ウイルスの複製：フェーズと特性 - 生物学 - 2025

ウイルスまたはウイルス複製の再生が数桁たウイルス粒子乗算することにより、宿主細胞の酵素機構をハイジャックすることによってイベントです。ウイルスは細胞で構成されていないため、独立して複製することはできません。

ウイルスが複製できる2つの一般的な代替策があります。溶菌サイクルまたは溶原性サイクルです。両方のプロセスは、細菌またはバクテリオファージに感染するウイルスで広く研究されています。

ウイルスの生殖周期。
1-Fixation
2-Penetration
3-Unfolding
4-Synthesis（4a-Transcription、4b-Translation、4c-Genome Replication）
5-Assembly
6-Liberation
出典：Franciscosp2

溶解サイクルは、宿主細胞の破裂で最高潮に達しますが、溶原性サイクルでは、細胞は、ウイルスの遺伝物質が内部に存在し続けます。

溶解経路の場合、ウイルスは感染する可能性のある細胞を見つけ、細胞表面で認識する受容体を介してウイルスに付着します。次に、そのDNAを細胞質に注入し、そこで構造コンポーネントの生成が始まります。これらの核酸とタンパク質の断片は組み立てられて放出され、その後新しい宿主に感染する可能性があります。

溶原性サイクルは、ウイルスDNAが組換えプロセスを経てその宿主の染色体に組み込まれることを除いて、同様の方法で始まります。ウイルスは細胞内に潜伏し、何らかの化学的または紫外線の作用が溶解サイクルを誘発するまで残ります。

ウイルスとは？

ウイルスの複製の構成要素を説明する前に、これらの実体の生物学に関連するいくつかの側面について明確にする必要があります。ウイルスは細胞ではなく、核酸といくつかのタンパク質で構成される単純な構造です。

感染性ウイルス粒子の完全かつ開発されたセットは、ビリオンとして知られています。

ウイルスは、細胞で構成される有機物とは異なり、外部環境との制御された方法で代謝または物質交換をしません。しかし、彼らができることは、これらの機能を提示する生物学的システムの内部、つまり生きている細胞で複製することです。

このため、ウイルスは生きている細胞なしでは複製を完了できないため、必須の細胞寄生虫と見なされます。その宿主は、研究されるウイルスに応じて、脊椎動物、無脊椎動物、植物、原生生物、細菌などであり得る。

繁殖のために、ウイルスはホストの酵素機構をハイジャックする必要があります。ウイルスの繁殖に影響を与えると、宿主の細胞の繁殖を妨げる可能性があるため、この側面は、ウイルス感染を阻止する薬剤を開発する際に重要です。このプロセスがどのように発生するかを以下で説明します。

ウイルスはどのように増殖しますか？

前述したように、ウイルスは非常に単純な性質の生物学的粒子です。したがって、それらが所有する核酸（DNAまたはRNA）には、ビリオンを構築するためのいくつかのタンパク質および酵素の生産に関する情報が含まれています。

単一の宿主細胞では、ビリオンはその宿主の代謝機構を使用して、最初のものと同様の何千ものウイルス粒子を生成することができます。

ウイルスとその宿主は非常に多様であるという事実にもかかわらず、生殖周期はすべて同じです。以下では、プロセスを一般化し、バクテリアに感染するウイルスであるバクテリオファージの複製について、順を追って説明します。次に、動物に感染するウイルスの特殊性について説明します。

バクテリアウイルス（バクテリオファージ）の増殖

バクテリオファージは、溶菌サイクルまたは溶原性サイクルという2つの代替方法で繁殖することができます。その名前が示すように、溶解の最後のステップは、宿主細胞の溶解（したがって死）を伴います。対照的に、溶原性サイクルは、生細胞でのウイルスの複製を伴います。

-Lithicサイクル

有名なE. coliバクテリアのバクテリオファージT（T2、T4、T6）の溶菌プロセスは非常に詳細に知られています。以下で説明するプロセスは、これらの研究モデルに基づいています。

これは、固定、浸透、生合成、成熟、放出という5つの異なる段階で発生します。

固定

このステップは、ウイルス吸着とも呼ばれます。ウイルスが増殖するために最初に起こらなければならないことは、ウイルス粒子と宿主細胞の間の出会いです。この衝突は偶然に起こります。

ウイルスは、細胞表面で認識する相補的な受容体に結合します。この場合、細菌の細胞壁です。この結合は、ウイルスと受容体の間に弱い結合が生じる化学的相互作用です。

ペネトレーション

ウイルスが受信者を認識すると、遺伝物質を注入します。バクテリオファージは、細胞壁の一部を損傷する酵素を放出します。この文脈では、ウイルス粒子は、DNAの注入を担当する皮下注射器として機能します。

