無脊椎動物でも多くの昆虫の体内にはさまざまな共生微生物が存在し、宿主の生理機能や性格に影響しています。シロアリの消化管内共生原虫はセルロースを分解し、シロアリに栄養を供給します。マルカメムシ類では卵と一緒に共生細菌を含んだ“共生細菌カプセル”を産みます。卵から孵化した幼虫はカプセルに口吻を差し込んで、共生細菌を取り込み、腸内で増やします。マルカメムシの腸内細菌は食料である植物の消化を助ける役割があります。カブトムシ幼虫腸内はpH10前後のアルカリ性で、硬い植物の成分の消化を助ける菌が共生しています。
コバエ（ショウジョウバエ）は遺伝的な解析が進んでいる代表的な生物です。獲得免疫の部分がないので免疫系も比較的単純です。ショウジョウバエの腸にも腸内細菌がいるが、数種類しかいません。この単純さに惹かれて、研究者は腸の自然免疫のモデル（KOモデル動物）にしようと考えました。 腸の形態形成に関与するホメオボックス遺伝子caudalを破壊すると、デフェンシンが誘導されました。その結果、今まで優勢だった腸内細菌の数が激減し、代わりにマイナーだった腸内細菌が優勢になりました。腸内の細菌叢がある種の選択圧の元にあり、宿主の免疫系が変わると腸内の細菌叢も変わるという直接証拠として注目されました。
+++ ボルバキアは宿主の性を操作する +++
ボルバキア属は昆虫の細胞内（細胞質）に生息するバクテリアです。昆虫は130万種もいますが、少なくともその10%以上の種で細胞内にボルバキア属細菌がいます。ボルバキア菌は通常の感染をしますが、特に母子感染することが注目されています。
ボルバキアは卵の細胞質に入り込み、卵を介して母親からその子孫に伝えられます。これがボルバキアの感染方法です。すなわち、増え方です。ボルバキアは細胞質をほとんどもたない精子には入ることができないため、父親から次の世代に伝えられることはありません。驚くことに、ボルバキアは宿主昆虫の生殖や発生に干渉して、感染メスを増やします。すなわち、オスの受精卵を殺したり、オスを機能的メスへ性転換したり、感染オスの精子が非感染メス由来の卵を受精すると、受精卵が発生しないなどの現象が見られます。昆虫ではオスが見つからないという奇妙な（オスにとってはモテモテの）世界になっているのです。
+++ 細胞内に寄生する細菌 +++
特別な植物の利用や環境への適応といった昆虫の性質は、昆虫自身の性質、すなわち、昆虫の遺伝子に書き込まれた情報に基づいていると考えるのが常識的です。ところが、アブラムシの偏食は、体内に存在する共生細菌によって決まっていました。アブラムシはブフネラという共生細菌を必ず保有しており、必須アミノ酸などの供給をうけています。昆虫には腸内細菌などの細胞外寄生バクテリアも利用していますが（シロアリのセルロース分解菌が有名）、細胞内寄生バクテリアも利用するところがわれわれ脊椎動物と違うようです。
〇昆虫類の生活に深く関わっている細菌は昆虫にとっても重要なパートナーのようです。昆虫には抗生物質は効きませんが、細菌には効きます。毒性の強い殺虫剤ではなく、哺乳類にやさしい抗生物質で昆虫と切っても切れない仲の細菌をたたく防虫方法が考えられます。
○さて、いよいよ我々の防衛軍を説明しましょう。防衛軍を理解すると、細菌の対抗策もより理解できるようになります。今まで登場していたのは自然免疫と呼ばれる機能です。一方で、免疫の免疫らしい機能を体現するのが獲得免疫です。「免疫の免疫らしい機能」とは何でしょうか。実は、記憶です。免疫学は体が病原体に感染した記憶を持つという現象がベースになっています。実用のツールとしてワクチンが作り出されました。猛威を振るう疫病に、唯一、対抗しうる人間のツールです。ワクチンとは擬似感染ツールなのです。
○免疫が記憶する仕組みはどのようになっているのでしょうか。脳神経が記憶することは良くわかっていますが、その仕組みを細胞と分子で説明しようとするとまだ全体像は見えていません。しかし、免疫では記憶の仕組みの全貌が明らかになっています。
○遺伝子は変化しないように管理されています。遺伝子が複製されるとき、DNA合成酵素複合体は間違って塩基を結合させると、一つ戻って（間違って結合させた塩基を切り離して）もう一度、くっつけます。DNAにダメージがあって壊れると、修復酵素が壊れた部分を分解してもう片方の塩基に合わせて塩基を結合します。通常は遺伝子が変化すると、その遺伝子は機能を失うので、できるだけ変化しないように管理されるのです。その中で抗体遺伝子はできるだけ変化するように仕組まれています。
+++ 抗原レセプターにはすべての分子に結合する多様性がある +++
いままで登場した免疫応答では、よく遭遇する細菌に対して、細菌を構成する分子を認識するレセプタータンパク質を準備していました。しかし、それだと新しい細菌が侵入すると対応できない可能性があります。特に、真核細胞生物である原虫では構成分子を次々と取り替えて免疫系から逃れる輩もいます。補体のように自分でない分子があると攻撃する仕組みもあります。この仕組みは自分であることを示す分子が変化したり、攻撃システムが暴走すると自分自身を攻撃してしまいます。
進化の途上で様々な分子を認識できる仕組みが登場しました。それが抗原レセプターです。抗原レセプターは抗体（B細胞レセプター）とT細胞レセプターがあります。どちらも抗原と結合する部分を少しずつ変えて、たくさんの種類の分子を認識できるようになっています。B細胞やT細胞は母なる細胞（幹細胞）から誕生したときに抗原遺伝子を1種類、作り出します。そして、B細胞やT細胞はそれぞれが異なった抗原レセプターを持つのです。
抗原レセプターの性能は結合部分（結合部位と呼びます）のアミノ酸の性質で決まります。結合部位は数十個のアミノ酸から構成されますから、20種類のアミノ酸がランダムに配置されると20の数十乗という種類の結合部分を作り出すのです。5個のアミノ酸の組み合わせでも計算上300万種類（20の５乗）の結合部位を作り出すことになります。
+++ 抗体の多様性を作り出す3つの原理 +++
抗体遺伝子について、結合部分のアミノ酸配列を変える仕組みを説明しましょう。
まず、遺伝子が多い。抗体遺伝子はH鎖とL鎖から構成され、２つが組み合わさって抗原の結合部位が作られます。（タンパク質はアミノ酸が鎖のように連続して結合したものですから、タンパク質という代わりにペプチド鎖と呼ぶことがあります。免疫系のタンパク質の場合は慣例として鎖を使うことが多い。そのほかにもサブユニットと言う言葉もよく使われます。） H鎖とL鎖の結合部位を構成する遺伝子は数十から数百あり、２つの鎖の組合せだけで数万種類になります。
直接、抗原と結合する部分はループになっていて、H鎖とL鎖にそれぞれ3つずつあります。６つのアミノ酸ループ（CDRと呼びます）が集合して１つの結合部位を作ります。H鎖とL鎖のCDRのうち、１つずつ（３番目なので、CDR3と言います）が特にアミノ酸変化を多く起こすように仕組みが整えられています。H鎖のCDR3は専用の遺伝子断片も使って作られるのです。
B細胞が誕生するとき（=前駆細胞から分化するとき、母なる細胞から生まれるとき）に抗体の結合部位を支える遺伝子は3つ（H鎖）V、D、Jもしくは2つ（L鎖）V、Jの遺伝子が組み合わされて1つの遺伝子（正確にはエクソン）になります。V、D、Jはそれぞれの断片が数十から数百も準備されていて、その間でシャッフルが起こります。CDR3を作り出す部分はちょうどV、D、Jの結合部分に当たり、遺伝子断片が結合するときにいい加減にくっつけられることもあって、その部分のアミノ酸配列はランダムに変化します（VDJ遺伝子の再構成 rearrangement）。3つのCDRのうち、CDR3がもっとも変化が大きいので、抗原に結合するとき、最も重要と考える人もいます。
最後に、抗体の結合部位の遺伝子の周辺はやけにたくさんの突然変異が起こります（体細胞超突然変異 somatic hypermutation）。この突然変異の仕組みはよくわかっていません（私が不勉強なだけかもしれない）。体細胞超突然変異は抗体の結合性能を微妙に変えて、よりフィットする抗体を作り出す仕組みと考えられています。とくに、何度も感染を受けると、この仕組みを利用し、リピーターに対して、より結合性能のよい抗体が生み出されます。
○抗原レセプターの多様性を生み出す仕組みは利根川先生の発見によるもので、ノーベル賞を受賞しました。
○前回、抗原レセプターは遺伝子の組合せと突然変異によって無限の多様性を持つようになることを解説しました。体の外に存在する様々な微生物、薬物、虫の生産する酵素や毒素など（非自己）に対して、万能な防御ツールになります。
+++ ランダムに抗原レセプターが作られると自分に反応する抗体もできる +++
無限の多様性は当然、不都合な抗体も作り出します。代表的なのは自分の体の分子に反応する抗体です（自己抗体）。通常は、B細胞が自分の体の分子（自己）に反応すると、T細胞によって抑圧されるか、不能になるか、殺されます。B細胞も十分に能力を発揮する（活性化）するためにはT細胞の協力が必要です。T細胞の協力（T細胞の表面タンパク質との結合やサイトカインタンパク質）がないと、B細胞は活性化できないか、不能になります。
したがって、B細胞（抗体）が自分の分子に反応しないのはT細胞が制御しているからと考えられます。
〇しかし、間違いは起こるもので、自己抗体を作ってしまうB細胞が暴走することがあります。自己免疫疾患と呼びます。それではT細胞の抗原レセプターのチェック機能はどうなっているのでしょうか。
+++ T細胞は教育される +++
T細胞もB細胞も、血液細胞はみんな骨髄で作られます。出来立てのT細胞は未成熟で、抗原レセプターを発現していません。未成熟T細胞はケモカインのシグナルに反応して血液で運ばれて胸腺に向かいます。
胸腺はT細胞の教育機関です。胸腺は心臓の上に乗っている器官です。中は胸腺上皮細胞のネットワークが張り巡らされて、その中に成熟、未成熟のT細胞がたくさん詰まっています。
教師は胸腺上皮細胞です。この細胞は特殊な転写因子Aireを持っており、体のいろいろなところで発現するタンパク質をランダムに作り出します。例えると、胸腺上皮細胞は、体の特定の細胞でしか発現しないタンパク質の見本市を開催していることになります。
胸腺上皮細胞に未成熟T細胞がコンタクトすると、まず、未成熟T細胞は活性化して抗原レセプター（T細胞レセプター）を発現します。T細胞レセプターは胸腺上皮細胞上に発現しているMHCと弱く結合します。この時点でまったく反応しないT細胞は成熟することはなく、アポトーシスにより死にます。
次に、MHCと一緒に見本として並べられている自己抗原でテストされます。強く反応するT細胞レセプターを持つT細胞は胸腺上皮細胞によって殺されます（アポトーシス）。その結果、MHCと結合する、多様な抗原に「適度な強さ」で反応するT細胞レセプターが残されます。
〇どのくらいが適度なのか、どの程度の選択で十分なのかが現在の研究課題です。
〇胸腺は成人になると縮退してしまいます。若いときに教育は終了し、教育されたT細胞だけで死ぬまで外敵と戦うことになります。胸腺を再生して教育をやり直す仕組みを作ると自己免疫病は治療できるのかもしれません。
+++ 抗原レセプターの遺伝子を正しく維持する +++
たくさんの遺伝子が並ぶと遺伝子は不安定になり、欠失や重複が起こりやすくなります。また、突然変異が起こっても選択する仕組みがなければ遺伝子が失われてしまいます。
抗原レセプター遺伝子はたくさんあるので、不安定な遺伝子といえます。しかも、遺伝子はセットで維持する必要があります。何らかの形で自然選択を受けて広いレパートリーが維持されているはずです。それはイエルネ博士の提案したネットワーク理論かもしれません。
CDR1と2は遺伝子に組み込まれていますので、直接自然選択を受けるはずです。しかし、CDR3は適当に作り出されるのですから、自然選択は受けません（CDR3を作り出す仕組み（再構成に必要な酵素群）は自然選択を受けます）。全部ランダムに作ると、自分自身を攻撃する抗体もたくさんできてしまうので、CDR1と2は自分自身に反応しないように制限しているのかもしれません。または代表的な外敵（細菌やウイルス）に対する結合能を持つように進化したのかもしれません。
○自己と非自己の問題は免疫学の認識機構に関する問題です。胸腺での教育はまだまだ謎が多い。というのも、システム全体として十全性を評価しなければならないので、現代の解析的な科学的手法では証明することが困難です。
○2回にわたって抗原レセプターは遺伝子断片をランダムに組み合わせて作られるという話をしました。抗体の多様性を生み出すのはRAG酵素です。RAGはrecombination activating genesの略号で、直訳すると遺伝子組換えを活性化する遺伝子です。もっぱら抗原レセプターのVDJ遺伝子の組換えを起こします。
+++ 免疫レセプターの起源 +++
抗原に特異的な免疫応答は免疫レセプターであるT細胞レセプターと抗体（＝B細胞レセプター）の機能です。T細胞とB細胞は形態からリンパ球に分類されます。免疫レセプターは抗原と結合する可変領域と、生物活性や機能を持つ定常領域からなります。可変領域を様々な形に変えることで、高い結合特異性を発揮することができます。
免疫レセプターは進化の途上で軟骨魚類（サメやエイ）から出現し、発展しました。ウニは免疫レセプターの多様性を生み出すRAG酵素と似たタンパク質を持っていましたので、軟骨魚類ではその酵素を免疫レセプターに応用する仕組みを整えたと考えられます。
脊椎動物の祖先は多様な体制の動物が生み出されたカンブリア紀の大爆発の後期に誕生しました。RAG遺伝子の祖先型はその前から準備されていました。カンブリア紀の大爆発を生み出したのは RAGと類似の遺伝子の組換えを起こす酵素群だったかも知れません。
+++ 分泌型レセプター +++
抗体はB細胞レセプターが分泌されたものです。遺伝子に分泌用カセットと膜固定カセットがエクソンとして用意されていて、スプライシングによって使い分けられます。
エクソンとスプライシングを説明します。一般に真核生物の遺伝子はmRNAに含まれるエクソンと、切り出されて捨てられるイントロンを含んでいます。なぜこのような構造になっているのかは不明です。大雑把にはエクソンは機能単位ごとに準備されているようで、イントロン部分で組換えが起きると新しい機能の組み合わせで遺伝子が誕生する、進化の仕組みのようです。
つまり、抗体遺伝子は分泌される機能を持つエクソンと膜にとどまってレセプターとして働くエクソンが備わっているわけです。最初はB細胞が抗原のシグナルを受け取るためのレセプターとして働きますが、B細胞の準備ができると分泌型に切り替わって、抗体を分泌するようになります。細胞の命名も変わってプラズマ細胞と呼ばれます。
一方、T細胞の抗原レセプターは分泌されることはなく、ずっと細胞膜にとどまり、抗原のシグナルを受け取ります。T細胞の機能は細胞の仕組みがないと果たせません。T細胞は障害性T細胞として抗原を持った細胞を殺しますが、そのための武器はT細胞から分泌されるタイプのものです。また、T細胞は免疫の調節を担います。その時に生産する分泌性タンパク質、サイトカインや、指令を送るリガンドもT細胞が抗原刺激に応じて分泌、発現することになります。また、司令塔たるT細胞は前線に移動しますが、そのために必要なレセプターも同様です。
〇ほぼ無限の多様性を持つ結合部位を持つ抗体はタンパク質です。物質として取り扱うことができます。T細胞レセプターは生き物として扱うしかなく、医学や薬学領域では使いづらい。抗体を生産するB細胞をクローンとして生産するモノクローナル抗体技術ができて以来、抗体は医学、薬学領域ではなくてはならないタンパク質になりました。
○T細胞、B細胞の活躍する免疫システムは免疫記憶があり、獲得免疫と呼ばれます。そのほかの免疫システムを自然免疫と呼びます。
○ここで、防衛に当たる細胞（免疫担当細胞）を整理しておきましょう。すでに「27．待ち受ける免疫担当細胞」から「35．デフェンシン」にかけて説明したことのおさらいです。
+++ 顆粒球 +++
人間の血液中の白血球の50-70％は顆粒球といわれるものです。顆粒球はギムザ染色したとき染色される分泌顆粒によって3種類に分けられます。染色されない顆粒をもつ好中球が大部分で、酸性色素（エオシン）で染まる分泌顆粒を持つ好酸球、塩基性色素で染まる分泌顆粒をもつ好塩基球に分けられます。
好中球は何度も登場しましたが、細菌などの異物を取込んで処理する貪食能があります。取込まれた異物は顆粒中に含まれる酵素や活性酸素により消化、殺菌されます。また、緊急には顆粒の中身を放出して周りの細菌や異物（自分の組織も含めて）を破壊します。
好酸球は顆粒から塩基性タンパク質（これがエオシンで染まります）や酵素を含む分泌顆粒を持っています。顆粒の中身を放出して寄生虫やその虫卵を傷害したり、喘息や薬物アレルギーなどのアレルギー反応を引き起こします。
好塩基球はその顆粒中にアレルギー反応の原因となるヒスタミン、ロイコトリエン、ヘパリンなどを含む分泌顆粒を含んでいます。分泌顆粒中にあるアミン類が塩基性色素で染まります。好塩基球の表面にある免疫グロブリンEに抗原が結合すると顆粒中からヒスタミンなどが放出されて即時型のアレルギー反応を引き起こします。
肥満細胞も多くの顆粒を持っていますので、顆粒球の仲間と考えられます。IgE抗体に対してレセプターを持っていて、強い免疫反応を発揮します。対寄生虫最終兵器と考えられますが、現代社会ではアレルギーを起こす細胞として知られています。
+++ 食細胞 +++
単球/ マクロファージ、樹状細胞は体の中の異物、不要物の掃除屋さんです。触れるもの（レセプターにくっつくもの）をとにかく食べて消化します。その一部を抗原レセプターをもつリンパ球に提示して獲得免疫の引き金を引きます。
似た性質を持つ細胞ですが、ところどころ違っていて、分類整理がきちんと成立していません。大雑把に、血液中にいるときを単球、血管から出て組織に定住すると樹状細胞、炎症部位（火事場）に集まって活性化している（攻撃モード）とマクロファージと説明しておきます。おそらく、環境やシグナルによって表情を変える細胞集団と考えられます。
血液中の単球には「常在」単球と「炎症性」単球があります。常在単球はLFA-1タンパク質を細胞表面に持っていて、血管内皮細胞の上にくっつきます。これだけでなく、CX3CR1タンパク質も共同して働き、その動きは血管の内側をしらみつぶしに捜索しているようです（Science 317 p666, 2007）。単球はケモカイン等の警報を検出すると活性化して血管内皮細胞の間を通って組織に進出して最初の対細菌作戦を開始し、さらにケモカインや起炎症性サイトカインを分泌して好中球や炎症性単球を呼び寄せます。
+++ リンパ球 +++
白血球の残りはリンパ球です。T細胞とB細胞があります。T細胞は細胞障害性T細胞（CTL）のように攻撃能を持つ細胞もありますが、多くの種類は免疫の調節を行うのが仕事です。B細胞は何度も登場していますが、抗体を生産します。
+++ 免疫細胞の系譜 +++
免疫細胞は血液と密接な関係にあります。胚発生過程では血液細胞と同じ系列です。血液細胞には、免疫担当細胞のほかに赤血球、血小板があります。現在は再生医療の面から活発な研究が行われています。血液細胞を作り出すのは造血幹細胞と呼ばれる細胞です。
哺乳類では造血幹細胞は骨髄中に住んでいます。分裂しながらそれぞれの細胞の先祖を生み出します。大きく2つの先祖−造血系列がいます。NK 細胞、B 細胞、T 細胞はリンパ球系造血系列で生じ、赤血球や血小板、顆粒球などのほかの血球はすべて骨髄球系の系列で生じると考えられています。
〇前回は免疫担当細胞をまとめました。今までの章でもストーリーに応じて登場してきたものを改めて免疫の観点からまとめました。同様に、今回は分泌されるタンパク質をまとめておきます。免疫担当細胞の細胞表面で働くタンパク質も重要な働きをしますが、数が多すぎるのでまたの機会にしましょう。
+++ 補体 +++
補体は組織液中に含まれる細菌、細胞の処刑人です。補体にはC1〜9のタンパク質があります。補体反応はC1〜9のタンパク質が順番に関与し、最終的にはC9タンパク質からなる巨大な穴を細胞膜に開けます。細胞（細菌）は穴から構成成分が流れ出して死んでしまいます。
基本部分はC3bからC5〜C9です。補体タンパク質C3は常にゆっくりと分解して、反応性の高いC3b を作っています。組織液や血液中ではC3bはすぐに分解されますが、近くに菌体などがあると結合します。すると分解を受けなくなるので、他の因子と複合体を作って、タンパク質分解酵素になります。C3b複合体は補体C5を分解して、処刑実行タンパク質C5〜C9の反応を開始します。C3bが結合した膜に穴を開けます。さらに、C3b複合体はC3を分解してC3bを作り出し、ポジティブフィードバック経路が成立します。
+++ 活性酸素 +++
好中球は2つの酵素によって活性酸素を作り出します。NADPH oxidase (Nox)とmyeloperoxidase (MPO)です。好中球は2つの酵素を分泌顆粒にストックし、外敵を察知すると外に放出して攻撃します。
生体内では活性酸素をベースに様々なフリーラジカルが作られますが、それぞれの寿命は短いので、すべてが解析されているわけではありません。フリーラジカルは不安定で、周りの分子と反応して電子のペアを作って安定します。すなわち、周りの物質と化学反応を起こし、くっつきます。また、物質の共有結合と置き換わって、切断します。生物の体を作る分子にフリーラジカルが反応すると性質が変わり、もしくは機能が失われます。大量のフリーラジカルを浴びると生物（細菌やウイルス）は分子レベルで壊れて死んでしまいます。
+++ リゾチーム +++
細菌をターゲットとした消化酵素であるリゾチーム。大量に分泌されていて、細菌の外膜を破壊して殺菌作用を示します。口腔粘膜で大量に分泌されていて、門番の働きをしています。また、特に涙に多く含まれています。
+++ デフェンシン +++
デフェンシンは抗菌性ペプチドです。ペプチドとは比較的小さいタンパク質です。細菌の膜に取り付いて穴を開け、膜を破壊します。その上、そのほかの免疫系の細胞に働きかけて呼び寄せ、活性化する作用もあります。特に、小腸でパネート細胞が大量に生産していて、腸の表面を守っています。
+++ 抗体 +++
B細胞の抗原レセプターが分泌されたものです。集団としてはきわめて多様な結合表面を持っていますが、B細胞ごとに１種類の抗体分子が生産されます。抗原を抗体で認識したB細胞は活性化し、T細胞の助けを借りて大量に増殖し、たくさんの抗体を生産します。獲得免疫の２本柱の１つです。
+++ サイトカイン +++
主にT細胞が生産し、免疫担当細胞の機能を制御するタンパク質です。インターロイキンと命名されたタンパク質群は１〜40まで登録されています。IL-1などと略称されます。例えば、IL-1は複数の遺伝子があり、免疫担当細胞の活性化因子です。IL-2はT細胞の増殖因子、IL-3はマスト細胞の増殖因子、IL-4は特定のT細胞の増殖因子でかつB細胞のクラススイッチ因子（IgE生産へのスイッチ）、IL-5はB細胞のクラススイッチ因子（IgA生産へのスイッチ）、IL-6はB細胞での抗体生産刺激因子で、かつ起炎症性因子です。これらのサイトカインは、機能は１つと限らず、細胞と状況によって異なる作用を及ぼします。
+++ ケモカイン +++
サイトカインは細胞の状態を変化させる作用がありますが、ケモカインは細胞の運動を変化させます。免疫担当細胞は組織にとどまっているか、血流を循環しています。ケモカインは事件が発生した場所で主にマクロファージなどが生産します。組織にとどまっている免疫担当細胞を体循環に移行させ、循環している免疫担当細胞を事件が発生した場所に足止めします。すなわち、事件が発生した場所に免疫担当細胞を集めます。
事件とはかかわりなく、免疫監視をスムーズに行うためにT細胞、B細胞の体循環をコントロールしています。
〇このまとめは大変ざっくりとしたものですが、免疫関係の本を読むときのガイドになると幸いです。
〇役者が出そろったところで、次回は獲得免疫と自然免疫の関係についてまとめてお行きましょう。
〇獲得免疫系を構成する細胞は抗体を産生するB細胞とT 細胞です。T 細胞とは、細胞傷害性を持つT 細胞と、免疫反応を制御するヘルパーT 細胞です。獲得免疫系は高度に抗原に特異的なレセプターを持ち、自然免疫の持つ防衛能力を動員して敵をやっつけます。
〇自然免疫系を構成する攻撃細胞は、顆粒球（好中球、好酸球、好塩基球など）、肥満細胞、単球/マクロファージ、樹状細胞があります。それぞれが病原体（ウイルス、細菌、寄生虫）に特徴的な分子を認識するレセプター（TLR、NLR）や獲得免疫から発する指令タンパク質（サイトカインやケモカイン、抗体）を認識するレセプターを持っていて、出会い頭に直接攻撃もしますし、獲得免疫の指令に基づいて効果的にも病原体を攻撃します。
〇自然免疫系を構成する攻撃タンパク質には補体、消化酵素（リゾチームなど）、デフェンシン、酸化酵素があります。それぞれ細胞から分泌され、免疫の攻撃手段として使われます。
+++ 抗体は敵の目印である +++
抗体が標的に結合しても、特に何か起こるわけではありません。しかし、結合した抗体に補体が結合すると補体反応を誘導して、細胞膜に穴が開き、標的が細菌やウイルス感染細胞の場合は死に至ります。
また、マクロファージや単球は標的に結合した抗体もろとも食作用で食べて消化します。また、好中球と同じように活性酸素を放出して相手を殺します。好中球も同様です。これらの細胞は抗体に対するレセプターを持っていて、常に結合した抗体（敵の存在）を監視しています。
抗体はきわめて特異性の高い抗原レセプターを利用して抗原（外敵）にのみ攻撃する免疫応答の目印です。自然免疫では達成できなかったピンポイントで外敵の排除が可能です。
+++ 自然免疫は監視役である +++
外敵の侵入があると、免疫担当細胞のTLRなどのレセプターによって感知され、サイトカインやケモカインと呼ばれるシグナル分子が分泌されます。シグナル分子の刺激とTLRの刺激の両方を受け取った単球/マクロファージは活性化してリンパ節へと向かい、そこで抗原を提示して共刺激分子と一緒に細胞表面に提示します。
T細胞、B細胞の抗原レセプターが抗原を認識し、同時に共刺激分子を認識するとT細胞、B細胞は活性化して、それぞれ免疫刺激サイトカイン、抗体を生産して提示された抗原を持つ細菌、感染細胞を攻撃するようになります。
すなわち、自然免疫系の監視から敵の情報がT細胞、B細胞に伝えらえて獲得免疫系が働きだすのです。２つのシグナルを受け取ることで確実に敵に対する応答のみを引き出して間違いや無駄を回避しているのも特徴です。
〇最初からたくさんの機動部隊を抱えるとそのための費用（栄養分やエネルギー、体の臓器の体積）が大変です。ですから、抗原が侵入したときに機動部隊を増員するわけです。そのため、生まれてから抗原に遭遇して初めて「獲得した」免疫という名前になりました。獲得免疫は経済性、多様性、特異性の面から極めて優秀なシステムです。
〇免疫現象は免疫記憶が発見されて、医学に応用されることになりました。一度感染した病原体を免疫システムが記憶する。ならば、疑似体験させればいいのではないか。疑似体験のための薬がワクチンです。
+++ 免疫記憶 +++
免疫反応が進むと、活性化したTリンパ球やBリンパ球の一部はメモリー細胞として、活動を休止し、待機状態になります。どの細胞が待機状態になるのか、そのためのシグナル分子はあるのかなど、メモリー細胞ができる仕組みやメカニズム、どの組織、器官で待機しているかなどは、現在も研究が進行中です。おそらく、メモリーリンパ球は活性化したリンパ球群から一定の割合で生まれる。メモリー細胞は体循環をはじめ、再びリンパ節や組織で自分に相応しい抗原ペプチドを持ったMHCタンパク質と遭遇するのを待つのでしょう。次に遭遇したときは初めて遭遇したときより速やかに活性化して分裂し、大量の活性化リンパ球と再び少数のメモリーリンパ球とを作り出すのでしょう。
+++ クローン選択説 +++
抗原レセプターは数千万個（もっと多い？）のT細胞、B細胞に装備され、それぞれ異なった標的分子を持ちます。細胞が免疫刺激、たとえば、微生物の侵入に応答し、細胞分裂して増えることで強い免疫体制を築くことができます。侵入者を撃退したあと、活動的な免疫細胞は大部分が死にますが、一部の細胞は体内に残されますので、次に微生物が侵入したとき、強い免疫体制を速やかに整えることができます。これが免疫記憶の本体です。
クローン選択説は抗体の数が無限のように見えること、天然に存在しない人工抗原に対しても抗体を作りえることから提唱され、証明（具体的なプロセスが明らかにされること）されてきました。クローン選択説は免疫記憶現象も説明でき、免疫現象を説明するドグマになっています。
〇免疫記憶はT細胞、B細胞からなる抗原レセプターを持った細胞群を中心に生み出され、維持されます。では、抗原レセプターを持たない脊椎動物以外は免疫記憶を持っていないのでしょうか。答えはイエスです。しかし、疑似的な仕組みは持つようで、その仕組みの研究も行われています。
〇生体防衛を国家防衛になぞらえて説明しているつもりですが、クローン選択説のような仕組みを国家防衛に組み込むことはできないのでしょうか。リスクのある部分は強化され、そうでない部分は節約されるか、消え去っていく。合理的で経済的な仕組みのように思えます。問題は相手も同じように対策することでしょう。次回はその例を紹介することにしましょう。
○感染微生物の敵はこれら免疫担当細胞です。今回から3回にわけて細菌が免疫担当細胞と戦う戦術について紹介しましょう。タンパク質が登場する分子生物学の分野です
〇まず、復習です。上皮細胞に異常が起こると、粘膜にたくさんの免疫細胞（白血球）が集まってきます。最初に大挙して押し寄せてくる白血球は好中球と呼ばれます。殺菌性の強い酵素や過酸化物を分泌して菌を殺します。また、菌を食べて、細胞内で消化します。続いて、好中球と同じ殺菌力を持ち、かつ、獲得免疫系に病原菌情報を伝達するマクロファージが出現します。マクロファージが提供する情報でT細胞、B細胞が出動すると、感染病原体はほぼ鎮圧されます。
○なぜ、病原性大腸菌は危険を冒してまで粘膜上皮細胞に接近するのでしょうか。細菌は細胞に取り付くことで細胞をコントロールできるのです(Nature, 449,827-834, 2007)。
+++ 細胞を隠れ蓑にする +++
好中球やマクロファージは細菌を食べ、強力な酵素や活性酸素を浴びせて細菌を破壊し、リソゾームで消化します。しかし、考えてみると細胞の中へ案内してくれるわけですから、リソゾームでの殺菌メカニズムをうまくかわせば細胞内に侵入できます。細胞内には免疫の攻撃は届かず、かつ、栄養分は豊富で、細菌にとっては食糧庫で生活するようなものです。
リステリア菌や赤痢菌はエンドサイトーシスで取り込まれるとファゴソームを破って細胞質に脱出します。強力な殺菌小胞であるリソゾームになる前に逃げ出すわけです。菌は細胞質内で増殖します。
結核菌やレジオネラ菌はエンドサイトーシス小胞の動きを止め、リソゾーム酵素の入った小胞と融合するのを防ぎます。小胞の中で細菌は増殖します。両方とも空気感染する菌で、肺が標的臓器です。もっぱら細胞内に入り込む細菌（リステリア菌、レジオネラ菌）は細胞に取り込まれやすくなるような接着分子も持っています。
+++ リステリア菌（Listeria monocytogenes）の二重生活 +++
リステリア菌は土壌細菌の一種で、生物の死体を栄養素とし、その有機物を分解する腐生菌として生活しています。時々、乳製品などに混入して、食中毒の原因になります。また、リステリア菌はいわゆる日和見感染症を起こす菌です。
細胞内寄生するために胃腸炎だけでなく、全身に感染が広がります。リステリア菌は食細胞であるマクロファージに食べられることで入り込み、マクロファージが移動するのに乗じて血液に入り込むと考えられます。
リステリア菌をさまざまな生育条件で発現する遺伝子を網羅的に調べたところ（トランスクリプトーム解析）、腐生菌から病原菌への生活様式の切り替えに関する遺伝子発現の変化が判りました。体内で発現する遺伝子はワクチンの候補、治療薬のターゲットとして考えられます。
○細菌が細胞の膜の移動や融合を乗っ取るメカニズムは現在、活発に研究が行われています。細菌は哺乳類とまったく違う生物ですが、哺乳類の細胞の分子メカニズムをよく知っているかのごとく、様々なタンパク質を進化させていることは驚きです。
+++ 工作員 +++
細胞をコントロールするには細胞の中に工作員を送り込まなければなりません。その仕組みがIII型、IV型の分泌装置です。ファゴソームやリソゾーム（語尾に小体を意味する-someが付きます）の移動や融合を制御する様々な因子（RABタンパク質ファミリーなどのGTPaseやアクチン、チューブリンなどの微小管系）のそっくりさんを工作員として使います。
そっくりさんは細菌が独自に進化させたものか、それとも感染した哺乳類の遺伝子を取り込んだものかははっきりしません。細菌はまれにDNAを取り込み、取り込んだDNAをまれに染色体やプラスミドに組み込むことがありますから、感染によって破壊された細胞のDNAが細菌のゲノムに入り込む可能性はあります。役立たずなら自然選択で消えていきますが、有用な機能があれば利用されることでしょう。
+++ 簡単には自殺させない +++
腸の上皮は、細菌が感染すると迅速に自己複製を行って、基底膜からはがれ落ちます。こんな身の守り方もあるのです。ところが、それにもかかわらず、多くの腸病原性細菌は腸上皮に定着します。
赤痢菌は、なんと、毒性因子OspE（ほかの多くの腸病原性細菌にもみられる）を分泌して腸上皮細胞のマトリックスとの接着を強化します。それによって上皮の剥離が抑制され、腸上皮への細菌の定着が促進されるらしい（Nature 459 p578）。
○大腸菌（＝細菌）は精密な分子機械です。細菌は動物に比べてライフサイクルが短く（細菌は1時間、動物1年、人間は20年）、進化のスピードが速いので、動物の進化を先回りして防衛･攻撃システムを準備できるのかもしれません。とはいえ、自然界での生き残りや増殖は細菌にとって厳しいものがあります（41．外界の大腸菌参照）。自然界ではライフサイクルは数年にもなるかもしれません。
〇細菌が体内に入り込んだことを免疫系に知らせるレセプターはTLRです。TLRに細菌の構成成分が結合すると、酵素反応の連鎖（細胞内シグナル伝達機構と呼びます）によって細胞核に納められている遺伝子のうちから、警報タンパク質の遺伝子が選ばれて警報タンパク質（サイトカインやケモカイン）の生産が始まります。警報タンパク質の遺伝子を選択する細胞内シグナル伝達機構のキーとなるタンパク質はNFκBです。
+++ 警報タンパク質を封じ込める +++
細菌は工作員となるタンパク質を送り込んでNFκBシグナルを様々な方法で邪魔します。よく用いられる方法はミミックです。ミミックは正常な細胞の仕組みを真似て、間違えさせ、攪乱させる方法です。ミミックはタンパク質で、細胞のシグナル伝達のタンパク質のそっくりさんです。その結果、細菌がいるという警報タンパク質を分泌させないか、量をだいぶ減らします。この仕組みは、細胞を破壊せず、細胞内で膜に包まれたまま潜伏する細胞寄生性細菌で特に発達しているようです。
なかでも細胞の核内に入り込むタンパク質もあることが注目です。真核細胞では核に入り込むタンパク質は特別なチェックを受けます。核を持っていない細菌が真核細胞の核のチェック機構をパスする術を持っているという不思議。
〇抗原レセプターを使う免疫系を獲得免疫と呼びます。そのほかの免疫機能をまとめて自然免疫と呼びます。獲得免疫は高い抗原特異性と免疫記憶を持つ点で自然免疫より効果的に生体を防衛します。高い抗原特異性は多様な抗原レセプターを準備することを基本にします。すなわち、細菌やウイルスの構成タンパク質の一部に対して結合する抗原レセプターを利用して、照準を定めます。そして、特異性の低い自然免疫を攻撃対象に向けて総動員する仕組みです。
+++ 獲得免疫系に情報を伝えない +++
敵の構成タンパク質に結合する抗原レセプターを選択するためには敵の一部を取り出して調べる必要があります。この仕組みを抗原提示と呼びます。抗原を取り込み、加工（消化）する細胞は樹状細胞とマクロファージで、両者で抗原提示の作業を行います。特に樹状細胞が優秀です。好中球も細菌などを食べて消化しますが、好中球には抗原提示能力はありません。
樹状細胞は消化途中の断片をMHCタンパク質にくっつけて細胞表面に運び、リンパ節に移動してT細胞やB細胞に見本を見せます。そして、ちょうどぴったり合う抗原レセプターを持つT細胞やB細胞が樹状細胞のシグナルを受け取り、活動を始めます。
もし、細菌が取り込まれても消化されなければ抗原提示能力が発揮されず、獲得免疫系が働きません。細胞内の消化器官はリソゾームですが、細菌はリソゾームに運ばれる途中でファゴソームを破壊して細胞質へ脱出します。細胞内寄生性細菌は樹状細胞やマクロファージなどの抗原提示細胞を侵入門戸にすることも多く、感染した結果、獲得免疫系を無力化します。後で述べますが、ウイルスでも食作用を利用して細胞に入り込むことが多く、したがって、樹状細胞やマクロファージなどの抗原提示細胞は格好の餌食になります。
○細菌を殺すために活躍する免疫担当細胞も利用して細菌は増殖します。むしろ、免疫担当細胞の機能を逆手に取った戦略が使われています。脊椎動物の免疫系は重複する様々な手段を準備してそれに対抗します。
○大腸菌をモデルにして免疫応答について解説してきました。細菌について一般的な解説をしましょう。伝染病ではないけど脅威になっている細菌です。
+++ 日和見感染症 +++
