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役に立つ薬の情報~専門薬学

ウイルスの構造と増殖過程

 

細菌にはタンパク質合成に関わるリボソームなど、自分自身で生きていくための機能が備わっています。しかし、ウイルスにはそのような機能が全くありません。

 

ウイルスの構造を簡単に言ってしまえば、「膜の中に遺伝情報が入っているだけ」の構造となっています。そのため、ウイルスは細菌と比べてはるかに小さい病原微生物です。

 

なお、ここでの遺伝情報とは、DNAまたはRNAのことです。ウイルスはその種類によってDNAをもっていたりRNAをもっていたりと様々です。

 

例えば、B型肝炎ウイルスはDNAウイルスですが、インフルエンザウイルスはRNAウイルスです。エイズの原因となるHIVウイルスはその構造中にRNAを保有しているため、RNAウイルスです。

 

 DNAウイルス、RNAウイルス

 

そしてこの時、DNAやRNAは核酸とも呼ばれます。「核酸」という単語が出てくれば遺伝情報のことを思い浮かべることができれば問題ありません。この遺伝情報としての核酸を膜で包んでいる状態がウイルスの基本構造です。

 

核酸と膜だけで構成されているため、ウイルスは自分自身の力だけで増殖することはできません。増殖には私達の細胞に寄生する必要があります。

 

 ウイルスの構造

 

抗ウイルス薬を考える上で、「ヒトには作用しないが、ウイルスには毒として作用する薬」を創出する必要があります。このように、「ウイルスだけに作用する」など構造の違いを利用して特定の生物だけに作用させることを選択毒性と呼びます。

 

しかし、ウイルスは前述の通り「核酸(DNAまたはRNA)+膜」という単純な構造をしています。構造が単純すぎるため、ウイルス特有の構造はなかなか見つかりません。

 

そのため、ヒトとウイルスの違いを見分けることは困難であり、ウイルスに対する選択毒性を見つけることはとても難しいです。実際、抗ウイルス薬の開発は細菌に対する抗菌薬開発よりも約50年遅れました。

 

 DNAとRNA
ウイルスを考える上でDNAとRNAを考慮することが重要となります。DNAやRNAは遺伝情報が集まったものです。これらの情報を元にしてタンパク質が作られ、私達の体を構成するようになります。

 

傷を負ったときに皮膚の修復をするためのタンパク質はDNAなどの遺伝子にコードされています。そのため、これらDNAやRNAは全ての情報源であり、この情報を元にして体の全てを構築することができます。

 

例えば、料理をする時には料理本が必要になります。この時、全ての情報が書かれている料理本がDNAとなります。DNAにはあらかじめ「どのような材料を利用してタンパク質を作れば良いか」などの情報が描かれています。そのため、これらDNAに書かれている情報を元にしてタンパク質が作成されます。

 

ただし、料理本としてのDNAが図書館にある場合、容易に持ち出すことができません。そこで、本に書かれている内容を簡単に持ち運び可能な一枚の紙に書き写します。この時に書き写した紙がRNAに当たります。

 

全ての情報が書かれているDNAとしての本はとても分厚く持ち出しにも手間がかかります。そこで、簡単に持ち運べるようにDNAの中でも必要な内容だけを紙に書き起こすのです。

 

このRNAの情報を元にして、ようやくタンパク質が合成されるようになります。このように、大きく考えると「DNA → RNA → タンパク質」という流れになります。

 

 DNA → RNA → タンパク質

 

まずは全ての情報源であるDNAからRNAが作られます。このレシピとしてのRNAからタンパク質が作成され、このタンパク質が組み合わさることによって私たちの体が構成されるようになります。

 

 ・ウイルスの構造と増殖過程
ウイルスはとても単純な構造をしています。その形としては、遺伝子であるDNAまたはRNAの周りにカプシドと呼ばれるタンパク質の殻で覆われているだけです。

 

もう少し複雑になったウイルスはさらにエンベロープと呼ばれる膜が存在することもあります。しかし、複雑と言っても基本的にはたったこれだけの構造となっています。

 

ウイルスはその種類によってDNAまたはRNAのどちらかを保有しています。そのため、どちらの遺伝子を持っているかによってDNAウイルスと呼ばれたりRNAウイルスと呼ばれたりします。

 

なお、細菌にはタンパク質合成に関わるリボソームなど、細胞増殖のために必要な機能が一通り備わっています。しかし、ウイルスは「遺伝情報が膜に包まれている」という単純な構造のために自分自身で増殖することができません。

 

そこで、ウイルスは他の生物の力を借りて増殖します。つまり、他の生物に寄生することによってようやく自分自身を増殖させることが可能になります。

 

以下に、ウイルスの基本的な増殖過程について記します。

 

 ウイルスの基本的な増殖過程

 

 ① 細胞への吸着
ウイルスは自分だけの力で増殖する能力を持たないため、他の生きている細胞に寄生する必要があります。そのため、ウイルス感染の最初は「他の生物の細胞表面に吸着すること」から始まります。

 

ウイルスが細胞に吸着した後、細胞内へと侵入していきます。このとき、ウイルスは保有しているDNAまたはRNAなどの核酸を細胞内へ遊離させます。

 

ウイルスによってDNAをもっていたりRNAを保有していたりするため、遊離する遺伝子がDNAかRNAかはウイルスの種類によって異なります。

 

なお、DNAやRNAなどの核酸が遊離するためには、ウイルス細胞の膜が分解される必要があります。ウイルスの膜としては前述の通りカプシドやエンベロープなどがあります。これらのタンパク質が分解されて細胞内にウイルスの核酸が侵入するようになります。

 

このように、ウイルス細胞の膜が破壊されることによって核酸(DNAやRNAなど)が細胞内に侵入してくる過程を脱殻(だっかく)と呼びます。

 

 ② ウイルスの複製
脱殻によって細胞内に遊離したDNAやRNAなどの遺伝子は核の中に送り込まれます。私たちのもともとの遺伝子は細胞内の核の中に存在しています。そのため、ウイルスの遺伝情報である核酸も同じように核に中に入ります。

 

核の中にウイルスの核酸が取り込まれると、今度は細胞を乗っ取ってウイルス自身のタンパク質や核酸を合成させるようにプログラムします。これによって、ウイルスの複製に必要なタンパク質や核酸(DNAまたはRNA)を大量に合成するようになります。

 

 ③ ウイルス粒子の放出
ウイルス由来のタンパク質や核酸が合成された後、これらバラバラの部品は細胞内で集合する必要があります。これらの部品が組み立てられることによって、最終的にはウイルスが複製されるようになります。

 

細胞内で新しいウイルスが出来上がると、このウイルスが細胞から放出されます。そして、また次の細胞へと感染することによって症状が悪化していきます。

 

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