第二次世界大戦の終結以来、抗生物質は幅広い細菌感染症の治療に効果を上げてきました。
しかし、抗生物質はウイルスには効きません。ウイルスには抗ウイルス薬が使われますが、その開発ははるかに困難です。
主な課題は、ウイルスが私たち自身の細胞を使って増殖することです。
第二次世界大戦の終わりが近づくなか、新たに開発された抗生物質ペニシリンの大量生産により、負傷した兵士の細菌感染症を救命的に治療できるようになりました。それ以来、ペニシリンをはじめとする多くの抗生物質が、さまざまな細菌感染症の治療に効果を上げてきました。
しかし、抗生物質はウイルスには効きません。ウイルスには抗ウイルス薬が効きます。新型コロナウイルスのパンデミックが始まって以来、研究者や製薬会社は、COVID-19を引き起こすウイルスであるSARS-CoV-2を治療できる抗ウイルス薬の発見に苦戦してきました。
抗ウイルス薬がこれほど少ないのはなぜでしょうか。答えは生物学に、特にウイルスが私たち自身の細胞を使って増殖するという事実にあります。そのため、ウイルスを殺す過程で私たち自身の細胞まで殺さずに済ませるのは困難です。
細菌との違いを利用する
細菌細胞とヒト細胞の違いが、抗生物質による治療を可能にしています。
細菌は、宿主となる生物がいなくても自立して生きられる生命体です。私たちの細胞と似ていますが、人間には見られない特徴も数多く備えています。
たとえば、ペニシリンが有効なのは、細菌の細胞壁の形成を妨げるためです。細胞壁はペプチドグリカンと呼ばれるポリマーでできています。ヒトの細胞には細胞壁もペプチドグリカンもありません。したがって、抗生物質細菌がペプチドグリカンを作るのを妨げる抗生物質は、薬を服用する人に害を与えずに細菌を抑えることができます。この原理は選択毒性として知られています。
ウイルスは私たち自身の細胞を使って複製する
細菌とは異なり、ウイルスは宿主細胞の外で自力で複製することはできません。ウイルスが本当に生物なのかどうかについては、議論があります。
複製するために、ウイルスは宿主細胞に侵入し、その細胞の仕組みを乗っ取ります。細胞内に入ると、休眠状態になるものもあれば、ゆっくり複製して長期間にわたり細胞から漏れ出すものもあります。また、宿主細胞が破裂して死ぬほど大量のコピーを作るものもあります。新たに複製されたウイルス粒子は拡散し、新しい宿主細胞に感染します。
こうした過程でウイルスの「ライフ」サイクルに介入する抗ウイルス治療は、効果を発揮する可能性があります。問題は、宿主細胞にとっても重要な複製過程を標的にすると、ヒトの宿主にも毒性を及ぼす可能性が高いことです。
ウイルスを殺すのは簡単です。その間、宿主細胞を生かしておくことが難しいのです。
効果的な抗ウイルス薬は、ウイルスに固有の過程や構造を標的にして妨げ、患者への害を最小限に抑えながらウイルスの複製を防ぎます。ウイルスが宿主細胞に依存する度合いが高いほど、抗ウイルス薬が狙える標的は少なくなります。残念ながら、ほとんどのウイルスには、標的にできる固有の違いがほとんどありません。
さらに、ウイルスの種類による違いは、細菌の種類による違いよりもはるかに大きいという問題があります。細菌はすべて二本鎖DNAゲノムを持ち、ヒト細胞と同じように、成長してから二つに分裂することで独立して複製します。
一方、ウイルスの種類による多様性は非常に大きく、一部はDNAゲノムを持ち、ほかはRNAゲノムを持ちます。また、一本鎖のものもあれば、二本鎖のものもあります。そのため、幅広い種類のウイルスに効果を発揮する広域抗ウイルス薬を作るのは、事実上不可能です。
抗ウイルス薬の成功例
それでも、ヒトとウイルスの間には違いがあり、それを利用して一定の成果が得られています。その一例が、インフルエンザの一種であるA型インフルエンザです。
A型インフルエンザウイルスは、ヒトの細胞に侵入するために細胞を欺きます。細胞内に入ると、ウイルスは「脱衣」し、外側の膜を取り除いてRNAを細胞内に放出する必要があります。
マトリックス2タンパク質と呼ばれるウイルスタンパク質がこの過程の鍵を握り、ウイルス粒子からウイルスRNAを放出する一連の事象を促します。宿主細胞内に放出されたウイルスRNAは、ウイルスの複製を始めるため、細胞核へ運ばれます。
しかし、薬剤がマトリックス2タンパク質の働きを妨げると、ウイルスRNAはウイルス粒子から出て、複製に必要な細胞核へ到達できません。そのため、感染は進行を止めます。アマンタジンとリマンタジンは、マトリックス2タンパク質を標的とした初期の抗ウイルス薬の成功例です。
ザナミビル（リレンザ）とオセルタミビル（タミフル）は、A型またはB型インフルエンザに感染した患者の治療でも効果を上げている新しい薬です。これらは重要なウイルス酵素を阻害し、細胞からのウイルス放出を妨げ、体内での感染拡大を遅らせ、感染による損傷を最小限に抑えます。
SARS-CoV-2に固有の特徴を見つける必要がある
COVID-19ワクチンの開発は難しいかもしれません。開発することは難しいかもしれません。そのため、COVID-19を効果的に治療できる抗ウイルス薬を見つけるための試験は、引き続き重要な目標です。
多くは、SARS-CoV-2ウイルスの詳細な性質と、ヒト細胞との相互作用をどれだけ理解できるかにかかっています。研究者がウイルスの生存と複製の仕方に固有の要素を特定できれば、そうした弱点を利用して効果的な抗ウイルス治療を開発できます。
