バキュロウイルス科

バキュロウイルス科
バキュロウイルスのビリオンとヌクレオカプシド
ウイルスの分類この分類を編集
（ランクなし） ウイルス
綱 ナルダウイルス科
目 レファウイルス目
科 バキュロウイルス科
属

バキュロウイルス科はウイルスの科です。節足動物、特にチョウ目、膜翅目、双翅目が自然宿主として最も研究されています。現在、この科には4つの属に分類され、85種が属しています。 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]

バキュロウイルスは昆虫に感染することが知られており、600種以上の宿主種が記載されています。鱗翅目昆虫（蛾や蝶）の幼虫が最も一般的な宿主ですが、ハバチや蚊にも感染することが確認されています。バキュロウイルスは培養された哺乳類細胞に侵入することができますが[ 4 ] 、哺乳類やその他の脊椎動物細胞 内で複製できることは知られていません。

1940年代以降、農作物における生物農薬として広く使用され、研究されてきました。バキュロウイルスは、80～180 kbpの環状二本鎖DNA （dsDNA）ゲノムを有しています。

歴史的影響

バキュロウイルスに関する最も古い記録は、16世紀の文献に見られる「萎凋病」の報告で、カイコの幼虫に感染したというものです。[ 5 ] 1940年代以降、このウイルスは農作物のバイオ農薬として広く使用され、研究されました。1990年代以降、昆虫細胞培養において複雑な真核生物タンパク質を生産するために利用されてきました（Sf21、High Five細胞を参照）。これらの組み換えタンパク質は、ヒトおよび獣医学の両方において、研究やワクチンとして使用されてきました（例えば、鶏におけるH5N1型鳥インフルエンザの予防に最も広く使用されているワクチンは、バキュロウイルス発現ベクターで生産されました）。最近では、バキュロウイルスが適切なプロモーターを用いて哺乳類細胞に形質導入することが発見されました。[ 6 ]

バキュロウイルスのライフサイクル

NPVのライフサイクルの図
NPVに感染した死んだ幼虫

バキュロウイルスのライフサイクルには、2つの異なる形態のウイルスが含まれます。閉塞由来ウイルス（ODV）はタンパク質マトリックス（ポリヘドリンまたはグラニュリン）に存在し、宿主への一次感染を引き起こします。一方、出芽ウイルス（BV）は、二次感染の際に感染した宿主細胞から放出されます。

バキュロウイルスは無脊椎動物において種特異的な親和性を示し、700種以上の宿主種が記載されています。鱗翅目昆虫の幼虫が最も一般的な宿主ですが、ハバチや蚊にも感染することが確認されています。エビや甲虫（例えば、Oryctes rhinocerus）へのバキュロウイルス感染の報告は、バキュロウイルスと近縁の系統であるヌーディウイルスによるものであることが判明しています。

通常、最初の感染は、感受性のある宿主昆虫が閉塞型のウイルスに汚染された植物を摂食することで発生します。宿主の中腸（胃）のアルカリ性環境でタンパク質マトリックスが溶解し、ODVが放出されます。ODVはその後、宿主の腸管の円柱上皮細胞膜に融合し、エンドソームに取り込まれて細胞内に取り込まれます。ヌクレオカプシドはエンドソームから脱出し、核へと輸送されます。この段階は、おそらくアクチンフィラメントによって媒介されます。ウイルスの転写と複製は細胞核で起こり、新しいBV粒子が基底外側から出芽して感染を全身に広げます。出芽の過程で、BVはウイルス糖タンパク質を発現・提示した、緩くフィットする宿主細胞膜を獲得します。

環境中におけるバキュロウイルスの拡散経路

バキュロウイルス感染後、3 つの異なる段階が発生します。

  • 初期（0～6時間）
  • 後期（6～24時間）
  • 極後期（18～24～72時間）

BVは後期に産生されますが、ODVは極後期に産生され、宿主細胞核からエンベロープを獲得し、閉塞体タンパク質のマトリックスに埋め込まれます。これらの閉塞体は、細胞が溶解する際に放出され、バキュロウイルス感染を次の宿主へとさらに広げます。細胞の広範な溶解は、宿主昆虫を文字通り崩壊させることが多く、これが「萎凋病」という歴史的な名称の由来です。完全なODVポリヘドリン粒子は熱と光による不活化に耐性がありますが、裸のBVウイルス粒子は環境に対してより敏感です