人間は体調を崩したり、また、年老いてくると免疫が衰えてきます。すると、健康なときには問題にされない病原性の低い微生物が、増殖して組織を襲うようになります。代表的な感染病原体には緑膿菌、サイトメガロウイルス感染症、カリニ肺炎菌などがあります。免疫機能が低下する病気には、がん、エイズなどがあります。また、癌を治療するために抗がん剤、臓器移植を行った後に免疫抑制剤を使用しますが、いずれも免疫機能を抑えます。
+++ 緑膿菌（Pseudomonas aeruginosa） +++
自然界に普通に存在する一般的な細菌です。目や傷口などから感染し、炎症を起こします。健康な人はほとんど感染しませんが、術後や高齢者など、免疫力が低下している人は日和見感染を起こしやすく、感染した場合、敗血症など重篤な症状を引き起こすことがあります。多剤耐性菌が多く、免疫力が低下した患者の多い医療機関などでは監視体制が取られています。
+++ 黄色ブドウ球菌（Staphylococcus aureus） +++
人の皮膚や鼻腔に常在しています。通常は病気を起こしませんが、健康な人でも、菌が傷口や消化管から体内に侵入すると、化膿・炎症のほか、産生毒素による食中毒などの病原性を示します。緑膿菌同様、免疫力の低下している人は日和見感染を起こし、敗血症、心内膜炎など深刻な事態を招きます。近年、さまざまな抗生物質に耐性をもつものが増え、社会問題になっています。
+++ ネズミチフス菌（Salmonella typhimurium） +++
サルモネラの一種で、本来ネズミなどのげっ歯類の腸管に生息していますが、ウマなどの家畜、人にも感染する人畜共通の病原菌です。経口感染して、発熱、下痢などの食中毒症状を起こします。薬剤耐性化しやすいので、抗生物質の使い方に注意が必要です。
+++ 野兎病菌（Francisella tularensis） +++
野兎病を引き起こす原因菌。ネズミなどのげっ歯類やウサギ、人に感染します。感染動物と直接的な接触や、ノミやダニ、蚊などを媒介して皮膚や消化管、気道などから感染します。感染すると、頭痛、発熱、嘔吐などの風邪のような症状のほか、感染皮膚と関連したリンパ節の腫脹、膿瘍化、潰瘍などの症状がみられます。ヒト−ヒト感染は起こりませんが、感染力が強く、生物テロへの使用が懸念されています。
〇聞きなれない病気もあったと思います。聞いたことのある細菌感染症はいずれも日和見感染です。つまり、人類は細菌をほぼ抑え込んでいるのです。その原動力が抗生物質。しかし、細菌の方でも薬剤耐性遺伝子を進化させて抗生物質に対抗します。抗生物質が使われる限り、耐性菌も増える。約100年前に死の病であった結核は抗生物質の普及によって治療可能な感染症になりましたが、薬剤耐性結核菌の出現で、再び、死の病に復活しつつあります。
〇雑菌が悪であるかのようなCM。確かに雑菌は食べ物の腐敗を進めますが、繁殖部位にフローラを形成し、病原菌の繁殖を抑える。病原菌は病原因子として働く遺伝子を持っている分、環境での生存には不利です。だから、無菌が良いのでは決してない。無菌だとたまたま入ってきた病原菌が繁殖し、独壇場になるために危険だと考えられます。
+++ 感染症を警戒するあまり、都市からは自然が排斥された +++
都市から自然が排斥された最大の理由は感染症です。感染症は下水、蚊、ハエ、ネズミによって運ばれました。そのため、飲み水は消毒され、下水は地下を流れ、川は埋め立てられるか蓋をされました。藪は刈り取られ、空き地はアスファルトで固められました。伝染性の強い感染症はこうして封じ込められました。
しかし、一般の感染症も完全に封じ込めるには天文学的なコストがかかります。食中毒は家庭生活の中で発生するのは稀で、大量の食材を扱う中で発生します。調理に時間がかかり、細菌に繁殖の時間を与えるからです。老人ホームや学校、病院は感染症の流行が起こりやすい場です。免疫力の低い人々が高密度で生活するためです。
感染症に対して注意するのはよいのですが、日常の衛生観念が少し過敏になりました。ばい菌という名称で、病気を起こす微生物と一般の無害の微生物が一くくりにされ、過敏すぎる衛生観念が学校教育に組み込まれることで、トイレの臭いや砂遊び、無害な小さな昆虫にまで敵意が向けられるようになりました。
+++ 大腸菌対策 +++
大腸菌は口から入ってきて、排泄物として出て行きます。昔は、排泄物は川に流されたか、土に埋められ、自然界に戻りました。江戸時代には排泄物は野菜などの肥料に使われました。野菜を食べたり、河川の水を飲むことで大腸菌を体内に取り込むことになりました。また、家畜も同じ経路で感染しますから、肉や卵に付いたまま、台所に入り込んでいました。
この経路は大腸菌に限らず、下痢を起こす細菌に共通の経路です。下痢（食中毒）を起こす細菌にはサルモネラ、カンピロバクター、赤痢、ビブリオ、コレラなどがいます。これらの感染症を抑えるには、食べ物と水を管理することが一番です。水の管理は上下水道の整備によってほぼ完成しました。水による感染症もほぼ制圧されました。残るは食べ物。こちらの管理は容易ではありません。食べ物は簡単に殺菌・消毒ができないからです。加熱調理は有力な方法です。また、活性酸素を発生する塩素系洗浄剤も効果が高い。手を洗うことも必要ですが、動物などの排泄物を扱わなければそれほど神経質になることもないでしょう。
〇人体は体外の表面でも体内の表面でも雑菌が繁殖してフローラを形成しています。フローラは少し偏りがある細菌集団です。偏りは人体との相互作用や利用できる栄養分で生じます。皮膚なら弱酸性条件。腸内ならば消化液や免疫系、そして食べた食物。極少数派の病原菌はフローラが乱れたときに相対的に生存に有利になって数を増やして生体を傷つけるのです。
〇ということで、フローラの考え方を取り入れて、無菌状態礼賛はやめましょう。そして生活環境の人工物の表面にできるフローラの特徴を明らかにすべきです。
〇海洋や土壌の微生物生態系には何百種類もの細菌が含まれています。ヒトゲノム計画に投資されたハイパワーのDNAシークエンス・マシーンは大量の細菌ゲノムの塩基配列を一気に決定するほうへと応用されました。遺伝子の塩基配列を解析する技術のコストが信じられないくらい安くなってきました。
+++ DNAを調べることで培養不能な菌を調べることができる +++
科学者が細菌を研究するためには、菌を培地上に繁殖させることが必要でした。しかし、自然界には培地で増殖しない菌がたくさんいます。海洋性細菌、土壌細菌などを含めると99%が培養不能の菌と言われます。このような菌をまとめて遺伝子を解析し、ゲノム構造を明らかにしようという研究が始まっています。
存在する菌を十把一からげにして大量の遺伝子断片をクローニングし、ハイパワーのシークエンサで塩基配列を決定しようというプロジェクトです。細菌ゲノム程度（数メガ塩基）であれば、ゲノムサイズの数十倍程度の断片の塩基配列を読めば重複部分を解析してつなぎ合わせ、ほぼ全体の塩基配列、遺伝情報が手に入ります。
塩基配列の集合体からは個々の微生物についてはわかりませんが、微生物群集の動態や、生産される酵素群、代謝機能を推定することができます。微生物群の活性は海洋、土壌環境の物質循環に大きな影響を与えていると考えられます。 未知の細菌がもつ未知の遺伝子機能。細菌群落が発揮するスーパーパワー。ネトネトスライムは気持ち悪いですが、その中の細菌集団を調べると様々な環境問題を解く鍵が発見されるかもしれません。
〇地球表面の3分の2は水で覆われています。観測衛星を使い、また、インターネットなどで観測網を広げて地球規模での環境の測定が可能になりました。一番大きな成果はいままであまりにも大きくて不可知であった海洋の観測ができることです。
+++ いままで不可知であった海と海洋微生物の全体像が解明されつつある +++
海の重要性は測定データとして明らかになり始めました。例えば、海洋微生物は地球の一次生産量のおよそ半分を担っています。海には夥しい量の微生物とともに、大量のウイルスが存在することが解明されつつあります。地球の栄養循環の大きな流れが海にあります。
夥しい種類の海洋微生物の遺伝子はこれからのバイオ技術に欠かせない遺伝子資源となるでしょう。また、海洋微生物の生態系の調査から海洋環境、地球環境の気候変動をモニターする手段と考えられます。海洋微生物は急激な環境変化、地球規模の栄養･物質循環を理解するための大事な鍵となるでしょう。
〇細菌集団（群集）をフローラと言います。人間には、腸管の他に、口腔、鼻腔、膣、皮膚にもそれぞれに独特なフローラが存在しています。フローラは粘膜の免疫力を活性化（教育）し、解剖学的にも構造を複雑にしています。健康にも大きく関与していると考えられていますので、人間の成長に対してもフローラが大きく影響しているのではないでしょうか。
〇個人ゲノム解析によるテーラーメード医療が視野に入ってきました。個人ゲノムのみならず、個人のフローラを丸ごとゲノム解析し、健康管理に応用される時代がやってくるのでしょうか。
〇病気を起こす細菌は生物兵器として利用される恐れがあります。特に、最近では遺伝子組み換え技術や遺伝子機能の知識が高度に発展したので、しっかり見張る必要性があります。
+++ 微生物を改造した生物兵器は先進国で開発される +++
1918年に世界で大流行したインフルエンザ、スペイン風邪は 2000万人の死者を出しました。折りしも第一次世界大戦中。集まった兵士が風邪でダウンし、アメリカ合衆国の参戦が遅れたそうです。この風邪の犠牲者がシベリアで土葬されており、その人からウイルス遺伝子が分離されて、遺伝情報を元にスペイン風邪ウイルスが再構築されました。いずれ、行われるだろうと予想していましたが、やはり、話題になりました。
研究を行ったのはアメリカ合衆国のCDCです。ワクチン開発のためとしていますが、当然、バイオテロにも使えます。遺伝情報からインフルエンザウイルスを再構築するには高度なバイオテクノロジーができる施設と熟練した技術者・研究者、何よりも社会にその施設を維持する基盤技術（水、エネルギー、資材供給、情報網）が備わっていることが必要です。オーム真理教教団は化学兵器であるサリンを使い、経済力のあるテロ組織なら技術を購入して禁止兵器も自己調達できることを証明して見せました。
伝染病といえば発展途上国のもので、海外旅行で気をつけるものでした。最も恐ろしい伝染病は先進国で発生する時代になったかもしれません。
+++ 生物兵器禁止条約 +++
第二次世界大戦後、化学兵器に加えて生物兵器についても世界的な規制が必要であるという機運が高まりました。1975年に生物兵器禁止条約が発効しました。正式名称は「細菌兵器（生物兵器）及び毒素兵器の開発，生産及び貯蔵の禁止並びに廃棄に関する条約」という長い名前です。日本は1982年6月に条約を批准し、細菌兵器・・・に関する条約の実施に関する法律という長い名前の法律が成立しました。2022年1月現在の条約への加盟国は183になります。
残念ながら、この条約には欠点があります。それは生物兵器を使った場合の査察システムがないことです。原子力兵器や化学兵器の場合、ニュースで時々報じられますが、国連の査察機関が実態調査を行うことができます。折しもバイオテクノロジーが高度成長していた時代です。製薬業界や種子業界、バイオ農薬等の関連業界への査察受け入れの負担が大きいこと、使用される生物剤は殺菌による証拠隠滅も容易である等の理由から，検証そのものが極めて難しいという問題がありました。結局、2001年以降，検証議定書交渉は中断されています。米国とロシア，非同盟諸国等のバイオ先進国の対立があって、検証議定書交渉の再開はいまだに実現していません。
一方で、専門家によるバイオテロ対策、バイオ技術の悪用や誤用を防止するための施策、発生初期段階において生物兵器の使用に起因するのか自然発生なのか区別が困難で影響が広範囲に及ぶ恐れのある事案に対する支援などの諸問題が議論されています。21世紀以降の急速なバイオテクノロジーの発展により、リスクも増しましたが同時に検査や分析技術も向上しました。
新型コロナウイルス感染症は生物兵器の漏出ではないかという憶測が飛び交ったように、生物兵器が使用された場合は新型コロナウイルス感染症のような事態に直面することが懸念されます。生物兵器の脅威に対して国際社会が脆弱であることが明らかになりました。強力な査察部隊を武漢へ派遣していたら、新型コロナウイルスの発生源や発生時期が明らかになった可能性があります。ぜひ、生物兵器禁止条約の枠組みの強化に向かってほしいものです。
〇もう一つ、押さえておきたい社会の変化があります。
+++ DIYバイオ +++
大腸菌の遺伝子組換えは高校の生物実験で行うことができます。大学ではすでに当たり前になっています。バイオテクノロジーは、今や普通の技術になってきています。すると、バイオテクノロジーを趣味にする人も出てくるでしょう。実際のところ、今や遺伝子配列をメールで送ると、その遺伝子を発現するプラスミドを作製して送ってくれるサービスがあります。DNAを送ると、その遺伝子情報を解析して塩基配列をメールで連絡してくれるサービスもあります。適切なラボがレンタルできれば、こうしたバイオをDIYできるわけです。
大腸菌を光らせたり、タンパク質を作らせたりするだけではありません。遺伝子組換え技術で珍しい色のバラを咲かせる。コーヒー豆やカカオ豆の香りを大豆で再現するなど、特許や育種で大儲けすることも夢ではありません。昆虫の収集家は新種か否かを遺伝子を解析することで確かめることもできるでしょう。
このような実験操作はカルタヘナ法で規制されていますので、ガレージをバイオ実験室に改造する前に当局に相談しましょう。
〇DIYでバイオテロの微生物が作られる。小説のネタになりますね。誰か書いてくれないかな。
〇細菌に限らず、生物は多くの生物のつながりの中（生態系）で生きています。ローカルな生態系に人間が侵入すると、それまで無かった人間とある種の細菌やウイルスの出会いがあり、それが不幸なことに人間に対して病気を起こすことがあります（新興感染症）。新しい出会いですから、人間側には免疫がまったく無く、燎原の炎のように感染が広がります。
+++ 宿主と微生物のコミュニティは共進化する +++
人間と共生する微生物とは運命を共有しますので、生活環境の変化や免疫系の働きによって微生物は選択され、人間の健康にエッセンシャルになりました。おそらく、長い人類の進化の間に微生物も適応し、より密接な関係を築いたと考えられます。
人体のフローラを構成する微生物に想定外の変化が起これば人間は病気になります。平たく言えば、寒い中で風邪を引く、おなかを冷やして下痢をする、病原細菌が侵入して激しい下痢になる、先天性の遺伝子の変化で大腸炎を起こしやすい・・・などです。
+++ 腸内細菌 +++
小腸のバクテリア数は1mLあたり1万個程度。土壌では4000万個。小腸内の細菌密度はかなり低いことがわかります。人体を70kgとして全身のバクテリアの重量は200g程度でした（Sender et al., 2016 Reviced estimates for the number of human and bacteria cells in the body. PLoS Biology 14, e1002533）
腸内細菌がいないと我々は食べた炭水化物の大部分を消化することができません。腸内細菌と共存するために我々は比較的安全な生息地と繁殖条件を提供しているとも考えられます。腸内細菌に対する宿主側の攻撃を弱めているのがTregであることがわかってきました。TregはT細胞の一派で、免疫応答を抗原特異的に弱める働きがあります。
○環境によって病気が変化する。医者にとってややこしい話です。しかし、人間も細菌は変化する能力を内蔵しているので、避けて通れない問題です。わかりやすい例では抗生物質に対する耐性があります。人間は生活環境を大きく変えてきました。そのために新たな病気が出現し、多くの病気が姿を消しました。その大きな部分は細菌感染症です。
○今までは最初の侵入経路として消化器を取り上げました。2つ目の侵入経路は呼吸器です。食が生きるのに必須であると同様に、呼吸も食べたものを酸化反応によってエネルギー源にするために必須な活動です。呼吸経路は鼻からのど、気管支、肺へと続きます。
○呼吸器から感染する病原体はたくさんありますが、代表選手として、近年、大流行が懸念されているインフルエンザ・ウイルスを例に取りましょう。大腸菌と消化器のシリーズと同様に、話題はインフルエンザ・ウイルスに限定しません。ウイルスは細菌より奇妙な遺伝子を持つ（多様性が高い）こと、ウイルスの一生は分子の活動そのものであることから、話の内容はかなり専門的です。聞きなれない専門用語がたくさん出てきますが、基本を解説し、折に触れ、復習しながら話を進めることにしましょう。
+++ 鼻は迷路である +++
鼻は空気の通り道として考えて差し支えありませんが、口とは違ってかなり枝道があります。空気と一緒に埃や菌が吸い込まれるので、まずは必要のない微粒子を除去するために、粘液に覆われた表面積を大きくしていると考えられます。また、臭いは敵を察知し、餌を見つけ出すために重要ですので、臭いの分子を捕らえるために表面積が大きいほうが生存に有利であると考えられます。
人間の鼻の内部（鼻腔）は2つの孔からスタートして奥はかなり縦長に広くなっています。骨が2枚内側に突き出して内部を3つに分けています。臭いを感知する臭細胞は上にあります。内部は口から腸までの消化器と同じように粘膜と粘液に覆われています。粘膜は繊毛運動をして、粘液の流れを作り出し、鼻の穴方向か、のどの方向に粘液と一緒にくっついた微粒子を送り出します。インフルエンザ・ウイルスも粘液にくっつくとどちらかに運ばれて最終的には体の外に出されてしまいます。
鼻腔のあちこちに穴が開いていて、副鼻腔とつながっています。副鼻腔は頭蓋骨を軽くするために開いている骨の内部の空間が鼻腔とつながったと思われるもので、行き止まりになっています。目の奥や顎の辺りにあります。内側はすべて鼻腔と同じように粘膜と粘液に覆われています。
細菌が粘膜上に取り付いて繁殖すると炎症反応が起こります。炎症とは、粘膜に免疫細胞が集まってきて、粘膜の下、粘膜自体が膨れ上がることです。免疫反応によって発熱し、毛細血管が膨れて充血します。菌は殺されますが、免疫細胞側、粘膜側にも被害が出ます。鼻腔は狭い通路ですので、炎症が起こると詰まりやすい。副鼻腔は出入り口がふさがって、中に膿（菌と免疫細胞の死体）がたまることもあります（蓄膿症）。
+++ 扁桃腺 +++
口と鼻は消化器と呼吸器の入り口です。多くの感染病原体がここを通過します。そこで、免疫細胞の駐屯地もたくさんあります。扁桃腺は粘膜の表面に顔を出したリンパ節のような存在です。扁桃腺の表面は粘膜（重層扁平上皮）で覆われ、深い襞が刻まれ、表面積が大きくなっています。上皮細胞の下に免疫細胞が集まっていて、侵入して来た病原体に反応します。強い反応が起きると扁桃腺が腫れ、熱が出ます。飲み込むときの喉の痛みの原因です。ひどい場合は呼吸が苦しくなったりします。
+++ 肺への道 +++
食物と空気は喉の奥では同じ通路を通りますが、咽頭で消化器と呼吸器に分かれます。普段は呼吸をしているわけですが、食べ物を食べるときは呼吸器側（声帯、気管）が蓋をされます。食物が通るときの一連の反応（嚥下反射）は自動的に行われます。
空気は気管を通り、気管支に分かれて肺へと吸い込まれます。肺は袋状で、肋骨の籠（胸腔）に収められています。肺の下にある横隔膜（筋肉です）が収縮し、平らになると、肋骨で囲われた部分の容積が増し、空気が吸い込まれることになります。肺自体は縮もうとする弾性があり、横隔膜が緩むと肺が縮んで息が吐き出されます。胸腔に穴が開くと肺を膨らませる力がなくなり、肺が縮んでしまいます（気胸）。
空気は気管支を通って肺全体へ送られます。気管支の表面はたくさんの線毛を持った上皮細胞で覆われています。線毛は常に波のような運動をして粘液の流れを作り出し、肺の奥から喉の方へ、さらに口や鼻の方へと異物を送り出します。大量の粘液は杯細胞（形が杯状）や上皮細胞が分泌します。外から入った病原体は気管支で増えることが多く、感染や付着により線毛運動を止めたり、線毛を破壊したりします。
+++ 肺胞 +++
肺の終点は肺胞です。肺胞では毛細血管が網目状に流れています。血管は内皮細胞の筒ですが、その筒をタンパク質（コラーゲン）と糖の膜（基底膜）が包みます。籠の間を埋めるような形で肺胞上皮細胞がサンドイッチして薄い膜を作り出します。肺胞上皮の内側には毛細血管のほかに、基底膜を作り出す繊維芽細胞がいます。外側には吸気に混じって侵入した微生物の感染から肺胞を守っている肺胞マクロファージがいます。
○ざっと呼吸器の様子を説明しました。消化器と違うのは空気と水の層が共存していることです。水の層は粘膜として上皮細胞の表面に張り付いています。ウイルスや細菌は空気層にいる限り、肺の奥まで入り込むことができます。次回はインフルエンザ・ウイルスの感染のお話です。
○インフルエンザはインフルエンザウイルス感染症です。要するに咳や熱が出る風邪ですが、インフルエンザウイルスが主に気管支に感染したために起こる粘膜の破壊とウイルスを退治するために集まった免疫細胞の反応です。
+++ インフルエンザウイルスはエアロゾルに潜む +++
感染した患者が咳をしたときにはウイルスを含んだ気管支の分泌物が細かな水滴になって飛散します。これをエアロゾルと呼びます。咳だけでなく、会話をしていてもエアロゾルはできます。ウイルスや細菌はエアロゾルを利用して感染します。ウイルスの大きさは1万分の1mmくらいで細菌は数ミクロンです。エアロゾルは数ミクロン（1ミクロンは 1000分の1mm）の大きさです。
具体的には、咳などで発生する飛沫の大きさは数ミクロンから数十ミクロン。空気中ではすぐに乾燥して飛沫は小さくなり、より浮遊しやすくなります。目安としては20ミクロン以上だと数時間で床に落ち、3ミクロンだと落ちません。また、気管支まで到達するエアロゾルは5-10ミクロンくらいとされています。
ウイルスが単独で空気中にいることはありません。通常のマスクの網の目は数ミクロンですから、ウイルス粒子は素通りですが、エアロゾルの通過はマスクで阻止できます。マスクが感染防止に有効である理由です。
ウイルスはエアロゾルの中で数時間は生きます。エアロゾルの大きさやウイルスの生存状態は空気が乾燥しているほどウイルスに有利になります。ウイルスはエアロゾルに乗って次の犠牲者に感染します。
〇地球には大気があるため、小さな粒子は落下することなく、空気中を漂うようになります。エアロゾルについて、もう少し説明しましょう。
+++ 大気中では小さな粒子は漂う +++
空気中を漂うような液体または固体の微小な粒子をエアロゾルといいます。われわれの周りにあるエアロゾルは、その生成過程の違いから粉じんとかフューム、ミスト、ばいじんなどと呼ばれ、また気象学では、視程や色の違いなどから、霧、もや、煙霧、スモッグなどと呼びます。エアロゾル粒子は、粒径や化学組成、形状、光学的・電気的特性など多くの特徴があり、その性質はきわめて複雑です。例えば粒径についていえば、分子やイオンとほぼ等しい0.001μm＝1nm程度から花粉のような100μm程度まで約5桁にわたり、また個数濃度についても、清浄空気の10個/cm3程度から発生源近傍の数百万〜数百億個/cm3程度まで 7〜8 桁にもわたります。
〇新型コロナウイルスは飛沫感染といいます。一方、インフルエンザウイルスは空気感染です。どう違うのでしょう。
+++ 飛沫感染と空気感染 +++
エアロゾルの大きさ、包まれた病原体の乾燥に対する強さによって飛沫感染と空気感染とに分けられます。飛沫感染とは病原体が粘液などの水分で包まれた大き目の粒子で感染が起こることで、通常は１ｍ以内で起こります。一方、空気感染では周りの水分が蒸発した飛沫核によって感染が起こり、大きさも小さくなり、空気の流れにより広範囲に飛散します。
通常、空気感染を起こすのはウイルスで、感染症にはインフルエンザ、麻疹、水痘などがあり、また、細菌では空調設備などを介した感染として最近問題になっているレジオネラ症が含まれます。
〇エアロゾルは電場に入ると帯電しやすく、静電気で除去できます。静電気を利用したエアフィルターは網目より小さな微粒子を防ぐことができ、圧力差が少ないので空気の流量を落とすことなく濾過できる装置です。新型コロナウイルスの流行で、このタイプの高性能エアフィルターの普及が期待されます。
インフルエンザウイルスの感染と増殖が起こるのは気管支より上です。上部気道といいます。ウイルス粒子を含むエアロゾルは口や鼻から吸い込まれたあと、上部気道の粘液に落ち、溶けます。インフルエンザウイルス粒子自体には粘液の中を泳ぐ仕組みはありません。感染する細胞に到達するためには粘度の高い粘液の中を受動的に拡散して行くだけです。くっつけなかったウイルス粒子は粘液の流れによって口や鼻へ押し出されます。
たまたま、粘膜上皮細胞に接近できると、ウイルス粒子はHAタンパク質で細胞にくっつきます。おそらく細胞の線毛の先端です。うまくいけばウイルス粒子上にたくさんあるHAタンパク質が次々と線毛にくっつきます。HA タンパク質が変形し、膜融合を起こし、ウイルスの遺伝子が細胞内に侵入します。
エアロゾルはほとんど上部気道で粘液にとらえられ、肺などの下部気道に達することはないと考えられます。インフルエンザウイルスの感染は肺の末端ではほとんど起こりません。ウイルスが感染すると、直ちに細胞は反応を起こし、周りに免疫細胞を呼び寄せます。免疫反応によって粘液（鼻水や痰）が大量生産され、咳が出るほか、熱が上がります。全身に倦怠感を感じます。時には関節が痛みます。
ひどいときには中耳炎、細菌性気管支炎、肺炎に発展します。ウイルスが血液中に出るほど気道での感染がひどくなると、呼吸器以外の臓器に感染し、脳症、筋肉炎、心筋炎などを引き起して重症化することがあります。
○ウイルスが感染すると言う言葉は、一般的にはウイルスが体内に入ることを言います。しかし、ウイルスの立場からすると、劇的な変化はウイルスが細胞に入ることで起こります。電子顕微鏡写真などで見るウイルスの写真は、いわば、ウイルスの種です。ウイルスが成長した姿は細胞内にあります。ウイルスの本体、本来の姿は感染した細胞の中に出現するのだと私は考えています。それははっきりとした境界を持たない姿なので、我々が想像する生物の姿とはまったく異なった形をしています。
○と、いうことで、次回から、インフルエンザウイルスの細胞の中での増え方からはじめましょう（ウイルス、56巻、p99-108、2006）。
○これから何回かは分子レベルでの話ですので、なじみのない方には難しいと思います。大学レベルの細胞生物学を参考になさってください。
+++ ウイルスは細胞の機能を利用して侵入する +++
空気と一緒に体の中に入ってきたインフルエンザウイルスは、粘液にくっつき、運がよければ粘膜上皮細胞に接近できます。ウイルスがくっつく分子（レセプター）はシアル酸です。細胞膜の表面を覆う、糖の一種です。シアル酸は、全身のどの細胞にもある分子ですので、インフルエンザウイルスは、とりあえず、どの細胞にも結合することができます。
+++ HA検査 +++
インフルエンザウイルスがシアル酸に結合するために使うタンパク質はHAタンパク質です。HAはHemagglutininの略で、赤血球（Hema-）を凝集する（agglutinate）因子（-in）という意味です。HAタンパク質のシアル酸に結合するという機能を赤血球を凝集する＝「赤血球が試験管の丸い底で2次元シートを作る」機能として測定したことに由来します。ウイルス粒子がノリのように作用して赤血球がくっついたまま沈みます。赤血球の濃度が低いとほぼ一層になって沈むのでシート状になります。凝集しなければ赤血球は試験管の底の一番低いところまで落ちて、赤い点に見えます。
+++ エンドサイトーシス +++ インフルエンザウイルスはレセプターに結合すると、細胞の食作用によって飲み込まれます。食作用は別名、エンドサイトーシスです。エンドは「内側」を意味する語幹で、エクソと対になる言葉です。食作用で作られるクラスリンで覆われた袋をエンドソームもしくは食胞と呼びます。食作用は細胞の恒常的な作用と考えられていますが、もしかしたら、ウイルスが細胞膜に結合することで食作用が引き起こされるもしれません。
エンドソーム内は胃袋のようなもので、食胞内は酸性になります。その後、食べたものを消化する酵素を含んだリソゾームと融合します。リソゾームは細胞の胃袋ですね。
+++ 侵入 +++
ウイルスは消化酵素がやってくる前に、行動を起こします。周りが酸性になると、ウイルス粒子に組み込まれたM2タンパク質の働きでウイルス粒子内が酸性になります。M2タンパク質はイオンチャンネルで、水素イオンだけを通します。酸性になったことで、ウイルスの遺伝子を包むタンパク質と、ウイルスの膜を接着させているM1タンパク質（ウイルス膜のすぐ内側にあります）がはがれます。ウイルスの遺伝子を細胞に送る準備と考えられます。ウイルスの膜をエンベロープとも呼びます。
酸性条件下で、もう一つ重要な変化が起こります。ウイルスを細胞膜にくっつけていたHAタンパク質は構造が変化して、結合していた細胞膜（エンドソーム膜）を引き寄せます。ウイルスの膜と細胞の膜は同じ細胞の膜に由来するので、コンタクトすると融合します。融合を促進するために、HAタンパク質の中に折りたたまれていた疎水性ペプチド＝細胞膜の脂質と強く結合するペプチドが露出して、細胞膜に差し込まれます。その結果、ウイルスの膜が細胞膜と融合します。ウイルスの膜に包まれていたウイルスの遺伝子が細胞内に放出されます。
+++ インフルエンザゲノム +++
ウイルスの遺伝子の本体はRNAです。インフルエンザウイルスは1つの遺伝子が1つのRNA分子になっていて、全部で8つの遺伝子、8本のRNA分子で1個のウイルス粒子を構成します。厳密に言うと、2つの遺伝子を乗せているRNAは3つあります。まだ増えるかもしれません。
ウイルスRNAは核タンパク質に包まれていて、RNA-タンパク質複合体になっています。タンパク質の中に3つのサブユニットからなるRNA合成酵素が含まれています。RNA合成酵素はウイルスのRNAを複製するための専用酵素です。
〇RNAタンパク質複合体はおそらく細胞内骨格（微小管系）に結合し、微小管の輸送機能を利用して細胞の核に入り込みます。この辺の具体的なところはまだ分かっていません。なお、微小管はエンドソームなどの細胞内小器官の輸送、細胞分裂のときの染色体の輸送のときの線路＋ケーブルの役割をしています。
○ウイルスは積極的に細胞内にもぐりこむ力はなく、あくまで細胞の生理機能に乗っかって受動的に侵入します。この様子は細菌の毒素によく似ています。
○細胞が遺伝子を発現して、様々なタンパク質を作り出し、タンパク質を利用してさらに多様な物質を作り、不要なものを分解するためには複雑な仕組みとルールがあります。複雑というより、たくさんのタンパク質や因子が関与していますので、理解するには多くの知識が必要だといった方が適切でしょう。
〇ウイルスの遺伝子複製も細胞のルールを守って行われますが、なにか工夫しないと細胞の遺伝子複製が勝ってしまいます。ウイルスは細胞に比べて圧倒的に少ない遺伝子を利用して、細胞の遺伝子よりも自分自身の遺伝子を多く発現させる方法が採用され、細胞本来の遺伝子発現を押し切っているようです。
〇インフルエンザウイルスのRNAゲノムは１本鎖のアンチセンス鎖です。インフルエンザウイルスの複製方法やウイルスタンパク質の発現を理解するためには核酸に方向があることを理解しなければなりません。
+++ 5'→3' +++
一般向けの遺伝子の解説の中ではDNAに方向があるということはあまり説明されません。専門的には5'→3'の方向が正の方向です。センス方向と呼びます。5'→3'とはDNA、RNAの構成要素であるリボースという糖の構造から定義されます。DNAのリボースは酸素が一つなく、デオキシリボースです（デ・オキシ：酸素がない）。
5'→3'方向はDNAやRNAの合成の方向やタンパク質に翻訳（専門用語です）される方向です。DNAもRNAもバックボーンがリボース―リン酸の繰り返しになっています。リン酸はリボースの5’の炭素と3’の炭素に結合したOH基とエステル結合しています。合成されるときは必ず、長いDNA分子もしくはRNA分子の3’のOHに、5’のOHにリン酸が着いた核酸、ヌクレオチドが付け加わるのです。
DNAは2本鎖です。複製されるときは、一方のDNA鎖を鋳型にもう片方が作られます。このとき、鋳型のDNAは3’→5’の鋳型の上に5'→3'方向にDNA鎖が伸びていきます。これは例外なくすべてのDNA合成酵素、RNA合成酵素に当てはまります。その理由は材料が５‘にリン酸基が３つついたヌクレオチドが材料だからです。リン酸基は合成のためのエネルギーを供給します。遺伝子が読まれる場合も、mRNAが作られますが、同じ合成反応でRNAが伸びます。
すなわち、DNAは相棒の情報（核酸塩基の並び）に基づいて、 5'→3'の方向に合成されます（伸びます）。RNAはDNAの情報に基づいて、5'側から順番に伸びていきます。タンパク質はmRNAの5'→3'の方向の情報に基づいて、tRNAを介してリボソーム（RNA→タンパク質翻訳装置）で合成されます。塩基配列も5'→3'の方向に並べ、遺伝暗号もこの方向で読み、解釈します。
+++ センスとアンチセンス +++
さて、話が長くなりましたが、mRNAの方向がセンス（タンパク質が作られるから）、mRNAが作られるとき、鋳型になるほうがアンチセンス（センスの逆だから）と定義されます。DNAは二本鎖ですから、片方の鎖がセンス鎖、すなわち、mRNAと同じ配列で、その逆側はアンチセンス鎖です。センス鎖はtRNAを介してタンパク質に翻訳されます。つまり、tRNAはアンチセンス鎖を持っています。ルールとしてセンス鎖の情報をアミノ酸配列に対応した情報にしています。
まとめると、アミノ酸配列を指定する鎖をセンス鎖、相補鎖をアンチセンス鎖と呼びます。
+++ アンチセンス鎖の役割 +++
アンチセンス鎖は単なるペアですが、遺伝子が複製するときに利用される相補情報に相当します。一般に遺伝子としては意味を持ちません（例外はあります）。細胞などの大きなDNAの場合は両方の鎖に遺伝情報が書き込まれていますが、通常はその情報はオーバーラップしません。しかし、小さなウイルスの場合、遺伝情報をたくさん書き込むために、相補鎖からもmRNAが読まれることがあります。
さらにウイルスでは一本鎖ゲノムを持っているものがいます。ゲノムを構成する核酸の量が半分になるのでよりコンパクトです。この場合、センス鎖はmRNAとなる一方、アンチセンス鎖の鋳型になるという、２種類の構造をとります。
〇タンパク質のアミノ酸の並び方にも5'→3'の方向に対応した方向があります。アミノ酸のアミノ基（-NH2）が核酸の5'に相当し、カルボキシル基（-COOH、酸性を示します）が3'に相当します。この基礎知識はインフルエンザウイルスのゲノムや複製を理解するための基本知識です。ちょっと専門的な本やウェブサイトにはこの内容が図解されていますので、参照してください。
〇コラムでDNAやRNAの関係を整理したうえで、いよいよインフルエンザウイルスのゲノムの複製の話を始めましょう。ゲノムとはその生物を成り立たせる1セットの遺伝子を意味します。人の場合、遺伝子の実体はDNAで、1セットはおおよそ22000個と見積もられています。インフルエンザウイルスの場合は8個で、8本のRNA分子に分かれています。
+++ RNAゲノム +++
インフルエンザウイルスはゲノムがRNAでできており、細胞のゲノムがDNAであるのとは異なっています。インフルエンザウイルスはRNA合成酵素をゲノムに持ち、自分自身のゲノムRNAだけを複製する仕組みを持っています。材料は細胞の構成成分です。ウイルスが増えるにつれ、細胞側は材料を奪われ、細胞の本来の機能や恒常性が乱され、細胞はウイルスが増殖するにつれて死ぬことになります。
+++ パンハンドル構造 +++
インフルエンザ･ウイルスの粒子に入っている遺伝子は1本鎖RNAです。書き込まれている情報は相補鎖。すなわち、アンチセンス鎖です。
実際にはRNAはNP（nucleoprotein = 核タンパク質）タンパク質にまきついた形をしていて、全体は棒のようになっています。NPタンパク質をはずすと、輪の形になったRNA分子が現れます。 RNAの端の12塩基もしくは13塩基が相補的になっていて、部分的に二重鎖構造になっています。丸い輪に取っ手が付いた形なので、パンハンドル構造と呼ばれています。
二重鎖になった部分はPA、PB1、PB2の3つのタンパク質から構成されるRNA合成酵素が結合しています。RNAと酵素の複合体（RNP複合体）にRNAの材料であるNTPと緩衝液を加えるとRNAの合成が始まります。NPタンパク質はスムーズなRNA合成に不可欠です。
+++ cRNAとvRNA +++
RNAゲノムのセンス鎖ができても、端っこの二重鎖構造は変わりません。センス鎖からゲノムRNA（cRNAに対してvRNAとも言います）が複製されて、ゲノムの合成は一回りします。1つのcRNA、vRNAから複数のvRNA、cRNAが合成されますから、材料がある限り、インフルエンザ・ゲノムはねずみ算式に増えていきます。実際にはvRNA→cRNAより cRNA→vRNAの方が10倍ほど合成速度が速く、効率的にvRNA（アンチセンスRNA、ゲノムRNA）を作り出すようです。
〇RNAゲノムは細胞の核の中で複製されます。核の中には原料であるリボヌクレオチドが豊富にあるためでしょうか。次はもうひとつのRNA、mRNAについて解説しましょう。
○前回はウイルスゲノムの複製の話でした。インフルエンザウイルスの８本のゲノムはそれぞれ１本のメッセンジャーRNA （mRNA）に転写されますが、そのうち、2つの遺伝子は、mRNAに転写されるときに、2通りの読まれ方をして、2種類のタンパク質を作り出します。
+++ 複製をスタートする遺伝子情報 +++
RNAの端の二重鎖になっている部分はウイルスRNAの複製開始点でもあり、mRNAの合成を指示するプロモータでもあります。