生合成

DNAが宿主の細胞質に到達すると、問題の生物の遺伝物質とタンパク質の生合成が始まります。宿主タンパク質の合成は、ウイルスによって調整された一連のステップによって停止されます。

侵入者は、宿主の遊離ヌクレオチド、リボソーム、アミノ酸のほか、ウイルスのDNAをコピーするために必要な酵素の両方を隔離します。

熟成

ウイルスのすべてのビルディングブロックが合成されると、アセンブリまたは成熟プロセスが始まります。ウイルス粒子の成分の集合は自発的に起こり、プロセスを支援する他の遺伝子の必要性を排除します。

解放する

アセンブリプロセスの最後に、ウイルスを細胞外環境に放出する必要があります。溶解サイクルについて説明しているように、この最後のステップには、プロセス全体を支援する細胞の溶解が含まれます。

溶解は、原形質膜と細胞壁の破裂を伴います。この最後の成分の分解は、記載されているプロセス中に細胞内で合成される酵素リゾチームの作用によって発生します。

このようにして、新しく合成されたウイルス粒子が解放されます。これらは隣接する細胞に感染し、サイクルを再び繰り返すことができます。

-溶原性サイクル

すべてのウイルスが宿主細胞に侵入し、自身の複製を犠牲にしてそれらを破壊するわけではありません。増殖の代替モードは溶原性サイクルと呼ばれます。この方法で繁殖できるウイルスは温帯と呼ばれます。

一部のウイルスは、前のセクションで説明した溶解経路を介して繁殖することができますが、細胞を破壊せずに繁殖し、細胞内で潜伏または不活性な状態を維持することもできます。

それを説明するために、徹底的に研究された溶原性バクテリオファージであるバクテリオファージラムダ（λ）をモデル生物として使用します。

溶原性サイクルが発生する段階は、宿主への侵入、線状DNA分子からの環状DNAの形成、および宿主DNAとの組換えです。

ウイルスDNAの宿主DNAへの統合

初期段階は、ウイルスのDNAが組換えプロセスによって宿主細胞のDNAに組み込まれることを除いて、前のサイクルと非常によく似た方法で発生します。

この状態では、ウイルスは細胞内に潜伏しており、ウイルスのDNAは宿主のDNAとともに複製します。

溶解サイクルと溶原性サイクルの交互

一方、さまざまな確率的イベントが溶原性サイクルから溶解サイクルへの変化につながる可能性があります。これらのイベントの中には、紫外線または特定の化学物質への曝露があり、ファージDNAの切除と溶解の開始をもたらします。

溶原性の結果

すなわち、（i）溶原性細胞は、同じバクテリオファージからのその後の感染に対して免疫があるが、異なるウイルスに対しては免疫がない。（ii）細胞は、いくつかの毒素の産生など、ファージの遺伝物質を統合することによって新しい特性を獲得でき、（iii）特殊な形質導入プロセスが許可されます。

動物ウイルスの増殖

大まかに言えば、動物ウイルスは、細菌に感染するウイルスで説明されている増殖パターンと非常によく似た増殖パターンに従います。ただし、両方のプロセスにはいくつかの顕著な違いがあります。

最も明白なのは、真核細胞と原核細胞の間の構造レベルに存在する違いによる細胞侵入メカニズムです。動物細胞では、受容体は原形質膜に固定されたタンパク質と糖タンパク質で構成されています。

この例は、HIVウイルスです。ウイルスは細胞に侵入するために、CCR5と呼ばれる受容体を認識します。特定の個人は、タンパク質を破壊し、その所有者に恐ろしいウイルスへの耐性を与える細胞受容体をコードする遺伝子の32塩基対の欠失（つまり、DNAの一部が欠落）を持っています。

多くの侵略者は、小胞の形成を通じて、細胞への侵入を獲得するためにエンドサイトーシスプロセスを仲介する受容体を利用します。膜で覆われているウイルスは、脂質膜を融合させることで細胞に侵入できます。

ウイルスが侵入すると、ウイルス粒子の合成は多少変動します。動物細胞は、バクテリアで見られるものとは異なる酵素機構を持っています。

参考文献

1. Forbes、BA、Sahm、DF、およびWeissfeld、AS（2007）。診断微生物学。モスビー。
2. Freeman、S.（2017）。生物科学。ピアソン教育。
3. マレー、PR、ローゼンタール、カンザス州、およびプファラー、マサチューセッツ州（2015）。医療微生物学。Elsevier Health Sciences。
4. Reece、JB、Urry、LA、Cain、ML、Wasserman、SA、Minorsky、PV、およびJackson、RB（2014）。キャンベル生物学。ピアソン教育。
5. Tortora、GJ、Funke、BR、&Case、CL（2016）。微生物学。はじめに。ピアソン。