幼虫に感染すると、感染が進行し、宿主は休むことなく摂食を始め、通常は捕食者の危険から避ける露出した場所を含む樹木の高い場所に登ります。これはウイルスにとって有利であり、宿主が溶解するとウイルスが葉に滴り落ち、新しい宿主がそれを摂取します。[ 7 ]

伝染性

核多角体病ウイルスのもう一つの犠牲者

人間の胃は酸性であり、核多角体病ウイルス（NPV）は増殖するためにアルカリ性の消化器系を必要とするため、このウイルスは昆虫のように人間に感染することはできません。ウイルスの結晶が人間の細胞に侵入することは可能ですが、病気を引き起こすほどに増殖することはできません。[ 8 ]

ウイルス粒子の構造

核多角体ウイルスの図

最も研究されているバキュロウイルスは、オートグラファ・カリフォルニカ・マルチカプシド核多角体ウイルス（AcMNPV）です。このウイルスはもともとアルファルファループ（チョウ目）から単離され、  154のオープンリーディングフレームを持つ134 kbpのゲノムを有しています。主要カプシドタンパク質VP39は、いくつかのマイナータンパク質と共に、p6.9タンパク質を含むDNAを包むヌクレオカプシド（21 nm x 260 nm）を形成しています。[ 9 ]クライオ電子顕微鏡を用いた解析により、主要カプシドタンパク質VP39は、共有結合によって架橋されたらせん状のチューブを形成し、高度に凝縮された134 kbpのDNAゲノムを保護していることが示されました。チューブの端はベースとキャップのサブ構造によって密閉されており、これらは126サブユニットのハブを共有しているが、アクチンテールを介した推進とヌクレオカプシドの核への進入を促進する成分がそれぞれ異なる。[ 9 ]

VP39のフォールドは新規であり、バキュロ様ではないdsDNAウイルス（VaridnaviriaおよびDuplodnaviria）がコードする主要カプシドタンパク質のフォールドとは無関係である。VP39のN末端にはCCCHジンクフィンガーモチーフが含まれており、ジンクフィンガーの「ナックル」ターンには最初の2つのシステインを含む異常な延長部が形成されている。この延長部は主要カプシドタンパク質本体から突出し、ヌクレオカプシド中の隣接するVP39鎖の2つのCys29残基間に二量体間ジスルフィド結合を形成するという構造的役割を担っている。[ 9 ]

BVは細胞膜からエンベロープを獲得し、全身感染を広げるために糖タンパク質gp64を必要とします。このタンパク質は出芽ウイルス粒子の一端にペプロマーと呼ばれる構造を形成しますが、ODVには存在しません（ただし、他のいくつかのタンパク質はODV型にのみ関連しています）。また、2つの型のウイルスエンベロープの脂質組成にも違いがあります。BVエンベロープはホスファチジルセリンで構成されていますが、ODVはホスファチジルコリンとホスファチジルエタノールアミンを含んでいます。

AcMNPVゲノムにおいて、ヌクレオカプシド形成必須要素（NAE）が同定された。NAEはac83遺伝子内のシス要素である。ヌクレオカプシド形成はac83タンパク質産物に依存しない。[ 10 ]

主要エンベロープ糖タンパク質gp64

進化の過程で、バキュロウイルスのエンベロープ糖タンパク質は変化を遂げてきました。Ld130は、Lymantria dispar由来のバキュロウイルスFタンパク質（LdMNPV）としても知られ、祖先のエンベロープ融合タンパク質であると考えられています。AcMNPV、Bombyx mori（BmNPV）、Orgyia pseudotsugata（OpMNPV）では、ld130遺伝子は保持されていますが、gp64との非相同遺伝子置換によって置換されました。

Gp64は、棒状のウイルス粒子上に極性を持つホモ三量体膜糖タンパク質です。512個のアミノ酸（aa）から構成され、アスパラギン残基に4つのグリコシル化部位を有し、N末端シグナル配列（20 aa）、オリゴマー形成および融合ドメイン、そしてC末端付近に疎水性膜貫通ドメイン（7 aa）を有します。

gp64は感染サイクルの初期段階と後期段階の両方で産生され、感染後24～26時間で合成速度が最大となる。分子間システイン結合による三量体化は、細胞表面へのタンパク質輸送に不可欠なステップであると考えられる。なぜなら、単量体gp64は細胞内で分解されるため、合成されたタンパク質のわずか33%しか細胞表面に到達しないからである。

gp64は、ウイルス粒子の効率的な出芽と感染サイクル中の細胞間伝播、そしてウイルスの侵入（すなわち、ウイルスの栄養とエンドソームを介した細胞への取り込み）に必須です。gp64エンベロープタンパク質の主な機能は、pH依存性エンベロープをエンドソームに融合させることです。gp64は様々な必須機能を有していますが、gp64を欠損したバキュロウイルスは、水疱性口内炎ウイルスのGタンパク質であるLd130など、他のウイルス糖タンパク質に置換できることが報告されています。これらの置換により、機能的なウイルス粒子が生成されます。