ウイルスの粒子に入っていたのはアンチセンス鎖ですから、最初に合成されたRNAはゲノムの相補鎖（cRNA。センス鎖です）になるか、mRNAとなってタンパク質合成の鋳型になる2つの道があります。核に到着したRNP複合体が最初にセンス鎖をつくるのか、mRNAを作るのかはまだ不明です。
+++ mRNA +++
細胞のmRNAは核の中の遺伝子の配列をコピーして細胞質（核の外）にあるリボソームまで情報を運ぶ働きがあります。
細胞のmRNAは、まず、細胞のRNA合成酵素（巨大なタンパク質の複合体です）が遺伝子のプロモータに結合し、RNA合成が始まります。プロモータは遺伝子がmRNAにコピーされる（転写される）かどうかを決める DNA上の配列です。様々な遺伝子の活性を調整するタンパク質が結合します。
最初のmRNAは長いRNAの分子ですが、RNA合成酵素は遺伝子の終わりを意味するポリＡシグナル（遺伝子の配列）に到着すると、アデニル酸の連続であるポリＡを合成します。さらに、ポリＡの反対側の5`端にキャップ構造というグアニル酸（Ｇ）の変わった形の分子が結合します。
+++ mRNAの加工 +++
遺伝子にはタンパク質に読まれないイントロン配列が含まれていることがあります。真核生物の場合、ほとんどの遺伝子にイントロン配列がありますが、原核生物（バクテリアなど）にはありません。イントロン配列は転写されたあと、mRNAから切り出されます（スプライシング）。なぜ、イントロン配列があるのか分かっていません。ウイルスの場合、ゲノムが小さく、遺伝子に余裕がないのでイントロンもほとんどありませんが、一つの遺伝子を有効利用する場合はスプライシングによって別のタンパク質を作ります。インフルエンザウイルスではM遺伝子からM1、M2タンパク質、NS遺伝子からNS1、NS2タンパク質が作られます。
+++ mRNAには印がつけられる +++
キャップ構造とポリＡがないと、mRNAとして認められません。おそらく、インフルエンザウイルスなどのRNAをゲノムとしてもつウイルスの排除に役立っていると考えられます。細胞内にはキャップ構造とポリＡがない RNAを認識するタンパク質（RLR）があって、そのようなRNAがあると、侵入者であるとして警戒シグナルが出されます。
mRNAとして機能するためには細胞のmRNAのふりをしなければなりません。インフルエンザウイルスのPB2タンパク質は、細胞のmRNAの目印でもある5'側のキャップ構造を細胞のmRNAから切り取って、自分のRNAにくっつけ、インフルエンザウイルスのmRNAを作り出します。
+++ インフルエンザウイルスの複製は核内で起こる +++
加工が終わったmRNAはリボソームのスモールサブユニットや翻訳開始因子（eIFタンパク質）と結合して核膜にあいた穴（核膜孔）を通って細胞質に出て行きます。タンパク質の合成は細胞質で行われますが、合成されたタンパク質が働く場所に正しく移動するための仕組みがあります。
インフルエンザウイルスの複製と転写は核の中で起こりますが、その他大勢のRNAウイルスは細胞質で増えます。キャップ構造を必要としないIRES配列を作り出して、mRNAをタンパク質に翻訳します。
○次回は合成されたインフルエンザウイルスのタンパク質と共に細胞内を移動しましょう。
〇インフルエンザウイルスのmRNAは核の中で作られた後、細胞質へと運ばれてリボソームでタンパク質に合成（翻訳といいます）されます。タンパク質は例外なく細胞質で翻訳されます。翻訳の仕組みについては他の書籍に譲りましょう。タンパク質は合成されたあと、働く場所に運ばれます。
+++ 核で必要なタンパク質 +++
インフルエンザウイルスのRNAは核の中で複製されます。インフルエンザウイルスの複製酵素はRNA合成酵素（PA+PB1+PB2）です。3つのタンパク質はインフルエンザのタンパク質の中でも大きいほうから3つに相当します。遺伝子も３つ、RNAゲノムも３本です。その他にNPタンパク質の補助が必要です。一番小さなタンパク質であるNS1タンパク質、NS2タンパク質も活躍しますが、RNAの複製、mRNAの転写に対する貢献度はよくわかっていません。
インフルエンザウイルスのタンパク質も宿主細胞のタンパク質と同様、細胞質で翻訳されます。そのうち、複製に必要なタンパク質は核内へと輸送される必要があります。細胞では核内でたくさんのタンパク質が活動しています。インフルエンザウイルスは細胞が用意した細胞質から核へタンパク質を輸送するルートを利用すればいいのです。そのためのパスポートを核移行シグナルといいます。その実体は塩基性アミノ酸が連続した配列です。
〇では、複製が終わり、NPタンパク質とRNA合成酵素を持ったRNP複合体ができたとき、核の外へと運ぶ仕組みはどうでしょう（ウイルス誌 2017年）。RNP複合体はウイルス粒子の中心です。核を脱出する場合は宿主の核外輸送因子であるCRM1タンパク質を利用します。その時、ウイルス側のタンパク質M1及びNS2を介して結合します。
〇核の外に出たRNP複合体はウイルス粒子形成の場（HA-NA-Mタンパク質のラフト）まで輸送されます。平常時、細胞内での輸送は微小管とキネシンモーターが担います。微小管は細胞内に張り巡らされた道路のようなもので、キネシンはそこを走るトラックのようなものです。RNP複合体は小胞の輸送に関与するRab11aというタンパク質に結合して運ばれます。Rabタンパク質はトレーラーのようなもので、トラック（キネシン）に結合して荷物を運びます。Rab11aは平常時には小胞の膜に挿入されてキネシンに結合し、細胞膜や核膜の近辺で小胞を輸送しています。
〇次回はそのウイルス粒子の被覆タンパク質の合成の話です。
〇前回はウイルス粒子のうち、中身のつくり方のお話でした。今回は皮のつくり方です。皮はHAタンパク質、NAタンパク質そしてMタンパク質からできていて、細胞膜も含みます。細胞膜に疎水性の部分が埋め込まれた形ですので膜タンパク質と呼ばれます。膜タンパク質は細胞質で翻訳されると同時に、小胞体という袋状の膜に挿入されます。
+++ 膜タンパク質は翻訳時に膜に挿入される +++
HA、NA両タンパク質の最初の部分にシグナル・ペプチドという疎水性アミノ酸でできた部分があります。タンパク質の翻訳が始まると、シグナル・ペプチド部分がリボソームから出てきます。すると、ガイドタンパク質がくっついてタンパク質合成が一時停止します。ガイドタンパク質は、リボソームを小胞体の膜へ誘導します。
小胞体の膜上にはドッキング・タンパク質複合体があり、リボソームはこの複合体の穴から合成中のタンパク質を小胞体の中に押し出しながら合成を続けます。小胞体の内側ではシャペロニン・タンパク質が待ち受けていて、新しく合成されたタンパク質の立体構造を整えます。シグナル・ペプチドは小胞体を通過すると不要になりますから、切り落とされてしまいます。
+++ 小胞の流れが細胞の外と内側をつなぐ +++
小胞体の中でタンパク質はCOPIIタンパク質が形成する輸送小胞に集められます。COPII小胞はゴルジ装置という加工場（やっぱり小胞）へ運ばれます。COPII小胞はゴルジ装置の膜と融合します。ゴルジ装置の中をCOPI小胞で運ばれて、さらに加工されます。細胞膜へはクラスリン小胞（22を参照）によって運ばれます。
細胞の中にはたくさんの膜構造があります。大きなものは核膜、小胞体、ゴルジ装置、TGN(trans-Golgi network)があり、小胞にはエンドソーム、リソゾーム、COP小胞、クラスリン小胞があります。
まるで風船のように、小胞は大きな膜構造から出芽して（ちいさく膨らんで）、千切れて丸い形になります。形を作るのはコートタンパク質（COPタンパク質やクラスリン）です。最後にちぎるのはダイナミンタンパク質です。
輸送先を決めるタグ（アドレス）はRabと呼ばれるGタンパク質で、人間で60種類があり、それぞれ、行き先が違うようです。行き先の膜には対応するRabエフェクター・タンパク質があります。目的地に辿り着くと、コートタンパク質、Rabははずれ、 SNAREタンパク質複合体が形成されて、膜同士が押し付けられ融合します。
〇膜輸送システムを使ってHA、NAタンパク質は細胞膜へと運ばれ、ラフトを形成します。ラフトは特殊な脂質成分と膜タンパク質からなり、Mタンパク質が裏打ちした構造体です。
〇一般向けの講演では、インフルエンザウイルス粒子の構造をイラストで必ず紹介しますので、このメルマガの読者なら、一度ならず目にしていることでしょう。ウイルス粒子は棒状に描かれたRNP複合体を、タンパク質が埋め込まれた膜が包む形をしています。
〇膜タンパク質には細胞に取り付くためのHAタンパク質、細胞から離れるためのNAタンパク質があり、M2タンパク質が埋め込まれています。膜の裏側にM1タンパク質が張り付いて、膜とRNP複合体を接着させます。
+++ 細胞膜上にウイルスの部品が集められる +++
ウイルス粒子は細胞膜の直下（すぐ内側）で組み立てられます。ウイルス粒子が誕生する場では細胞膜の内側にM1タンパク質が張り付いて、そこに、HAタンパク質とNAタンパク質が集められます（ウイルス膜部分、ラフト）。細胞膜上にはたくさんのタンパク質がありますが、それらはほとんど入り込みません。
HAタンパク質やNAタンパク質はアミノ酸の鎖の一部が疎水性（親油性）アミノ酸で構成され、その部分が脂質でできた細胞膜を貫通しています。細胞の外側に突き出た部分は、サイズが大きく、結合能や酵素機能を持っています。細胞の内側に取り残された部分がM1タンパク質と結合して、細胞膜上にラフトを形成します。
M1タンパク質にRNP複合体がくっつきます。RNP複合体に M1タンパク質がくっつくにつれ、RNP複合体は外に向かって突き出て行きます。細胞膜はRNP複合体をぴったりと包み込んで、最終的には、お尻までくるんでしまうと、ウイルス粒子の出来上がりです（出芽といいます）。ウイルス粒子が外に飛び出すために必要な力学的なエネルギーはM1タンパク質とRNP複合体の相互作用（粘着力）によると考えられますが、それ以外にも積極的にエネルギーを消費するのかもしれません。
+++ パッケージング・シグナル +++
難問が一つ。ウイルスは8本のRNAゲノムを持ちます。1個のウイルス粒子にはRNP複合体が8本必要です。ですから、8本のRNA複合体をセットで束ねる仕組みがあるはずです。今のところ、はっきりはしていませんが、RNA 複合体にはウイルス粒子に取り込まれるために必要なRNAの配列があるようです。
一方で、多くのウイルスでウイルス粒子の数と、感染単位とが必ずしも一致しません。8本のゲノムがきちんとそろっていないと、ウイルス粒子は不完全粒子になります。
+++ 感染単位（pfu） +++
ウイルス粒子の数は電子顕微鏡で数えることができます。感染単位とは、細胞のシートにウイルスを感染させ、感染細胞の変化を肉眼で観察する方法です（プラーク・アッセイ）。ウイルスが感染すると細胞が死んで細胞のシートに穴が開きます。ウイルスが自由に拡散しないように寒天などで培養液を固めておきますと、シートの穴の周りだけにウイルスが留められるために、シートの穴の数が生きたウイルスの数に対応します。
感染単位はウイルス粒子の数の 100〜1000分の1しかなく、不完全粒子がたくさん含まれていると考えられています。
○ウイルスの細胞内での増殖の話はいかがでしたでしょうか。ちょっと長くなってしまいました。次回からはトピックスを紹介しましょう。
○復習です。インフルエンザウイルスは8本のRNAゲノム（染色体のイメージ）を持っています。大きい順に、PB2、PB1、PAタンパク質（３つそろってRNA複製酵素になる）、HA、NP、NA、M（M1とM2）、NS（NS1と NS2）をコードします。最近の研究ではPB1のRNAにはF2タンパク質という別の情報も乗っていることも分かってきました。少ない遺伝情報（タンパク質）で巨大なゲノム（哺乳類）に立ち向かうわけですから、小さな体に多くの機能を盛り込む工夫をしています。
+++ 研究の主役HAタンパク質 +++
HAタンパク質はウイルス粒子の膜上にあって、細胞のシアル酸という糖鎖に結合し、ウイルスの膜と細胞の膜を融合させる役割を持ちます。その結果、ウイルスのゲノムと複製装置が細胞の中に侵入します。いわば、感染の最初のステップを担うタンパク質ですから、宿主の免疫細胞にとって最大のターゲットでもあります。
+++ 切断されることで隠された能力を発揮する +++
作られたばかりのウイルスは、HAタンパク質が機能できない形です。気管の粘膜上皮細胞から分泌される特定のタンパク質分解酵素（プロテアーゼ）によってHAは2つに切断され（HA1とHA2）、膜融合領域（HA2にあります）が露出されてはじめて感染できるようになります。したがって、ウイルスが増殖する場所はこの特定のタンパク質分解酵素が分泌されている場所（呼吸器。カモ類では腸でも）に限定されます。
+++ 高病原性インフルエンザウイルス +++
ニワトリに感染するインフルエンザウイルスのHAは、体のどこでも切られるアミノ酸配列に変異することが知られています。すると、呼吸器以外でも増殖することができるようになり、感染力がアップします。ニワトリに感染すると、あっという間に全身に感染して、2〜3日でニワトリが死んでしまいます。ニワトリは症状（咳、体温上昇）を示す時間もないくらいです。高病原性鳥インフルエンザ（昔は家禽ペストが呼称）といいます。
どんなときに切られやすくなる突然変異が起こるのでしょうか。実験的にニワトリに繰り返し感染させると、20回ほどで高病原性鳥インフルエンザウイルスが出現することが確かめられています。一方で、高病原性鳥インフルエンザが発生する場所を調べてみると、多くが、多種類の家禽や水禽が生きたまま取引される食鳥マーケットがあるところだったため、家禽、水禽が高密度で交わる場合と考えられています。家禽はニワトリや七面鳥など、水禽はカモやアヒルです。多種類の鳥に次々と感染することでストレスがかかり、変異が起こりやすくなると考えられます。
+++ 感染の特異性の変化 +++
HAタンパク質が結合するシアル酸には小さな構造の違いがあります。シアル酸は全身の細胞の細胞膜上にあり、組織や細胞によって特徴的な構造になっています。インフルエンザウイルスが増殖できる呼吸器をみると、ヒトのシアル酸はニワトリのシアル酸と少し構造が違います。この小さな違いにより鳥インフルエンザウイルスはヒトの呼吸器の細胞に感染できません。
〇もともと、インフルエンザウイルスは水禽が自然宿主で、水禽はインフルエンザウイルスに感染しても症状を示しません。この辺が不思議なところで、病気を起こす場合と起こさない場合でどこが違うのかが研究の対象です。病気はウイルスだけ調べれば解明できるわけではありません。ウイルス感染に対する宿主の反応も病気を起こす大きな要因です。
○インフルエンザウイルスの増殖過程を説明してきました。インフルエンザウイルスが増殖するには生きた細胞に感染する必要があります。感染も、人に感染するのが日常的感覚ですが、実は、ウイルスにとって感染するのは細胞なのです。
+++ 血清型 +++
様々な動物から分離されるインフルエンザウイルスを調べてみると、HAタンパク質、NAタンパク質に抗原性の違いがあります。抗原性とは感染した動物の血清とウイルスとの反応性を調べることでわかります。 つまり、ウイルス分離株によっては、ある動物個体の血清Aと反応し、別の動物個体の血清Bとは反応しません。この関係をたくさんのウイルス分離株、動物血清で調べると、15種類の血清によってウイルスの反応性が分類できることがわかりました。このとき、使った反応性は赤血球との反応性を利用しています。HAとは赤血球凝集（hemagglutination）の略号です。
言い換えると、HAタンパク質は15種類の血清型があることがわかりました。同様に、NAタンパク質には9種類の血清型があります。したがって、その組合せは135種類になります。
+++ 宿主 +++
鮭類からもインフルエンザウイルスに似たウイルスが見つかっています。人間の身近な動物では豚や馬。とくに豚は人間のインフルエンザウイルスの同じタイプのHAタンパク質を持っていますので、人間と豚の間ではインフルエンザウイルスは行き来しています。不思議なことに、豚の呼吸器の細胞にはニワトリのシアル酸もありますので、ニワトリインフルエンザウイルスも感染します。
宿主によって感染する血清型が異なります。人に感染するのはHA型で１〜３であり、ニワトリでは5、7、9です。血清型ごとに宿主が違う理由はまだわかっていません。
+++ リアソータント +++
インフルエンザウイルスは8本のゲノムを持っていますから、2種類のウイルスが1つの細胞に同時に感染すると、子孫のウイルス粒子にはランダムにゲノムが入り混じったあいの子（リアソータント）が含まれます。現在の仮説ではニワトリのインフルエンザウイルスが豚に感染し、そこで、人間に感染するウイルスと混血して、ヒト型になって人間社会に入り込んで新しい流行を起こすとされています。もし、高病原性ニワトリインフルエンザウイルスがこのルートでヒト型になって侵入したらおそろしい疫病になるでしょう。
香港で発生した高病原性鳥インフルエンザでは、人間の患者が出て、死亡例もありました。ただし、人から人への感染は起きませんでした。香港ではヒト型とニワトリ型の両方のシアル酸に結合しうるHAタンパク質を持つ鳥インフルエンザウイルスが分離されています。このウイルスが直接、人間社会を襲ったわけではなく、ニワトリ型がヒト型になるためには他にも突然変異（たぶん2変異。PB2とNS2）が必要なのでしょう。
○以上、述べたようにHAタンパク質は様々なレセプター特異性、プロテアーゼ特異性があり、それが宿主に認識されたときに血清型として現れます。インフルエンザウイルスは免疫系が特異的に攻撃する性質を逆手にとって、七変化で対応しているのです。
○ウイルスの感染に対する防護は抗体と細胞障害性T細胞（CTL）が中心です。CTLについてはまたの機会に紹介することにしましょう。抗体は扱いやすく、実用的にも測定しやすいのでたくさんの研究が蓄積しています。
+++ 中和抗体 +++
抗体はウイルス粒子の特定の場所に結合します。結合するとウイルス粒子が細胞に感染できなくなるような抗体を中和抗体と呼びます。
ウイルス粒子の表面には、細胞に感染するため、細胞側の特定の分子（ウイルスレセプター）に結合する部分があります。新型コロナウイルスであればスパイクタンパク質であり、インフルエンザウイルスであればHAタンパク質です。この場所に抗体が付くと、ウイルスは細胞上のレセプターに結合することができません。いわば、完全に死んだ状態になります。細胞に結合する場所以外に抗体が結合した場合はまだ細胞に感染する余力があります。
+++ エスケープ･ミュータント +++
億万のウイルスの中には突然変異によって中和抗体が結合しなくなるウイルスがいます。通常のウイルスは中和抗体がある状況では増えることができませんが、こいつは増えることができます。
この方法で選択してきたウイルスをエスケープ･ミュータントと呼びます。エスケープ･ミュータントと元のウイルスの遺伝子の塩基配列を調べると、ウイルス粒子を構成するタンパク質の、どの部分が中和抗体と結合するかがわかります。その場所はウイルスが細胞側のレセプターと結合する場所と考えることができます。
エスケープ･ミュータントができる突然変異の場所は様々で、時には細胞側のレセプターと結合する場所でないこともあります。
+++ 免疫反応とウイルスのcat-and-mouse game +++
インフルエンザウイルスは抗原変異を起こしやすいウイルスです。また、免疫反応は強力ですが完全ではありません。この性質はインフルエンザウイルスの流行の特徴、すなわち、毎年決まった時期（冬）に流行する、に現れます。
インフルエンザウイルスのように、強いが完全でない免疫応答を受ける場合、ウイルスは生き残るために常に姿を変えます。すなわち、抗原遺伝子の変異が連続的、新しい抗原性を持ったウイルスが次々と出現することになります。
言い換えると、ランダムに起こる突然変異が幸いして、免疫応答を免れたウイルスが次の犠牲者に感染することができます。
1つの株からいくつかの株が出現し、次の年はそのうちの1つから次のいくつかの株が出現します。この繰り返しですから、遺伝子配列を用いて系統樹を作ると、形はしだれ柳の枝のようになります。
〇エスケープ・ミュータントはウイルスの生き残り戦略です。有効性の高いワクチンが開発されるとウイルスは逃げることができなくなり、社会全体でワクチン接種をするとそのウイルスは根絶されます。
〇中和抗体を調べるには生きた細胞とウイルスが必要です。その代わりになるのがHA抗体です。
+++ HA（血球凝集） +++
インフルエンザウイルスが細胞に感染するときはHAタンパク質を介して細胞のシアル酸に結合します。シアル酸は糖鎖の一部で、体中の細胞に存在しています。もちろん、赤血球にも発現しています。赤血球は採血することで大量に得られる細胞で、ウイルス学では血球に結合する＝細胞に感染すると単純化できることから、ウイルスの定量に用いられています。
インフルエンザウイルスと赤血球を混ぜるとインフルエンザウイルスが糊の役目を果たし、赤血球の膜ができます。ウイルスと赤血球の量が多いと塊になります。丸底チューブを用いて適当な量の赤血球を使い、適切な量のウイルスと混合して静置すると、赤血球の膜ができます。この時、ウイルスが足りないと、赤血球は丸底チューブの底まで落ちて小さな塊が見えます。
この現象を使って、ウイルスの量を薄めていき、一定量の赤血球と混合すると、赤血球の膜ができるぎりぎりのウイルス濃度を求めることができます。これがウイルスのHA価です。HA価はウイルスの感染価をよく示すので、ウイルス量の簡便な測定に用いられてきました。
+++ HI価（赤血球凝集阻害価） +++
HAを測定する方法を使って抗体価を測定することができます。４HAを示すウイルス液と赤血球を混合すると、赤血球膜ができます。この時、ウイルスをあらかじめ、ウイルスに対する抗体で処理して中和すると、ウイルスは赤血球に結合できなくなります。つまり、HAが観察されなくなります。
調べたい血液サンプル（抗体）を希釈し、ウイルスと反応させたのち、赤血球を加えてHA反応を行います。するとある希釈までの抗体ではHAが起こらず（阻害され）、その希釈を用いて血液サンプル中の抗体価（HI価）を表すことができます。
HI価は中和抗体価とよく一致するので、簡便な方法としてウイルス学ではよく使われます。
〇これらの測定で何がわかるのでしょうか。それは次回ということで。
〇さて、中和抗体（HI抗体）の測定方法を説明しました。通常は、抗体は感染動物もしくは免疫動物の血清に含まれますので、これを抗血清と呼びます。抗血清の中和抗体価、HI価といった呼び方です。
+++ 血清型 +++
10種類のインフルエンザウイルス株と、その抗血清を準備します。ウイルス株はV1〜V10 としましょう。抗血清はS1〜S10 とし、ウイルス株V1の抗血清はS1という対応関係にあるとします。この時、ウイルス株V1に対して抗血清S1〜S10の中和抗体価（HI価）を測定します。すると、S1は当然、高い中和抗体価（HI価）を示しますが、S2〜S10の中では抗体価の高いものと低いものに分けられます。
S2〜S5が高い抗体価を示し、S6〜S10が低い抗体価であったとしましょう。次に、ウイルス株V6を用いて同じように抗体価を調べると、S6は当然高い抗体価を示しますが、S1〜S5は低い抗体価を示します。ではS7〜S10はどうでしょうか。場合によりけりですが、話を単純にするために高い抗体価を示すことにしましょう。
このことはウイルス株V1〜V5とV6〜V10は誘導する抗体の種類が違っていて、２つに分けられることを示します。この中和抗体価（HI価）の違いによるウイルス株の違いを血清型と呼びます。今回の例の場合、血清型は２種類です。
+++ インフルエンザウイルスの血清型 +++
インフルエンザウイルスの血清型は詳しく調べられていて、HA価と中和抗体価で若干ずれがあります。このずれはNAタンパク質によるものです。そこで、調べた結果、HA型は１〜15（16という報告も）、NA型は１〜9もあるのです。
血清型と感染する動物種では対応関係があります。人間に感染するのはHA型1〜3、NA型は1もしくは2です。略して、H1N1〜H3N2と書きます。人間に感染するのは主にH1N1、H1N2、H3N2です。鶏に感染するのはH5、H7、H9です。このうち、H5、H7は抗病原性に化けるので、この2つの血清型が見つかった鶏は群ごと全淘汰されます。
〇HA型はHAタンパク質のアミノ酸配列によって決まります。アミノ酸配列＝ゲノム配列ですので、血清型（Serotype）に対してゲノムタイプ＝ゲノタイプ（Genotype）と呼びます。血清型とゲノタイプは必ずしも1：1の対応関係が分かっておらず、ゲノタイプが違っていても中和しあう（交差中和する）ことがあります。現在ではPCRで簡便にゲノタイプが調べられます。新型コロナウイルスでオミクロン株とか、BA5株というのはゲノタイプによる分類です。
〇新型コロナウイルスの抗原検査で使われたクロマト法の検査器具。ちょっと垂らすだけでラインが現れます。この検査の原理も抗体とウイルスとの反応を利用しています。
+++ 凝集試験 +++
赤血球を使ったHA試験は中和試験に比べて簡便な方法と説明しました。しかし、いつもフレッシュな赤血球が必要です。そこで、赤血球の代わりに微粒子を用いる方法が開発されました。ウイルスに結合するのはウイルスに対する抗体です。ウイルスの表面は数種類のタンパク質で覆われている、すなわち、同じタンパク質がいくつも埋め込まれています。したがって、タンパク質に対する抗体を持った微粒子はウイルスに複数個、結合できます。とはいうものの、普通でしたら微粒子はウイルス粒子に比べて大きいので、２つの微粒子をウイルス粒子がつなぐ形でしょう。
抗体分子を結合させた微粒子の溶液は白濁していますが、ウイルス粒子があると凝集し、粒粒が見えてきます。これを凝集反応といいます。使われる微粒子はプラスチック製。抗体と結合しやすいラテックスが使われます。
+++ クロマト法 +++
ウイルス粒子に対して過剰の微粒子を準備しておくと、サンプルと混合すると微粒子は凝集しませんが、微粒子の表面にウイルスがくっついた状態になります。これを毛細管現象でろ紙にしみこませると、ろ紙に反応液がしみこむのと同時に微粒子が流れていきます。
ろ紙の途中にウイルスに対する抗体をくっつけておくと、ウイルス粒子がくっついた微粒子はそこで止まります。過剰な微粒子はさらに先へ流れていきます。ウイルス粒子に対する抗体を線状に引いておくと、そこにラインが現れます。よく見えるように微粒子には色を付けておきます。この方法でよく使われるのが金コロイドです。タンパク質の吸着もよく、抗体分子と結合します。しかも赤い色がついています。
クロマト検査ではラインは２本見えます。一つはウイルス粒子に対する抗体をくっつけておいたライン。テストラインです。もう一つは金コロイドにくっつけた抗体に対する抗体をくっつけておいたライン。コントロールラインです。金コロイドが流れていくと、まずテストラインに、そしてコントロールラインにくっつきます。残った金コロイドはケースのなかの吸水材に吸い込まれて見えなくなります。コントロールラインがあることで、ウイルスラインが見えなくとも検査反応が起きていることがわかります。
〇クロマト法はニュースでも説明がありましたが、厳密にウイルスの量を測ることができません。また、ウイルス量が少ないと反応が見えないので、感度も低くなります。でもPCR検査では結果が出るまでに時間がかかるのに対して、その場で10分ほどで結果が見られるので便利ですね。
○さて、ウイルスとその検査法について説明しました。次回からは、ウイルスの変化と免疫との関係を紹介しましょう。
〇さて、ウイルスの調べ方を説明したので、次はウイルスを調べる手順を具体的に説明しましょう。
+++ 分離 +++
ウイルスは患者さんから取った体液（鼻汁、唾液、血液など）から分離します。インフルエンザや新型コロナの検査では長い綿棒を使って、鼻の奥や喉から粘液を採取していました。ウイルスを生きたまま分離するには培養細胞などで培養する必要があります。うまく増殖できるようになると分離株と呼ばれます。今では重要な遺伝子だけをPCR法で増幅して、遺伝子配列として分離できます。
一般には、分離されたウイルスはその病気を引き起こした原因の候補です。自然界にもウイルスはいますので、無害なウイルスが分離されることもあります。
ウイルスによって分離できる培養細胞が異なっています。そこで、分離するウイルスをあらかじめ想定しておいて、培養細胞を用意し、患者さんから取った体液（鼻汁、唾液、血液など）を感染させます。想定されるウイルスが多種類の場合は多種類の培養細胞を使います。
ウイルスによっては分離が難しいものもいます。C型肝炎ウイルスは分離ができません。現在ではPCR法を用いて、患者の血液中のウイルスの核酸を直接調べています。
+++ 微生物はクローンを取って、性質を解析する +++
動物のクローンは、同じ遺伝子を持つ個体として、マスコミで、また SF小説でおなじみです。動物のクローンは自然界では誕生しないので、話題になったり、小説になったりするのですが、動物以外では一般的です。例えば、植物の挿し木。親の体の一部を栽培して別の独立した個体にするわけですから、クローンです。全国のソメイヨシノはクローンであるとの説があります。バナナは種のない突然変異体を挿し木で増やして栽培しています。人工的でないクローンも昆虫の例にあります。アリマキは単為発生で大発生します。
微生物の性質を調べるためにはクローンとして大量に増やすことが必須です。微生物は小さすぎて、観察しづらく、構成成分を調べるにも、性質を調べるにも1匹からでは材料が十分にとれないからです。
細菌は寒天培地の上で増殖させ、コロニーを作らせます。言い換えると、水分は少ないが、栄養分はたくさんある環境を作り出して、細菌が泳げないが増えられるようにします。そうすると、細菌は分裂しながら塊となって増えます。これがコロニーです。少数の細菌を寒天培地の上に撒くと、1個の菌から子孫ができてコロニー（クローン）が取れます。
ウイルスの場合の似たような方法でクローンをとります。ウイルスは細胞の中に侵入して増殖しますから、まず、細胞を培養する必要があります。ウイルスが拡散しないように、細胞の培養液を軟寒天もしくは粘度の高い物質で固めます。ウイルスを十分薄めて感染させると、1つの細胞で増殖したウイルスは、その細胞を壊して周りに散らばり、周りの細胞に感染します。細胞がゆっくり増殖するように培養すると、ウイルスによって壊された細胞の穴（プラーク）が大きくなっていきます。プラークを観察しやすくするため、ウイルスを感染するときに細胞が単層になるように培養します。プラークの周辺の軟寒天中にウイルスのクローンが散らばります。
RNAウイルスのクローンを取るにはプラークの周りにあるウイルスを軟寒天ごと、小さなスポイトで吸い取ります。そのあと、培養細胞に感染させて増やせば、理屈上、1つのウイルス粒子由来の子孫、すなわち、遺伝子がまったく同一なウイルス集団（クローン）を得ることができます（クローニング）。
〇ウイルスを研究するための第一歩が、ウイルスのクローンを純粋に培養することです。実は、初めて出会うウイルスの場合、増殖する細胞や増殖条件がわからず、このステップが最も時間がかかります。現在では遺伝子から攻めるのが一般的で、遺伝子の配列からウイルスの種類を特定し、培養細胞のリストを調べることになります。しかし、今まで知られていなかったウイルスの場合、病気を起こした動物（人間）の細胞を培養して分離を試みます。初代培養細胞といいます。よく使われるのは腎臓の細胞です。腎臓細胞は、きれいな細胞シートを作り、プラークが観察しやすい細胞です。
〇分離したウイルスの遺伝子情報を調べると、分離した場所、時間によって様々な変化があります。これを遺伝子変異と呼びます。遺伝子変異の中でも抗体が作られるタンパク質の変異は免疫との戦いにおいて重要な意味を持ちます。特に重要なタンパク質のアミノ酸配列が変わり、抗体との反応性が変わった場合、抗原変異と呼びます。
+++ PCR検査とゲノタイプ +++
新型コロナウイルスではPCR検査が世界中で行われました。PCR検査自体はPCR法を用いて新型コロナウイルスの核酸（RNAゲノム）があるかないかを判定する検査ですが、PCR法によって増幅された核酸断片は遺伝情報を含んでいます。もうひと手間かけて塩基配列を決定すれば、生きたウイルスを分離することなく、遺伝子配列の一部が分かります。
感染拡大の初期において、新型コロナウイルスのゲノム塩基配列が明らかにされ、その配列をもとにどの遺伝子の配列をPCRのターゲットにするか、研究されました。特に変異の大きな部分をPCR法で増幅して（PCR検査）、その塩基配列を調べることで、その患者のウイルスの変異の程度が分かります。
こうして新型コロナウイルスではα株、β株、とギリシャ文字でゲノタイプ（genotype, genome + type）が区別されました。感染力の強かったデルタ株やオミクロン株は記憶に新しい所です。
+++ ゲノタイプと抗原変異 +++
ランダムに起こる突然変異ですが、その中でも抗原タンパク質の変異は重要です。抗原タンパク質に免疫から逃れる突然変異を持ったウイルスが生存に有利になります。つまり、免疫反応が自然選択にあたり、そのような突然変異は免疫がターゲットとする部位（抗原部位）に蓄積すると考えられます。このような変異を抗原変異と呼びます。
抗原変異のうち抗体との反応性については、簡便に調べることができます。特に大きく変化した場合、血清型が変わることがあります。新型コロナウイルスの場合、抗原タンパク質はスパイクタンパク質であり、スパイクタンパク質に対する抗体によってウイルスは中和されます。というわけで、免疫を持った人が増えてくると、スパイクタンパク質に免疫から逃れられるような突然変異を持ったウイルスが次第に増え、突然変異が積み重なると、もはや、それまでに感染やワクチンによって獲得した抗体では増殖を抑えられなくなります。
逆に、中和抗体が存在した培地でウイルスを細胞に感染させると中和されにくいミュータントが増えてきます。このように実験的に作り出したミュータントをエスケープミュータントと呼びます。エスケープミュータントを作り出すには中和抗体存在下で何度も感染を繰り返す必要があり、都合の良い突然変異はなかなか起きないことが分かります。人間の集団の中では免疫反応にも個人差があり、エスケープミュータントが出現する確率はさらに低くなります。大きな都市で、ワクチン接種が不完全で、免疫力の低い人が集団で生活するスポットがある場合に確率が上がります。エスケープミュータントのゲノム配列を調べ、どこが変わっているかがわかると免疫に重要な部分が推定できます。
○次回は、感染を繰り返すことで起こる塩基配列の変化はウイルスによって違うことを紹介しましょう。
〇前回、ウイルスの塩基配列が変化するということを説明しました。新型コロナウイルスでも大規模に塩基配列が調べられましたが、ゲノタイプを整理するために系統樹が作られます。
+++ 系統樹 +++
遺伝子情報を解析して、分離株の近縁関係を整理し、似た順に枝として結ぶと、木の形になります。系統樹と呼びます。系統樹は分離株の直接の関係は示しませんが、ウイルスの変化の概要を掴むのに便利です。系統樹は作成の都合上、１つの幹からスタートして、それが2つ、3つに枝分かれすることを繰り返して全体の形ができます。ウイルスの感染様式、宿主との戦い方法によって、系統樹の形が変化します(Science 303, 327-332 2004)。
+++ しだれ柳型 +++
インフルエンザウイルスの場合は、抗原遺伝子の変異が連続的に起こります。新しい抗原性を持ったウイルスが次々と出現するようなウイルスはしだれ柳の枝のようになります。1つの株からいくつかの株が出現し、次の年はそのうちの1つから次のいくつかの株が出現します。この繰り返しです。
持続感染するエイズウイルスやC型肝炎ウイルスは、数年間、ウイルスが体内に留まります。その間、体の免疫とのいたちごっこが続きますので、1人の患者さんから定期的にウイルスを分離して遺伝子を解析すると、インフルエンザウイルスと同じようにしだれ柳型になります。
一つの型のウイルスが蔓延すると、その型にピッタリの免疫が成立します。そしてその免疫はしばらく集団で維持されます。変化しても元に戻る突然変異は免疫で抑えられてしまうので、先へ先へと変異が重なることになります。
+++ 樹木型 +++
はしかなどの場合、免疫反応が強力で、完全ですから、ワクチンができる前は5-10年毎に流行がありました。流行は幼児でおこります。誕生した幼児はウイルス感染を体験していないので、免疫を持っていません。免疫を持っていない幼児が、社会の中である程度の割合になると、ウイルスが増えやすい状況になります。こうして5-10年で流行が幼児の間で繰り返されることになるのです。多くのRNA型のウイルスはこのように周期的に流行します。
流行のたびに異なった塩基配列のウイルスがランダムに出現します。系統樹はスタンダードな樹木形になります。
持続感染するエイズウイルスやC型肝炎ウイルスは流行がありません。数年間、ウイルスが体内に留まります。ウイルスは患者さんの体内で変異を繰り返す（エイズウイルス）ことで、免疫系の監視をかい潜り、どんどん変異が蓄積されます。先ほどは一人の患者の中でも変異でしたが、社会集団としての患者さんから採れるウイルスを調べると、抗原変異は非常に大きくなります。すなわち、系統樹は幹の下のほうで大きく枝分かれする樹木形になります。
+++ タンポポ型 +++
ウイルスの中には抗体を逆手にとって感染するものもいます。デングウイルスは抗体が結合し、マクロファージに食べられますが、間一髪のところでマクロファージに感染して、増殖します。感染が抗体に依存するためにデングウイルスの抗原変異は小さい。抗体を持っている（免疫反応をしている）宿主ほどよく増殖するからです。最初の感染ではあまり症状はありませんが、2度目以降の感染は激烈な症状を示します。
