ウイルス侵入

ウイルス侵入（Viral Entry）

ウイルスのライフサイクルにおいて、最も初期かつ決定的なステップの一つが「ウイルス侵入」です。これは、ウイルス粒子が標的となる宿主細胞と接触し、その内部にウイルスの構成物質（主に遺伝情報）を送り込む過程を指します。この段階が成功しなければ、その後のウイルス複製や感染の拡大は起こりません。

宿主細胞への接近と付着

ウイルスが細胞へ侵入するためには、まず宿主細胞の表面に到達し、しっかりと「付着」する必要があります。ウイルスの種類によってこの方法は異なりますが、一般的にウイルス粒子表面にある特定の分子（タンパク質など）が、宿主細胞の表面に存在する特定の分子（これを「受容体」や「付着因子」と呼びます）に結合することで付着が成立します。ウイルスが結合できる受容体を持つ細胞は「感受性細胞」と呼ばれ、感染が成立するためにはウイルスが感受性細胞に付着する必要があります。

裸のカプシドを持つウイルス（ウイルスの遺伝情報がタンパク質の殻であるカプシドだけで覆われているタイプ）は、細胞表面の付着因子に結合した後、細胞膜に直接穴を開けるなどしてゲノムを挿入することがあります。

一方、「エンベロープ型ウイルス」（カプシドがさらに脂質の膜（エンベロープ）で覆われているタイプ）の場合、付着のプロセスはより複雑です。ウイルスのエンベロープ上のタンパク質が細胞表面の受容体と結合することで付着が起こります。この結合により、ウイルスの膜と細胞の膜が互いに近接し、その後の膜の融合などが促進されます。ヒト免疫不全ウイルス（HIV）や単純ヘルペスウイルスなどがエンベロープ型ウイルスの例です。

細菌に感染するウイルスである「バクテリオファージ」も、同様に細菌表面の受容体に付着します。例えば、多くのバクテリオファージは尾部を使って細菌に結合します。

細胞内への侵入メカニズム

宿主細胞の細胞膜は脂質二重層からなる自然なバリアであり、これを乗り越えなければウイルスは細胞内に到達できません。このバリアを突破するメカニズムは、ウイルスの種類によって大きく異なり、主に以下の３つのタイプがあります。

1. 膜融合（Membrane Fusion）

これは主にエンベロープ型ウイルスが利用するメカニズムです。ウイルスが細胞表面の受容体に付着した後、ウイルスのエンベロープと宿主細胞の細胞膜が文字通り融合します。この融合プロセスによって、ウイルス内部のカプシドや遺伝物質が直接細胞質内に放出されます。付着のために一次受容体が使われた後、膜融合を開始するために二次受容体が必要となる場合もあります。HIVや単純ヘルペスウイルス、カポジ肉腫関連ヘルペスウイルス（KSHV）などがこの方法で侵入します。

2. エンドサイトーシス（Endocytosis）

多くのウイルス、特にエンベロープを持たないウイルスが利用するのが、細胞が外部から物質を取り込む際に使う「エンドサイトーシス」という仕組みです。細胞は、栄養やその他の必要な分子を取り込むために、細胞膜の一部を陥没させて小胞（エンドソーム）を作り、その中に外部の物質を取り込みます。ウイルスはこの細胞本来の機能を乗っ取り、まるで「飲み込まれる」かのように細胞内に取り込まれます。細胞内にできたエンドソーム小胞の中に入ったウイルスは、細胞質にアクセスするためにこの小胞から脱出する必要があります。ポリオウイルスや口蹄疫ウイルスなどの裸のカプシドウイルスがこの方法を利用します。

興味深いことに、SARS-CoV-2を含む多くのエンベロープ型ウイルスもエンドサイトーシスを利用して侵入します。エンドソーム内部はpHが低く、特定のプロテアーゼが存在するため、ウイルスはここでカプシドを開いて遺伝物質を放出する準備を整えることができます。また、エンドソームはウイルスを細胞内深部へ輸送し、細胞表面にウイルスの痕跡を残さないため、免疫系による認識を回避する助けにもなります。

3. 遺伝子注入（Genome Injection/Viral Penetration）

この非常に特殊な侵入方法では、ウイルス粒子全体が細胞内に入るのではなく、ウイルスゲノムだけが細胞質内に直接送り込まれます。ウイルスの大部分（カプシドなど）は細胞表面に残されます。このメカニズムは、感染にウイルスの遺伝物質だけが必要とされる特定のウイルスに見られます。最もよく知られた例はバクテリオファージです。例えば、T2ファージは細菌表面に付着すると、その尾部を使って細胞膜に穴を開け、頭部にあるDNAゲノムのみを細菌細胞内に注入します。

侵入後のプロセス

ウイルスが細胞内に無事侵入した後、すぐにウイルス粒子の複製が始まるわけではありません。侵入直後のウイルスは、自身のタンパク質を合成したり（これは宿主細胞の機構を利用して行われます）、可能であれば宿主細胞の様々な機能を制御下に置こうとします。これには、細胞の防御機構の抑制、細胞内のシグナル伝達の操作、さらには宿主細胞自身の遺伝子転写やタンパク質翻訳の抑制などが含まれます。これらの細胞毒性的な作用が、多くの場合、感染した細胞の機能不全や死につながります。

細胞がウイルス粒子を受け入れ、その内容物（カプシド内のタンパク質とゲノム）を展開する能力を持つ場合、その細胞は「感染しやすい」、すなわち感受性であると判断されます。ウイルスゲノムが細胞質に放出されると、それは次の重要な段階である「ウイルス複製」の準備となります。ウイルス複製は、侵入後数秒から数時間かけて徐々に開始されます。緑色蛍光タンパク質（GFP）などのツールを用いることで、これらの侵入や初期感染の様子をリアルタイムで観察することも可能になっています。

ウイルスの侵入メカニズムの多様性は、それぞれのウイルスがどのように宿主細胞に適応し、感染を成立させるかの戦略を反映しています。これらのメカニズムを理解することは、抗ウイルス薬やワクチンの開発において極めて重要です。

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