アプリケーション

昆虫細胞におけるバキュロウイルスの発現は、組み換え糖タンパク質や膜タンパク質を生産するための堅牢な方法です。[ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] 1990年代初頭、モンサント社は組み換えバキュロウイルスを簡単かつ迅速に生成できるシステムを開発しました。[ 14 ]バキュロウイルスが産生するタンパク質は、2007年からヒトパピローマウイルス感染に対するワクチンとして使用されており、子宮頸がんの予防に成功しています。[ 15 ]バキュロウイルスが産生するタンパク質は現在、哺乳類由来のタンパク質に比べて免疫学的に優れた点がいくつかあるため、治療用癌ワクチンとして研究されています。[ 16 ]

森林樹木の深刻な害虫であるLymantria dispar（通称スポンジガ）は、スポンジガバキュロウイルス（NPV）製剤の散布によって防除に成功しています。また、特定のハバチ類（ Neodiprion sertifer、N. lecontei、N. pratti prattiなど）も、それぞれに特異的なNPV製剤によって防除に成功しています。

ヘリオティス属（少なくとも30種類の食用・繊維用作物を襲う世界各地に分布する昆虫）は、バキュロウイルス・ヘリオティスの適用によって防除されてきました。1975年、米国環境保護庁（EPA）はバキュロウイルス・ヘリオティス製剤を登録しました。

NPV 製剤は、 Trichoplusia (ブランド名: biotrol-VTN) やcotton leafworm (ブランド名: biotrol-VSE) などの害虫駆除にも商業的に使用されています。

バイオセーフティ

バキュロウイルスは、哺乳類や植物の細胞内で複製することができません。[ 17 ]感染できる宿主の範囲は限られており、通常は限られた数の近縁昆虫種に限られています。バキュロウイルスはヒトに無害であるため、研究用途では安全な選択肢と考えられています。また、穀物食害虫であるインドミールモスの場合のように、生物学的因子としても使用されています。 [ 18 ]しかし、バイオセーフティの観点からは、バキュロウイルスは前述のように昆虫個体群に致命的ではないにしても有害であることを考慮する必要があります。したがって、バキュロウイルスの使用は、環境への拡散を制限する管理された環境で行うことが望ましいです

分類学

この科の名称は、ラテン語で「棒」を意味するbaculusに由来する。この科は4つの属に分類される：アルファバキュロウイルス属（鱗翅目特異的核多角体ウイルス）、ベータバキュロウイルス属（鱗翅目特異的顆粒ウイルス）、ガンマバキュロウイルス属（膜翅目特異的核多角体ウイルス）、デルタバキュロウイルス属（双翅目特異的核多角体ウイルス）。[ 19 ]

核多角体ウイルス

核多角体ウイルス（NPV）は、かつて国際ウイルス分類委員会によってユーバキュロウイルス亜属に分類されていましたが、現在ではバキュロウイルス科の35種を指し、そのほとんどはアルファバキュロウイルスですが、デルタバキュロウイルス1種とガンマバキュロウイルス2種も含まれ ます

ウイルス名の由来となった多面体カプシドは、極めて安定したタンパク質結晶であり、外部環境からウイルスを保護する。蛾や蝶のアルカリ性中腸内で溶解し、ウイルス粒子を放出して幼虫に感染する。[ 20 ]感染する昆虫の例として、アメリカシロヒトリが挙げられる。[ 21 ]

進化

バキュロウイルスは、 3億1000 万年前にヌーディウイルス科のウイルスから進化したと考えられています。[ 22 ]

参照

参考文献

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一般的な情報源

さらに詳しい情報

ウィキメディア・コモンズには、バキュロウイルス科に関連するメディアがあります
Wikispeciesには、バキュロウイルス科に関する情報があります。
「 https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=バキュロウイルス科&oldid=1327595937#核多角体病ウイルス」より引用