デングウイルスはおおきな枝の先に小さな枝が密集する形（分離株の抗原変異が小さい）になります。適当な名前が見つかりませんが、花の形に例えて、タンポポ形としましょう。セリの花でもいいのですが、わかりますでしょうか。
〇RNAウイルスはRNA合成酵素を使って増えますが、細胞が持つRNA合成酵素に比べて正確性があまりよくありません。細胞が持つRNA合成酵素の100倍から1000倍も間違えてしまうのです。そのため、遺伝子の変異が起こりやすく、致命的な突然変異の場合はそのウイルスは死にます。が、突然変異を適度に起こすことで免疫を持つ集団の中で増えていくことができるのです。
○前回のメールマガジンではウイルスの遺伝子がウイルスと宿主の戦い方で変化することを書きました。宿主との戦い方はウイルスによって様々です。
+++ 持続感染 +++
持続感染するC型肝炎ウイルス、HIV（エイズ・ウイルス）などの変化を、一人の患者さんの中でみると、インフルエンザと同じ系統樹になると、前回、書きました。では、多くの患者さんから分離した株を比較すると、どうなるでしょうか。一人の患者さんの中で大きく変化するので、それぞれの分離株の間の違いが大きくなり、足長の系統樹になります。これは分離株の間の変化が大きい、すなわち、見た目、変化が速く感じられることになります。
ワクチンはもっとも効果の高い＝様々な分離株と反応する＝株から作られます。変異が激しいとワクチンは次から次へと作る必要があり、いたちごっことなります。C型肝炎ウイルス、HIV（エイズ・ウイルス）はワクチンが作りづらいウイルスです。
+++ 地域性 +++
感染力の弱いウイルスは枝ごとに地域性が出て、地理的な分布と系統樹の枝が一致します。先に紹介したはしかのウイルスは同じ変異を持った株が繰り返し出現するパターンを示します。繰り返すたびにわずかに変化するのが通常で、密な枝になり、大きな枝は地理的に分岐します。こんなウイルスですと、その地域で流行する分離株を基にワクチンを作ればよいので、効き目の高いワクチンを1回作るとずっと使うことができます。
なお、ここで言う地域は通商圏のようなもので、人間の場合はかなりあいまいです。アジア、北アメリカ、ヨーロッパのようなくくりです。野生動物の場合はかなり限定的で、風土病のようなものもあるでしょう。家畜は野生動物と人間の間になります。
+++ 種を越えてもたらされる変異 +++
インフルエンザウイルスの場合は、他の動物種に感染していたウイルスの遺伝子が人間社会で流行していたウイルスと交雑することで、集団としての免疫が無効になってしまうような変化がおきます。この場合、幼児だけが感染するのではなく、全世代が感染する大流行（パンデミック：世界的な流行）となります。歴史上、＊＊風邪として命名されています。
古い順に、1889年 旧アジア風邪（H2N2）→1918年 スペイン風邪 H1N1→1946年 イタリア風邪→1957年 アジア風邪 H2N2→1968年 香港風邪 H3N2→1977年 ソ連風邪 H1N1。そして、ついに2010年 豚風邪（swine flu）。日本では新型風邪と呼ばれるようになるでしょうか。
〇ウイルスの遺伝子の変化はウイルスの感染能力に影響し、ウイルスが免疫から回避する原動力となります。一般に、新たに出現したウイルスは強い感染能力を持ち、急激に集団に広がります。集団が免疫を持つと、強い感染能力を犠牲にして集団に生き残る道、抗原変異を選びます。感染能力が強すぎると宿主を殺してしまい、その株は生き残りづらくなります。感染能力が弱くなると集団としての免疫が成立しづらくなります。ウイルスにとって、常に新たな感染対象（獲物）がいる状態ですね。
○ウイルスが感染する様式は、ウイルスの生き残り戦略でもあります。この戦略の基本は変化することですが、その変化の足跡が系統樹に残り、ウイルスに特徴的な形になるという話をしました。今回はウイルスの感染戦略について紹介します。
+++ ヘルペスウイルスは隠れんぼをする +++
体内に隠れるウイルスにはヘルペスウイルスがあります。ヘルペスウイルスは感染時に増殖して、一度症状を出した後は組織の奥に隠れてしまいます（潜伏感染）。感染した個体がストレスや病気で免疫系が弱ったときに、それに乗じて増えて症状を出します。
ヘルペスウイルスはまるで存在していないかのように細胞の中に潜んでしまうのですが、様々な方法で免疫システムを攪乱します。詳細については後ほど。
+++ 赤ちゃんのうちに感染する +++
肝炎ウイルスにはB型肝炎ウイルスがあります。B型肝炎ウイルスは母乳にまぎれて赤ちゃんに感染します。そのほか、出産のときに感染することもあります。このような感染の仕方を垂直感染と呼びます。
赤ちゃんは免疫系が未成熟なので、B型肝炎ウイルスに感染しても免疫反応が起きません。そのような人はB型肝炎ウイルスと共存してしまいます。キャリアと呼ばれます。大人になってストレスなどの原因でB型肝炎ウイルスが活性化すると、劇症肝炎になります。
また、時折、少しずつ増えることで肝臓が悪くなります。免疫も活性化されて、最終的にはウイルスは排除されます。
+++ 人の移動 +++
人の移動は地域性の高いウイルスを運びます。
新型インフルエンザや新型コロナ感染症のパンデミックはまさに人の移動がもたらしたもの。現代では稀なウイルス病でもパンデミックになる恐れがあります。 過去の例では、戦争などがあります。戦争によって、南方や中国大陸との人の移動が増加した結果、熱帯病が日本でも発生しました。1942年から翌年にかけて、長崎や大阪などでデング熱が大流行し、3万人以上の患者が発生しました。幸い、デング熱は特定の蚊によって媒介されますので、デングウイルスを運ぶ蚊がいない日本では大きな流行にはなりませんでした。
地域性の高いウイルスの場合、流行していない地域にいる人は免疫を持っていませんので、ウイルスにとっては格好の獲物です。さらに、人口密度が高いと大きな流行を引き起こします。
〇ウイルスの感染戦略はウイルスの遺伝子に書き込まれています。その遺伝子はウイルスが環境や動物の免疫と戦う中で改良されてきました。新たなウイルス感染症は次々と人間社会にもたらされるのです。
○インフルエンザウイルスに限らず、RNAをゲノムとするウイルスはDNAをゲノムとするウイルスに比べて複製の間違いを起こしやすい。その理由の１つには複製ミスを直す仕組みがないことが挙げられています。DNAウイルスは感染した宿主の DNA複製機構を利用して、複製のミスを取り除くと考えられるからです。もう一つの理由として、RNA合成酵素自体の性能の問題。その性能を変えることでウイルスの病気を起こす能力まで変えることができると報告されました（Nature, 439, 344-348, 2006）。
+++ RNAウイルスは変異の入ったゲノムの集団 +++
ポリオウイルスのゲノムは約7500個の塩基からなりますが、平均してそのうちの2個（約0.027%）は個々のウイルス粒子の間で違っています（冒頭の論文、Nature Med, 14, 154, 2008）。
RNAウイルスはクローンをとる操作（クローニング）を行っても遺伝子から見るとたくさんの変異があり、おそらくは分離株（採取した宿主が違う）の間ではもっと違いが大きいでしょう。こんなに違ってくると、1つの種とは厳密にはいえないのではないか、という意見があり、quasispecies（擬似種）と提唱されました。
ちなみに、人間では0.1%ほどの違いがあるそうですから、RNAウイルスの変異はそれほど大きくない？ ヒトゲノムの個人差についての詳細は現在計画（進行？）中で、これから明らかにされるでしょう。
+++ 変異の少ないRNA合成酵素を持ったウイルスは病気を起こさない +++
核酸のそっくりさん（核酸アナログ）を薬に使って、合成ミスの少ないRNA合成酵素をもったポリオウイルスのクローンを取ってきました。間違いの確率が1/6です。このクローンと野生株（元の株）をマウスに感染させたところ、野生株を感染させたマウスは2-5日で神経症状を示して死亡しましたが、クローンを感染させたマウスでは死亡しませんでした。 100倍量のクローンを感染させると5-9日で死亡しました。別の核酸アナログを使ってRNA合成酵素の間違いを誘導したクローンは野生株と同じようにマウスを殺しました。クローンを直接、脳内に注射するとマウスは死にました。この研究から考えられた仮説は、
RNAウイルスが病気を起こすには、ゲノムが多様な集団であることが必要条件である。
ポリオウイルスの場合、クローンの中には脳に侵入するために活躍するウイルスがいるはずであること。
です。今まではウイルスは単純な複製機械と考えられてきましたが、この仮説から浮かび上がってくるウイルス像は、様々な才能（遺伝子）をもった異能集団。それぞれが助け合って、宿主と戦い、生き延びているたくましい集団です。
余談ですが、ポリオウイルスはマウスには感染できません。実験に用いたマウスは、ヒトのポリオウイルスレセプター遺伝子を導入した遺伝子改変マウスです。
〇なぜ、ウイルスが病気を起こすのかは大きな謎です。病気を起こさないウイルスもたくさんいる（はずだ）からです。単純には、病気を起こすウイルスはプラスアルファの遺伝子があると考えられました。大きなウイルスは病気を起こすための余分な遺伝子を持つことができます。しかし、疫病を起こすウイルスは小さなRNAウイルスが多く、とても余分な遺伝子を持つ余裕がありません。RNAウイルスは必ずRNA合成酵素を持ちますから、RNA合成酵素の正確さ（実際には構造的な特性）が病原性に関与する仮説は万能型です。RNA合成酵素のランダムなミスは遺伝情報の揺らぎを引き起こし、変化する多様な環境への適応能力の基盤となるでしょう。
〇免疫の仕組みが分かってくると、感染症と戦うために積極的に擬似感染するようになりました。ワクチンといいます。強い免疫を誘導するようなウイルスの場合は1度のワクチンで一生有効です。ただし、免疫システムが病気や老化で弱ってしまうと効果がなくなります。
+++ インフルエンザワクチン +++
インフルエンザウイルスはシーズンごとに抗原性を少しずつ変えるので、現在では次の冬に流行しそうなウイルス株（そのシーズンの後期に分離された株、分離株の国際的な状況など）を予測し、その株を基にワクチンを製造します。ところが、インフルエンザウイルスの場合はワクチンによって成立する免疫が不完全で、しかも抗原タンパク質の形の予測も100％あたるわけではありませんので、成立した免疫が効きにくくなります。
インフルエンザワクチンは不活化抗原を注射しますが、効果の点でしばしば問題となります。鼻や口から侵入したウイルスは上気道の粘膜細胞で増殖しただけで症状が出現します。しかし、注射型のワクチンでは粘膜での免疫応答の誘導が十分ではありません。ある程度の症状が出てしまいます。しかし、恐ろしいのはウイルスが血液に侵入した（全身感染）場合です。現在のワクチンは血液中には十分な抗体を誘導しますので、比較的強い免疫力をつけます。
もっと効果の高いワクチンを目指して今もなお、研究開発が進められています。国民全員に接種し、毎年打つワクチンなのでコスト重視で、現在のワクチンの多くは鶏の胚で製造しています。抗原をいくらきれいにしても鶏のタンパク質、オボアルブミンに対するアレルギーのリスクがなくなりません。また、抗原をきれいにする（精製する）と抗原としての性能も落ちます。そこで、コストは上がりますが、培養細胞で製造したワクチンが普及しつつあります。さらに、注射ではなく、経鼻投与型のワクチンの開発も進められています。
○ワクチンができるまでは病原体（ウイルスや病原細菌）と人間は生きるか死ぬかのゲームをしていました。現在ではワクチンがあり、人間が大幅に有利になりました。しかし、ワクチンの効果をかいくぐって病原体は生き続けています。病原体は変化し続けますから、ワクチンも改良を続ける必要があります。
〇ワクチンの話題が出たところで、少しワクチンの話題を紹介しましょう。過去にメルマガで紹介した記事をもとに、内容をアップデートしました。まずはNature誌より出されたワクチンの特集号（Nature milestones vaccines, Nov. 2020）。イントロダクションでSARS-CoV2の流行にも触れ、おもに人体用のワクチンの歴史を概説しています。せっかくですので、そのトップバッターの記事、ジェンナー以前のワクチンについての記事を紹介します。ジェンナーは初めて本格的なワクチン、天然痘ワクチン（牛痘）、を実用化したイギリスの医師です。
+++ ジェンナー以前のワクチン +++
天然痘に対する免疫を得る方法はジェンナー以前にもありました。Variolationと呼ばれ、天然痘の水疱やかさぶたなどを皮膚の引っ掻き傷に塗り付ける方法です。ヨーロッパでVariationを一般に紹介したのはイギリスの詩人、Montagu婦人で、オスマントルコから輸入された技術でした。アレッポに住んでいたイギリス人Russel医師は1786年にVariolationの起源について本を書いています。当時はヨーロッパ、アジア、アフリカですでに同様な方法で天然痘ウイルスを接種する方法が知られていました。ウェールズでは1600年初頭に遡るそうです。
もっとも古い文献の記録は15世紀の中国にあります。おそらく10世紀ごろに道教か仏教の僧侶によって発明され、門外不出の秘術として伝えられていたようです。一方でオスマントルコの天然痘のワクチンですが、インド由来らしく、18世紀の調査によるとベンガル地方で数百年の歴史があり、1000年前のサンスクリットの文献にもワクチンを示唆する記述がみられるとのこと。
この方法は天然痘ウイルスを接種するわけですから、当然、発病のリスクが大きい。いかに安全に接種するかがVariolatorのノウハウだったのです。ジェンナーの功績は安全で有効性の高い牛痘の発見です。
〇この方法は現代では毒血法とか、馴致、計画感染などと呼ばれます。病原体を少量与えて軽い症状で病気を起こし、免疫を与える方法です。ワクチンが使えない病原体に対してやむを得ず行う免疫法ですが、当然、健康な人（動物）が本当に病気になる可能性も高い。病原微生物の存在さえ知らず、安全なワクチンが実用化されていなかった時代の方法です。
〇新型コロナウイルスが感染症法5類に再分類されたところで、今回のパンデミックを振り返ってみましょう。いずれも私のメルマガに記載された記事を再掲し、少しコメントを追加しました。
+++ 2020年2月1日 +++
武漢で発生した新型コロナウイルス（仮にWuhan coronavirus, WCVとしましょう）がパンデミックに移行中です。
日本政府は封鎖された武漢から邦人を特別機で日本へ帰還させました。感染者を日本に空輸するとはとんでもない、と思われる方もいらっしゃるでしょうが、他国で困難に陥った邦人を積極的に救出するのは政府の大事な役目です。いままで本格的な救出劇が報じられることがありませんでした。救出の理由がテロや内戦の勃発など派遣部隊の安全配慮が困難なことが多かったからと思われます。
感染者を救出することはすなわちウイルスを入手することです。日本でWCVを患者から分離し、ワクチンや治療薬の研究開発をスタートできるという利点があります。中国政府はウイルスの塩基配列以外は他国に供給していません。WCVの培養がうまくいけば現在の技術ですぐに不活化ワクチンが作れます。日本ではタケダ、北里、阪大微研、KBバイオロジクス（旧化血研）などが開発能力を持っています。WCVが、今後、パンデミックとして人類に定着すればビッグビジネスになります。
過去に発生した新型コロナウイルス感染症、SARS（香港が中心）やMARS（中近東が中心）はほぼ単発で、パンデミックになることもなく、その後の発生は見られません。今回も同じ顛末を辿るのでしょうか。前例と違うのは感染拡大時期が春節に重なり、中国人は世界中にこのウイルスをバラまいたことです。中国で行われてきた生体市場は今後閉鎖されるはずです。中国発の感染症はWCVが最後になるといいですね。
+++ 2020年3月14日 +++
12日になってWHOからCOVID-19に対してパンデミックの宣言が出ました。中国発のCOVID-19感染症が明らかになったのが春節前。最近は中国人観光客が世界中を闊歩していることから2月1日のメールマガジンでパンデミックの可能性ありと書きました。東アジアでは比較的早く感染の拡大が明らかになりましたが、現在深刻なイタリアやイランでは感染拡大のニュースが遅くなりました。COVID-19の性質にもよりますが、医療体制や文化の違いが今後の感染拡大に大きな差となって表れてくるでしょう。
欧米ではハグして握手する文化です。東アジアより感染拡大の文化的要因は大きい。イスラム文化圏の毎週行われる宗教行事も同様。そして遅れた流行が感染の治まった日本や中国に再（逆）輸入してくるでしょう。かくして理論的には人類の60%くらいが感染し（The lancet, 3月6日）、免疫を持つのでパンデミックは終息する。
2月1日には不活化ワクチンの開発を書きましたが、抗体依存性感染増強の可能性があると報道されています。その場合、ワクチン開発に時間がかかることが予想されます。SARSやMARSの例もあるので一発屋で終わればワクチンは必要ないですが、野生動物や集団の一部に残るようであれば今後長いお付き合いが始まります。
問題は社会のヒステリックな反応です。確かに未知のウイルスで死者も多く出ていますが、よく比較されるインフルエンザほどの威力はありません。むしろ、社会的な過剰反応の副作用で倒産が起こったり、職を失ったりする問題が深刻化しそうです。専門家も責任逃れともとれる極端な安全策を吹聴しています。ネット社会では言葉尻を取られて責任問題が炎上します。責任逃れ症候群の原因です。同様に政治家も大衆に迎合する傾向が強まっています。社会全体のバランスを見た判断が必要でしょう。判断するのは政治家？それともあなた？
〇発生当初ですので、名前がいろいろですね。感染症の名前がCOVID-19、ウイルスの名前はSARS-CoV2（サースコロナウイルス2型）となります。
〇感染症は認識されましたが、まだ検査も十分にできない状態ですので、人と人との接触を最小限にする感染症対策が取られます。
+++ 2020年4月11日 +++
SARS-CoV-2（最近の科学雑誌はこの名前をよく使います）の感染が拡大し、日本でも緊急事態宣言が4月7日に発出されました。欧米でも感染者は増えていますが、まだピークには達してはいません。基本的再生産係数R0は相変わらず2-2.5と推計されていて、3月の時点の60%くらいまで感染が進むと考えていいと思います。日本人口の60%は7200万人、症状が出るのが20%（クルーズ船の結果より）とすれば1500万人くらいの人が感染症で寝込むことになります。現在はsocial distancingによりR0を低下させる政策ですので、感染の広がりはゆっくりになり、ピークになったとき寝込む人は減るでしょう。
概数の計算だけでも大変な数になるので、そのすべてに対応するのは設備的に不可能です。要するに、この数に達するまで現在の緊急事態対策を続けるか（られるか）が問題でしょう。コロナで死ぬ前に経済破綻して死ぬ人が出てくる。中国のHubei省では5000万人を2.5か月間lockdownしました。民主主義国家でこのような強制的な政策は可能かと思っていましたが、意外にも多くの国でlockdownもしくはそれに近い政策がとられています。とはいえ、未感染者が多い状況では当然第2波、第3波がやってきます。これがpandemicの恐ろしさです。
次の指標は抗体検査による感染者の数の推定です。R0値がより正確に求められますし、再感染リスクについても情報が得られます。その結果、発症者数の推計値が下方修正されるでしょう。動物のコロナウイルスの場合は致死率や感染率はそれほど高くないのですが、他の病原体との重感染によって多様な症状がでることや不顕性感染があることが問題になっています。また、抗原変異も起こります。研究論文もすごい量で発表されており、フォローするのが大変です。次にこの前書きを書くGW明けにはどのくらい私の予想が当たっているでしょう。あまり明確な予想はしていない？
+++ 2020年5月9日 +++
緊急事態宣言が今月いっぱいまで延長されました。1か月前には抗体検査が広く行われるようになると書きましたが、まだ、体制は整っていないようです。SARS-CoV-2は不顕性感染をし、症状を示さない人からも感染が広がることもわかってきました。したがって、できるだけ大規模に抗体検査を行って感染者数（ウイルスの浸潤度）を推定する必要があります。
前回も書きましたが人口の60%くらいが感染しないとSARS-CoV-2の流行は治まりません。不顕性感染により多くの人が無症状で感染し、近い未来に60%に達するのが楽観的なシナリオです。かつ、免疫を持つことによりSARS-CoV-2は感染しない、もしくは発症しないことを明らかにすることも必要です。悲観的なシナリオでは、抗体を持っても発症しないがSARS-CoV-2に感染し、ウイルスを排泄すること。未感染の人が一定の確率で発症して、医療崩壊を引き起こします。最悪なシナリオはSARS-CoV-2が抗体依存性の感染を起こすウイルスであることが判明し、中途半端な感染やワクチン投与ではかえって症状が重篤化する可能性です。これらのシナリオのどれが正しいかを検討するために大規模な抗体検査が必要です。
いずれにしろ、SARS-CoV-2としばらくは共存することが確実になってきました。とはいえ、緊急事態宣言をいつまでも続けるわけにはいきません。感染率を高める行動と無関係な行動を分けて、社会生活をできるだけ正常に保つ必要があります。実は現在の感染症学ではデータ不足で集団での感染メカニズムを明らかにすることができません。過去の事例を参考にしたくとも、衛生状況や人間の行動は変化しており、多様化も進んでいます。中国等で収集されたビッグデータはぜひとも公開してもらい、多くの研究者が解析する必要があるでしょう。現在の社会で感染する状況を明らかにすること。経済活動を保つためにも必要です。
米国が中心になって各国がデータベース公開を中国に迫る。ついでに企業の所有するビッグデータも公開させる。感染の広がり方を定量的に示す有用なデータであり、この知識を使って感染症が拡大するメカニズムを具体的に明らかにする。ビッグデータは海や川のように公共の存在なのではないかと思うわけです。それと、今回の緊急事態に伴って法制化された個人の自由を制限し、支配者の権力を増強するような法律が乱用されないように監視する必要があると思っています。中国の例にみられるように究極のCOVID-19対策は監視社会であり、見る側は権力者に限定されている。このシステムも適切に公開する必要があります。
〇感染状況を調べるための検査は抗体検査、抗原検査の2種類です。抗原検査は感染時にしか有効ではありませんが、ウイルスを排泄しているか否かの判定ができるので、患者を隔離することで感染の拡大を防ぐことができます。いずれにしろ、検査ができるためにはウイルスの遺伝子の情報が必須であり、ウイルス遺伝子の情報はパンデミックに認定されたころに公開されました。
〇SARS-CoV2の塩基配列を使ってPCR検査（核酸の検査）と抗原検査（ウイルスタンパク質の検査）ができるようになりました。PCR検査はラボでは簡便にできるので、まずは、研究調査に利用され、そのあと、適切なモノクローナル抗体が作製されて抗原検査薬が開発されました。
+++ 2020年6月6日 +++
6月に入ってSARS-CoV-2を対象とした抗体検査が動き出しました。診断のための検査と調査のための検査がニュースでは混同されていたので、わかりにくい面はあったでしょうが、専門家はきちんと説明していたはずです。検査に参加する人は健康状況や病歴などもデータとして提供するので、感染拡大のメカニズムに大きな進展があるでしょう。この方法は基本的に医薬品の臨床試験の手続きです。過去に発表されたデータについてはフォローできていません。例えば、ニューヨーク州での抗体検査では高度な汚染地区でも20%どまりで意外と低い印象でした。日本ではもっと低いと考えられます。抗体を持たない人が多いと、第2波の規模が大きくなると予想されます。
現在のように国内で適切に感染防止ができれば、対処すべき感染源は国外です。他の国々は経済の悪化に耐え切れずに次々にロックダウンを解除しています。すると、国境での検疫を強化する必要があります。すなわち、感染拡大防止策は生活の場から検疫にシフト。島国である日本の有利な点です。現在の新しい生活の規制内容は行き過ぎでしょう。次の規制内容を明確にして経済を元に戻す必要があります。
クルーズ船の情報からウイルスの排泄は呼吸器だけでなく、消化器からもあることがわかりました。現在のウイルス検査は上部気道だけですが、検便も必要と思います。理由はわかりませんが、消化器から排泄されたウイルスの生存期間が長いようです。それが接触感染の主な原因でしょう。日本での感染拡大が他国に比べて遅いのはウォシュレットの普及によるかもしれません。また、外から中へ入るときの靴の履き替えが衛生管理上良いはずです。さらに、高度な空調管理が新たなインフラとして普及するでしょう。
ワクチン開発はハイテクノロジー型ワクチンが中心です。いわば、お手軽なのですが、効果は限定的。ただ、今回のバンでミック対応に鑑みて、今までの安全性重視の承認申請のプロセスが合理化されるはずです。日本ではタイムリーに審理プロセスが柔軟になる薬事法の改正がありました。なお、改正自体は新型コロナ前からスタートしていました。
今後の予想を書きましょう。第二波が夏にやってくるのはかなり確かな予想です。海外の規制緩和の流れに日本も歩調を合わせるからです。楽観的なシナリオでは日本ではクラスター感染が繰り返されるが、検疫が有効に働いて第二波は来ないこと。やがてウイルスも人類になじんで病原性を弱めます。これはウイルスの進化の流れです。海外で感染爆発が相次ぎ、そのたびに弱めのウイルスが選択されます。ワクチンが完成するころには流行は治まっているでしょう。
+++ 2020年7月11日 +++
日本での7950人を対象に行ったSARS-CoV-2抗体の調査は陽性率0.1%に止まりました。あまりに低いのでびっくり。この夏には第二波が見込まれます。大きなピークではなく、なだらかなピークになりそうです。猛威を振るったスペインのマドリッドでも6万人調べて10%、フランスは280万人調べて4.4%でした。基本再生産係数R0の下方修正が考えられますが、Natureニュースによると政治家が見直しを許さないとか。
いくつかまだ答のない予想があります。まず、発症には個人差があるらしい。個人差、年齢差、民族差、衛生習慣の差など、いろいろ理由が考えられていますが、それぞれ正しいでしょう。感染しても抗体は長く持たないようです。せいぜい1年程度。ワクチン開発が期待されていますが、今のところ、重症化は抑えるけど感染防止は期待できないようです。いくつかの治療薬が臨床試験に入ります。最初のワクチンも治療薬も実用化は今年の冬になるでしょう。臨床試験で症例を集めるのが難しく、アメリカやブラジル、インドなどで臨床試験が行われるはず。そのために巨額な資金がアメリカに供給されます。
ワクチンや治療薬はアフリカ諸国やインドで認可され、第2波にあえぐ中国では自国開発品が出回るでしょう。先進国では、来年早々にパンデミックは終息状況に入り、備蓄薬や備蓄ワクチンになります。実際、日本でも重症化する患者が減少しており、これは病気の経過が十分に認識されて適切な治療が行われるようになったためと思われます。
今後は適度な感染防止のための生活習慣ガイドラインができ、社会インフラ（空調設備）に呼吸器感染症の防疫が建築基準に取り入れられることでしょう。SARS-CoV-2との6か月の戦いはむしろ、人類に自信をつけたかもしれません。ただの絵に描いた餅だった様々な感染症対策が次々と現実に応用され、有効性を評価され、また、今後も評価されるでしょう。季節性インフルエンザはもちろん、はしかや風疹、おたふくかぜの発生も下がると期待されます。
〇ようやく診断薬の臨床試験が始まりました。ワクチンと違って生体に投与しませんので、検査のための薬（診断薬）の薬事審査は簡便です。とはいうものの、現場での検証（臨床試験）や保存期間の設定など、時間と手間のかかることは変わりありません。
〇感染は徐々に拡大し、症状が意外と重篤であることが分かりました。世界中で感染対策が進んでいます。ウイルス感染症に対する人類が唯一持つ有効な対策はワクチンです。そうでなければ感染者を切り捨てる（隔離して自然回復を待つ）ことしかできません。
+++ 2020年8月29日 +++
6月の時点では夏に第二波を迎えると予測していました。その理由は経済活動の再開でした。それまでは海外との人的交流が再開するのが原因と考えていました。経済活動も自重され、海外との人的交流も厳しく制限されています。さて、第三波は来るのでしょうか。先日の分科会の結論ではR0が1以下になったようですから、現状の新しい生活が続く限りは、第三波は来ないでしょう。社会的な動き、例えば、慣れや海外交流の再開を考えると、第三波は来るとしたら年末で、だらだらとしたピークが春まで続くと予想されます。
さて、ワクチン開発です。ロシアが初のワクチンを承認しました。ただし、データは公開されておらず、臨床試験も小規模のようです。ワクチンは組換えアデノウイルスを応用した2回打ちのワクチンです。同じ形態のワクチンを中国も開発中ですが、第三相試験で問題を抱えたようです。米国、英国で開発中のワクチンはmRNA型です。現代的な技術の応用ですが、安定した効果が得られるのか、興味があります。
疫学調査も徐々に拡大しています。7月現在のデータによると世界で1000万人の感染が確認されていますが、抗体調査の結果を合わせると、感染者はその10倍、1億人と推定されます。このままの感染状況が続くと、来年の3月には推定3億人に達すると考えられます（Nature誌）。一方で非感染者も20-50%が新型コロナウイルスに対する何らかの免疫を持っていると報告されています。他のコロナウイルス感染が要因と考えられています。感染の拡大が頭打ちになるのは意外と早いかもしれません。
ワクチンができる前のつなぎの治療薬は抗体医薬が期待されます。ウイルスを中和する抗体を遺伝子工学で作り出し、医薬品として使う技術です。難点は価格が高いこと。1回投与で安くても数万円になります。この技術が一般化すると、すなわち、開発と製造のノウハウが蓄積すると、次のパンデミックでも有力な治療薬になります。
+++ 2020年10月31日 +++
SARS-CoV2感染症は、欧米では感染者の増加が問題になっています。10月22日号のNature誌に簡単な中間報告がありましたので、抜粋します。
現在、焦眉の的はワクチン開発でしょう。200余りのワクチンが開発中で、そのうち40ほどがすでに臨床試験に入っています。これは今までのワクチン開発からは信じられないほどのスピードです。有効で安全なワクチンができるかはSARS-CoV2に対する免疫応答の理解にかかっています。
免疫は有効か？ すでに多くの人がSARS-CoV2に対して反応する抗体やT細胞を持っていることがわかってきました。おそらく近縁の風邪コロナウイルスに対する免疫反応と考えられています。ただ、これらの免疫は感染防御に十分ではありません。重症化を防ぐのかはまだ不明です。感染による免疫は現在調査中で、ワクチンによる免疫についてはこれから解析されます。
有効な治療法は？ 感染症から回復した人から採取した血漿を使う治療法が試されています。誰の血漿でもよいわけでなく、より高い中和価を示す血清に期待が寄せられています。特に、中和抗体を分離し、血清療法に用いる試みが有望です。
再感染は？ ウイルスに感染した人はウイルスに対する免疫を持っている可能性があります。病気から回復した人が再感染をした例が少数、報告されています。再感染は免疫ができてもすぐに減衰する可能性もあることから、この問題もまだ結論を得るに至っていません。
重症化の対策は？ ウイルスに対する過剰な免疫応答が起きると重症化することがわかってきました。軽度な症状を示した患者も翌週には重症化するケースが多い。重症化の初期には免疫抑制剤の投与が症状の改善に効果があります。
ワクチンの実用化は？ ウイルスの変異速度はインフルエンザなどに比べて遅いことがわかりました。したがって、有効なワクチンが開発されればワクチンの有効期間は長いことが期待されます。ワクチンによる免疫期間が長いかどうかはまだ不明です。短ければ定期的に接種する必要があり、より慎重な安全性の確認が必要です。ワクチンが実用化されるまでは相変わらず検査と追跡、隔離が有効な対抗手段です。
ワクチンができたら？ とはいうものも、国はワクチンを早期に承認し、条件付きで実用化しようとしています。すなわち、企業や医師はワクチンを接種した人を追跡調査し、有効性と安全性についてレポートを求められます。仕事上の理由で承認後すぐにワクチンを接種する人もおられるでしょうから調査には積極的に協力しましょう。ワクチンが販売されるようになっても、しばらくはマスク、手洗いと物理的な距離を保つことは社会常識でしょう。
〇ようやくワクチンが実用化され始めました。いずれもハイテクワクチンで、開発には時間がかかりませんが、今までの研究では効果や安全性に限界があることが分かっています。特に、ロシアや中国の国家が主導して開発したワクチンは危機管理の一環として準備されてきたために承認が速かったのですが、反面、臨床試験等による効果の確認が不十分でした。
〇いよいよ、mRNAワクチンの登場です。ワクチンの専門家でさえ、ダークホースだったでしょう。ファイザー社とモデルナ社はmRNAワクチンで６兆円も売り上げたそうです。日本の全医薬品の売上高10兆円に匹敵するような額です。
+++ 2020年12月19日 +++
皆さんもニュースでご存知のように12月12日にFDA（米国食品医薬品局）はファイザー社とBioNTech社とが共同開発した新型コロナウイルスワクチンに緊急使用ライセンスを承認しました。ほぼ同時にUKとカナダで承認されました。一方で中国で開発されたワクチンもアラブ首長国連邦で承認されました。
新型コロナウイルス対策は新局面に入りました。ワクチンを接種した数十万人を対象とした効果と安全性の評価です。承認されたワクチンの副作用は非常にまれで、強力な疫学調査が必要です。
先にファイザー社が発表した43000人を対象とした臨床試験で95%の有効性を得た報告は12月10日に医学雑誌に発表されました。安全性に関しては通常、ワクチン接種でみられる倦怠感、頭痛や発熱のほかにベル麻痺という顔面マヒが4例報告されました。しかしワクチン接種との関連は明らかではありません。UKでは医療関係者と高齢のハイリスクな人への接種が行われましたが、2人にアナフィラキシー症状がありました。その2人には過去にもアナフィラキシー症状を起こしていました。アナフィラキシー症状を経験した人への接種については慎重に行うべきという提案がありました。
これらの副作用は6週間の観察結果です。専門家はもっと長期の追跡調査が必要だと提言しています。長期間に及ぶ追跡調査は労力的にも大変です。CDC（米国疾病管理予防センター）ではITを利用してワクチン接種を受けた医療関係者に事後アンケートを定期的に送るプログラムを準備しています。同様なSNSなどを通じた追跡調査が行われることでしょう。
一方でSNSによるワクチン副作用報告の炎上やフェイクニュースにも注意が必要です。フェイスブック社では12月3日に新型コロナウイルスワクチンについてのフェイクニュースの監視を開始し、誤った意見や陰謀論などに関する投稿を削除すると発表しました。
さて、その成分を見てみましょう。
まず、ウイルスのスパイクタンパク質をコードするmRNAです。スパイクタンパク質はウイルスが細胞に自分の遺伝子を送り込むのに使われます。同時に免疫応答の重要なターゲットです。mRNAの化学的な実体はポリリボ核酸で、分解しやすいので低温（-70℃）での保存が必要です。また、リボ核酸は細胞の持つRNA分解酵素に耐性になるように加工されています。
ワクチンは腕の筋肉内に投与されます。打ち込まれたmRNAは筋肉細胞に取り込まれて、細胞はその情報に基づいてウイルスのスパイクタンパク質を合成します。この異物タンパク質に対して免疫応答が起きます。ワクチンの場合、ウイルスの遺伝子がありませんのでウイルスができたり、病気になることはありません。
スパイクタンパク質のmRNAは脂質のカプセルに包まれています。脂質のカプセルはmRNAを保護するとともに細胞に取り込まれやすくしています。4種類の脂質分子が含まれています。主成分の脂質はRNA分子と結合する性質を持っています。また、副作用の原因でもあります。他の脂質分子はカプセルを成型するのに使われます。
そのほかの成分としてpHや浸透圧を調製する塩類、凍結保護剤としてのしょ糖を含んでいます。ワクチンは生理食塩水に溶かして注射されます。防腐剤は含まれていません。
さて、ワクチンの効果はいかに？ 日本でも来年の春から投与が始まります。
+++ 2021年5月22日 +++
4月29日のNature Brief誌（ウェブマガジン）にファイザーの新型コロナワクチンの製造工程を紹介したニューズウィーク誌のウェブサイトを紹介していました。この業界に携わる私としては興味深く拝見したので、紹介したいと思います。
まず、概略。ファイザーのワクチンはmRNAワクチンです。mRNA はDNAを鋳型に酵素反応で作ります。RNAを加工した後、脂質の膜で包みます。これがワクチンのもとです。ワクチンのもとをガラスバイアルに分注・封入して箱詰めされて出荷されます。
さて、詳細です。ちょっと長くなりますがご勘弁ください。
