「ウイルス社会学」
ウイルスの社会システムを撹乱せよ！
東北大学大学院農学研究科
植物病理学分野 助教
宮下脩平

みなさんの専門は？
• 医学（臨床）• 医学（基礎）• ウイルス学• 薬学• 農学、獣医学• その他 自然科学
• その他

• dsDNA• ssDNA• dsRNA• ss(+)RNA• ss(-)RNA• retro• para retro• いろいろ農学のミッションと植物病理学• 食糧の安定生産• 健康への寄与• 環境の保全

雑草害 10%
虫害
12%

ウイルス対策・感染植物を引っこ抜く・媒介生物を駆除
・抵抗性品種の利用→変異により打破

病害 12%
８億人分
実生産割合 66%

農学のミッションと植物病理学• 食糧の安定生産• 健康への寄与• 環境の保全

1a2a
3a

GFP
CP

ウイルスベクターによる遺伝子発現→変異により脱落農学のミッションと植物病理学• 食糧の安定生産• 健康への寄与• 環境の保全昨年度講師 岡山大 鈴木先生ウェブサイトより

Wikipediaより

植物ウイルスについて、少しご紹介• 世界で初めて見つかったウイルスはタバコモザイクウイルス (Ivanovsky, 1892)

植物ウイルスについて、少しご紹介• 農業上重要なウイルスの多くは(+)鎖RNAウイルスか(-)鎖RNAウイルス
Alphavirus superfamily
・cucumber mosaic virus
・soil-borne wheat mosaic virus
Picornavirus superfamily
・wheat yellow mosaic virus
・potato virus YBuniyavirales
・tomato spotted wilt virus

植物ウイルスの生活環
5) 新しい植物体へレセプター等不要
プラズモデスマータ（原形質連絡）を通る
3) 増えては隣へ、を繰り返す

篩管

4) 篩管を通って植物体全体に感染

2) 細胞内で増える（100万コピー）1) 侵入ウイルスの社会？
• RNAウイルスの変異率はヒトの40~4000倍→多様なゲノム配列の「個体」が細胞内に共存多様な個体が共存
利害関係の発生ルールの策定集団の発展

利害関係• 最たるもの：ウイルス遺伝子産物の共有利用

例外的なものを除き、遺伝子産物は共有利用される

フリーライダー問題• 変異体は一回の細胞感染で5%程度生じる• 変異体の大半は、できそこないできそこないが他のゲノムの産物を利用して生き残り、フリーライダー化
ウイルスは何らかの方法でフリーライダーを排除しているはずどうやってフリーライダーを排除しているのか？
→ ゲームで考えてみましょう！

適応的なゲノム の産物に適応的でないゲノム がタダ乗り（フリーライダー）どうすれば、適応的なウイルス が適応的でないウイルス と一緒にならないようにできるか？

玉を見ないで好きな数とりだす（４回）

１皿目
適応的でないもの適応的なもの同じ数ずつ混ぜてある＝新しい細胞に感染するウイルスを決める

２皿目

３皿目

４皿目

４皿のうち１皿でもいいので、適応的なもの だけを取り出せたら成功(プレゼントあります)たねあかし• 取り出す数が少ないほど、適応的なものだけを取り出しやすくなる
成功！

