持続的感染におけるSARS-CoV-2の進化方法

SARS-CoV-2、つまりCOVID-19を引き起こすウイルスは、最初に現れて以来、すごく変わったよね。時間が経つにつれて、ウイルスの新しいバリエーションが出てきて、Alpha、Beta、Gamma、Delta、Omicronみたいな有名なやつが先頭に立ってる。最近では、BA.2.75、XBB.1.5、JN.1みたいなさらに新しいバリアントも見られてる。これらのバリアントは、最初の形とはかなり違ってて、特にウイルスが私たちの細胞に入るのを助ける部分での変化が多いんだ。中には、ウイルスが広まりやすくしたり、私たちの免疫系を回避する手助けをする変化もある。

SARS-CoV-2がそんなに変わる理由の一つは、長い間感染している人の中で進化できるからなんだ。ウイルスに感染した中には、長期間ウイルスのレベルが高い人もいる。これによって、ウイルスは生き残ったり広がったりするための新しい特徴を発展させるチャンスが増えるんだ。私たちの目標は、長期感染している人のSARS-CoV-2の変化を研究することだった。

#持続的感染

SARS-CoV-2の進化についての研究は、医療を受けていてウイルスレベルが高い患者に集中してた。こういう患者は、いろんな理由で免疫系が弱まってることが多いんだ。でも最近の発見では、一般の人々の中にも持続的感染があることがわかった。なぜ一部の人がこれらの持続的感染を経験するのかはまだはっきりしてないけど、私たちはこれらの持続的感染に寄与する要因や、個々の違いに興味を持ってた。

デモグラフィック情報を見た時、年齢層が高い人や男性が持続的感染を持つ可能性が高いことがわかった。576人の持続感染者におけるウイルスの変化を調べる研究を実施したんだ。私たちは彼らの感染がどう異なっているのか、感染に影響する要因、そして新しいバリアントの出現にどのようにつながるかを知りたかった。

#感染中のウイルスの変化

SARS-CoV-2は、宿主の間で広がる際に変異を蓄積していく。私たちの分析では、変異が蓄積する主なパターンを二つ見つけた。一つ目は、単一のウイルス系統の中で変異が徐々に蓄積すること。もう一つは、ウイルスが新しい系統に変わるポイントで急速に変化が蓄積されることがあり、特にウイルスのタンパク質を変える変異が目立った。この「非同義」変異は、ウイルスの動作を変えることが多く、ウイルスがより効果的に広がったり免疫系を避けたりする結果になる。

ウイルスの進化は、感染している期間にも依存することが多い。長期間ウイルスを持っている人は、より多くの変化が蓄積される可能性が高い。これは、ウイルスが環境に適応する機会が増えるからみたい。

#核酸多様性

持続的感染におけるウイルスの多様性を理解するために、ウイルスサンプルの遺伝的違いを測定した。多くの場合、最初のウイルスサンプルの後、遺伝的多様性が低いことがわかった。これは、ほとんどの感染がウイルスの一つのバージョンから始まったことを意味する。

時間が経つにつれて、ウイルスサンプルの遺伝的バラエティが増加した。ほとんどの感染では、遺伝的多様性が約100日間増加し、その後、横ばいになるか減少が始まることがわかった。これは、感染の終わりに近づくことで生じた変異が、その人のウイルス全体の多様性にはあまり寄与しないことを示唆している。

#非同義変異と同義変異

起こった変異を見たとき、ほとんどが非同義変異で、つまりウイルスのタンパク質に変化をもたらすものだった。この種の変異は通常、ウイルスの行動に影響を与えるため、より重要なんだ。一方で、同義変異はウイルスのタンパク質を変えない。

私たちの研究では、感染の初期段階では非同義変異と同義変異の量が似てた。でも、時間が経つにつれて非同義変異が増えていって、これらの変化がウイルスに利益をもたらす可能性が高いことを示してる。

#進化の速度

私たちは、個人の中でウイルスが変わる速度を計算した。結果は、ウイルスが進化する速度にはかなりのばらつきがあることを示した、特に非同義変異に関して。このことは、一部の個人が他の人よりもウイルスの急速な変化を経験したことを示唆してる。興味深いことに、非同義進化の速度は同義変異のそれよりもかなり高かった。

さらに、感染の持続期間がこれらの進化速度と関連していることに気づいた。長い感染は、ウイルスの変化の速度を速めることが多く、免疫系の反応が弱いため、ウイルスがより適応しやすくなるからかもしれない。

#繰り返される変異

私たちの研究では、複数の個体に現れた多くの変異を特定した。これらの変異のほとんどは非同義で、ウイルスの機能に重要な役割を果たす可能性がある。特に、いくつかの変異は宿主内でウイルスに有利な影響を与える一方、他の宿主に広がるときには不利になる可能性がある。

例えば、特定の変異はウイルスが免疫系を回避するのを助け、感染者の中で生き残ることができる。でも、もしこれらの変異がウイルスが一人から別の人へ移動する能力を損なったら、それが効果的に広がるのを制限することになるかもしれない。

#研究からの洞察

この研究は、持続的感染を持つ個人の中でSARS-CoV-2がどのように進化するかについての重要な洞察を提供してくれる。私たちはウイルスの変化において違いを見たけど、これは主に非同義変異によって引き起こされてた。さらに、スパイクタンパク質の受容体結合領域（RBD）は、変化の速度が最も高いことがわかった。これは、強い選択圧の下にある可能性があるってことを示してる。

持続的感染を持つ人々のデモグラフィック特性を調べたら、高齢者がこれらの延長した感染にもっとかかりやすいことがわかった。驚くべきことに、ワクチン接種の状態のような要因は、ウイルスの進化の速度にはあまり影響を与えないみたい。

#結論

私たちの発見は、持続的感染とSARS-CoV-2の進化の間の複雑な関係を浮き彫りにする。長期感染は、ウイルスが適応したり、免疫系を逃れたりするために変化を発展させる環境を提供する。

これらのダイナミクスを理解することは、ウイルスが今後どう進化していくかを予測するのに重要で、COVID-19の管理や治療に向けた戦略を立てるためにも役立つ。今後もこの分野の研究を続けることで、ウイルスの進化の複雑さと公衆衛生への影響を解明していけるだろう。