ワクチンのもと（マスターセルバンク）はプラスミドDNAで、-150度以下の低温で保管されています。1本のチューブに5千万ドース（注射）を作るだけのDNAが入っています。これを大腸菌に導入して培養を始めます（この部分は省略されていました。大腸菌もマスターセルバンクのはず）。見たところ３Lくらいの培養フラスコで大腸菌を一晩培養し、300L の培養タンクに移されてさらに増やします。大腸菌は集められて溶かされ、プラスミドとそのほかの金の破片とに分けられます。動画ではなかったですが、大きなカラムと送液ポンプ、フィルターユニットらしい装置が映っていました。働いている人はみなガウンを着て、手袋、マスク、プラスチックの眼鏡、帽子をかぶって作業をしていました。
プラスミドは検査された後（電気で移動後に紫外線でバンドを観察しているビデオ）、装置の中で制限酵素で切断されます。切断されたDNA断片はフィルターで精製され、さらに塩基配列などを検査されます。１Lずつボトルに詰められ、凍結されてmRNAを作る工場へ送られます。１本で150万ドースです。
DNAは融かされて大きなタンクの中で酵素反応を行います。ビデオに映っていた反応層は酵素反応を行うための装置と思われます。できたmRNAは検査され、16Lずつ10個のプラスチックバッグに分けられて凍結されます。1バックで75万ドースのワクチンができます。ヨーロッパとそのほかの国用のDNAはドイツに送られます。ドイツでmRNAを合成したあとベルギーに送られます。
凍結保存されたmRNAは別の工場で脂質の膜でコーティングします。脂質とmRNAを混合すると、mRNAは脂質に静電気で巻き付き、そのあとにさらに脂質でコーティングします。この過程はポンプで正確にコントロールする必要があり、8台のポンプを同時に使ってワクチンを合成しています。ワクチンは無菌濾過されてバイアルに分注されます。
分注工程はテレビニュースでもおなじみ。ガラスバイアルは洗浄されて滅菌された後、画像解析で１本ずつ検査されて不良品が除かれます。１列に流れるバイアルにワクチンが0.45mLずつ（6回分）分注されます。バイアルは封をされて凍結されます。脂質とmRNAが混合されてワクチンができてから分注が終了して凍るまで46時間です。一回の製造で360万ドース（60万バイアル）。ワクチンは検査されて箱詰めされてドライアスを入れて出荷されます。この辺の作業もおなじみでしょう。最初のプラスミドから出荷まで60日です。
この工程から変異株に対するワクチンの製造も簡単にできることがわかります。要は最初のプラスミドを変異株の遺伝子に置き換えるだけです。あとは同じ作業です。大腸菌からDNA断片の調製過程、mRNAの加工や脂質に包むところなどの細かな作業は当然省略されていました。画像を見る限り、かなり大型の装置（人間の大きさ）を使い、かといって大型すぎることもなく、自動化され最適化されていると推測されました。今後も新たな感染症が流行するたびにこの工場はフル稼働することでしょう。
〇mRNAワクチンの優秀な点の1つが塩基配列が分かればすぐに製造できることです。実際、SARS-CoV2の塩基配列が公開された4か月後には臨床試験が始まりました。「すぐに」と書きましたが、世界初のワクチンですので、原料の安定供給、製造設備への投資などはすでに確保されていたと考えられます。ファイザー社やモデルナ社は次世代ワクチンとして自信を持っており、いつでも生産できる体制にあったと考えられます。
〇２回ずつ、ペアで紹介していますが、統一的なコラム名を付けられないこともあります。今回は流行における再生産係数とワクチンの構成要素についてです。
+++ 2021年6月26日 +++
今回紹介するのは「新型コロナ７つの謎」宮坂昌之著 ブルーバックス（2020年）です。ワクチンを生業としている私としては初心者向けの部分は斜めに読んでいきますので実質１時間ほどで読了です。全部知っているわけではないので、新しいところは読ませてもらいましたので、以下に紹介します。
昨年のメルマガでも書きましたが、新型コロナの基本的再生産係数R0は2.5程度と見積もられました（No. 26/8、4月11日）。本で紹介しているのは実効再生産係数Rt（new to me）で、日々発表される感染者数から計算されます。おそらく、実際の形はいくつもの計算の重ね合わせなのでしょうが、そこはブルーバックス。簡易版です。使用するデータは１週間ほどの感染者数とその５日前の感染者数。５日とは感染した人が次の人に感染するまでの平均的な日数です。基本再生産係数R0は隔てるものなく感染が広がりうる理想的な場合の数値です。現実には感染予防策がとられ、係数は低下し、その値は実効再生産係数Rtで近似されます。緊急事態宣言中はRtが１より少なくなり、感染の終息へと向かうはずでした。
再生産係数は集団免疫閾値に関連します。集団免疫閾値はこの値より免疫を持っている人の割合が多いとウイルスは感染を広げない（感染が拡大しない）境目です。集団免疫閾値が60%だと、60%の人が免疫を持つとそのウイルス感染はそれ以上感染を広げないことになります。ただし、感染は継続し、免疫を持っている人は増え、実効再生産係数が低下し、最後には感染が収束します。実はこの60%は基本的再生産係数2.5のときの集団免疫閾値でした。ですから当初は自然に任せれば感染者が増加し、免疫を持っている人が増え、免疫を持っている人が60%に達すると感染は終息に向かうと考えられて、そのような政策を行う国もありました。
結果はご存じのとおりです。新型コロナの感染力は弱く、なかなか感染が広がらず、集団免疫閾値に達した国はありません。そればかりか、新型コロナで重症化する人が無視できない数に上り、自然な成り行きでの集団免疫閾値の達成はあきらめざるを得ませんでした。そして、今、ワクチン免疫で集団免疫閾値を達成しようとしています。
私がかかわっている産業動物（家畜）の世界では豚舎、鶏舎丸ごと三密ですので、弱いウイルス（基本的再生産係数3以上）でも70%は免疫が成立していないといけません。基本的再生産係数10以上の感染力の強いウイルスの場合、何度もワクチンを打ってほぼ100%の集団免疫を付けます。実効再生産係数Rtなど無縁の世界ですので大変勉強になりました。
+++ 2021年8月28日 +++
日本でも新型コロナウイルスの対策としてワクチン接種が進んでいます。日本で摂取されているワクチンは Pfizer-BioNTech社のワクチンかModerna社のワクチンです。私もようやく９月１日に１回目のワクチン接種になりました。モデルナ社製のワクチンです。
両方ともmRNAワクチンですが、前にも書いたかもしれませんが、mRNAワクチンが最も早く承認されるとは意外でした。おそらくほとんどのワクチンの研究者にとって意外だったと思います。そうした記事がChemical & Engineering Newsの３月号に掲載されました。専門的なので紹介するのをためらっていましたが、エッセンスを紹介します。
mRNAワクチンの何が問題か。
まず、RNA分子はとても壊れやすいということです。なぜなら人間の体は皮膚をはじめ、いたるところでRNA分解酵素を分泌していて、しかもRNA分解酵素はとても強い酵素です。普段は感染微生物からの防御で活躍するRNA分解酵素ですが、RNAを薬にする場合は最大の敵になります。
そこで、RNA分子を脂質膜で包むことにしました。脂質のカプセルはリポソームと呼ばれます。油の膜なので、このカプセルも大変弱い。しかも注射しても免疫細胞に取り込まれるか肝臓ですぐに分解されてしまいます。
次に、mRNAは細胞に取り込まれないと働きません。細胞は異物を取り込みますが、リソゾームと呼ばれる胃袋のような小器官で分解してしまいます。リポソームも包まれたRNA分子も同じ運命をたどります。ただ、リポソームはLDL（血液中で脂質を運ぶ微粒子）とそっくりなので細胞に取り込まれやすいというメリットがあります。
十数年の長い研究の末にマイナスイオンを含むRNA分子とプラスイオンを含む脂質分子を混合するとよいことがわかりました。両者を混ぜると膜ではなく、粒子になります。脂質ナノ粒子（lipid nanoparticle）と呼ばれます。この粒子は細胞に取り込まれやすい。なぜなら、天然に存在しないプラスイオンを含む脂質分子は細胞膜を破壊し、細胞に穴をあけるのでRNA分子が取り込まれやすくなるのです。
ところが、試験管内ではうまくいくのですが、動物に注射すると毒性が強く、とても危険な薬になりました。さらに10年以上の研究と莫大な研究費が投じられて毒性の強くないプラスイオンを含む脂質分子が探索されました。さらに、mRNAを含む脂質ナノ粒子をリポソームで包むことでmRNAを細胞内に注入することができるようになりました。リポソームを安定に保つためにポリエチレングリコールで適度に覆う技術も使いました。
もう一つ、細胞内にもRNAを壊す仕組みがあります。この仕組みへの対抗策は修飾ウリジンというRNA塩基のそっくりさん（核酸アナログ）を使うことで解決されました。この内容はこのニュースにはありません。
ついにmRNAワクチンの完成です。ワクチンは注射されると主に免疫細胞（食細胞、マクロファージ）に食べられます。リソゾームの中で適度に壊れたところでプラスイオンを含む脂質の働きでリソゾームの膜が破壊されます。無事にmRNAは細胞質に放出され、転写されて新型コロナウイルスのSタンパク質が作られます。Sタンパク質はマクロファージによって免疫系の認識機構に提示されて免疫反応がスタートします。
新型コロナウイルスのmRNAワクチンは何億もの人に打たれてデータが集められました。その結果をもとに、さらに良いプラスイオンを含む脂質分子が設計され、抗原として有効なmRNAが探索され、ワクチン技術として確固たる地位を築くでしょう。今はやや副反応が強いですが、数十年後にはもっと優しいワクチンが開発されるはずです。このワクチン技術の強みはウイルスの持つ強い個性に左右されることがないこと。細菌（肺炎球菌など）や寄生虫（マラリアなど）のワクチンにも応用されることでしょう。
〇ワクチン投与が普及し、ようやく流行も治まるかと思いきや、なかなか治まりませんでした。ワクチン普及が60%になれば終息が見えると予想していましたが、世の中、計算通りにはいきません。
〇ようやくワクチンが一般の人に打てるようになりました。接種の予約などの仕組み作りも大変だったでしょうが、国費負担であることや大きな宣伝がなされたことから速やかにに普及しました。しかし、副反応は意外と強く、しかも個人差が大きいことも分かってきました。
+++ 2021年10月9日 +++
先週、職域接種で新型コロナワクチンが済みました。２回目は厳しい発熱に苦しみました。水曜日にワクチンを打ったのですが、木金は38℃越え、土日は37℃越え、そして月火は朝の体温が高めと、発熱が続きました。これほどの副反応は記憶にある中で初めてです。毎年の季節性インフルエンザ、海外担当になる前に接種した狂犬病、破傷風、A型肝炎、腸チフスなどのワクチンでは少し腫れる程度で、ほとんど副反応がありませんでした。
そのためではないですが、Nature誌7月29日号の新型コロナウイルスの感染メカニズムに関するレビューから私なりに新規な内容を紹介しましょう。
まずは感染メカニズム。SARS-CoV2は膜を持ったウイルスですから細胞膜とウイルスの膜が融合してウイルスの核酸-タンパク質複合体が細胞に入ります。よく研究されているこの種のウイルス（エンベロープを持ったウイルス）は、細胞のレセプターに結合した後（SARS-CoV2はACE2タンパク質）、エンドサイトーシスで細胞内に取り込まれ、エンドソーム内でpHが低くなった刺激で膜融合が起きて感染します。しかし、SARS-CoV2は細胞にACE2タンパク質を介して結合した後、TMPRSS2プロテアーゼでSタンパク質が部分消化されて感染が起こることがわかりました。この場合、TMPRSS2プロテアーゼの切断によって疎水性ペプチドが表面に切り出されると同時にSタンパク質の構造変化が起きて一気に膜融合が進み、核酸-タンパク質複合体が細胞に入るという。SARS-CoV2はエンドソームを介した感染も起こしますが、こっちのルートのほうがはるかに速く感染が成立するので、実際にはこのルートで感染すると予想されました。
肺にはFurinプロテアーゼがあり、これがインフルエンザなどの感染時に一役担うことが知られています。同じFurinプロテアーゼはSARS-CoV2の場合は細胞からウイルス粒子が出るときに働くようです。その役割はTMPRSS2プロテアーゼが働きやすくすること。TMPRSS2プロテアーゼ阻害剤（camostat mesylate。日本の技術だそうです）が臨床試験で残念な結果になったのはこのためか？
デルタ株の感染メカニズムも少しずつ分かり始めています。デルタ株はACE2に対する結合性が増し、また、Furinタンパク質に対して感受性が高くなっているようです。ウイルス生産量も多いと報告されていますが、そのメカニズムはこれからの課題。
SARS-CoV2は細胞融合を起こしたり、細胞の内部構造を変えて細胞の活性を落としたりするために、ウイルス粒子の生産スピードはそれほど高くありません。また、ウイルスの分泌もゴルジやリソゾームを介する経路を利用するために決して早くはありません。一方で、Nsp1タンパク質によってインターフェロンの生産を抑えるために免疫系の出動を遅らせることもわかりました。その結果、ウイルスが増えたときに免疫担当細胞に発見され、免疫細胞が過剰反応するために急速に症状が悪化するようです。
画期的なワクチンとしてmRNAワクチンを紹介してきましたが、今回の体験でちょっと疑問符が付きました。打ったのはモデルナ社製です。聞くところによるとファイザー社製はだいぶましだとか。モデルナ社にはもっと副反応を抑え、しかし、効果は十分なワクチンの開発を期待したいところです。
+++ 2022年1月15日 +++
オミクロン株に対する対策として３回目のワクチン接種が進められています。mRNA型ワクチン（ファイザー、モデルナ）は３回目の接種についても有効性が認可されました。ではアデノウイルス型ワクチン（アストラゼネカ、中国、ロシア）はどうでしょうか。
アデノウイルス型ワクチンはアデノウイルスの遺伝子に抗原となるスパイクタンパク質の遺伝子を組み込んでアデノウイルスの感染力を利用してスパイクタンパク質に対する免疫を誘導するものです。すなわち、ワクチンの投与により、新型コロナウイルスに対する免疫が誘導されますが、同時にアデノウイルスに対する免疫も誘導されます。
ということは３回目の接種を行ってもすでにアデノウイルスに対する強い免疫が成立しているのでワクチンは感染することができずに排除され、同時にアデノウイルスに対する免疫が強化されるので３回目接種は行わないほうが良いでしょう。とはいっても、イギリス（アストラゼネカ製ワクチンが中心）では３回目の接種が呼びかけられています。追加接種ではmRNA型ワクチンであるべきです。
一方のmRNA 型ワクチンでは構成成分に対して免疫応答がありません。ですから、原理的には何度も接種することができます。ただ、PEG（ポリエチレングリコール）にはまれに起こるアレルギー反応が知られており、主要な構成成分であるプラスイオンを含む脂質分子は今回が初めての使用なので、免疫反応に対してはこれから明らかになるでしょう。構成成分については昨年の8月28日の本稿をご覧ください。
プラスイオンを含む脂質分子は生体内でサイトカインを誘導し、風邪用の症状を引き起こします。サイトカインストームは新型コロナウイルスでは重症化の症状の一つでしたが、プラスイオンを含む脂質分子ではストームになるほど大量のサイトカインは誘導されず、免疫効果を発揮するようです。天然には存在しないプラスイオンを含む脂質分子ですが、今日の生体防衛論で紹介するデフェンシンと分子構造は似ており、プラスイオンと疎水性部分の組み合わせになっています。
さて、中国では３回目の接種は行われるようですがmRNA型ワクチンでしょうか？中国も当然アデノウイルス型ワクチンの欠点は知っているのでmRNA型ワクチンを準備したかもしれません（特許侵害を法制化するかも）。また、通常型（不活化ウイルス型）のワクチンも開発中と聞いています。２月には北京で冬季オリンピックが開催され、世界中からオミクロン株が持ち込まれると予想されます。北京オリンピック後に北京を中心としてオミクロン株の感染爆発が起こることが予想されますが、感染に対する当局の封じ込め政策が懸念されます。
中国で始まった新型コロナウイルスの流行は２年たって中国に戻ってきます。最初の不意打ちとは違い、今回は予想される流行ですから中国当局の賢明な対策が期待されます。
〇ワクチンの種類によって副反応も違います。新たなワクチンの開発はmRNAワクチンの普及で臨床試験が滞っているとか。副反応のメカニズムは免疫応答を考えないといけません。mRNAワクチンの場合はカチオン脂質とmRNA自体が原因です。アデノウイルスベクターはベクターや製造時にどうしても入り込む不純物への反応です。クラシカルな不活化ワクチンでは製造時の不純物への反応が主たる原因です。安定したワクチン政策のためには多種類のワクチンが開発されて評価される必要があります。
〇新型コロナウイルスは検査キットの普及と医師の報告義務により、患者数や入院者数、死者の数まで国に報告されました。その結果は公表されました。感染症の蔓延度を常にモニターし、社会的影響を注視することは政策決定に重要な要素です。
+++ 2022年4月2日 +++
2020年3月、オーストリアのスキーリゾート、イシュグル（Ischgl）は新型コロナウイルス感染の大規模なクラスターを引き起こしたことで有名になりました。イシュグルはチロル地方にあり、239kmもの途切れない滑降を楽しめます。そこから数百人のスキーヤーが新型コロナウイルスを持ち帰ったのです。初期の大規模感染の一つでした。その後、チロル州の衛生担当官は下水から新型コロナウイルスをモニターする仕事で世界の先駆けとなりました（Science誌3月22日）。
下水中のウイルスを検出することで流行を察知する技術は、ポリオウイルスのモニターとして数十年の歴史があります。新型コロナウイルスも消化器系で増殖し、便にかなりの量のウイルスが排泄されるために注目されました。何しろ、一人一人から採材することなく、地区単位でのウイルスの蔓延状況が測定できる可能性があるからです。
マスコミで報道される感染状況は自覚がある人がクリニックを訪れてPCR検査か抗原検査を行い、その結果が保健所等で集計されて出てきます。感染していても自覚症状がなければ検査を受けないため、正確な状況を反映しているとは限りません。
一方、下水はその地区の人の便が集められるために、自覚症状のあるなしで左右されず、客観的な測定値です。通常、検出はPCRで行うので、そのDNAの塩基配列を調べると流行している株を推定できます。例えば、オミクロン株が入ってきたのか、どのくらいの割合になっているのかが推測できるのです。米国ではすでに19の州、400か所でモニターされています。
オランダの調査の例が報告されています。2020年3月から2022年2月までに新型コロナウイルスの量を下水から推測しました。時折、出現するピークはα株やオミクロン株の流行に一致しました。逆に米国カンサスシティでは流行が起きていないときに下水データではウイルス量が増えている例もあります。
下水は雨が降ると薄められるし、サンプリングする場所や時間によって成分が変動します。そのための様々なサンプリングや統計処理が工夫されました。最も有効な手段は、人間が便に排泄するウイルスで多いものを物差しとして、下水に含まれる便の量を推定することです。使われるのはpepper mild mottle virus (PMMoV)。パプリカに感染するウイルスで人には害はありません。パプリカを食べた人はこのウイルスを便に排泄するので、PMMoVと新型コロナウイルスの量を定量RT-PCR法で測定し、比率から感染の蔓延状況を推測することができます。植物ウイルスが安定した指標になるというのは驚きです。
下水中のウイルスを測定して感染状況を把握する技術は新型コロナウイルスの流行によってかなり進歩しました。下水の解析は新型コロナウイルスに限りません。ほかの下痢を起こすウイルス（ロタウイルス、ノロウイルス、アデノウイルスなど）や薬剤耐性の細菌のモニターにも活用する動きが出ています。今後も下水の調査は続けられ、新しい流行株をいち早く見つけるためにも活用されるでしょう。
+++ 2022年 4月9日 +++
英国では34人のボランティアにSARS CoV2（新型コロナウイルス）を感染する試験が行われました。その結果がNature Medicine３月号に報告されました。
ボランティア（18〜30歳）は健康診断などを受けた後、隔離病室に入院し、鼻中に10 TCID50 のウイルス液を滴下しました。解説によるとこのウイルス量は感染者の鼻汁１滴分だそうです。ウイルスは2020年初期の英国の分離株でした。滴下前日から鼻腔内と喉からサンプルをとってウイルス量をqPCR（定量PCR）で測定しました。また、採血して抗体を調べ、感染後、５日と10日後にCTで胸部を検査しました。
34人のうち、18人が感染し、ウイルスが検出されました。残りの16人はウイルスが検出されず、感染していないと判断されました。感染した人では40時間後に喉からウイルスが検出され、９〜12日後まで続きました。市中感染では潜伏期間が5日と推測されていましたが、それより3日も早い結果でした。症状はのどの痛み、鼻汁などの軽く、熱が出た人は18人中7人。新型コロナに特有な連続的な咳を発症した人はいませんでした。18人中15人が味覚と嗅覚の喪失を訴え、その後の経過では6か月後で5人、9か月後に1人でした。全く症状のない人もいましたが、ウイルスの排泄は症状のあった人とほぼ同じレベルでした。
市中感染で推測された内容が確認された結果になりましたが、重症者はいませんでした。研究者にとって幸いだったのか物足りないものになったのか、両方の解釈ができます。実際のところ、倫理的にどうよ、という意見も多く、リスクの割に明らかになった事実は少ないという批判もあるようです。
〇感染症の評価はこのような人体実験である程度実験できます。他の病気の研究とは大きく違う点です。倫理的に十分吟味することが必要です。新型コロナウイルスが感染するモデル動物がいればさらに詳細な研究ができます。とはいえ、動物に病原体を感染させる試験も倫理的に（動物の苦痛と得られる利益のことか）十分吟味する必要があります。
〇細菌感染症には抗生物質という強力な治療薬がありますが、ウイルス感染症にはありません。治療薬としてはウイルスの酵素、RNA合成酵素やタンパク質分解酵素の特異性を狙った酵素阻害剤と、生体が作り出す抗体医薬があります。
+++ 2022年 4月23日 +++
新型コロナウイルスの治療薬は２種類承認されています。１つはモルヌピラビル（molnupiravir）、もう一つは, パクスロビド（Paxlovid）で ニルマトレルビル(nirmatrelvir)とリトナビル（ritonavir)の２成分からなります。Merck社（日本ではMSD社）が開発したモルヌピラビルは核酸アナログ（核酸の仲間）です。SARS-CoV2のRNA合成酵素が自身のゲノムを複製するとき、mRMAを合成するときに間違えて取り込み、遺伝子情報を書き換えてしまいます。Pfizer社が開発したパクスロビドはSARS-CoV2のタンパク質分解酵素MPro（3CL、nsp5）を阻害する作用があり、その役割はニルマトレルビルが果たします。リトナビルはニルマトレルビルが肝臓で速やかに代謝されないよう、代謝酵素CYP3Aを阻害します。
RNA合成酵素もタンパク質分解酵素も人間の体ではたくさんの種類があり、重要な役割をしていますが、ウイルスに特徴的な構造を手掛かりに開発された薬です。いずれも短期間での開発ですから副作用の軽減化が十分詰められていないようです。
SARS-CoV2に特徴的な酵素として、別のタンパク質分解酵素、ウイルスのRNAゲノムを守るためのメチル基転移酵素もがあり、次の抗ウイルス薬の開発ターゲットとなっています（Nature Vol. 601, 2022, p496）。感染症の場合、治療薬は後手に回る可能性が高いですが、入院や重症化を防ぐ意味では、もっと多種類の薬と飲み合わせの確認が必要のようです。
+++ 2022年7月30日 +++
抗体を利用した医薬品はその特異性から標的分子が決まっている疾患に対する治療薬として注目されています。しかし、もともと感染防御という観点から研究がすすめられた抗体も、医薬品としては感染症治療薬として影が薄いのは否めません。新型コロナ感染症でもmRNAワクチンよりも１か月早く承認されたにもかかわらず、ワクチンほど注目を浴びませんでした。その状況についてレポート（Nature誌、6月30日）を紹介します。
最大の理由はコストです。新型コロナウイルス抗体医薬のお値段は１回2,100ドルほど（REGEN-COV）。一方で、ワクチンは20ドル、経口治療薬は530ドル（Paxlovid）です。もう一つは投与方法です。ワクチンは筋肉内注射、経口治療薬は飲み薬なのに対して、抗体医薬品は通常、点滴投与です。したがって患者は入院する必要があります。
抗体医薬品の魅力は特異性だけではなく、開発に時間がかからないこともあります。新型コロナの場合も２種類の抗体のカクテルである医薬品が承認されたのはmRNAワクチンの１か月前でした。標的となる抗原がわかればそれでモノクローナル抗体を作製し、性能を確認するだけです。すでに抗体医薬品の大量生産技術はソフトもハードも出来上がっていますから、有効な抗体が見つかればそのプラットフォームに載せるだけで生産できます。また、過去の開発情報からチェックすべき副作用もわかりますから臨床試験も整然と行うことができます。
すでに、米国では100種類以上の抗体医薬品が承認を受けて販売されています。その対象のほとんどががんと免疫疾患（アレルギーや慢性炎症）です。がんはもちろんのこと、免疫疾患も難治療性ですので、抗体の特性を生かした特効薬も多く、市場は世界で15兆円に上るともいわれています。なぜ感染症治療薬が少ないのでしょうか。
感染症は発展途上国に多く、患者は高価な抗体医薬品を使うことができません。また、先進国でも流行するような感染症は10年に1度程度で、継続的な市場が期待できないのです。現在考えられている対策は、すでに知られている感染症で、今後も流行を起こしそうな微生物を選んで、あらかじめモノクローナル抗体のデータベースを作っておこうという動きです。
しかし、今回の新型コロナウイルスは人では初めての流行でした。予測不能な感染症の発生ですから、ワクチンや治療薬の他にも抗体医薬品も薬品棚に並べておく必要があるでしょう。
〇以上の２つは根本的治療のための薬です。発熱や咳などを鎮める一般薬も有効です。症状を緩和している間に私たちの体は抗体を作り、ウイルスを排除するので、有効な治療法です。新型コロナ感染症では重症化すると生命維持に必要な呼吸器、循環器を損傷するために根本的治療薬が必要とされました。
〇新型コロナウイルスの流行ではPCR検査が導入され、莫大な数の分離株の塩基配列が解析されました。コロナウイルスは比較的変異が起こりやすく、抗原性の異なった株が出現しやすいウイルスです。塩基配列の解析により、ウイルスの拡散経路や変異株の病原性の強さが報告されました。そして気になるのは変異株に対するワクチンの効果です。最初の分離株に基づいたワクチンが承認された後、変異株のワクチンの承認には時間がかかっています。
+++ 2022年 5月14日 +++
世界で最も使われている新型コロナウイルスのワクチンはファイザー製やモデルナ製ではありません。中国の不活化ワクチンです。中国政府のワクチン外交のおかげで、世界で接種された110億本のうち、SinovacとSinopharmを合わせて50億本に相当すると予想されています。しかし、多くの研究で不活化ワクチンは２回接種しても中和抗体が誘導されないと報告されています（Nature誌１月20日号）。中和抗体はウイルス防御に有効な免疫応答です。世界的にみると重症化や入院が抑えられているようです。
さらにオミクロン株に対しては全く中和抗体が誘導されないという報告や、３回目の接種でそれなりの割合で中和抗体が誘導されたという中国の報告などがあり、結論は出ていません。中和抗体が誘導されない場合、何が効いているのでしょうか。結合するだけの抗体でもウイルスは貪食細胞に食べられるとか、T細胞による細胞性免疫による感染細胞の処理が一定の効果をあげていると考えられています。これらの免疫は中和抗体ほど強力な抗ウイルス効果はないと考えられています。
中国では、現在、オミクロン株による感染が広がっています。中国のワクチンで危機を乗り切れることができるのでしょうか。
+++ 2022年5月28日 +++
皆さんもお気づきと思いますが、新型コロナウイルスの流行はほぼ6ヵ月おきに拡大し、その理由は新たな変異株が原因です。前回は2月を中心にオミクロン株がピークになりましたので、次は8月ごろ、オミクロン株のBA4，5タイプが流行すると予想されます。昨年の８月は東京オリンピックでデルタ株の流行がありました。
オミクロン株のふるさとともいえる南アフリカでの流行も同じ間隔で起こっています（Nature誌５月22日号）。南アフリカでは新型コロナが侵入してきた2020年の８月に最初の変異株の流行があり、年末から年明けにかけてベータ株が流行しました。そして、2021年５月から７月にかけてデルタ株、オミクロン株は年末に流行し、そして今年３月にオミクロン株のBA4，5タイプが流行を始めています。
世界中で新型コロナウイルスのゲノム塩基配列が調べられ、これらの変異株の系統樹が作られています。オミクロン株はアルファ株、ガンマ株のグループの片隅から急激に感染者を増やし、世界的に流行しました。その理由は増殖スピード、感染のしやすさが挙げられていますが、もう一つ、現在使われているワクチンが十分に効かないこと。アフリカなどに配られたのは中国製のワクチンであることは、先日、紹介しました。
記事ではこれらのことからオミクロン株由来の株が季節性インフルエンザのように小さな変異を繰り返して流行を繰り返すことに警鐘を鳴らしています。
もう一つ考えなければならないのはデルタ株です。オミクロン株が属するグループから系統樹上で遠い位置にいるので、オミクロン株によってできた感染免疫の効きが悪い可能性があります。デルタ株は世界的に流行した株で、現在でも患者が発生しています。この系統から新たな流行株の一派が生まれるかもしれません。
オミクロン株に対するmRNAワクチンは現在臨床試験中。デルタ株の変異タイプが出てくると、今しばらく警戒を続ける必要があるでしょう。
〇変異株はワクチン免疫や感染免疫の網の目をくぐるように発生します。というか、生き残ります。同じワクチンを使い続ければワクチン免疫によって攻撃されにくい変異株が勢力を伸ばしていきます。また、病気の症状の軽い変異株が出現すれば、感染者が隔離されないので感染を広げることになります。中途半端なワクチンはワクチン免疫が不完全ですから、変異株を増やす恐れもあります。
〇ワクチン接種が進み、新型コロナウイルス株の変異株が出現する中、社会的な対応も変わってきました。
+++ 2022年9月24日 +++
新型コロナウイルスの感染拡大を防止するために各国で大規模なロックダウンが行われました。感染拡大の防止には役に立ちましたが、反面、経済的なマイナスも大きい。ワクチン普及前のロックダウンの効果について、科学的な面からは評価が出たようです（Nature誌、9月8日号）。
感染拡大の指標は基本的再生産係数R0値です。ロックダウンはどの程度、拡大防止に役立ったか、様々な調査、統計に基づいた研究報告が出されました。それらを総合して比較し、効果があった順番、R0をどのくらい減らしたか、が報告されています。
最も効果が高かったのは少人数の集まりの禁止です。R0を0.3ほど減らしました。ついで、学校の閉鎖（-0.2）、国境の封鎖です。そのあとは-0.1の個人的な防護（マスクなど）、行動の制限。評価が分かれたのは大規模な集会の禁止や情報共有や教育です。最後の情報共有や教育はニュースや政府広報による感染の状況や病気の症状などの発表で、多くの人が非初的に行動制限を行ったと評価されています。このような措置をより早期にかつ厳格に実行した国が最も感染を抑え込むことができたのはデータから明らかです。
一方、ロックダウンは社会的には大きな混乱を、経済的には大きな損失を発生しました。経済に与えた負の影響は莫大ですが、感染拡大によって失われたかもしれない命との引き換えです。感染が拡大すると新型コロナウイルスによる直接的な死亡だけでなく、医療崩壊による巻き添え死や生活に行き詰ったための自殺も含まれます。
また、家に閉じ込められたために深刻化したドメスティックバイオレンスや学習機会を逸した子供たちの将来的な損失などもあります。病院に行けなかったために手遅れになったがん患者もいることでしょう。これらのコストを質調整生存年（quality-adjusted life years、QALYs）というそうです。人生の質×失われた年数で計算します。残念ながら、これらを数値化してどちらが大きいかについては定まった評価は未だありません。
将来のパンデミックに備えてロックダウンの効果と損失の研究は今後も続くでしょう。次回はもっとましな政策をとってほしいものです。
+++ 2022年10月22日 +++
各国で新型コロナウイルスの遺伝子型の解析を行っており、流行している株が報告されています。いずれもオミクロン株の子孫で、イギリスではBA5株の変異型BQ1型の流行があり、インドではBA2株の変異型BA2.75.2型、シンガポールではBA2.3.20型です。これらの変異型はスパイクタンパク質の細胞のレセプターとの結合部位でアミノ酸変異が起きており、中和抗体が結合しにくくなっています。日本でこの冬流行するのはどの型か、気になるところです。日本オリジナルの型かもしれません。
流行の原因は変異型だけではありません。社会活動がコロナ禍以前のレベルに高まっていること、最初のワクチンの効果が減弱していることが挙げられます。当然のことながら専門家は新しいワクチンの接種、とくにオミクロン株が入ったワクチンの接種を急ぐべきだと警告しています。ただ、ウイルスの変異によって感染力は高まりましたが、重症化リスクは高くないので、高齢者や健康に問題のある人に対するワクチン接種を優先すべきだと。
変異型のニュースは聞きませんが、社会的な対応については報道されている通りですね。
〇ワクチンが供給される前と後での社会的な対応は今後も評価が続けられることでしょう。そして今後の新型コロナウイルスとの付き合い方もウイルスの変異に伴って変わってきます。社会から一掃されてしまうと、流行が再び起こる（再興感染症）のは、社会の変化が契機となることが多い。過去の例（SARSやMARS）を見ると、沈静化するとそのまま消えてしまったかのようです。再び流行することはあるでしょうが、今度はパンデミックにはならないでしょう。
〇新型コロナウイルスの増殖メカニズムをまとめましょう。分子生物学的な知識が必要です。
+++ 2023年2月18日 +++
新型コロナウイルスの細胞への侵入過程をまとめましょう。
新型コロナウイルスはスパイクタンパク質によって、細胞に結合します。細胞側のレセプターはアンジオテンシン変換酵素２（angiotensin-converting enzyme 2、ACE2）という膜タンパク質です。ACE2は肺をはじめ、消化器や全身の血管に発現しているため、新型コロナウイルスは全身に感染します。
ただくっつくだけでは細胞に侵入できません。細胞側の膜タンパク質であるtransmembrane serine protease 2 (TMPRSS2)によってスパイクタンパク質が切断され、融合ペプチドが露出することで細胞膜とウイルスエンベロープの融合を引き起こします。ウイルスエンベロープは細胞膜と同じ脂質二重層で、細胞膜由来です。細胞膜とウイルスエンベロープが融合すると、ウイルスエンベロープに包まれていたウイルスゲノムは細胞質に放出されます。
また、細胞に結合した新型コロナウイルスは食作用によって細胞に食べられることもあります。そのときは、スパイクタンパク質はカテプシンという別のプロテアーゼによって切断されて、膜融合活性を発揮し、エンドソームの膜と融合してウイルスゲノムは細胞質内に侵入します。
ウイルスのレセプターであるACE2もタンパク質分解酵素。血圧上昇作用の強いアンジオテンシンIIから端のアミノ酸を１個、切り落として、血圧上昇作用を消してしまう酵素です。細胞に侵入するときに必要な酵素も細胞膜上のタンパク質分解酵素。ウイルス感染ではいろいろなタンパク質分解酵素が働きます。
インフルエンザウイルスの場合も細胞側のプロテアーゼ（フリン）によってHAタンパク質が切断されて融合ペプチドが露出し、エンドソーム膜とウイルスエンベロープが融合します。
ウイルス側が細胞側のタンパク質分解酵素を利用している様子を見ると、あたかもウイルスは細胞の様々なタンパク質分解酵素を知っているかのようです。が、これは適応進化の結果であって、適切に切断されるスパイクタンパク質を持ったウイルスのみが感染増殖できることを示しています。
新型に限らず、コロナウイルスは２経路を使って細胞に侵入しますので、細胞に侵入する経路を遮断するには２種類の薬を適切に使う必要があります。すでにタンパク質分解酵素の阻害剤はありますが、適切に使うのが難しく、ここを作用ポイントにした治療薬はまだ開発されていません。
よく知られたインフルエンザの治療薬も細胞侵入が作用ポイントではありません。ノイラミニダーゼ（NA）というインフルエンザウイルス側の酵素をターゲットにしています。ノイラミニダーゼはインフルエンザウイルスが細胞で増えた後、放出されたときに肺組織から脱出するのに必要な酵素です。HAタンパク質は細胞のシアル酸に結合しますが、シアル酸はいたるところにあります。インフルエンザウイルスはノイラミニダーゼでシアル酸を分解して、肺から脱出するのです。
+++ 2023年2月25日 +++
