3万文字からなる新型コロナウイルスの最初のゲノム配列は、2020年1月に明らかになった。
それ以来、ゲノムの文字が変わる変異が世界各地で報告されている。
これまでに配列が解読された10万件のSars-CoV-2には、こうした変化が1万3,000件以上見つかっている。
しかし、世界のどこにいる患者から採取したウイルス同士を比べても、平均で違いはわずか10文字にすぎない。つまり、Sars-CoV-2は単一のクローン系統に属している。
1月初旬、COVID-19を引き起こすウイルス、Sars-CoV-2の最初のゲノム配列が「Wuhan-1」の名称で公開された。遺伝暗号を構成するA、T、C、Gの3万文字からなるこの配列は、新たに発見されたコロナウイルスの遺伝学を解明する競争の幕開けとなった。現在では、100か国以上のCOVID-19患者から採取された、さらに10万件のコロナウイルスゲノムがWuhan-1に加わっている。世界中の遺伝学者が答えを求めてデータを分析している。Sars-CoV-2はどこから来たのか。いつ人への感染を始めたのか。ウイルスはどのように変異しているのか。そして、それは重要なことなのか。Sars-CoV-2のゲノム研究は、ウイルスそのものと同じく、大規模化し、世界に広がった。
「変異」という言葉からは、能力を高めた危険な新型ウイルスが地球上に広がる姿を思い浮かべがちだ。変異は絶えず生じ、ときには急速に広がる。実際、Sars-CoV-2の初期の変異は、ウイルスがほとんど気づかれないまま広がるなかで世界各地に広がった。しかし、ウイルスを含むあらゆる生物にとって、変異はごく自然な現象だ。その大半は、ウイルスの感染力や病気を引き起こす能力に影響しない。
変異とは、単に違い、つまりゲノムの文字の変化を意味する。Sars-CoV-2の集団は、最初のヒト宿主に感染した時点では、遺伝的にほぼ均一だった2019年後半が、これまでに配列が解読された10万件のSars-CoV-2には、こうした変化が1万3,000件以上見つかっている。それでも、世界のどこにいる患者から採取したウイルス同士を比べても、平均で違いはわずか10文字にすぎない。これはウイルスの遺伝暗号を構成する合計3万文字のごく一部であり、現在流行しているSars-CoV-2はすべて、単一のクローン系統に属するとみなせることを意味する。
ゆっくりと進む変異
ウイルスが大きな遺伝的多様性を獲得するには、時間がかかる。Sars-CoV-2の変異速度はウイルスとしては比較的遅く、どの系統も毎月2つほどの変化を獲得する。これは、同じ期間にインフルエンザウイルスが獲得する変異の数よりも2〜6倍少ない。
それでも、変異は自然選択が作用する基盤となる。多くの場合、変異によってウイルスは機能を失うか、まったく影響を受けない。しかし、新たなヒト宿主におけるSars-CoV-2の感染力に変異が影響する可能性はある。そのため、武漢で最初のSars-CoV-2ゲノム配列が解読されて以来確認された変異のうち、ウイルスの機能を大きく変えるものがあるのか、あるとすればどれなのかを特定するため、集中的な研究が行われてきた。
この文脈で悪名高い変異の一つが、Sars-CoV-2のスパイクタンパク質におけるアミノ酸の変化だ。このタンパク質は、コロナウイルスに特徴的な王冠状の突起を形成し、宿主細胞への結合を可能にする。ウイルスゲノムのこの1文字の変化は、D614Gと呼ばれ、実験室で培養した細胞におけるウイルスの感染性を高めることが示されているが、病気の重症度への測定可能な影響は確認されていない。また、この変異はほぼ常に他の3つの変異とともに見つかっており、現在では配列解読済みのSars-CoV-2の約80％に4つすべてが見られ、流行中の変異の組み合わせとして最も頻度が高い。
他の変異と同様、D614Gをめぐる課題は、その頻度が高まった理由を見極めることだ。初期の流行拡大を引き起こしたウイルスにたまたま存在していたためなのか、それとも保有するウイルスに実際に優位性をもたらすのか。英国のデータセットを用いたゲノム研究では、D614Gがそれを持つ系統の増殖速度をわずかに高める可能性が示唆されているが、私たちの研究では、感染拡大に測定可能な影響は確認できなかった。
ただ一緒に受け継がれる
高頻度で見つかる変異はD614Gだけではない。Sars-CoV-2のタンパク質殻にある3つの変異の組み合わせも、配列データで見つかる頻度が高まり、現在ではウイルスの3分の1に見られる。免疫原性領域として知られるOrf3aタンパク質の57番目の位置にある単一の変化は、4分の1に見つかる。スパイクタンパク質にもほかの変異があり、さらに無数の変異が私たち自身の免疫応答の働きによって生じているようだ。一方で、これらの変異やほかの変異が、ウイルスの感染力や病原性を大きく変えているという見解は、いまだ一致していない。Sars-CoV-2が感染を広げ続けるなかで、ほとんどの変異はただ一緒に受け継がれているにすぎない。
しかし、Sars-CoV-2に影響を与える可能性のある小さな変化は、置換だけではない。Sars-CoV-2のアクセサリー遺伝子Orf7b/Orf8の欠失は、病原性を低下させることが示されており、患者の感染症状を軽くする可能性がある。同様の欠失は、2002〜04年のSARS流行を引き起こした近縁のコロナウイルス、Sars-CoV-1でも同じように作用した可能性がある。Sars-CoV-2の病原性が低下していけば歓迎すべきことだが、Orf8の欠失はパンデミックの初期から存在しており、頻度が高まっているようには見えない。
今後、適応的な変化が生じる可能性はあるものの、現時点で得られているすべてのデータは、パンデミックの始まりから同じウイルスに直面していることを示している。イングランドの主任医務官クリス・ウィッティは、ウイルスがより穏やかなものへと変異したという見方に冷や水を浴びせたが、その判断は正しかった。英国が3月にロックダウンを実施する原因となったウイルスより穏やかになったという見方だ。夏に見られた症状の重症度の低下は、ウイルス自体の変化よりも、感染した人の年齢が若かったこと、社会的距離の確保などの封じ込め策、治療の改善による可能性が高い。しかし、Sars-CoV-2はこれまで大きく変化していない一方で、私たちはその進化を追跡し、変化を突き止める手段を拡充し、今後の変化に対応できるよう備えている。
