ウイルスに自然に発生する変異は，ウイルスに何も影響を与えないこともあれば，ウイルスを障害することもあれば，ウイルスの複製を促進することもある (Marta Gaglia)．

[出典] "How viruses mutate and create new variants" McNeil T. TuftsNow. 2021-06-09. https://now.tufts.edu/articles/how-viruses-mutate-and-create-new-variants

　米国タフツ大学のニュースを発行しているTuftsNowが，さまざまなウイルスがどのように変異するのか，SARS-CoV-2とその感染を阻止するワクチンにどのような意味があるかについて，タフツ大学医学部の分子生物学・微生物学の准教授Marta Gaglia (以下，MG)にインタビューした．

TuftsNow: DNAウイルスとRNAのウイルスとは何が違うのですか？

MG: ゲノム (全遺伝情報)をDNA分子に記録しているかRNA分子に記録しているかの違いです．私達や多細胞生物のゲノムは全てDNAですが，ウイルスの中には，SARS-Co-V-2を含むコロナウイルスのようにRNAをベースとするウイルスが多種類存在します．

TuftsNow: DNAとRNAの違いを手短に説明してください．

MG: DNAとRNAは非常に良く似た分子です．DNAはほとんどが，2本のポリヌクレオチド鎖が結合した二本鎖であり，アデニン (A), シトシン (C), グアニン (G), およびチミン (T)と呼ばれる塩基が互いに対になることで，分子として安定しています．RNAは，多くの場合一本鎖で，ウリジン (U)のようにDNAと異なる塩基も部品としますが，DNAと大まかには同じものです．私たちの細胞は通常DNAゲノムを維持しており，細胞分裂に際してDNAゲノムのコピーを作り出します．

TuftsNow: ウイルスのゲノムにはさまざまな種類があるのですか？

MG: ウイルスによって，DNA二本鎖，DNA一本鎖，RNA一本鎖，RNA二本鎖など、さまざまな種類のゲノムを帯びています．

　DNAとRNAは互いに似ている高分子ですが，化学的性質は微妙に異なり，構成するタンパク質や機能するタンパク質 (酵素)も微妙に異なります．こうした微妙な違いが，ゲノムの変異のし易さや，ウイルスに必要なタンパク質などの構成分子の違いを産み出します．

　DNA二本鎖をゲノムとするウイルスの場合は，DNA二本鎖をゲノムとするヒト細胞の全ての酵素を利用することができます．しかし，SARS-CoV-2やSARS-CoV (2003年流行)といったRNAゲノムをベースとするウイルスの場合は，RNAゲノムのコピーを作り出すために，RdRp (RNA依存性RNAポリメラーゼ)と呼ばれる特別な酵素が必要になります．

TuftsNow: 変異はどのように起こるのでしょうか? DNAウイルスとRNAウイルスで違うのでしょうか?

MG: 塩基のAとT，CとGの間には相補性があり，DNAとRNAの一本鎖に対して，AとTおよびCとGの相補的な塩基の結合を促進する酵素が存在することで，一方の塩基がもう一方の塩基と対合する(ペアになる)ことでDNAやRNAのコピーが進みますが，対合に間違いが産まれることがあります．例えば，塩基のAは，DNAまたはRNAかによって，TまたはUと対合しますが，Cと対合してしまうといった間違いです．これが突然変異になります．

　私達のDNAの複製の場合は，対合間違い (以下，エラー)を修正する仕組みを備えている傾向があります．通常は生成されたDNA二本鎖の構造が変なこと (weird)を感知してエラーが発生したと判断し，エラーを排除・修復する仕組みです[*1]．この修正過程は，DNAが複製されている間に進行し，それは，お手本のテキストを入力している間に，ミスタッチに気づいてその場で修正するようなものです．
[*1]  "DNAの損傷が起きると どうなるでしょう — モニカ・メネシニ" YouTube TED-Edチャネル. 2015-09-22 (英語: 4分58秒). https://www.youtube.com/watch?v=vP8-5Bhd2ag