新型コロナウイルスのゲノムはプラス鎖で、一本鎖RNAです。全長が２万塩基。その３分の２が大きなタンパク質をコードします。僕が学生の頃はコロナウイルスのこの遺伝子領域の構成が不明で、空白でした。残り３分の１にウイルス粒子を作るタンパク質の遺伝子が並びます。今日は空白を埋める巨大タンパク質、ポリプロテインの話です。
ポリプロテインは独立して機能する複数のタンパク質が一度に翻訳され、のちにタンパク質分解酵素で切断されて機能するという、ウイルスならではの遺伝子の利用方法です。新型コロナウイルスのポリプロテインは10個のタンパク質に切断されるpp1a（polyprotein 1a）と16個に切断されるpp1abの2つに翻訳されます。切断された後のタンパク質はNsp1からNsp16の名前が付けられています。Pp1aからはNsp1からNsp10が、pp1abからはNsp1からNsp16が切り出されます。pp1aのmRNAは途中に終始コドンがありますが、pp1abのmRNAはこの終始コドンをスキップするように、転写がずれて（editingと呼ばれます）、大きなポリプロテインができるようになっています。
16個すべてのタンパク質の機能がわかっているわけではありませんが、前半（Nsp1からNsp6）はウイルスゲノムが複製される場を準備するタンパク質、後半（Nsp7からNsp16）はウイルスRNAを合成するタンパク質です。ウイルスRNAにはゲノムRNA、mRNA、cRNA（ゲノムRNAの相補鎖）があり、インフルエンザウイルスで書いたように結構複雑です。
前半のタンパク質にはポリプロテインを切断するタンパク質分解酵素、膜構造を準備する膜タンパク質、細胞側の防御反応を止めるタンパク質があります。タンパク質分解酵素は特異的なアミノ酸配列のみを切断する酵素で、通常、その特異性を利用して治療薬が開発されます。膜構造はウイルスRNAが複製する大きな2重膜の袋（double-membrane vesicle、DMV）で、主に細胞の小胞体の膜から作られます。膜を作り、再構成する膜タンパク質が作られます。ウイルスRNAはDMVの中で複製、転写されるため、細胞側の防御反応から隠されることになります。
最近になってDMVを作るのはプラス鎖で、一本鎖RNAのゲノムを持つウイルスの共通の性質らしいことが分かってきました。これらのウイルスはいずれもポリプロテインを遺伝子に持ちます。小さなピコルナウイルス（ポリオウイルスやノロウイルスが含まれます）、中くらいのフラビウイルス（日本脳炎ウイルスやC型肝炎ウイルスが含まれます）、そしてRNAウイルスで最大のニドウイルス（コロナウイルスやデングウイルスが含まれます）です。もちろん、別種のウイルスで、ゲノム構造も全く違いますが、進化的に関連がありそうです。
〇ウイルスの増殖メカニズムが分かると、ウイルスタンパク質を特異的に阻害する分子を抗ウイルス薬として開発できます。また、病気を起こすメカニズムも分かってきます。新型コロナウイルスの流行によって、コロナウイルスの分子生物学は過去数十年の成果以上に詳しく調べられました。
〇新型コロナウイルスの流行は治まってきましたが、人間社会に定着する可能性があります。しばらくは毎年、ワクチン接種をしたほうが良いでしょう。また、治療薬や対処療法についても流行中の経験が整理されて早期に診断、重症化前に治療されるでしょう。
+++ 2022年7月9日 +++
インターフェロンは抗ウイルス作用のあるサイトカイン医薬品として1980年代に華々しくデビューしました。同時に抗がん作用も期待されたのですが、特定の癌にしか効果はなく、本業のウイルスの治療薬としてもC型肝炎ウイルスの治療薬として一時期ブレイクしただけでした。
では新型コロナウイルスに対してはどうでしょうか。米国のNIH（国立衛生研究所）やWHO、Synairgen社は大規模な臨床試験を行いましたが、残念な結果に終わっています。ところが、ブラジルのEiger社が有望な結果を発表しました（Scienceニュース5月5日）。
私が驚いたのはインターフェロンλが使われたことです。過去に成功したインターフェロンはα型やβ型で、NIH等が使ったのもすでに医薬品として許可を得ているα製剤やβ製剤でした。インターフェロンλはαやβ（I型）と違うIII型インターフェロンです。λ製剤を開発していた会社があったのには驚きました。
NIH等が調べたのは重症患者への治療効果でした。一方、Eiger社は初期の患者でその後の症状の悪化を調査したのです。その結果、治療群で2.7%が病院に入院、一方で、プラシーボ群では5.6%が病院に入院して、その差は統計学的に有意でした。しかも1回投与。Pfizer社のPaxlovidは5日連続で服用しなければなりません。
そもそもインターフェロンはウイルス感染の初期（数時間から数日）に分泌されて、ウイルス感染を抑え、その後、免疫を刺激する分子です。初期に投与するのが理にかなっています。また、インターフェロンλは主に呼吸器系で作用し、全身で作用するαやβの持つ副作用も弱いことが知られていました。
インターフェロンλのレセプターを人工的につぶしたマウスでは新型コロナウイルスはとても増えやすくなっていましたし、新型コロナウイルス患者の肺や喉、鼻の分泌物からインターフェロンλが見つかっており、症状に逆相関していました。すなわち、感染防御に関係していると考えられました。
Eiger社はこの結果を受けて生産体制を整えていて、年末には30万回分のインターフェロンλ製剤を供給できるそうです。ただし、注射でも症状は改善されず、重症化の阻止だけです。果たして売れるでしょうか。
+++ 2023年3月4日 +++
新型コロナウイルスに対するワクチンは大きく分けて、4種類が使われました。モデルナ社やファイザー社のmRNAワクチン。アストラゼネカ社に代表されるアデノウイルスベクター。このタイプのワクチンは中国やロシアでも使われました。いずれもスパイクタンパク質が抗原です。中国の主力ワクチンであったsinovac社とshinoharm社の不活化ウイルスワクチンです。これら3タイプで世界の130億ドースの90％以上を占めます。さらにマイナーですが組換えスパイクタンパク質のワクチンが使われました。中国の不活化ワクチンを除いて、2つのタイプの効果は高く、逆にウイルス変異株が出現することになりました。
現在開発中のワクチンは変異株に対するワクチンのほか、変異株の出現を防ぐ、広い抗原性を持つワクチンです。現在では50以上のワクチンが承認され、数百のワクチンが治験中です。また、すでに数百のワクチンが治験段階で開発に失敗しています。
考え方の基本は2つのスパイクタンパク質を盛り込むこと。すでにファイザー社やモデルナ社は2種類のmRNAを入れたワクチンを開発し、承認されています。また、組換えタンパク質でナノ粒子を形成するタンパク質をベースに2種類以上のスパイクタンパク質もしくはスパイクタンパク質のレセプター結合領域（receptor-binding domain, RBD）を搭載したナノ粒子型ワクチンが韓国で認可されました。2つのスパイクタンパク質の共通部分に対する抗体も誘導されるため、より多様な変異株に対応可能です。残念ながら韓国ではワクチン接種が下火になり、あまり売れていないとのこと。似たようなワクチンは欧米でも開発中です。
さらに、複製可能なmRNAワクチン。アルファウイルスのRNA複製酵素を使うやり方でウイルス粒子を作る遺伝子を全部除去したRNAで発現させます。細胞内でRNAが増えるので少ない抗原量、すなわち、少ない副作用で高い効果が期待されます。
注射でなく、鼻粘膜で作用するワクチンも認可されています。粘膜型ワクチンはウイルスの侵入経路である呼吸器粘膜で強い免疫応答を発揮するはずです。このタイプのワクチンは中国で2つ、ロシア、イラン、インドで1種類ずつ承認されていますが、効果はいま一つのようです。そもそも信頼のおける調査結果が報告されていません。
いずれにしても変異株が出現してからワクチンが開発されるという時間的な遅れが解消できていません。次世代ワクチンでは開発スピードもさることながら、変異の行方を推測することも大きな課題でしょう。
〇パンデミックの期間中、最優先課題であった新型コロナウイルスのワクチン、治療薬開発が遅ればせながら承認されると思われます。当然ながら選択肢は多いほど有効な対策が執れます。また、大量のサンプルやデータが徐々に解析されて病気の本質が明らかにされていきます。他の大問題が生じない限り、しばらくは医学領域の研究成果は新型コロナウイルス関連の研究が大きな割合を占めるでしょう。
〇13回にわたって新型コロナ特集を組みました。毎回2つのトピックスを紹介しましたので、約3年（2020年2月〜2023年5月）に渡って26のトピックスを取り上げました。微生物学的な内容はほとんど網羅したと考えています。次回からは途中になっていたウイルスの戦略に戻る予定です。
〇しばらく本編はお休みにして新型コロナウイルスの記録を配信しました。本編はちょうどワクチンの話題に入ったところでした。次回のバージョンでは新型コロナウイルスの記事も整理し、ワクチンとして独立した章に仕立てたいと思います。
〇さて、ワクチンに関する話題はあと２つ準備していました。今回は皆さんにはなじみの薄い豚熱ウイルス（旧称 豚コレラウイルス）になりますが、社会的、防疫上のインパクトが大きな話題です。
+++ 豚熱ウイルス撲滅作戦 +++
豚熱は豚やイノシシが罹患するウイルス感染症です。人間には感染しません。感染力はそれほど高くないのですが、生存能力が高く、様々な媒体によって感染動物からウイルスが運ばれます。特に、感染豚由来の排泄物、死体などウイルスを含むものを食べた場合は高い確率で感染します。養豚農家では全滅することも珍しくない殺傷能力の高いウイルスです。
不活化ワクチンでは効果がないので、生ワクチンが使われます。ワクチンが弱いウイルスだとしても生きたウイルスなので、ワクチン株が毒力を取り戻す可能性を否定できません。そこで、日本ではワクチンを普及させ、ほぼ制圧できたところで、摘発淘汰に移行。2007年に豚熱ウイルスは日本から絶滅したと宣言されました。
+++ 再発生 +++
ところが、2018年に豚熱ウイルスが再発生しました。すべての豚とイノシシが抗体を持たなくなった現在、豚熱ウイルスは向かうところ敵なしで感染を繰り返しています。2019年にイノシシの感染が確認された地域限定でワクチン接種が再開されました。イノシシの捕獲・採血と抗体検査により、すでに本州全域と四国がワクチンの対象になっています。豚熱の発生はだいぶ抑制されましたが、いまだに発生が確認され、摘発淘汰は続いています。
一方でイノシシに対して生ワクチンを食べさせて免疫する方法が実施されています。残念ながら食べるワクチンは毒力の強い野生株と区別することができません。したがって、イノシシを対象としたワクチン散布が終了した5月以降に発生した豚熱ウイルスの感染はワクチン株である可能性があります。もっとも、この点は遺伝子の塩基配列を調べることで解決するでしょう。
〇さて、農家はワクチンを利用した早い解決を望みます。しかし、元の清浄国に戻る根本的解決には数年間の一貫した対策が必要です。なにしろ、日本での今回の豚熱の発生は1992年以来。それから清浄化宣言が2007年です。農家の安心を優先するためにワクチンを完全復活させるか、それとも根本的解決を望むか。実は豚熱清浄化国は豚熱汚染国からの生の豚肉の輸入を制限することができ、非関税障壁のひとつとして機能します。政治力も問われます。
〇次の例ははしかです。感染症の代表格です。はしか（麻疹）はウイルスによる感染症で日本ではワクチン接種が義務付けられています。2017年の統計では世界で142,000人の犠牲者が出たと見積もられています。日本では数人しか死者が報告されませんが、世界的には各地で流行が見られます。2019年にはマダガスカル、ウクライナ、フィリッピンとブラジルで流行がありました（WHOデータ）。
+++ 牛疫ウイルス +++
はしかウイルスに最も近い動物のウイルスは牛疫ウイルスで2011年に撲滅宣言が出されました。人のはしかウイルスは牛疫ウイルスから派生したと考えられています。最近の新型コロナウイルスと同じで牛疫ウイルスが突然変異により人間にも感染するようになったとされています。その時期はいつなのか？
昨年末、病理学の父と呼ばれるVirchow博士の病理標本コレクションから1921年のウイルス株のRNAが解析され、塩基配列が決定されました(Science誌)。その報告では同時に系統樹解析を行い、はしかウイルスが人間社会に入ってきた（牛疫ウイルスと分岐した）のは紀元前4世紀と推測されました。
はしかウイルスに感染すると人間はほぼ一生の間、免疫が成立します。したがって、少なくとも25~50万人の都市でないとウイルスが維持されないと考えられています。したがって紀元前4世紀にはこの規模の都市が出現したとも解釈されます。
系統樹解析からは人のはしかウイルスが牛の牛疫ウイルスへと変化したとも考えられますが、牛は集団で生活する動物で古くから牛疫ウイルスを維持していたと考えられること、ヒツジやヤギの小反芻獣疫ウイルスという近縁のウイルスがいることから牛疫からはしかへ変化したと考えるのが合理的とされています。
〇ワクチンの話というより、動物由来感染症の話にしました。新型コロナウイルスももともとはコウモリ由来と考えられています。人間の歴史には感染症との出会い（新興感染症）も記録されており、それは今後も続くと思われます。
〇今まではインフルエンザウイルスを例にとって、ウイルスとは？という話をしてきました。ウイルスは個性が豊かで、なかなか十把一からげに話をすることができません。ちょっと、横道にそれますが、どんなウイルスがいるのか、簡単に紹介しましょう。
+++ ウイルスはゲノムで2つに分けられる +++
ウイルスはゲノムを構成する物質によって、RNAウイルスとDNAウイルスに分けられます。
DNAは細胞性の生物が遺伝子を構成する物質として共通に持っています。ウイルスは細胞に感染することで、細胞の遺伝子複製システムを利用（タダ乗り）することができます。
しかし、RNAウイルスの場合は自前で遺伝子複製システムを持つ必要があります。ウイルスの遺伝子は限られていますから、簡略化された複製システムしかありません。
+++ RNAウイルスは大きくなれない +++
RNAウイルスは巨大なRNA複製酵素を持っています。ゲノムがRNAであると、RNA合成酵素だけで、遺伝子の複製、タンパク質合成のためのmRNA合成（転写）ができます。
しかし、遺伝子が正確に複製されるためには修復システムが必要です。複製酵素はある一定の頻度で間違いを起こすためです。RNAウイルスには修復機能がないので、最後まで大きな間違いのなかったウイルスしか生き残れません。つまり、ゲノムが大きくなると複製ミスによるリスクが大きくなるために小さなゲノムを持つウイルスしか生き残ることができません。
+++ DNAウイルスのサイズは最小のものから最大のものまである +++
小さいDNAウイルスが存在する理由はゲノムの複製をみんな宿主におんぶしてしまうことができること。一番小さなウイルス（サーコウイルス）は遺伝子が2つしかないと考えられています。
大きいDNAゲノムを持つことができる理由は複製のミスを修復する機能を宿主から借りることができるためと考えられています。DNAウイルスは間違いがあっても直すことができますから、いくらでも（宿主以上の大きさは無理ですが）大きくなることができます。
上限はタンパク質のカプセルに遺伝子を詰め込む必要があることと考えられてきました。しかし、小さなバクテリアサイズのウイルスが見つかってからは上限はないのでは？と考えられています。
○大部分のウイルスは数個〜数十個の遺伝子しか持っていませんから、哺乳類や鳥類の巨大な免疫システムと戦うにはあまりにも戦力不足です。インフルエンザウイルスを例に見てきましたが、最大の増殖戦略は遺伝子を変化させること。侵入者を記録する強力な獲得免疫システムを無力化するのに最も効果的です。
〇まずは、RNAウイルス版です。人に病気を起こすウイルスを中心にまとめました。詳しくは検索もしくは解説書をご覧ください。病気を起こすウイルスはよく研究されています。
+++ 標的臓器 +++
まずは病気を起こす臓器（ターゲット）別の分類。
+++ 感染経路 +++
次は感染経路。侵入経路別の分類です。大抵は口から入りますが、ターゲットとなる粘膜が問題です。
+++ 大きさ +++
RNAウイルスは巨大なものが少ないのですが、エンベロープと呼ばれる細胞膜由来の外膜があるウイルスは比較的大きい。エンベロープはアルコール類、洗剤系の消毒薬に弱いので、感染予防には普通の消毒薬が効きます。また、熱にも弱いことが多い。エンベロープがないウイルスは塩素系の消毒薬しか効きません。熱にも強く、手ごわい相手です。
+++ ゲノムの大きさ +++
ゲノムが大きいのは SARSウイルス、デングウイルス、黄熱病ウイルス、日本脳炎ウイルスです。1.5-3.5万塩基のゲノムを持ちます。そのほかのウイルスは6000-1 万塩基ほどの大きさのゲノムを持ちます。
インフルエンザウイルスは8本に分かれたゲノムを持つ特殊なウイルスです。ロタウイルス以外は一本鎖RNAがゲノムになっています。ロタウイルスは11本のRNAゲノムをもち、しかも二重鎖RNAです。ゲノムの大きさは持つことができる遺伝子数の目安になります。それぞれのウイルスは様々な方法で遺伝子をたくさん持つ工夫をしていますが、せいぜい十数個が限界のようです。
+++ RNAウイルスの分類 +++
RNAウイルスはゲノムRNAの性質、持っている遺伝子の種類や性質によって分類されています。遺伝子はRNAを複製、合成するためのRNAポリメラーゼ、細胞に侵入するための外皮タンパク（いろいろな名前で呼ばれます）、RNAを守るため（そのほかにもいろいろ機能があります）のヌクレオプロテインの3つが必須成分です。そのほかにウイルスに特有の様々な遺伝子が含まれています。白血病ウイルスの仲間は癌を起こす遺伝子（癌遺伝子）を持ちます。
○本当はウイルスの免疫系の武器に対する対応策を書く予定でしたが、いろいろなウイルスを書くとき、そのウイルスを紹介するのが大変であることに気付きました。これで十分とはとても言えませんが、総括的に捕らえるにはいいのではないかと思います。次回はDNAウイルス編です。
○DNAウイルスのゲノムサイズはピンからキリまであります。最小のサーコウイルス（約1600-1800塩基）から最大のミミウイルス（バクテリアサイズ（120万塩基対）のゲノムを持つ、アメーバのウイルス）まで多様です。
+++ 小さなDNAウイルスは増えている細胞でしか増えられない +++
小さなDNAウイルスにはサーコウイルス、パルボウイルス、パポーバウイルスがあります。種類によって違いますが、だいたい2つの遺伝子しか持っていません。ゲノムの複製に関与するタンパク質と、ウイルス粒子（カプシド）を作るタンパク質です。ウイルスの複製は完全に宿主に依存するので、分裂・増殖する細胞でしか増えることができません。
体の中で分裂・増殖している細胞は常に再生している組織の幹細胞です。粘膜や皮膚の一番下の層、骨髄中の造血幹細胞、精母細胞（精子の素）、毛などがあります。ウイルスのターゲットは粘膜や皮膚、造血幹細胞です。細胞に寄生して増えますから重篤な病気を起こすウイルスは少ない。死にいたる感染症は犬のパルボウイルス感染症くらいでしょう。幹細胞は体の深部にありますからそこに到達するまでウイルスはじっと耐えなければなりません。小さなDNAウイルスのカプシドは丈夫で、自然界でも長く生き残ります。
小さなDNAウイルスの複製に関与する遺伝子は時々腫瘍（といってもイボなどの良性腫瘍）を作ります。増殖する細胞の増殖に干渉するためです。代表例はパピローマウイルス。ポリオーマウイルス、SV40など、宿主を変えると腫瘍を作るウイルスもいます。これらのウイルスの複製に関与する遺伝子はT抗原と呼ばれます。Tは腫瘍（tumor）の頭文字です。T抗原が宿主の DNA合成に干渉するメカニズムの研究から腫瘍抑制遺伝子が同定されました。
+++ たくさんの遺伝子を持つ大型DNAウイルス +++
RNAウイルスは最大でも20個程度の遺伝子しか持ちませんでした。DNAウイルスはこの程度の遺伝子数のウイルスはむしろ少なく、小型DNAウイルスは2個と最小限、大型DNAウイルスは数十個と大型化しています。大型DNAウイルスにはアデノウイルス（遺伝子数30-40）、ヘルペスウイルス（遺伝子数90-120）、ポックスウイルス（遺伝子数120くらい）があります。
アデノウイルスは膜由来のエンベロープを持たないウイルスでは最大です。風邪、結膜炎、下痢を起こします。ウイルスの形は紙風船のような正20面体。6角形（平面）と5角形（傘型）のパーツを組み上げてできています。5角形のパーツからはアンテナのようなファイバータンパク質が伸びています。自前のDNA合成酵素を持っていて、ゲノムを複製します。
ヘルペスウイルスは正二十面体のキャプシド（DNAを収めたタンパク質の容器）の外側にエンベロープを持ち、エンベロープとキャプシドの間の空間（テグメント）にも多くのタンパク質を抱えています。口唇ヘルペス、性器ヘルペス、帯状疱疹、水痘など、皮膚に小さな水疱を作り、ひどくなると爛れます。感染後、健康なときには神経節に潜み、体調が悪くなったりして免疫機能が衰えると活動が活発になります。
ポックスウイルスはDNAウイルスに珍しく、伝染病を引き起こします。人間のポックスウイルスは天然痘です。全身感染し、体中に水痘を作ります。致死率が高く、人間社会では周期的に流行がありました。牛のポックスウイルスのマイルドな株をワクチンにして感染予防できます。ワクチンは乾燥させると室温でも長期間保存できるので熱帯地方でも安価に提供できます。1958年より、WHOは世界中でワクチン接種キャンペーンを行い、1980年には天然痘撲滅宣言を出しました。
〇大型DNAウイルスの遺伝子は2段階（アデノウイルス、ポックスウイルス）、3段階（ヘルペスウイルス）で発現します。最初に発現する遺伝子は初期遺伝子で、他の遺伝子の制御を行います。次に発現する遺伝子は核酸の材料を作ったり、DNAの複製を行います。最後にウイルス粒子の材料を大量に作り、複製したDNAを包んで細胞を破壊しながら外へ出て行きます。
○ウイルスの中にも分類に困る輩がいます。
+++ ウイロイド +++
ウイロイドはその名のとおり、ウイルスもどき。タンパク質の殻を持たずにRNAゲノム本体のみで感染性を持ちます。一本鎖環状RNA（250〜400塩基）のみからなる最小の植物病原体です。ゲノムRNAはタンパク質をコードしないnon-coding RNAです。動物には類を見ない植物の感染因子として知られています。植物には小さな環状RNAを複製する仕組みが備わっているのでしょう。また、植物細胞は全身の細胞が原形質連絡（Plasmodesma）でつながっていることから、ウイロイドRNAは高分子のまま、全身感染します。
RNAは自然界では分解されやすい分子です。多くの生物、微生物がRNA分解酵素を分泌して周りのRNAを分解しています。また、DNA同様、紫外線に弱い。DNAに比べてアルカリ性に弱く、分解されやすい。ウイロイドは植物細胞からあまり出ることはなく、種子や花粉を通じて垂直感染します。
+++ プリオン +++
プリオン(prion)は、proteinaceous infectious particle [感染性蛋白粒子]から取られた名称です。馴染みが深いのはBSE（Bovine spongeform encephalopathy、牛海綿状脳症）です。
プリオンは伝達性のあるタンパク質で、ウイルスとは別物であると考えられています。感染性ではなく、伝達性であることに注意。プリオンは感染する（細胞に侵入する）仕組みを持っていません。このプリオンによって起こる脳の変性疾患（伝達性海綿状脳症）群をプリオン病と呼んでいます。
BSEは、1986年に英国で報告以来、現在までに25カ国で18万頭以上の感染牛が確認されました。BSEプリオンに汚染した動物性タンパク質飼料（肉骨粉）が蔓延の原因と考えられています。人間の変異型CJDはBSEに感染した牛の肉を食べたためと推定されたことから、人獣共通感染症として社会問題になりました。
実は伝達性のあるプリオンタンパク質は、宿主の正常プリオンタンパク質(PrPC)の構造異性体であり、異常プリオンタンパク質(PrPSc)が細胞内に取り込まれると正常プリオンタンパク質の構造変化をもたらし、異常プリオンタンパク質が蓄積して病気を引き起こすと考えられています。
〇紹介した例から考えると、あとDNAのみで増えるウイロイドが考えられます。ウイルス粒子を作らずに細胞から細胞へと伝達するトランスポゾンや細胞の中でRNAを介してゲノム上を動き回るレトロトランスポゾンが知られています。
〇DNAウイルスの中には巨大ウイルスと分類されるウイルスがいます。アメーバなどの単細胞真核細胞でしか見つかっていなかった巨大ウイルス。ウイルスの複製に必須な遺伝子だけでなく、細胞の基本機能にかかわる遺伝子も持っています。最近、メタゲノム解析で大量に見つかってきました。
+++ 巨大ウイルス +++
巨大ウイルスはウイルスでありながら細菌ほどのゲノムを持ち、たくさんの遺伝子を持っています。サイズも2ミクロンと細菌（2〜10ミクロン）と引けを取りません。今まで発見されていた巨大ウイルスは海や淡水で生活しています。
感染するのはアメーバや藻です。巨大核質ウイルス（nucleocytoplasmic large DNA viruses、NCDLV）と総称されています。大きさは直径2ミクロン以上ですが、ゲノムサイズは200kbp（20万塩基対）から2.5Mbp（250万塩基対）と多様です。
よく研究されているのはアメーバに感染するミミウイルス（Mimiviruses）です。理由は実験室で培養することができるからです。最近ではメタゲノム解析で、時々、新たな巨大ウイルスが発見されるようになりました。
+++ 巨大ウイルスはあまねく存在する +++
海には20万種類以上ものウイルスがいると推定されています。これらのウイルスは海水のメタゲノム解析で見つかった遺伝子断片です。ウイルスのデータベースを知られている巨大ウイルスの遺伝情報をもとに遺伝子断片を集め、つなぎ合わせて、なんと501もの巨大ウイルスのゲノムを再構成しました。54のグループに分類された巨大ウイルスにはもちろん新種もいます。また、系統樹から数百万年もの進化の歴史が辿れます。これらの巨大ウイルスは海の中でどのような生活を送り、生態系に貢献しているのでしょうか。
さらに、バクテリアにも感染していることがわかりました。その数250。巨大ファージはバングラデッシュの人や犬猫の細菌叢から見つかっています。このファージは大量の遺伝子を宿主間で運ぶことができるそうです。
マサチューセッツ州ボストンの郊外の森で発見された巨大ウイルス。巨大ウイルスを狙って土の中から分離されました。16種の新たな巨大ウイルスが発見され、そのうちの最も大きなゲノムは2.4Mbpです。新たに分かったウイルス遺伝子の80％が新しい遺伝子（ophan genes、今まで知られている遺伝子に類似性がない遺伝子）です。研究されている巨大ウイルスの主要なキャプシド遺伝子に似た遺伝子断片は240個も見つかり、さらに多くの種類の巨大ウイルスがいることを伺わせます。
特にユニークなのはその形態です。解析したサンプル中の粒子を電子顕微鏡で観察すると、通常の正20面体のウイルス形状に様々な付属物、突起、長いチューブが伸びているものがありました。ゴルゴン形態と呼ぶ正20面体のキャプシドの頂点から長いチューブが蛇のように伸びるウイルスが紹介されています。キャプシドの中には球状のコアも見えます。
+++ スプートニク +++
フランスのパリの冷却塔で巨大ウイルスの新種が見つかり、ミミウイルス（Mimivirus）よりも若干大きいことからこの新種はママウイルス（mamavirus）と名付けられました。そしてこのママウイルスを電子顕微鏡で観察したところ、ママウイルスの複製メカニズムを乗っ取って自らを複製する21遺伝子の小さなウイルスが見つかりました。このウイルスを研究者等はスプートニク（Sputnik）と名付けました。
ママウイルスはアメーバに感染してウイルス粒子の製造拠点“ウイルス工場”を築きます。スプートニクはこのウイルス工場を乗っ取って自らを複製するようです。
研究者等はバクテリアに感染するバクテリオファージに似ていることからスプートニクをバイロファージ（virophage）というウイルス群に分類しています。
〇原生動物門の単細胞生物に感染して増えていると思われる巨大ウイルスです。原生動物門の生物は真核細胞が誕生した当時に爆発的に進化した一群の生物種です。想像するに、まだ細胞と細胞が自分と他者の区別を明確にできなかったために、共生関係が緊密になり、細胞内に潜り込む細胞などが発達したようです。その生き残りが巨大ウイルスなのではないか。
〇原生動物の遺伝子は植物と動物を合わせたよりも多様性に富んでいます。巨大ウイルスもしかり。もしかしたら太古からの遺伝子の運び屋かもしれません。
○主なウイルスを紹介した後はウイルスと免疫応答のバトルを紹介したいと思います。その前に免疫応答をおさらいします。
+++ 侵入の検知 +++
ウイルス感染を受けた細胞は自殺し（アポトーシス）、マクロファージや樹状細胞によって食べられます。両細胞は周りの雰囲気（Danger Signals）、細胞内タンパク質が漏出していること、異常な核酸があること、細胞が発したSOSシグナル（サイトカインやケモカイン）をレセプターで検知し、新たなケモカインレセプターを発現します。このレセプターはリンパ節で作られ、分泌されているケモカインに反応します。
+++ 侵入者の情報 +++
組織液の流れに乗ってリンパ節にたどり着いたマクロファージや樹状細胞はそこで発現しているケモカインに反応してリンパ節に留まり、食べた抗原を適当に消化し、MHCタンパク質というお皿に乗せて細胞の表面に提示します。
+++ 見回り +++
免疫反応の実行部隊であるTリンパ球やBリンパ球は特異性の高い抗原レセプターを持っています。が、特異性が高すぎてほとんど反応する抗原がありません。それでもTリンパ球やBリンパ球は日々、血液、組織液、リンパ節を循環しています。そして、リンパ節にいる樹状細胞のMHCタンパク質の上に載っている抗原ペプチドを調べてまわります。未反応のTリンパ球やB リンパ球も先ほどのケモカインに反応するレセプターを発現しています。
+++ 反応の開始 +++
抗原レセプターが、抗原ペプチドを持ったMHCタンパク質に反応すると、Tリンパ球やBリンパ球は長めにマクロファージや樹状細胞に結合します。すると、いくつかの予備的なタンパク分子が結合を補強し、さらに、サイトカインなどの信号分子も放出されて、Tリンパ球やBリンパ球に増殖と活性化のスイッチが入ります（免疫シナプス）。免疫シナプスができる組合せが、間違った免疫応答の開始を防ぎます。
+++ 機動部隊が行動開始 +++
活性化Tリンパ球やBリンパ球はマクロファージや樹状細胞から離れてリンパ液の流れに戻ります。Tリンパ球はBリンパ球の集まった部位に移動してBリンパ球が抗体を大量生産するような分化誘導サイトカインを分泌します。B細胞がリンパ節で樹状細胞に結合することについてはビデオデータがありますが、活性化されるかについては異論もあることでしょう。
+++ 機動部隊は現場へ +++
活性化のスイッチは主に細胞表面上のレセプターです。活性化Tリンパ球やBリンパ球は、リンパ液から血液へと移動しますが、血管の内側は、全身、同じ血管内皮細胞からできています。どこが現場なのでしょうか？ 現場付近の血管の血管内皮細胞はちょっと変化しています。血管内皮細胞も現場で発現しているサイトカインやケモカイン（Danger Signals）に反応していて、様々な細胞を留めたり、通過させるシグナル（インテグリンタンパク質）を発現しているのです。活性化Tリンパ球やBリンパ球は、異常の起きている現場で発現しているサイトカインやケモカインに反応して、その場に留まり、血管壁を抜けます。血管壁を抜けた後も組織の中をサイトカインやケモカインに反応して、移動します。
+++ キラー（CTL）の攻撃 +++
活性化Tリンパ球のうち、細胞障害性Tリンパ球は、現場で抗原レセプターに結合する細胞があると、細胞膜に穴を開けるパーフォリンタンパク質や、相手の細胞にアポトーシス（自殺）を誘導するTNFタンパク質（サイトカイン）を分泌し、また、FasL（膜上のタンパク質）を発現して相手の細胞を殺します。ウイルス抗原を持った細胞ではウイルスが感染していますから、ウイルスは細胞の中で増殖中に、細胞という増殖の場を失うことになります。ウイルスの破片や細胞の破片は食細胞（主にマクロファージ）が後片付けします。この過程でも免疫応答が起こりますが、むしろ、マクロファージや好中球は火消し役に回るようです。
+++ ミサイル（抗体）の攻撃 +++
活性化Bリンパ球は大量の抗体を生産して、ウイルス粒子、ウイルスタンパク質を発現している感染細胞に目印をつけます。抗体の目印に対して補体が集合して細胞に穴を開けて殺します。また、抗体に対するレセプターを持った食細胞はウイルス粒子を食べて消化します。ウイルス粒子は細菌に比べて小さく、また、酵素を分泌したりできないので、単純に抗体が結合するだけで機能を奪われてしまいます。
○今回は対ウイルス反応の初期反応です。次から、免疫システムの強力な武器を紹介しましょう。それに対して、ウイルス側は小さな体（少ない遺伝子）で精一杯対抗しています。
〇先週の記事の中には耳慣れない言葉もあったかと思います。今回はアポトーシスに焦点を当てます。
+++ ウイルスに犯された細胞は自ら死を選ぶ +++
細胞はウイルスの活動による細胞内の異常を感知するシステムを持ち、自殺することを選びます。これがアポトーシスです。アポトーシスはウイルス感染でも重要な防御システムです。ウイルスは複製の仕組みを細胞から拝借するわけですから、アポトーシスを起こされると、ウイルスは増えることができなくなります。
+++ アポトーシスの例 +++
細胞は役目を終えると自動的に死にます。有名な例を引用しましょう。
胎児のとき、手のひらから指ができるには、円盤状に成長した手のひら-指の塊から、水かきのように指の間の細胞が死んで、指が離れます。おたまじゃくしの尻尾がなくなるとき、ポロリと落ちるのではなく、内側から死んで、それがマクロファージなどの食細胞によって処理されます。
小腸上皮細胞は消耗が激しいので、次々と新しい細胞が作られますが、余分な細胞は死んで、内側からマクロファージなどの食細胞によって処理されます。
細菌の侵入で駆けつけた大量の好中球は細菌が駆除されるとアポトーシスを起こして死にます。そのあと、マクロファージが掃除しにやってきます。
+++ Eat me signal +++
アポトーシスは、体を作る発生の時期に、形成に必要ですが、その後は不要になる組織（足場のようなもの）を除去する仕組みとして、また、損傷の激しい組織を絶えず更新するようになっているが、そこで余分になった細胞を除去する仕組みとして、また、緊急時に細胞を増殖させ、大量に動員してことに当たらせますが、事件が解決した後に不要になった細胞を処分する仕組みとして機能します。不要な細胞が何らかのシグナルを受け取って、自分の中のDNAを処理し、コンパクトにまとめると同時に、細胞表面に”Eat me”シグナル（私を食べて）を出して、マクロファージに知らせます。
+++ Danger signals存在下のアポトーシスは免疫応答を引き起こす +++
マクロファージはアポトーシスした細胞を食べた時、周囲に異常を感じると、食べたものを免疫系に報告し、免疫を誘導します。マクロファージの感じる異常は Danger Signalsと呼ばれる一群の分子です。その中にはウイルス感染で誘導されるインターフェロンやサイトカインも含まれます。
○アポトーシスの生理的意義を紹介しました。次回はアポトーシスを起こす分子について紹介しましょう。
○アポトーシスの分子メカニズムは細胞内での酵素反応です。免疫反応ではT細胞のうち、細胞障害性T細胞はウイルス感染細胞に自殺を強要します。先ずは細胞障害性 T細胞の働きから説明しましょう。
+++ 死を賜うサイトカイン +++
TNF（tumor necrosis factor）というサイトカインは腫瘍を殺す活性から発見されました。当然のことながらがん治療への応用が期待されましたが、副作用が強く、実用化されませんでした。
TNFが結合するレセプターは似た仲間が多く、TNFファミリーと呼ばれます。TNFのレセプターはもちろん、Fasと呼ばれるレセプターもあります。これらのレセプターはDeath receptor：死のレセプターと呼ばれ、細胞死を誘導します。細胞障害性T細胞が使うのはTNFとFasLです。
細胞障害性T細胞が抗原レセプターでウイルス感染細胞上のウイルス抗原ペプチドを乗せたMHCを発見すると、TNFが分泌され、FasLが細胞表面に出てきます。これらの分子は感染細胞上のDeathレセプターに結合して細胞内に変化を引き起こします。
レセプター分子は細胞内から細胞外へと突き出ていますが、細胞内にあってアポトーシスを誘導する部分をDeath domainと呼びます。Death domainには多くのタンパク質が結合し、連鎖反応が起きますが、最後にはカスパーゼ8が活性化し、カスパーゼの連鎖反応を引き起こします。
+++ アポトーシスでは分解反応がシグナル伝達になる +++
カスパーゼはタンパク質分解酵素です。ターゲットはいろいろあり、細胞内のタンパク質を破壊してまわります。他のカスパーゼメンバーもターゲットであり、普段は活性の無いカスパーゼは切断されることで活性化します。
すなわち、カスパーゼは細胞内のタンパク質を分解しながら、カスパーゼを活性化し、どんどん仲間を増やします。最終的な処刑人カスパーゼは3、6、7の番号がつけられています。最後に、DNA分解酵素が活性化してゲノムDNAが破壊されます。
