ウイルスはこうやって形成される！その様子が初めて「動画」で記録された

・科学者たちは初めて、個々のウイルスが形成される様子を記録した。
・干渉顕微鏡を使い、ウイルスの組み立て過程をリアルタイムで撮影した。
・これは、自己組織化粒子を操作して、ウイルスと戦う方法をよりよく理解するのに役立つだろう。

生体分子は小さすぎて、詳しく観察することはできません。細胞は通常、直径1〜100マイクロメートルの大きさです。細胞内では、DNAの二重らせんの幅が約10ナノメートル、それを包む核（細胞小器官）はその約1,000倍（10マイクロメートル）です。

近年の顕微鏡法技術の進歩により、ウイルスの構造を、各タンパク質の原子レベルまで、これまでにない解像度で画像化することができるようになりました。それでも、そのような構造がどのように組み合わさっているのかはわかっていません。

最近、ハーバード大学の研究チームが、個々のウイルスが形成される様子を示す映像を撮影することに成功しました。これは、ウイルスの組み立ての動態をリアルタイムで捉えた初めての例です。この発見は、科学者がウイルスと戦う方法や自己組織化粒子を操作する方法を理解するのに役立つと思われます。

何をどのように観察したのか？

研究チームは、地球上で最も多く存在するウイルスの種類である一本鎖RNAウイルスを分析しました。これらのウイルスによって引き起こされる人間の病気には、ポリオ、ウエストナイル熱、エボラウイルス病、狂犬病、風邪、C型肝炎、E型肝炎などがあります。

研究チームが注目したのは、幅が約30ナノメートルで、1本のRNAセグメントに180個の同一のタンパク質と3,600個のヌクレオチドを持つ特定のRNAウイルス【リボ核酸 (RNA)をゲノムとするウイルス】でした。タンパク質は、五角形や六角形に配列して、RNAの周りにサッカーボール状の構造を形成しています。ウイルスのこのタンパク質の殻はカプシドと呼ばれています。

RNAウイルスの構成要素はあまりにも小さく、相互作用も弱いため、これまでウイルスの組み立てをリアルタイムで映像化できる人はいませんでした。

今回、研究チームは、ナノスケールの物体によって散乱された光の効率的な検出に基づく高度な光学技術である干渉散乱顕微鏡法を使って、ウイルスを捉えることができました。ウイルスの構造を示すものではありませんが、ウイルスの大きさや、時間と共に変化する様子を明らかにすることができたのです。

出典：研究チーム

【実際の動画は、翻訳元記事または参考文献をご覧ください】

研究チームは、RNA鎖を基板に付着させ、その上にタンパク質を流すことでこれを実現しました。すると、いくつかの黒い斑点が現れ、次第に濃くなり、完全に発達したウイルスの大きさまでに成長しました。

この斑点の強度を観察することで、それぞれのRNA鎖に付着しているタンパク質の数を時間経過とともに割り出しました。

それは非可逆的なプロセスで、ひとたび斑点が集まり始めると次第に暗くなり、終わるまでどんどん暗くなっていくのです。1分でウイルスに匹敵する濃さになるものもあれば、5分以上かかるものもありました。

シミュレーションと現実

これまでのコンピュータ・シミュレーションでは、2種類の組み立て経路が予測されていました：

1. タンパク質がRNAにランダムに付着し、その後、カプシドに再編成される。
2. 核（タンパク質の臨界量）ができてからカプシドが成長する。

研究チームは、これらの経路と今回得られた実際の観察結果を比較したところ、結果は2番目の経路と一致することがわかりました。

また、すべてのカプシドが完全なウイルスに成長するわけではないことにも気づきました。核の形成は、カプシドの成長とのバランスが必要です。つまり、核の形成が早すぎると、完全なウイルスに成長することができないのです。

これらのタンパク質が集まって核を形成する仕組みは、まだわかっていません。しかし、その経路が明らかになったことで、自己組織化するナノ材料を研究するための新しいモデルを構築することができるようになりました。