　RNAウイルスの多くが，RNAゲノム複製 [*2]の際のエラーを修正する仕組みを備えていません．コロナウイルスはRNAウイルスには例外的に，エラーを修正する酵素を備えています．このため，他のRNAウイルスよりも変異率が低いのですが，DNAゲノムほどにはうまく機能しているとは思いません．
[*2] 新型コロナウイルスの複製過程について，crisp_bio記事の「新型コロナウイルスのスパイク (S)タンパク質とは?」の2021-01-20の項参照．https://crisp-bio.blog.jp/archives/23213830.html 

　ほとんどのRNAウイルスはエラーを修正する仕組みを備えていないので突然変異が多発するという考えがあります．こうした現象は，ウイルスが急速に変異し，私達の免疫システムを回避できる可能性が高まることから，私達にとっては好ましくありません．一方で，突然変異が多すぎると，ウイルスにとっても好ましくありません．なぜなら，ウイルスが自壊してしまうからです．

　突然変異が残ったウイルスは感染力を増すのか，感染力を失っていくのか．突然変異自体には意図はなく，感染力が高まれば感染拡大過程で選択されて優勢になっていく可能性が高まり，感染力が変わらなければ感染が持続し，感染力が下がれば，その変異株は消えていきます．今回のパンデミックでは，突然変異が発生し，そのうちのいくつかの感染が拡大しましたが，感染力が圧倒的に高まったのではなく，それ以前の株に対してわずかに高まったに過ぎないことが明らかになりました．

TuftsNow: 突然変異に影響を与えるものがその他にもありますか？

MG: 突然変異のもう一つの側面は，ウイルスが感染後の細胞内で，自身のコピーを数百から数千作るということです．このことによって，感染細胞内で突然変異が起こる可能性が高まります．

TuftsNow: 感染力が高まったからとしって，必ずしも毒性が強いとは限りませんよね，複製と細胞への侵入が上手になるだけ？

MG: そうです．細胞に侵入するのが上手になるということです．病原性には，ウイルスの複製以外のさまざまな特性が関係しています．

TuftsNow: オリジナルのウイルスの変異株は，他の変異株と混ざって，新たな変異株になりますか？

MG: ウイルスの各株のゲノムは互いに独立ですが，同じ細胞に2種類の株が同時に感染した場合には，互いのゲノムの間で組み換えが進むことで，自然突然変異以外の過程での新たな変異株が発生する可能性があります．

　このような現象は極めて稀かもしれませんが，ウイルスは指数関数的に増殖するために，稀な現象であっても，一定の確率で発生します．

TuftsNow: 新型コロナウイルスのワクチンは，変異株が発生したらアップデートする必要がありますか？ インフルエンザウイルスの場合は毎年の流行株にあったワクチンを接種していますが，こうしたことは全てのウイルスに当てはまるのでしょうか．

MG: インフルエンザウイルスに対しては，シーズン毎の流行株・変異株に対応可能なユニバーサル・ワクチン開発が試みられていますが，新型コロナウイルスに対してはそこまで技術が進んでいません．

　私は，新型コロナウイルスの変異株はワクチンから決定的に逃れ (escape)られないと思っていますが，変異株の免疫逃避を人々が恐れていることは確かであり，ワクチンを　アップデートしなければならなくなる可能性があります．

　また私は，ワクチン接種をどれだけ早く完了できるかにもよりますし，多くの人がワクチン接種するまでにあらな変異株がどれだけ発生するかにもよりますが，インフルエンザウイルスのようになるというエビデンスがあるとは思っていません．

TuftsNow: インフルエンザウイルスはコロナウイルスとどう違うのですか?

MG: インフルエンザウイルスもRNAウイルスですが，コロナウイルスのようなエラー修正の仕組みを備えていないことから，より多く変異が発生します．インフルエンザウイルスのゲノムは変化が激しく，免疫回避しやすくなるライフサイクルを維持しているようです．

　しかし，コロナウイルスも，一定の地域に定着して流行を繰り返す風土病 (endemic)になった場合は，微妙に異なるウイルスが発生し，ブースター (追加)のワクチン接種が必要になる可能性はあります．また，ワクチン接種によって人々が免疫を獲得すると，それがウイルスに強い選択圧をかけることになり，新たな変異株が発生する可能性があります．こうした現象は，繰り返しになりますが，もともと変異率が高いインフルエンザで進行し，新型コロナウイルスで進行する可能性は低いです．