また、細胞内のエネルギー生産を司るミトコンドリアの外膜が破壊されて、呼吸酵素であるチトクロームCが細胞質へ出てきます。ミトコンドリアの破壊はBaxと呼ばれるタンパク質が行いますが、Baxは似た仲間（Bcl-2 ファミリー）により、普段は厳密に抑制を受けています。
+++ ウイルスはアポトーシスに抵抗する +++
ウイルスの増殖は生きた細胞に完全に依存しますから、感染した細胞はウイルスが十分増えるまで生きていて欲しい。勝手に死なれたら困るのです。そこで、ウイルスは先に説明したアポトーシス反応のキーとなる分子に対して対策を立てています。
ミクソーマウイルスはTNFファミリーに属するレセプターを持っています。しかも分泌型です。牛ポックスウイルスはTNFレセプターに蓋をするタンパク質を分泌します。つまり、TNFやFasをブロックするのです。さらに、ヒトヘルペスウイルス8型、サルのヘルペスはDeath domainの機能にかかわるタンパク質のデコイタンパク質を持っています。牛ポックス、ワクチニアウイルス、バキュロウイルス（夜灯蛾のウイルス）、アデノウイルスはカスパーゼ8をブロックするタンパク質を持っています。多くのヘルペスウイルスはBcl-2ファミリーのタンパク質を持っています。Bax の活性を阻害する機能を持ちます。
○ウイルスは分子機械ですから、分子の働きを理解しないとなかなかウイルスの対抗策を説明することができません。分子レベルの話が続きますが、ご辛抱ください。
+++ 細胞に穴を開けるパーフォリン +++
細胞障害性T細胞は標的の細胞に穴を開けることで物理的に細胞を殺します。穴を開けるタンパク質はパーフォリンと呼ばれます。以前、細菌の細胞膜に穴を開けるタンパク質、補体を紹介しました。細胞障害性T細胞は穴を開けるだけでなく、グランザイムというタンパク質分解酵素も同時に分泌して、細胞を破壊します。グランザイムは細胞表面だけでなく、パーフォリンを通じて細胞内に入ってタンパク質を破壊します。おそらく、カスパーゼも切断してアポトーシスも誘導するのでしょう。
今のところ、ウイルスのパーフォリン対策については知られていません。
+++ P53は細胞のダメージセンサー +++
SV40ウイルスが細胞を腫瘍化するのに重要なのはT抗原です。T抗原の働きを調べると、T抗原は細胞内のp53というタンパク質と結合し、p53の働きを抑えていることが分かりました。p53はDNAの傷などに反応して細胞増殖をとめ、DNAの修復反応を呼び出しますが、傷がひどいときには細胞にアポトーシスを誘導します。ウイルス感染のときもアポトーシスを誘導します。
DNAウイルスはp53を抑えるために特別なタンパク質を用意しました。SV40やパピローマウイルスなど、小さなウイルスのタンパク質はもっぱらp53をターゲットにしています。そのほかにアデノウイルスのE1A、E4遺伝子、 B型肝炎ウイルスのX遺伝子、EBウイルスのEBNA5遺伝子がp53を無力化します。
+++ アポトーシスを利用する +++
アポトーシスは生理的な反応で、立ち行かなくなった細胞、すでに役割を終えた細胞は、異常ではないと宣言しながら自殺します。アポトーシスした細胞の処理はマクロファージなどの食細胞が行いますが、ついでに周りの細胞も処理します。
アポトーシス反応の内、細胞の中の破壊反応は先ほど説明しましたが、そのほかに、食べてもらうために細胞膜も変化します。細胞膜はリン脂質とタンパク質からなりますが、リン脂質のうち、主に細胞の内側にあったフォスファチジルセリン（PS）が外側に出ます（Eat me signal）。マクロファージはPSを認識するレセプターを持っていて、ファゴサイトーシスにより、PSが表出した細胞もしくは細胞の破片を食べて消化します。
ワクチニアウイルスは感染細胞がEat me signalを出しているのを利用して、ウイルス粒子の膜に、このEat me signalを取り込みます。次の細胞に感染するとき、Eat me signalがあると細胞が食べてくれるので感染しやすくなります（Science 320, p531, 2008）。他の膜（エンベロープ）を持ったウイルスもきっと利用しているに違いありません。
○アポトーシスは細胞の自殺です。細胞にとってもウイルスにとっても生きるか死ぬかの瀬戸際の攻防が繰り広げられています。
○RNAウイルスには強敵がいます。今まで何度か登場してきたインターフェロンです（Science 312 879-882, 2006）。
+++ インターフェロンは防衛体制を誘導する +++
インターフェロンは、もともと、ウイルス感染によって細胞が生産し、仲間の細胞に作用すると、その細胞を抗ウイルス状態にする（その細胞でウイルスが増殖できなくなる）タンパク質として発見されました。
インターフェロンが直接ウイルスを攻撃するのではありません。ウイルスは細胞に感染して増殖しますが、インターフェロンは一方的にやられるはずの細胞に対ウイルス防御を誘導する（抗ウイルス状態にする）のです。
すべての細胞はインターフェロンが結合するレセプターを持っており、インターフェロンが結合すると、細胞は新たに百数十の遺伝子を発現誘導もしくは増強します。新たに生産されたタンパク質が細胞をウイルスが感染増殖できない体質に変えるのです。
インターフェロンの作用は一過性で、2-3日すると細胞は通常の状態に戻ります。
+++ インターフェロンは細胞内RNAと関係が深い +++
インターフェロンが誘導する防御タンパク質の性能や性質がすべて判っているわけではありません。直接、細胞内でウイルスを攻撃する酵素はRNA分解酵素（RNaseL）です。
RNaseLはウイルスRNAだけでなく、細胞のRNAも分解しますから、細胞の基本的なタンパク質合成を抑制します。 RNaseLは25Aという分子で活性化しますが、25A分子は二重鎖RNAによって活性化したOAS（25A合成酵素）によって生産されます。二重鎖 RNAはウイルスRNAが複製する場で大量に作られますので、その場でOASが活性化し、25Aが作られ、 RNaseL がRNAを手当たりしだい分解するという仕組みが見えます。
二重鎖RNAによって、PKRと呼ばれるリン酸化酵素も活性化します。PKRはタンパク質合成を開始するのに必要な因子（eIF2α）をリン酸化して不活性化します。PKRによっても細胞のタンパク質合成が大幅に減弱します。
もうひとつ、特にミクソウイルス属（インフルエンザもオルソミクソ科）に有効なのが、Gタンパク質であるMxです。Mxタンパク質の機能がよくわかっていません。ミクソウイルスが複製のときに足場とする細胞骨格の要素の類似品で、ウイルスのゲノムRNAとヌクレオプロテインの複合体を複製できない状態に変える（足場に結合できなくする？）と考えられています。
これらの酵素はウイルス一般に対する防御作用がありますが、これらを働かないように遺伝子操作した細胞でも抗ウイルス状態は誘導されます。ウイルスは多様ですから、より特殊化した対策システムが多数あると考えられています。
インターフェロンが生産されるときもRNAが効きます。細胞外のRNAを検出するTLR、細胞内のRNAを検出するNLRがRNAを検知するとインターフェロンの生産が開始されます。
○インターフェロンは免疫系を活性化したり、抑制する遺伝子も誘導します。免疫系での働きについては次の機会に譲ることにして、次回からインターフェロンとインフルエンザウイルスの戦いを紹介しましょう。
〇先週のインターフェロンの紹介は私が大学院生でインターフェロンを研究していた当時の情報です。35年も前になります。何しろウイルスは分子マシーン。インターフェロンの作用も分子で記述されますので、あまり一般受けしない内容になってしまいます。ただ、そうもいっていられないので、最近のレビュー（Viruses 2021, 13, 522. https://doi.org /10.3390 /v13030522）の内容を紹介しましょう。今回はインフルエンザウイルスについてです。
+++ インフルエンザウイルスの種類 +++
前にも書きましたが、インフルエンザウイルスにはA、B、C、Dの４つの型があります。その中でおなじみなのはA型です。季節性インフルエンザウイルスのワクチンには一般的に２つの血清型のA型インフルエンザウイルスとB型のインフルエンザウイルスが含まれます。このレビューではA型のインフルエンザウイルスについて紹介します。
+++ 血清型 +++
インフルエンザウイルスA型にはHAタンパク質とNAタンパク質のアミノ酸配列によって決まる血清型があります。HAタンパク質には18、NAタンパク質には11の血清型があります。血清型はHAの型とNAの型で表現します。例えば、H1N2型など。これはHAが1型でNAが2型という組み合わせで、人の季節性インフルエンザウイルスの代表的な血清型です。
HAタンパク質の血清型はどんな糖鎖に対して結合するかで大まかに対応しています。HAタンパク質の血清型によって感染する宿主が異なります。人ではHA1か3、鶏ではHA5か7で、どちらも鶏にとって致死的感染症です。鶏には他にもHA9が感染します。
最近のインフルエンザウイルスの流行ではHA5のインフルエンザウイルスが人をはじめ、各種哺乳類に感染し病気を起こしていることから警戒されています。
+++ パンデミック +++
インフルエンザウイルスは８本の分節ゲノムを持っているので、２つのウイルスが同時に１つの細胞に感染すると「あいの子」が誕生します。リアソータントと呼びます。現在、最も支持されている仮説として、ブタが水禽類と人の両方のインフルエンザウイルスに感染することから、水禽類由来の遺伝子が人のインフルエンザとリアソータントを作って人に対して感染力が増し、パンデミックを引き起こすとされています。
スペイン風邪（1918年、H1N1）は有名ですね。その後、アジア風邪（1957年、H2N2）、香港風邪（1968年、H3N2）、そして最も新しい「ブタ」風邪（2009年、H1N2）とパンデミックは発生しました。アジア風邪と香港風邪は鶏インフルエンザとのリアソータント、ブタ風邪は豚由来のリアソータントであることが分かっています。珍しい例ではロシア風邪（1977年、H1N1）が1950年代に流行した株に近く、シベリアで凍結されていた株が人間社会にもたらされたのではないかと推測されています。
〇今回は一般的な話からトピックスを拾いました。次回はインフルエンザウイルスのライフサイクルについて解説します。以前のものより２倍ほど、専門的＝分子の用語が多い説明になります。分子マシーンに対抗するためには細胞も分子マシーンを準備していて、ということは、その解説も分子レベルにならざるを得ません。
〇インターフェロンはウイルスが感染した細胞が作り出す信号タンパク質です。つまり、ウイルスが感染したことを細胞が感知し、インターフェロンを作り出します。残念ながら、多くの場合、ウイルスが感染した細胞は死ぬことになりますが、死ぬ前にインターフェロン信号を出し、周りの細胞をウイルスに対する防御を固めさせます。
〇今回はインターフェロン遺伝子が活性化するまでの分子機械を説明しましょう。
+++ PAMPs +++
細胞が感染微生物を感知するのは微生物の分子構造を認識するためです。その分子構造をPAMPs（pathogen-associated molecular patterns）と呼びます。感染微生物がバクテリアの場合、細胞壁の構成成分など、多数のPAMPsがあります。ウイルスの場合はほとんどが核酸（RNAもしくはDNA）です。インフルエンザウイルスのPAMPsもウイルスRNAです。
+++ TLR +++
PAMPsを検知するレセプターをPRRs（pattern recognition receptors）と呼びます。インフルエンザウイルスはRNAウイルスですので、RNAを認識するPRRsがインフルエンザウイルスの侵入や増殖を感知します。
まず、TLR。TLR3はdsRNA（double-stranded RNA、二本鎖RNA）を、TLR7とTLR8はssRNA（single-stranded RNA、一本鎖RNA）を検出（結合）して遺伝子を活性化するシグナルを核へ送ります。TLRは細胞外のPAMPsを検出しますが、この３つは細胞に取り込まれた物質の中のRNAを検出します。
インフルエンザウイルスは細胞上のレセプターに結合した後、エンドサイトーシスで細胞内に取り込まれ、細胞質に侵入しようとしますが、侵入に失敗するとエンドソームの中でウイルス粒子が壊れ、ゲノムのdsRNA部分はTLR3に、ssRNA部分はTLR7かTLR8に結合し、TLRを活性化します。
+++ MyD88 +++
TLRに標的物質（PAMPs）が結合すると、その情報はMyD88（Myeloid differentiation primary response 88）タンパク質に集められます（TLR3だけは別経路）。そこからいくつかのタンパク質のリン酸化などの化学反応を経て、インターフェロン遺伝子のプロモータをオンにするタンパク質（IRF3、7やNFκB）を活性化し、インターフェロン遺伝子にRNA合成酵素が誘導され、遺伝子がmRNAに翻訳されます。mRNAは細胞質へ運ばれ、インターフェロンタンパク質が合成されます。
MyD88は複数のTLRからシグナルを受け取る仲介分子（Adaptor）です。MyD88をKOした（遺伝子を破壊した）マウスはウイルス感染に対する抵抗性を失います。しかし、インフルエンザウイルスの場合はMyD88のKOマウスは抵抗性がそれほど落ちず、したがってTLR7/8はあまりインフルエンザウイルスに対する感染防御には貢献していないと考えられています。
〇ちょっと説明したら長くなってしまいました。今回は「外の」RNAに対するPRRsだけにして、「中の」RNAに対するPRRsについてはまた次回にしましょう。
〇前回紹介したTLR3、7、8は細胞外のRNAを検出するレセプター（PRRs）でした。また、TLR3、7、8は主に免疫担当細胞で発現しています。一方で、細胞内にもしっかり監視役がいます。RIG-1タンパク質です。RIG-1タンパク質はすべての細胞で発現しています。
+++ 異常なRNA +++
RIG-1は短い二重鎖RNAもしくは5‘末端にリン酸基が付いているRNAを認識します。細胞内のRNA（mRNA、リボゾームRNA、tRNAなど）はすべて5’末端がカバーされていて、ウイルスゲノムなどのRNAと区別がつくようになっています。mRNAの5‘末端はCapと呼ばれる核酸が付いていてカバーされています。mRNAワクチンは人工物ですがCapでカバーされていてインターフェロン誘導を抑えるように加工されます。
+++ RIG-1カスケード +++
異常なRNAに結合したRIG-1タンパク質は構造変化を起こし、TRIM25もしくはRIPLETタンパク質（E3 ubiquitin ligases）によってユビキチンが結合します。ユビキチン化されたRIG-1は重合し、MAVSタンパク質（mitochondrial antiviral-signaling protein）と結合して、巨大な複合体を形成します。この複合体はシグナロゾーム（signalosome）と呼ばれ、さまざまなシグナルの中継基地になります。そのうちの一つがインターフェロン遺伝子のスイッチをオンにするため、前回紹介したIRF3/7、NFκBタンパク質を動かします。前回紹介したMyD88アダプタータンパク質と役割がよく似ています。
RIG-1をKOしたマウスはインフルエンザウイルス感染を抑えるのが遅くなります。また、鶏ではRIG-1タンパク質の遺伝子がないため、インフルエンザウイルス感染を抑えきれず、また症状が重篤になると考えられています。
+++ NLR +++
そのほかの細胞内で働くPRRsとしてNLR（NOD-like receptor）があります。これは有名になったTLRに倣って命名されました。NLRP3複合体（NOD-, LRR- and pyrin-containing inflammasome 3や ZBP1（Z-DNA binding protein 1）などがあります。
これらの機能が感染防御に役に立っているか解析するにはKOマウスの研究が欠かせません。残念ながらインフルエンザウイルスは実験的にはマウスに感染しますが、マウスは本来の宿主でないため、試験による結論の解釈が難しい。
〇これらのセンサーからシグナル（化学反応）が発せられ、インターフェロンの遺伝子からタンパク質が作られることになります。インターフェロン遺伝子はいくつもありますが、そのうちのI型（α、β、ε、τ）、III型（λ）がウイルスに対抗する遺伝子群を誘導します。次回からはウイルスに対抗する遺伝子群を見ていきましょう。
〇インターフェロンができてしまうと周りの細胞が抗ウイルス状態になり、感染が抑え込まれてしまいます。インフルエンザウイルスは、前回までに説明したインターフェロンを作るための仕組みを妨害するタンパク質を準備しています。今回はそのタンパク質を見ていきましょう。
+++ RIG-1カスケード +++
RIG-1は異常なRNAを検知するタンパク質でした。まずはその異常なRNAをマスクするタンパク質です。インフルエンザウイルスのNS-1は二重鎖RNAに結合してRIG-1が認識するのを妨害します。さらに、NS-1はTRIM25タンパク質に結合し、RIG-1のユビキチン化を妨害します。NS-1によってRIG-1の活性化が抑えられ、インターフェロン遺伝子を開けるシグナルが閉ざされてしまいます。
+++ MAVS +++
RIG-1のシグナルを受け取るタンパク質はMAVSでした。このタンパク質はインフルエンザウイルスのPB1タンパク質の遺伝子から読み枠を変えて作られるPB1-F2によって抑制されます。ここでもインターフェロンを生産するためのシグナルが遮断されます。ちなみに、PB1-F2は細胞にアポトーシスを誘導したり、インフルエンザウイルスのRNA合成酵素（PA＋PB1＋PB2の３つのタンパク質が合体した酵素）の活性をあげたりする多機能のタンパク質です。
+++ 宿主タンパク質合成の停止 +++
インフルエンザウイルスのPAタンパク質の一部が発現したPA-Xタンパク質が合成されます。N末から191アミノ酸配列が同じです。この部分はPAタンパク質のRNA分解酵素活性のユニットです。細胞側のRNA合成酵素で読まれたRNAを切断して細胞の遺伝子発現を止めてしまいます。もちろん、インターフェロンのmRNAも分解されます。
〇TLRから出たインターフェロンを生産せよというシグナルは、インフルエンザウイルスの遺伝子がまだ活動する前ですので、インフルエンザウイルスには如何ともしがたい。しかし、RIG-1カスケードはインフルエンザウイルスの遺伝子が活動を始めた初期から働き始めますので、今回説明した妨害反応との競争になります。インターフェロンの生産を妨害すれば周りの細胞にインフルエンザウイルスが感染できますので、子孫をたくさん作ることができるのです。
〇ウイルス感染の最初のステップは細胞上のレセプターに結合することです。インフルエンザウイルスは細胞膜のレセプターに結合した後、エンドサイトーシスという細胞の食作用を介して細胞内に取り込まれ、そこでエンドソームの膜を破壊して細胞質にゲノムを放出します。この過程でインターフェロンが誘導するタンパク質はどうやってウイルスの侵入を防ぐのでしょうか。
〇インターフェロンも細胞表面上のレセプターに結合して細胞に抗ウイルス状態を引き起こすためのシグナルを発生します。I型インターフェロンはIFNAR1/2タンパク質、III型インターフェロンはIFNLR1/IL10R2タンパク質に結合し、JAK-STATタンパク質を介してSTAT1/2シグナルを作り出し、IRF9タンパク質を介してたくさんの遺伝子を活性化します。すなわち、遺伝子のプロモータに結合してRNA合成酵素IIを導き、mRNAを作り始めます。
+++ Muc1 +++
細胞表面上のインフルエンザウイルスの結合するおとり（デコイ）タンパク質です。ムチンは、通常、細胞外に分泌され、細胞上非を覆う粘液になりますが、この、インターフェロンによって誘導されるムチンは細胞表面に発現します（csMucin）。Muc1のKOマウスはインフルエンザ感染がひどくなることが分かっています。インフルエンザウイルスがMuc1の糖鎖に結合しても細胞内に入らないため、おとりとして機能していると考えられています。
+++ B4GALNT2 +++
正式名称はβ-1,4 N-acetylgalactosaminyltransferase 2です。シアル酸の先にα-2.3結合でガラクトースを結合する酵素です。ガラクトースはインフルエンザのHAタンパク質が認識する糖鎖で、生物種によって異なる結合をします。まだインターフェロンとの関係は詳細にはわかっていませんが、この酵素をKOするとインフルエンザウイルスの感染効率が低下します。
+++ IFITMs +++
正式名称はInterferon-induced transmembrane proteinsです。インターフェロンによって誘導される膜タンパク質で、複数形のsがあるように、たくさんのメンバーがいます。細胞内ではエンドソーム膜にあり、ウイルスがエンドソームの膜を破って細胞質へ侵入する過程を阻害します。どうやって阻害するのかはまだ詳しいメカニズムはわかっていませんが、膜を安定化してウイルスの膜とエンドソームの膜の誘導を妨げているようです。たくさんのメンバーがいるのは多くの種類のウイルスのエンドソーム破壊過程を阻害するためと考えられます。インフルエンザウイルスの場合、IFITM3です。
+++ NCOA7-AS +++
インターフェロンによって誘導される膜タンパク質でエンドソームに局在します。イオンポンプ（V-ATPase）に働きかけ、エンドソーム内を強く酸性にしてインフルエンザウイルスの破壊を進め、また、HAタンパク質がエンドソーム膜を壊すのを妨げていると考えられています。
〇そのほかにもエンドソームで働くタンパク質としてタンパク質分解酵素やコレステロールの分解酵素なども知られています。インターフェロンで誘導されるタンパク質もありますが、インターフェロンで誘導されるタンパク質と共同してインフルエンザウイルスの感染を防止するタンパク質もあります。
〇感染の初期を抑えるタンパク質ですので、防御としては城の門での攻防というところでしょうか。IFITM3は重要なタンパク質のようで、アミノ酸配列のわずかな違いが動物や人間の民族集団のインフルエンザウイルスに対する抵抗性の違いにも関連することが報告されています。
〇インフルエンザウイルスのゲノムの複製は細胞核の中で、タンパク質の合成は細胞質で行われます。その時の様々な活動がインターフェロンによって誘導されるタンパク質によって制限されます。
+++ Mxタンパク質 +++
古くから知られているインターフェロンによって誘導されるタンパク質ですが、その機能は未だ不明です。ダイニン様GTP分解酵素（dynamin-like GTPase）ファミリーのメンバーで、Mx1とMx2があります。Mx1がRNAウイルス用、Mx2がDNAウイルス用です。インフルエンザウイルスでのMx1のターゲットはRNAゲノムを包むNPタンパク質とされていて、侵入したRNA-NP複合体の核への移行の阻止、NPタンパク質が補助するRNA複製の阻止などのいくつかの説があります。
+++ GBPタンパク質 +++
こちらもダイニン様GTP分解酵素ファミリーの一員です。GBP（Guanylate binding protein）には７つの遺伝子があり、ウイルスだけでなく、細菌感染、原虫感染に対しても防衛的に働きます。インフルエンザウイルスの場合はGBP3遺伝子由来のタンパク質（hGBP-3deltaC）がウイルスRNA合成酵素を阻害し、また、GBP1タンパク質がウイルスNS1タンパク質の阻害をしてRIG-1（インターフェロン誘導のシグナル）の働きをスムーズにすると考えられています。
+++ TRIMタンパク質 +++
TRIM （tripartite motif protein）タンパク質ファミリーは大家族で、ヒトゲノムでは80の遺伝子があります。タンパク質のN末側の特徴的なTRIMモチーフが目印で、そのモチーフはRINGドメイン、Bボックスドメイン、coiled-coilドメインの３つ（tripartite）から構成されます。と書いても、それぞれについて説明すると長くなりますので、検索のためのキーワードとしてメモしておきます。C末側が様々な機能を持ちます。インフルエンザウイルスの場合、TRIM22、TRIM41とTRIM14がNPタンパク質の、TRIM32、35がRNA合成酵素の分解を促します。TRIM25と56はRNA合成を阻害します。
+++ ZAPタンパク質 +++
ZAP（Zinc finger Antiviral Protein）はN末端側にCCCHタイプの亜鉛（Zinc）結合ドメインを持っていてウイルスmRNAに結合します。そのため、ウイルスのタンパク質合成が阻害され、また、mRNAも分解されます。ウイルスRNA合成酵素は３つのサブユニットPA、PB1、PB2からなりますが、ZAPはPAとPB2の複合体に結合し、PB1の結合を妨げてRNA合成酵素の完成を阻害します。
+++ IFITタンパク質 +++
IFIT（IFN-induced proteins with tetratricopeptide repeats）タンパク質はタンパク質合成の開始であるmRNAの5'cap構造とeIF3タンパク質の結合を阻害します。インフルエンザウイルスだけでなく、さまざまなRNAウイルスのタンパク質合成の開始を阻害します。また、ウイルスRNAの特徴である5'cap構造がないRNAを認識するという報告もあります。ただ、インフルエンザウイルスの場合、逆にIFIT2タンパク質をウイルスタンパク質合成に利用しているというデータもあり、抗ウイルス作用のメンバーかはまだ未確定です。
〇今回もタンパク質のリストになってしまいました。この手の文章では仕方がないことですが、退屈される方も多いと思います。インフルエンザウイルスの複製を分子レベルで理解するために必要ですが、一方で、新型コロナウイルスのmRNAワクチンもインターフェロンを誘導するので、その対策の理解にもちょっと関与します。まだ半分です。後半もこうご期待？
〇インターフェロンで誘導されるタンパク質のうち、細胞内でのウイルスの複製やタンパク質合成の阻害を実行するもののリストの続きです。私が大学院生の時はインターフェロンで誘導されるタンパク質は100種類以上あると見積もられていましたから、これでも一部にすぎません。
+++ OAS酵素 +++
OAS酵素は古くから知られているインターフェロンで誘導される酵素の１つです。2‘,5’-oligoadenylate (2-5A) synthetaseとよばれ、二重鎖RNAと結合して活性化し、ATPから2'-5’結合した短いRNAを合成します。通常のRNAは3'-5’結合ですので発見されたときは驚きでした。2'-5’ RNAはRNA分解酵素Lを活性化し、ウイルス由来であろうと細胞由来であろうとRNAを分解し、細胞の活動を低下させます。アポトーシスやオートファジーを誘導することもあります。分解産物である短いRNAはRIG-1シグナルを活性化し、さらにインターフェロンを誘導します。インフルエンザウイルスのNS1タンパク質は二重鎖RNAと結合し、マスクすることでOASの活性化を阻害し、抵抗します。
+++ PKR酵素 +++
これも古くからインターフェロンで誘導されるタンパク質リン酸化酵素として知られています。二重鎖RNAによって活性化し、タンパク質合成の開始因子eIF2αサブユニットをリン酸化してタンパク質合成の開始を阻害します。したがって、ウイルス由来であろうと細胞由来であろうとタンパク質合成が停止します。OASと同様、インフルエンザウイルスのNS1タンパク質は二重鎖RNAと結合し、マスクすることでPKRの活性化を阻害し、抵抗します。
+++ NOV10タンパク質 +++
NOV10（Moloney leukemia virus 10）はRNAの二重鎖を巻き戻す活性のあるヘリケース（helicase）ファミリーの１つです。RNAもDNAも複製するときに相補鎖が作られますので一時的に二重鎖になりますが、２本のRNAもしくはDNAがくっついたままでは複製を続けられません。そのために２重鎖のRNAもしくはDNA、さらにはRNAとDNAの二重鎖をほぐすタンパク質、ヘリケースがあります。NOV10はインフルエンザウイルスのRNAとNPとの複合体に結合し、ウイルス複製を阻害します。
+++ HADC酵素 +++
HADC（Histone Deacetylases）酵素はアセチル化されたタンパク質のアセチル化を解除する酵素です。細胞内の輸送経路である微小管タンパク質のアセチル化を阻害してインフルエンザウイルスのゲノムとタンパク質の複合体の輸送を阻害することが報告されています。
+++ ANP32タンパク質 +++
ANP32タンパク質（acidic nuclear phosphoprotein 32kDa）はインターフェロンで誘導されるタンパク質というよりはインフルエンザウイルスの種特異性を決めるタンパク質として研究されています。ANP32にはインフルエンザウイルスのRNA合成酵素を完成させるタンパク質として働きますが、鶏とヒトのANP32では活性が異なり、鶏インフルエンザウイルスのRNA合成酵素の構築にヒトのANP32は働きません。すなわち、鶏インフルエンザウイルスが人間社会でパンデミックになるか否かを決める１つの酵素として着目されています。
+++ ISG15タンパク質 +++
インターフェロンで誘導される量が最も多いユビキチン様タンパク質です。したがって古くから研究されています。ISG15はインフルエンザウイルスだけでなく、他のウイルスのタンパク質に結合し、また、さまざまな細胞由来のタンパク質にも結合し、タンパク質の分解を誘導します。インターフェロンの遺伝子を活性化するIRF3タンパク質の場合は活性化します。
+++ ISG20タンパク質 +++
RNA分解酵素です。一本鎖RNAを3'側から分解していきます。細胞のmRNAは３‘側にたくさんのAが結合（ポリA鎖）していて、この酵素からの分解を防いでいます。したがってポリA鎖のないRNAウイルスゲノムは分解されてしまいます。
〇長いリストでしたが、インフルエンザウイルスの細胞内での複製、タンパク合成を阻害するタンパク質で解析されているものを紹介しました。次回はウイルス粒子ができる過程を阻害するタンパク質を紹介しましょう。
〇ウイルスの構成成分であるウイルスタンパク質とゲノムRNAが揃うと、次はウイルス粒子形成です。膜タンパク質は細胞の中の膜（ERやゴルジ装置）で脂質をまとめ（脂質ラフト、lipids rafts）、細胞膜へと運ばれていきます。ウイルスゲノムRNAはNPタンパク質に包まれ（RNP複合体）、細胞膜へと輸送され、脂質ラフトと合体して細胞外に押し出されます。このとき、脂質ラフトの脂質とウイルス膜タンパク質がRNP複合体を包み、ウイルス粒子が完成します。
+++ テザリン/BST-2タンパク質 +++
テザリン（Tetharin）は船を係留する意味の単語Tetherからの造語です。ウイルス粒子が細胞膜から出られないようにするタンパク質です。エンドソームにもあることから、ウイルス粒子が細胞質に入れなくする作用もあります。N末端とC末端のGPIで細胞膜に結合するという珍しい構造をしています。インフルエンザウイルスのNAタンパク質とM2タンパク質がテザリンの機能を無効にする働きがあるようですが、インフルエンザウイルスの株によってその機能が異なっています。
+++ Viperinタンパク質 +++
Viperinタンパク質はいろいろな機能を持つタンパク質で、多くのウイルスに対して阻害的に働きます。インフルエンザウイルスの場合、脂質ラフトの形成阻害が見られます。
+++ PAI-1タンパク質 +++
PAI-1（Plasminogen activator inhibitor-1）はプラスミンという細胞膜上のタンパク質分解酵素を成熟させるとの抑える働きがあります。プラスミンは血液の凝固成分が誤って凝固した時、それを分解する作用があります。さらにインフルエンザウイルスの場合、HAタンパク質が成熟するのに必要です。PAI-1は分泌されてプラスミンができるのを抑え、結果的にウイルス粒子の成熟を抑えます。
〇ウイルス粒子の成熟過程で分かっているインターフェロンで誘導されるタンパク質の作用はこの３つくらいです。インターフェロンで誘導されるタンパク質は数百ありますので、まだまだ、多くの機能が発見されていません。文献ではあと４つ（(PLSCR1、SERTAD3、eEF1D、PKP2）紹介していますが、名前だけにしておきましょう。
〇紹介してきたように同じような作用でウイルスの増殖を阻害するタンパク質が多くありました。生物ではよくあることですが、一つの作用を１つの遺伝子産物が担うのではなく、複数のタンパク質が関与します（機能の重複、redundancy）。ウイルス側としては複数のタンパク質に対して対策を立てることはできませんので、細胞側の対策のどれかによって増殖を抑えられることになります。そのため、紹介したタンパク質の機能をKOマウスで調べてもあまり効果がないことが多く、決定打が出ないのではないでしょうか。
〇インフルエンザウイルスで詳しく述べましたが、次回からはDNAウイルスのインターフェロンに対する対策を紹介しましょう。
○ウイルスの最大の敵、インターフェロン。大型DNAウイルス（アデノウイルス以上）はインターフェロンの作用に比較的強く、1980年代後半から強さの秘密が研究されてきました。DNAウイルスは組換えDNA技術を応用して、遺伝子欠損ウイルスを作りやすいために、候補となる遺伝子を欠損させ、その機能を確かめることができました。インターフェロンは抗ウイルス作用を持つタンパク質として薬になっていましたから、純度の高い信頼の置ける試薬として購入することができ、また、基礎研究も幅広く行われていますので、インターフェロンに対するウイルス側の対策は詳細に調べられています。
○インターフェロンに限らず、DNAウイルスは免疫の信号であるサイトカイン、ケモカインに対して干渉作用を持つ遺伝子を持っていました。さらに、抗原を認識するために必要なMHCタンパク質の機能に介入し、アポトーシスを抑制したり、補体系の機能を邪魔します（Ann. Rev. Immunol., 18, 861-926, 2000）。
+++ ワクチニアウイルスは偽インターフェロン・レセプター遺伝子を持つ +++
ワクチニアウイルスのゲノム配列が決定されると同時に、インターフェロン・レセプターによく似た遺伝子が見つかりました。ワクチニアウイルスのインターフェロン・レセプターは分泌されて感染細胞の周りにばら撒かれます。ウイルス感染による細胞の異常によって、インターフェロンが生産されますが、偽インターフェロン・レセプターに捕らえられ、細胞のレセプターに結合できなくなります。その結果、インターフェロンが働けなくなります。
丁寧なことに、ワクチニアウイルスは2種類あるインターフェロン・レセプター（I、II型）両方のレセプターを持っていました。ウイルスの持っている宿主のタンパク質のそっくりさんを、カモ猟に使うおとり、デコイに見立てて、デコイ・レセプターと呼ばれます。
+++ デコイ・シグナル +++
デコイ・サイトカインとして、インターロイキン-10、ケモカインがあります。インターロイキン-10は免疫系の細胞に働いてサイトカイン生産、特にインターフェロン-γの生産を阻害します。インターフェロン-γはウイルス感染の防御スペシャリストであるT細胞（Th1）を誘導する活性を持ちますから、ウイルスにとっては大敵です。
デコイ・ケモカインはケモカイン・レセプターに結合しますが、レセプターを活性化しません。要するにレセプターに蓋をしてしまうタンパク質です。ケモカインは免疫細胞を呼び寄せる信号タンパク質ですから、レセプターが蓋をされると、免疫細胞は呼び出しに応じることができません。ケモカインは種類も多く、レセプターの対応関係も複雑なので、詳細は省略します。
デコイ・レセプターとして、他にTNF-α、インターロイキン-1が知られています。これらの分子は免疫系がウイルスを発見したときに放出される危険信号です。これらのデコイ・レセプターをウイルスの強力な生産力で大量生産すれば、ウイルス感染を隠すことができます。考えてみると、サイトカインは多数（インターロイキンは33番まである）あるのに、この3 つのサイトカインだけがデコイ・レセプターという対策を執られているのが不思議です。ヘルペスウイルス、ポックスウイルスにとってこの3つのサイトカインが目の上のたんこぶなのでしょうか。
○以上のように、免疫系の情報分子に対して作られたデコイは、ウイルスが認識され、排除されるときの情報攪乱物質、煙幕として機能すると考えられます。
〇インフルエンザウイルスのインターフェロン対策の紹介の中で、インターフェロンの実行部隊には、RNA分解酵素であるRNaseLを活性化する経路、PKRでタンパク質合成を麻痺させる経路、Mxたんぱく質などを紹介しました。前二者は二重鎖のRNA（dsRNA）の存在下で起動します。RNAウイルスはゲノムの複製中間体が二重鎖RNAですから、二重鎖RNAがターゲットになるのは頷けます。では、DNAウイルスの場合はどうでしょうか。
+++ DNAウイルスは強力な抗インターフェロン遺伝子を持つ +++
RNAウイルスと同じようにDNAウイルスでもdsRNAがらみでインターフェロンの作用に抵抗します。アデノウイルスのVAI-RNA、EBウイルスのEBER1はdsRNAのデコイRNAです。
そのほか、ワクチニアウイルスはPKRのターゲットである eIF2αデコイの遺伝子を持っています。また、ヘルペスウイルス（HHV-8）はインターフェロン作用の細胞内の信号の要であるIRFのデコイを持ちます。アデノウイルスはインターフェロン・レセプターの活性化を伝えるリン酸化タンパク質を阻害します。