成功！

１コずつ成功！
２コずつ３コずつ→新しい細胞に感染するとき、少ない数のウイルスだけが感染すると、適応的でないものと適応的なものをわけることができる

感染ゲノム数の推定：
ムギ類萎縮ウイルス
RNA15’ Cap

MT

HEL

POLMP

3’TLS

UGA readthroughCUG initiation

RNA25’ Cap

CP

RT

p19

cDNAコンストラクト配列の置換

SP6
promoterpJS2.NLSYFP.p19

YFP

p19

pJS2.NLSCFP.p19

CFP

p19

NheI

3’TLS

UGAreadthrough

SpeI

1 kb

RNA1
5’ Cap

MT

HEL

POL

MP

3’TLS

UGA readthroughRNA2.NLSYFP.p19
5’ Cap

YFP

p19

3’TLS

Chenopodium quinoa
RNA2.NLSCFP.p19
5’ Cap

CFPp193’
TLS

2種類のRNA2とRNA1を混合して接種

22 hpi蛍光の分離の進行

72 hpi (7~9 細胞間移行後)、感染域の最前線では殆ど完全に蛍光が分離1822 hpi蛍光の分離の進行

72 hpi (7~9 細胞間移行後)、感染域の最前線では殆ど完全に蛍光が分離

平均5~6ゲノムだけが細胞で感染を成立させる
MOI(multiplicity of infetion) は５～６19

フリーライダー排除の「ルール」
としての小さいMOI
r = 0.8 S(r)=1

r = 0.2

少数の感染による確率的なばらつき

S(r)= 0.9S(r)=0.1

次の感染確率 S(r)Ne

r = 0.41

SA 1 e30(0.3A)Ne

の比率 r

→集団全体でのフリーライダーの比率の変化をシミュレーション

フリーライダーの比率

フリーライダー排除の「ルール」
としての小さいMOI0.2

感染ゲノム数：50, 100200.1
1050.600 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

細胞間移行回数

フリーライダー排除の「ルール」
としての小さいMOI
細胞間移行後のMOI:

植物RNAウイルス
ムギ類萎縮ウイルス: 5~6 (Miyashita and Kishino, 2010)
トマトモザイクウイルス: ~4 (Miyashita et al., 2015)
動物DNAウイルス
単純ヘルペスウイルス: 1.4 (Taylor et al., 2012)
pseudorabies virus: 1.6 (Taylor et al., 2012)
動物レトロウイルス
ヒト免疫不全ウイルス: ~4 (del Portillo et al., 2011)１個だけ感染すれば良いのでは？

存続

存続
1個だけ感染消滅

感染ゲノム数は確率的にばらつく
Miyashita et al.
PLOS Biol. (2015)
トマトモザイクウイルスのプロトプラスト（単離した細胞）接種で平均4くらいの感染を再現

細胞の感染ゲノム数
5,000

2267

確率的
複製

分解

感染ゲノム数が確率的にばらつくので・・・

ポワソン分布。

平均=30.40.350.30.25

感染ゲノム数平均=10.20.15

0.10.40.050.35

比率

5%00.30123456789100.25
0.20.40.15

0.35

0.1

0.3

0.05

0.25

00.2
0123456789

感染ゲノム数
感染ゲノム数0=感染に失敗する確率37%

100.15

平均=5
<1%

0.1
0.05
0012345678910

感染成功率1.2
1

適応と感染率確保の両方を満たす
平均５前後が適切なのではないか？

0.80.60.40.200

適応

2468

感染ゲノム数平均 (MOI)

10

感染率

感染成功率1.2MOI≃５のルールをウイルス社会は形成してきた？

10.80.60.4

MOIの進化シミュレーション

0.200

適応

2468

感染ゲノム数平均 (MOI)

10

感染率

「ウイルス社会学」の提案
フリーライダーの発生協力・裏切り・ルール形成

ゲノム内の葛藤
社会制度の進化ウイルス社会は絶妙なバランスの上に成立
人為的な操作の影響が出やすい＝「ウイルスの社会を撹乱する」制御方法の標的

ウイルス社会撹乱作戦、展開中
E

vRNA

dp

1
R

Miyashita et al., 2015

宿主の翻訳効率・ゲノムの細胞間移行量 (E)
宿主因子の量・複製複合体形成箇所の数 (R)・ゲノムの複製複合体形成確率 (p)宿主のRNA分解効率
・ゲノムの分解確率の逆数 (1/d)の積=MOI

決断を迫られるウイルスたち• 「将軍様、そろそろまたミサイルですか？」• 「大統領、例の壁って本当に作りますか？」• 「あなた、私と仕事どっちが大事なの？」• 「僕より君の仕事が大事ってこと？」謝辞• 東京大学• 農研機構• 東北大学

岸野洋久教授・白子幸男教授
石川雅之博士・石橋和大博士
高橋英樹教授・安藤杉尋准教授
鈴木万智・Sietske van Bentum・本多宗一郎