インターフェロンの対ウイルス戦術が様々なように、ウイルス側もカウンター機能を工夫しているに違いありません。ただ、今までに知られている（明らかな？）抗インターフェロン遺伝子の多くはPKRをターゲットとしてます。PKRはウイルス感染にとって邪魔な酵素に違いありません。とはいうものの、PKRを欠損した細胞はウイルスに無抵抗になるかというと、そうでもなく、この辺が複雑系である生物の一筋縄でいかないところです。
+++ siRNA +++
インターフェロンの作用は細胞内の外来RNAの存在がきっかけとなります。細胞内にある細胞由来でないRNAの検出にはRLRなどの専門分子があることを以前説明しました。そのほかに、短いRNA分子が細胞の遺伝子発現に必要なmRNAなどを分解する仕組みがあります。一般にsiRNA（short inhibitory RNA）システムと呼ばれます。siRNAもdsRNAです。
細胞にとって見知らぬRNAやDNAは侵入者であり、細胞の秩序を乱す元と認識され、太古の時代（生物が単細胞のみであった時代）に進化したと考えられています。いわば、最初の生体防衛システムの1つです。
DNAウイルスはたくさんのsiRNA（ウイルスの場合、miRNAと呼ばれることも多い）をコードしているらしく、mRNAの切断等によってタンパク質の発現を制御しています。
〇新たな遺伝子の機能はウイルスでまず発見され、それが真核生物のようなゲノムの大きな生物で見つかる。こんな流れがここ数十年のウイルス研究でした。それもヒトゲノム解析後は変わるだろうと予想されていましたが、なかなか、小さなウイルスですが、いろいろな遺伝子が詰まっています。
○T細胞は獲得免疫の司令塔。ウイルスはT細胞の機能も撹乱します。今回は長めで専門的ですが、専門家としては面白いところです。
+++ T細胞の抗原レセプターは自分の分子も認識する +++
T細胞は何度か登場しましたが、獲得免疫の司令塔のグループと、細胞の処刑人のグループがあります。獲得免疫は抗原レセプターを使う、高度な認識能力を持つ免疫システムです。T細胞の抗原レセプターは自己の分子と異物、両方結合する不思議なレセプターです。
+++ 同種内の移植の拒絶反応はT細胞がMHCを調べて起こる +++
もともと、T細胞の機能は移植組織の拒絶反応から見つかりました。手塚治虫の漫画ブラックジャックでおなじみの移植手術ですが、通常は他人の組織を移植すると、皮膚でも臓器でも、拒絶反応を起こして移植された組織は破壊されて腐ります。そのキーとなる分子は主要組織抗原（MHC）と呼ばれます。
MHCが異なっていると、たとえ親子でも移植は成功しません。ただ、一卵性双生児の場合は移植することができます。一卵性双生児はもともと1人になるはずの受精卵が初期に2つに別れたために、2人になって誕生したので、遺伝子がまったく同じだからです。すなわち、MHCも同じです。
マウス（小型のねずみ、ハツカネズミ）は兄妹交配を重ねても異常個体ができにくく（と考えられています）、20代以上も兄妹交配を重ねて、遺伝子がほぼ同一になった家系がいくつも作られています。この家系を純系といいます。純系のマウスは一卵性双生児のようなもので、臓器移植が可能です。しかし、異なった純系間の臓器移植は人間と同様に拒絶されます。マウスのMHCは純系間で異なっています。拒絶反応はT細胞を除去する操作を行ったマウスではほとんど起こらなくなります。
純系マウスを使ってT細胞の抗原レセプターとMHCの結合が詳しく調べられました。MHCはすべての細胞で発現して、その個体の構成メンバーとしての合言葉になっています。MHCが共通であれば拒絶されないわけです。なお、異種間の拒絶反応は補体や抗体が関与する激しい反応です。
+++ T細胞の抗原レセプターは自己＋非自己を認識する +++
MHC分子の先端には溝があり、ここに抗原ペプチドが挟み込まれています。T細胞の抗原レセプターはMHC分子だけでは結合せず、抗原ペプチドも関与しています。拒絶反応を引き起こすT細胞の抗原レセプターは抗原ペプチドに対してよりもMHC分子に対してより結合するようです。そのほかの抗原に対するT細胞の抗原レセプターは同じ種のMHCであることを認識し、かつ、自抗原ペプチドに対してより強く結合します。自己のMHCに対する反応性で、T細胞の抗原レセプターは大まかに2種類に分けられるようです。
MHC分子の抗原ペプチドはどこからやってくるのでしょうか。ペプチドは細胞の外から、また、細胞内からやってきます。
移植の拒絶反応に関与するMHCはI型で、細胞内のタンパク質のペプチドを乗せています。T細胞はこのペプチドを他人として認識してはいけませんから、胸腺で教育されます。間違ったT細胞（自己のMHCと強く反応するT細胞）は排除されます。
細胞の外からの抗原を乗せたMHCはII型。II型はマクロファージや樹状細胞などの食細胞が発現します。食べた抗原をファゴソーム内で分解して、その一部をMHCの溝に乗せてT細胞がコンタクトするのを待ちます。マクロファージや樹状細胞は何らかの異変を感じて活動を開始するわけですから、MHC II型に乗った抗原ペプチドは怪しい奴が多いのです。
内側の敵とは？そう、代表選手はウイルスです。おそらく、腫瘍、突然変異した細胞のなかの異常なタンパク質も乗せられます。生物の器官は完璧ではなく、タンパク質合成は10-20％不良品ができます。不良タンパク質は分解されますが、この経路（ユビキチン-プロテアゾーム系）が一部、抗原提示のための経路と重なっています。
+++ DNAウイルスは抗原提示の邪魔をする +++
MHCでの提示システムの概要を説明しました。ようやく、ウイルスの登場です。
アデノウイルスのE3タンパク質は新たに作られたMHC分子が小胞体から細胞膜へ向けて輸送されるのを妨害します。同じ機能をサイトメガロウイルスUS3タンパク質が持っています。
抗原ペプチドはプロテアゾームと呼ばれるタンパク質分解酵素の集合体で分解されます。プロテアゾームは細胞質内の分解工場です。プロテアゾームでできた抗原ペプチドはTAPトランスポーターによってMHC分子の待つ小胞体へ入ります。単純ヘルペスウイルスのICP47タンパク質はTAPを阻害します。同じ機能をサイトメガロウイルスのUS6タンパク質が持っています。
〇抗原提示の説明が長く、ウイルスの遺伝子に関する紹介はちょっとになってしまいました。I型MHCは全身の細胞で発現し、ウイルスの感染をうけると抗原提示をします。II型MHCは免疫担当細胞で発現し、ウイルスを食べたり、ウイルス感染細胞の残り（ウイルス粒子にならなかったウイルスタンパク質を大量に含んでいます）を処分した時に抗原提示をします。
○細胞障害性T細胞に対して、B細胞が作り出す抗体と補体による攻撃部隊を液性免疫といいます。組織液に溶解したタンパク質がその実態だからです。細胞障害性T細胞が中心となる攻撃部隊を細胞性免疫ともいいます。両方をあわせて獲得免疫です。
+++ ウイルスの中和 +++
ウイルス粒子は抗体が結合するだけで、細胞のレセプターに結合できなくなることもあります。このような抗体をウイルスに対する中和抗体と呼びます。ほとんどの場合、ウイルスが感染するとウイルスに対する中和抗体が生産されます。
抗体が結合したウイルスは食細胞に食べられて消化されてしまう運命です。マクロファージなどの食細胞は抗体に対するレセプターを持っていて、ウイルスを食べて消化します。抗体には補体も結合します。膜を持つウイルスの場合、感染細胞の表面にウイルスの膜タンパク質（インフルエンザならHAとNA）が発現します。ウイルス抗原と結合した抗体に補体のC1タンパク質が結合した後、補体タンパク質の連鎖反応が起きて最終的に感染細胞に穴を開けます。
+++ 結合部分を隠す +++
ピコルナウイルス（ポリオウイルスなどの小さなRNAウイルス）は細胞のレセプターに結合する部分をカプシドの深い溝の奥に埋め込んで、中和抗体が結合しにくい構造をしています（canyon model）。カプシドとはウイルスのゲノムを収納するカプセルです。よく見る膜の無いウイルスの電子顕微鏡写真は遺伝子の詰ったカプシドの写真です。
とは言うものの、中和抗体でなくとも抗体が結合すると様々な細胞によってウイルスは食べられ、処分されます。
+++ 抗体と補体への対抗策 +++
ヘルペスウイルス、ポックスウイルスは補体反応の要であるC3タンパク質の活性化を阻害するか、分解を早める機能を持つタンパク質を生産します。このタンパク質は補体反応カスケードのうちC4bpに似たタンパク質でC3タンパク質に結合します。
また、ヘルペスウイルスは抗体に対するレセプターの遺伝子も持っています。ウイルスの膜タンパク質であるgEとgIが結合してつくるタンパク質複合体は抗体と結合します。このタンパク質は細胞から細胞への直接感染（隣の細胞に直接感染する）にも重要であると考えられています。
〇ウイルスは宿敵であるインターフェロンに対抗する遺伝子を発展させました。同様に中和抗体に抵抗する遺伝子も進化させました。とはいうものの、ウイルスのゲノムは小さく、遺伝子には限りがあります。ウイルス側のジレンマでしょう。とはいうものの、ウイルスは絶滅することなく、連綿と受け継がれています。
〇ウイルスの例としてインフルエンザウイルスを挙げてウイルスに対する生体防衛システムを解説してきました。インフルエンザウイルスはもともと感染力の強いウイルスで、その中で病原性（病気を引き起こす力）が強いウイルスが出現する可能性が高いというのが現在のインフルエンザ脅威論です。今までの文章中にも天然痘ウイルス（感染患者の2-5割が死亡する）、狂犬病ウイルス（発症患者の 10割が死亡する）などの人類にとって脅威のウイルスが名前だけですが登場しました。これらのウイルスに対しては優秀なワクチンがありますので、天然痘は世界的に、狂犬病は日本国内では封じ込められています。
〇50年ほど前、中央アフリカで致死率の高いエボラウイルスが発見されました。エボラウイルスは映画「アウトブレイク」のモデルになったウイルスで、人間に全身感染して出血性の多臓器不全を引き起こし、高い致死率を示します。ワクチンは開発中です。このウイルスを例にとって、今までの復習もかねて免疫系とウイルスとの戦いを見てみましょう（Nature Immunology (2007) 8, p1159）。
+++ 免疫系のキーとなる細胞に感染するエボラウイルス +++
エボラウイルスは粘膜から侵入します。また、傷などがあれば皮膚から感染します。医療関係者の感染が非常に多い感染症です。
粘膜に付着したウイルスはTLRなどで認識され、免疫細胞（マクロファージなど）がやってきます。通常のウイルスですと、マクロファージが食べて消化して処分しますが、エボラウイルスはマクロファージに食べられたあと、リソゾームから脱出して細胞質内に侵入します。感染したマクロファージは過剰量のサイトカインを分泌して、毛細血管の壁を緩めます。さらに餌食となるマクロファージや樹状細胞などを呼び寄せます。この頃、インフルエンザのような症状が出ます。サイトカインの働きです。感染後、4-10日です。
+++ 免疫細胞に乗って全身に散らばるエボラウイルス +++
エボラウイルスはマクロファージや樹状細胞でよく増えて子孫ウイルスを生産しますが、一方で、レクチン様分子に結合したまま、細胞でじっとしていることもあります。エボラウイルスを抱えたマクロファージや樹状細胞は組織液やリンパ液に乗ってリンパ節へ、また、感染部位からもれ易くなった血管を出て血液に乗って全身に散らばります。
+++ 全身感染 +++
全身の臓器や組織に見張りのためのマクロファージや樹状細胞が散らばっています。エボラウイルスの次のターゲットはこれらの細胞です。多数のマクロファージや樹状細胞が感染のために死ぬと、好中球が活性化して、マクロファージや樹状細胞と共に大量のサイトカインを撒き散らします。
+++ サイトカイン・ストーム +++
大量のサイトカインにより、血管の内側の細胞である血管内皮細胞が活性化して、血液凝固をスタートさせる組織因子（血液凝固因子III）を発現し、小さな血栓ができます。また、血管内皮細胞同士の結合が緩んで、血液が漏れやすくなります。全身で内出血が起こります。
+++ 多臓器不全 +++
体のあちこちで毛細血管が詰って血流がとまり、栄養や酸素を受け取れなくなった細胞が死に始めます。死んだ細胞を処理するためにマクロファージなどがやってきますが、エボラウイルスの餌食となります。全身の臓器で細胞の死がおこり、その処分ができなくなり、そのために、下痢、嘔吐、発熱、腹痛といった症状が出ます。急性感染では感染後7-16日で多臓器不全、全身性の内出血で死亡します。
○エボラウイルスは免疫系の要であるマクロファージや樹状細胞で感染増殖します。そのため、免疫系が狂って暴走し、自分自身の体を攻撃して破壊します。エボラウイルス感染症から回復した人でもエボラウイルスに対する抗体はほとんど認められず、すなわち、免疫が成立しません。
〇ポックスウイルスは天然痘が代表例ですが、疫病で、急性感染症を引き起こします。いうなれば、免疫系に対して徹底抗戦を挑むウイルスです。強力な免疫が成立するよいワクチンを利用して世界中の地域で免疫が行われ、その結果、1980年にWHOによって撲滅宣言が出ました。人間以外の自然宿主が無かったのも撲滅の大きな助けになりました。
〇一方で戦わない戦略をとるDNAウイルスがいます。ヘルペスウイルスの戦略を紹介しましょう。
+++ ヘルペスウイルスは隠遁の術を使う +++
ヘルペスウイルスは強い病気を起こさずに、感染した人の中で活動を停止し、センサータンパク質だけを発現して潜伏します（潜伏感染）。健康な人の約50 〜 80 パーセントがサイトメガロウイルス、EBウイルス、単純ヘルペスウイルスに感染しています。これらのヘルペスウイルスは、感染しても発症しないものもあり、健康な人の体内でずっと潜みます。他の病気や老人になって免疫の機能が落ちてくると、ウイルス粒子が増殖し、感染を広げます。ヘルペスウイルスのたくさんの免疫対策遺伝子は目くらましのようにこのときに働きます。
病気や癌、高齢では免疫抑制状態になるときがあります。また、臓器移植をすると免疫抑制剤を服用します。免疫抑制状態では日ごろ害にならない微生物が活動し、日和見感染症を起こします。代表例がヘルペスウイルスです。それ以外にも多くの常在細菌が日和見感染を起こします。
+++ 北風と太陽 +++
自然界ではポックスウイルスは新しい群れから群れへと病気を引き起こしながら感染し（水平感染）、常に免疫を持っていない獲物を求めて小さな流行を引き起こしていたのでしょう。また、ウイルス粒子は自然界でも比較的安定で、長い時間、生き残ります。
ヘルペスウイルスは群れの中でずっと維持され、親から子へと感染したのでしょう（垂直感染）。現代ではポックスウイルスのタイプの方がコントロールしやすい。病気の人が明らかだからです。ヘルペスウイルスは臓器移植、がん治療などの免疫抑制を必要とする医療の現場で、しばしば問題になります。普段は病気を起こさないために、強い免疫も誘導されず、根絶は困難です。
+++ 病原体の進化は共存の方向へ向く +++
病原体は宿主に対して有害な影響を及ぼす典型例です。宿主との関係が始まったばかりでは激烈な症状を持って、宿主を発病させ、殺します。やがては、有害性は低下するか消滅し、長い年月の間には、宿主と共生する方向に進化する例がいくつかあります。
出会いは新しい環境に宿主が入り込んだときに、また、寄生者が新しい伝播方法を獲得した場合に起きます。アフリカでエボラウイルスがときどき発生しますが、それは人類がジャングルに進出したためと考えられています。ニパウイルスやヘンドラウイルスのように自然宿主から変化して人間に感染するようになった例も東南アジアやオーストラリアで報告されています。
〇現代のパンデミックであるエイズウイルスや新型コロナウイルスを見ていても、流行の初期では症状は激烈でしたが、少しずつ、強い症状を起こすウイルスは淘汰され、感染力は強いけれども病気は弱い株へと変化しています。両方のウイルスの仲間を見ても人間社会との共存へ向かうことは容易に予想されます。すなわち、一部の人や地域でずっと残り続ける。ただし、死亡に至るような症状は起こさない。
〇生体防衛論ですから、体内のウイルス、細胞内でのウイルスの話題に終始してきましたが、生体外のウイルスの話もしておきましょう。昔の疫病学はウイルス感染の広がり方や防止が研究の中心でした。いまや、人間だけでなく、自然界の生き物を巻き込んだ学問になっています。
+++ 野生動物も感染症で苦しむ +++
今年はじめのサイエンス誌にアフリカ中部コンゴ共和国のロッシ自然保護区で、2002〜05年にゴリラ約5500頭がエボラ感染で大量死したとの推計が発表されました。エボラウイルスは映画「アウトブレイク」のモデルになったウイルスで、人間に全身感染して出血性の多臓器不全を引き起こし、高い致死率を示します。論文の著者らは、エボラウイルスは密猟とともにゴリラにとって大きな脅威と指摘しています。私にとっては密猟者がエボラウイルスを文明社会に持ち帰る方が恐ろしい。
エボラウイルスは未知のウイルスが野生動物との接触で人間社会にもたらされることを示しました。ウイルスが感染する動物種は決まっていて（自然宿主）、その動物にはなんら症状を示さないか軽い風邪で終わるのに、人間には重篤な感染症を引き起こすことがあります。最近中国で流行したSARSコロナウイルスはキクガシラコウモリが自然宿主であることが確かめられました。エボラウイルスの自然宿主は、先の地域で1030の動物が捕獲されてウイルスもしくは抗体が調査され、オオコウモリであると発表されました。
野生動物をウイルス感染から守るためにはワクチン投与しかありませんが、野生動物に1頭ずつワクチン注射をするのは大変です。
豚熱のところでイノシシの免疫方法の一例を紹介しました。イノシシに生ワクチンを食べさせて免疫する方法が実施されています。餌にワクチン株をしみこませたものを野山にばらまいて観察しています。ヨーロッパでは効果があったというこの方法。日本の高温多湿の環境下では効果はいかほどか。今後の報告が楽しみです。
+++ 動物の体内に潜む +++
ウイルスが感染しても必ずしも病気を起こしません。インフルエンザウイルスの場合はカモ（水禽類）の腸内で増えますが、病気は起こしません。インフルエンザウイルスはカモと一緒の場合は感染しながら自然界で維持されます。このような関係を自然宿主と呼びます。
人間でもB,C型肝炎ウイルス、HIVは高濃度で持続感染します。病気を起こすことがありますが、その前は長い間感染して生き残っています。なぜ持続感染できるかよく解っていません。免疫担当細胞で増えるか、免疫系を刺激しない？
+++ 厳しい自然環境での生き残り戦略 +++
ウイルスのゲノムを守るのは単なるタンパク質でしかありません。また、脂質を含む膜であったりします。しかし、自然環境では意外と長生きです。
有名なのはノロウイルス。ノロウイルスは自然界での生存能力が高く、下水に入り込んで海まで運ばれ、そこでカキなどの貝に生物濃縮されると考えられています。下水や川、海には多くの微生物が住み着いていて、タンパク質を栄養分として利用しています。したがって、たくさんのタンパク質分解酵素があって、ウイルス粒子の主要成分であるタンパク質は速やかに分解されると思っていましたが、意外と分解されないものだなと思いました。これもウイルスタンパク質の謎？同じように感染力が強くかたい殻を持つのは下痢を起こすロタウイルスです。幼児のときに必ずロタウイルスによる下痢を経験します。おそらく人間社会の片隅に硬い殻に守られて生き延びているのでしょう。
インフルエンザウイルスの場合は咳とともに空気中にエアロゾルで放出され、乾燥したエアロゾルのタンパク質や粘液の塊の中で生き残ること、これは前に書きました。これを自前のタンパク質でやっているのが昆虫に感染するバキュロウイルスです。バキュロウイルスは多角体と呼ばれる固いタンパク質の塊を細胞内に作ってその中に潜みます。細胞が死んだ後（感染した昆虫が死ぬ）、乾燥した粉となって次の獲物（昆虫）を待ちます。
〇ウイルスにはウイルス粒子を覆う膜（エンベロープ）を持つものと、タンパク質の殻しか持たないものに分けることができます。2つの大きな違いは有効な消毒薬にあり、膜を持つウイルスは消毒用エタノールや洗剤が有効ですが、膜を持たないウイルスには有効性が低い。どちらのウイルスも塩素性の洗剤や消毒薬や熱湯が効きます。下痢（胃腸）のウイルスは膜を持たないウイルスが多く、風邪（呼吸器）のウイルスには膜を持つものが多い。インフルエンザウイルスは膜を持ちます。
〇ウイルスは生物に感染して増えるので、感染できる生物の集団が必要です。感染により、その個体が死んでしまえば次の犠牲者に移るしかなく、個体が回復すれば免疫ができて、やはり次の犠牲者に移るしかないからです。集団がすべて免疫を持ってしまうと厳しい自然状況下で犠牲者に遭遇するのを待つしかありません。
+++ 集団生活と感染症 +++
中世のヨーロッパを襲ったペストは都市化した社会で猛威を振るいました。ニワトリのニューカッスル病ウイルス、マレック病ウイルス、インフルエンザウイルスなどはニワトリを養鶏場で飼育するようになってから被害が甚大になりました。
裏庭でニワトリやブタを数頭で飼育したときは特に脅威にならなかったウイルスが、家畜として集団で飼育すると、感染が容易になり、恐ろしい疫病となったと考えられます。とはいえ、経済性を考えると広大な飼育場を準備するには無理があります。畜産ではワクチンなどを使いながら感染症と付き合っていくしかありません。
+++ super-spreader +++
この数十年で感染の検査が容易になり、病院内でも検査が可能になると、病院内で感染が起こっていることが明らかになってきました。病院内には免疫的に弱っている患者もたくさんいますので、院内感染は患者にとって脅威になります。さらに、医療従事者は常日頃、感染症の患者と向き合うこともあり、院内感染に対する対策が講じられるようになりました。
そうしたデータを集めて感染の広がり方について研究が進みました。単純なモデルを使ってコンピュータでシュミレーションし、伝播の法則のようなこともわかってきました。その中で注目されたのは病院内での感染では特定の人（super-spreaderと呼ばれる）が感染を広げることです。どのような人がsuper-spreaderになるのか不明ですが、感染を拡大しないために感染症の特徴をよく理解して適切な隔離、距離が必要です。
+++ 基本的再生産係数 +++
集団の中で一人の感染者が何人の感染者を生み出すのかを基本的再生産係数Roと呼びます。この値が１より大きければ感染は拡大し、１より小さければ感染は治まります。
再生産係数は集団免疫閾値に関連します。集団免疫閾値はこの値より免疫を持っている人の割合が多いとウイルスは感染を広げない（感染が拡大しない）境目です。集団免疫閾値が60%だと、60%の人が免疫を持つとそのウイルス感染はそれ以上感染を広げないことになります。ただし、感染は継続し、免疫を持っている人は増え、最後には感染が収束します。この時の現状を把握した再生産係数が実効再生産係数Rtです。
実効再生産係数Rtは日々発表される感染者数から近似的に計算されます。感染予防策がとられ、免疫保有者が増えることで再生産係数は低下し、その値は実効再生産係数Rtで近似されます。Rtが１より少なくなると感染は終息へ向います。ワクチンが普及して皆が免疫を持てばRtは限りなく０に近くなり、感染症は脅威ではなくなります。
〇動物から人間にやってきた感染症は現在だけではありません。例えば、はしか。はしか（麻疹）はウイルスによる感染症で日本ではワクチン接種が義務付けられています。はしかウイルスに最も近い動物のウイルスは牛疫ウイルスで2011年に撲滅宣言が出されました。人のはしかウイルスは牛疫ウイルスから派生したと考えられています。はしかウイルスが人間社会に入ってきた（牛疫ウイルスと分岐した）のは紀元前4世紀と推測されています。
○もっとも遺伝子が多様なウイルス。しかも遺伝子の変異が激しく、世代交代が速いので遺伝子が機能するかの実験の場になっています。機能するたんぱく質ユニットが遺伝子としてウイルスで誕生し、それが他の生物へ伝達されるとすれば生物進化の巨大なエンジンとなります。
+++ 時には細菌から遺伝子が転移する +++
遺伝子の水平伝播（親から子でなく、個体から個体へ）というのは細菌では頻繁に起こります。抗生物質に対する耐性遺伝子が代表例です。しかし、系統的に離れた生物間ではそう簡単には起こらない。だからこそ、系統的に離れていられるともいえます。
アズキゾウムシに、ボルバキア（昆虫に細胞内共生・寄生する細菌）のゲノムの一部が入り込んでいたことが明らかになりました(Science. 2007 Aug 30)。
複数の昆虫、線虫のゲノム配列からボルバキア由来配列の探索を行い、ボルバキアからこれらの生物への水平伝播が様々な分類群で起きていることを明らかにしました。伝播されたゲノムの大きさは小さなもの（1kb以下）から、ゲノム全長に近いものまでありました。また、アナナスショウジョウバエではボルバキア由来の遺伝子の一部（２％程度）が転写されていました（もちろんボルバキアフリーのハエを使って実験）。この発現に生物学的な意義があるかどうかは不明です。
+++ 時にはウイルスから遺伝子が転移する +++
狩人蜂の毒素はウイルスでした。狩人蜂の卵巣にpolydnavirus(dsDNA)が見つかりました。このウイルスを注入することで獲物の昆虫を動けなくします。遺伝子解析の結果、nudivirusesが数百万年前に感染して、狩人蜂のゲノムに取り込まれたものと考えられました。
また、最近、RNAウイルスであるボルナウイルスのゲノムが哺乳類ゲノムに見つかっています（Nature, 2010. Jan. 7）。
+++ ゲノム中のレトロウイルス +++
哺乳類のゲノムにはレトロウイルスとよく似た配列がたくさん入り込んでいます。中には独立した遺伝子単位として活動して、ゲノムの中の新たな場所に移動したり複製したりします。内在性レトロウイルスと呼ばれています。内在性レトロウイルスの一部が哺乳類の進化（胎盤形成、皮膚の保湿化）に関与していることが推測されています。内在性レトロウイルスはヒトゲノムの５-８％を占めています。
+++ トランスポゾン +++
トランスポゾンは数百〜数千塩基対からなるDNA配列で、ゲノムのある部分から別の部分への転移することができます。転移に必要な酵素トランスポゼースの遺伝子を含んでいます。すると、トランスポゾンは細胞内ウイルス？とも思えてきます。
トランスポゾンの切り貼りは正確ではなく、数塩基から遺伝子数個分の断片が一緒に転移します。遺伝子重複の重要なメカニズムと考えられています。
真核生物のsiRNAはトランスポゾン配列に由来するものが多い。siRNAが関与する遺伝子サイレンシング（遺伝子の発現を阻止する仕組み）はウイルスやトランスポゾンの配列が翻訳されることを阻止する防御機構として進化した可能性が高いと推測されます。
○そろそろ、ウイルスの話をおしまいにしましょう。分子レベルの現象が中心でしたので、今ひとつイメージがわかなかった方も多いかと思います。次からは寄生虫の話になります。
○ 今までの稿で、大腸菌（細菌）とウイルスについて解説してきました。ウイルスは遺伝子数が少ないのですが、なかなか、いろんな工夫をして宿主（＝感染する相手の生物）と戦っています。細菌は余裕を持って様々な免疫攪乱物質を生産しています。20-30の遺伝子は病気を起すことや免疫から逃れるのに関与していると推察されています。
○ ウイルスや細菌より大きく、複雑な生物が真核生物です。感染性の真核生物は寄生虫や真菌です。寄生虫は「動く」イメージがあります。体内に侵入した後、いろんな臓器で成長します。成長にしたがって臓器を変えたりします。また、感染の手助けをする昆虫（ベクターと総称されます。ベクターとは運び屋です）の中で増えることもあります。代表例はマラリア。一方、真菌は感染した場所で増える植物のイメージです。代表例は水虫の白癬菌。
○ 今までの稿では代表的な感染微生物に登場してもらって、できるだけ詳しく述べ、ポイントをまとめるスタイルにしました。寄生虫でも同じように代表選手に登場してもらいます。寄生虫の２大スターはマラリアと住血吸虫でしょう。マラリアは単細胞生物、住血吸虫は多細胞生物です。両者とも2-3億人の患者がいるもっとも人類を悩ませている感染症です。とは言うものの、感染患者は熱帯地方を中心に、発展途上国にしかいませんので、日本人にはなじみの薄い病気です。
〇ウイルスやバクテリアよりも高度な装置を持つ、真核生物の微生物、もしくは多細胞の生物の感染に対して我々の生体防御システムは果たして効果的に働くのでしょうか。次回から、まず、マラリアから紹介します。
〇マラリアは単細胞の寄生虫の代表です。単細胞の寄生虫を原虫と呼びます。まず、その感染ルートと病気から説明しましょう。ご存知の方も多いかと思います。
+++ マラリアのライフサイクル +++
マラリアはハマダラ蚊の吸血によって感染します。マラリアはハマダラ蚊の唾液腺に潜んでいます。蚊が口を皮膚に差し込んで吸血するとき、血液が固まらないように、また免疫反応などを抑えるために様々な酵素やタンパク質が動物の体内に送り込まれます。唾液腺はその酵素群を分泌する装置です。マラリアも一緒に注入されます。
血流に入り込んだマラリアは、まず、肝臓で増え、人間の体内型に変化（スポロゾイト→メロゾイト）します。肝臓で変化したマラリアは赤血球に感染します。この時期にマラリアとしての病気が発生します。マラリアは赤血球の中で数を増やし、最後には赤血球を破壊して血液中に出ます。このときにマラリア感染由来の物質、特にマラリアがヘモグロビンを変形したヘモゾインなどが放出されるので、激しい免疫反応が生じ、発熱します。マラリアは次の赤血球に感染し、増えると一斉に赤血球を壊して出てきますので、周期的な発熱があります。
やがて、マラリアは血中でオスとメス（ガメトサイト）に別れます。このあとに蚊に吸血されるとガメトサイトは蚊の腸管で成熟し、ガメート（精子と卵子）になって受精します。受精卵はオーシストとなって蚊の唾液腺で孵化し、スポロゾイトになります。
〇人間が病気として体感するのは発熱時です。マラリアが増えて次のサイクルに行くたびにより大量の発熱物質（炎症性サイトカイン）が放出されます。免疫反応によってサイトカインが放出され、活性化した免疫担当細胞がマラリアを攻撃します。
〇炎症性サイトカインを生産しないマウスを作るという極端なモデル動物が作られています。様々なサイトカイン遺伝子欠損マウスが作出されました。マウスマラリアは増殖しますが、発熱せず、元気です。しかし、マラリアが増えるわけですから、最終的には全身の毛細血管が詰まり、脳内にヘモゾインなどが蓄積する（マウスマラリアは脳症が主な症状）ことで死に至ります。
○吸血は人から蚊への血液の流れです。蚊の唾液腺から注入される液量など高が知れています。マラリアはわずか10-30個のスポロゾイトで侵入して病気を起こします。人間の体はこの少数のマラリアを全滅できないのでしょうか。人間の体の防衛機構を1つずつ見ていきましょう。
+++ 吸血昆虫（衛生昆虫） +++
まず、蚊が吸血した皮膚です。皮膚は表面が角質で覆われていて、その下に角質を作り出すケラチノサイトがいます。一層のバリア（基底膜）があって、その上は表皮、その下は真皮と呼ばれます。表皮はケラチノサイトの膜です。真皮にはたくさんの細胞がいて血管や神経があります。
蚊が口を皮膚に突き刺すと、真皮まで到達します。毛細血管を突き破り、血液を吸います。ただ針を刺しただけだと、血液は異物に触れて凝固して止血が起こります。ケラチノサイトの膜が壊されるので、ケラチノサイトは危険信号を生産し、神経は痛みとしてそれを感じます。血管は収縮して血流を減らします。さらに危険信号に反応して免疫細胞がやってきます。蚊の唾液には様々な作用、血管を拡張する、血液凝固を阻止する、免疫を攪乱するタンパク質が含まれていて、血液を安全に吸うことができるようになっています。そうでないと血液は吸えず、血液凝固のために口を抜くことができず、最終的には免疫細胞で口が破壊されます。
+++ 蚊の中での生活 +++
マラリアは蚊に吸血され、蚊の中で成熟して次の宿主に感染する機会を待ちます。哺乳類の体内と蚊の体内は環境が大きく異なりますので、マラリアはまた変身することになります。
蚊に吸血されると、赤血球中でメロゾイトはガメート（精子と卵子）に変身します。その時間わずか10分足らず。赤血球から脱出し、精子と卵子が受精して接合体（ザイゴート。受精卵）となります。接合体は蚊の腸の中でできますが、蚊の腸上皮細胞の外側へ移動してオーシスト（卵。減数分裂をします）となり、孵化してスポロゾイトを放出します。スポロゾイトは蚊の唾液腺に侵入して次の獲物を待つこととなります。
○ マラリアは要するに蚊の働きを利用して侵入を果たすわけです。他にも日本脳炎ウイルス、海外ではデング熱ウイルス、ウエストナイルウイルスが蚊を侵入策として使います。吸血昆虫には蚊のほかに虻、ダニ、蚤がいます。それぞれに何らかの寄生虫やウイルスが潜むことがあり、感染の機会をうかがっています。
〇前回は蚊の中でのマラリアのライフサイクルを紹介しました。蚊の消化管を移動しながら成熟、受精したマラリア幼生（スポロゾイト）は蚊が吸血する瞬間に唾液に交じって人に感染します。
+++ 変身 +++
マラリアは肝臓を目指して血流に乗るのですが、血液にはたくさんの免疫細胞がいます。すぐさまマクロファージなど（血液内では単球）に異物として食べられ、分解されて適当な組織で抗原提示されて獲得免疫が誘導されます。おそらく、血流に入ったマラリアが肝臓細胞に辿り着くのは1日以内と思われます。一方、獲得免疫が誘導されるまで3-4日必要です。食細胞に食べられなかったマラリアは肝臓細胞に侵入してそこでメロゾイトに変身し、増殖します。
侵入型マラリアであるスポロゾイトに対する免疫が誘導されても、メロゾイトに変身されてはせっかくの免疫が無効になります。しかし、このことから、スポロゾイトをワクチンにしようという研究が盛んです。予め、スポロゾイトに対する免疫を持っておけば、蚊に刺されてもスポロゾイトが肝臓に行き着くまでに全滅させることができるからです。
+++ 赤血球の中の生活 +++
体内型マラリアであるメロゾイトは肝臓細胞で増えた後、赤血球に侵入します。赤血球では効率よく増え、赤血球が子孫でいっぱいになると赤血球を壊して血中に出て、次の赤血球に感染します。このときに激しい免疫反応が起きて熱が出ます。このサイクルを何度か繰り返します。マラリアに特徴的な周期的な発熱です。このサイクルを繰り返しながら、やがて、マラリアは蚊の中での変身のための遺伝子を活性化してmRNAの形で準備を始めるようです。
〇マラリアのメロゾイトはもはや免疫の監視から逃れられません。激しい攻防があるかと思われますが、マラリアは赤血球を改造しながら免疫の監視を逃れます。そして蚊に吸血されるのを待つのです。
〇感染赤血球やメロゾイト自身が食細胞によって取り込まれ、分解されて獲得免疫が誘導されます。メロゾイトに対して大量の抗体が作られます。ところが、その抗体は囮に対する抗体がほとんどで、メロゾイト本体を攻撃するものが少ないことが知られています（以下、細胞工学、シリーズ分子寄生虫学入門、2005-06）。
+++ 隠れて暮らす戦略 +++
マラリアは赤血球に入り込むことで身を隠します。赤血球は自分自身なので、免疫細胞は攻撃しません。ウイルスが生きた細胞に感染する場合は危険信号が発信されます。赤血球は、いわばヘモグロビンを貯めた袋ですから、危険信号を発信する仕組みがありません。つまり、マラリアが細胞内に潜んでも危険信号が発信されません。また、赤血球は抗原分子を提示するMHCを持ちません。ヘモグロビンを食べながらひっそり暮らせば、大過なくすごせるはずです。そして何回か分裂したところで赤血球膜を破って外に出れば、次の獲物はそこら中にいます。
+++ マラリアの隠れ家 +++
赤血球内のマラリアを電子顕微鏡で超拡大して調べてみると、膜の中にいます。その膜は出口（入り口）を持っていて、赤血球の外側とつながっています。それだけでなく、たくさんの膜構造も見つかりました。
マラリアはヘモグロビンだけでは栄養が偏るようで、外から栄養分を補給し、また、当然ながら老廃物（おしっこ）を外に放出していると考えられます。その運搬に携わる膜構造を作り出し（分泌し）、積極的に物質交換を行っていました。さらに、この装置を利用して赤血球膜の表面にマラリア抗原を据え付けます。
+++ 唯一の弱点の補強 +++
赤血球膜の上のマラリア抗原をpfEMP1と呼びます。このタンパク質は血管内皮細胞に結合して、赤血球が血流に流されるのを防ぎます。
古くなった赤血球は脾臓で分解されますから、マラリアが感染して変形した赤血球はたちまち脾臓で処分されてしまいます。脾臓は免疫細胞の巣で、マラリアはあっという間に消化されてしまうでしょう。そこで、脾臓に運ばれないように pfEMP1タンパク質で血管の内側にしがみつくのです。
マラリアが感染した赤血球が大量に血管内皮細胞にしがみつくと血液の流れが悪くなります。細い毛細血管が多い臓器では致命傷になる場合があります。特に、脳がやられることが多く、脳マラリアと呼ばれます。 しかし、pfMEP1は外にさらされているタンパク質ですから、免疫系のターゲットとなります。そこで、マラリアはpfEMP1遺伝子を60個持っていて、次々と切り替えて使います。つまり、免疫系がそのうちの一つにターゲットを絞って応答を開始しても、次のpfEMP1タンパク質の切り替えてしまうのです。
〇これではいたちごっこになり、人体はマラリアに対する有効な免疫を作ることができません。マラリアが十分に増えて赤血球から脱出するときに放出される大量のタンパク質も出てきます。これは煙幕の働きをして、むだな抗体が大量に作られることになります。
〇これらの結果、マラリアに対する抗体がたくさん作られることになりますが、一つも有効なものが無い、という状況に陥ります。
