目から鱗！ 3Dプリントされたさまざまな「ウイルス」モデル

目に見えず触れることもできないのに、植物、動物、人間を病気にし、急速に広がり、恐ろしい伝染病を引き起こす可能性があるウイルスがどのようなものかご存知ですか?それでは、3Dプリントモデルを通して、その本当の姿を見てみましょう！

▲ウイルスモデルで構成された太陽系
中国科学院武漢ウイルス研究所は、中国科学院科学普及プロジェクトの支援を受け、最新の3Dプリント技術を使用して、ウイルス構造生物学の科学的研究成果を活用したいくつかの代表的なウイルスモデルを制作し、ウイルス構造の真の形態を復元し、誰もがウイルスを理解するための最も直感的で鮮明な資料を提供しました。自然とデザイナーの傑作を一緒に鑑賞しましょう！

ウイルスの発見
人類が最初に発見したウイルスは、タバコモザイク病を引き起こす一本鎖 RNA ウイルスであるタバコモザイクウイルス (TMV) でした。 1886年、オランダで活動していたドイツ人マイヤーは、モザイク病に感染したタバコの葉に水を加えて粉末にし、その汁を健康なタバコの葉脈に注入したところ、モザイク病が発生し、この病気が伝染性であることを証明しました。

▲タバコモザイクウイルスに感染した葉とウイルスのネガティブ染色電子顕微鏡写真
葉と土壌を分析した結果、マイヤー氏はタバコのモザイク病は細菌によって引き起こされたと判定した。 1892年、ロシアのイワノフスキーはマイヤーの実験を繰り返し、さらに、病気のタバコの葉汁が細菌のフィルターを通過すると、健康なタバコにモザイク病を引き起こす可能性があることを発見したが、イワノフスキーは、これは細菌が産生する毒素によるものだと説明した。 1898年、オランダの細菌学者ベイエリンクもマイヤーの観察結果を確認した。彼は、タバコモザイク菌株のジュースを寒天ゲルブロックの表面に置いたところ、タバコモザイク菌に感染した物質がゲル内で適度な速度で拡散するのに対し、細菌は寒天の表面に留まっていることを発見した。ベイエリンク氏は、タバコモザイク病の原因物質には3つの特徴があると指摘した。
1. 細菌フィルターを通過できる。
2. 感染した細胞内でのみ増殖できる。
3. 体外の無生物では増殖できません。

これらの特徴に基づいて、彼は病原因子は細菌ではなく、「感染性生体液」と呼ばれる新しい物質であると提唱し、ラテン語で「Virus」という名前をとってウイルスと名付けました。こうして、魔法のウイルスが「誕生」したのです！ほぼ同時期に、ドイツの細菌学者レフラー氏とフェロッシュ氏は、牛の口蹄疫を引き起こす病原体が細菌フィルターも通過できることを発見し、イワノフスキー氏とベイエリンク氏の重要な発見を再び証明した。

代表的なウイルスモデル
1. タバコモザイクウイルス（TMV）

タバコモザイクウイルスは棒状で、長さ約 300 ナノメートル、直径 18 ナノメートルです。ヌクレオカプシドタンパク質はらせん状に配置され、核酸は一本鎖 RNA です。タバコモザイクウイルスは、タバコやその他のナス科植物を中心に、30科310種以上の植物に感染し、タバコモザイク病などの病気を引き起こします。感染した植物は、葉にモザイク症状が現れ、生育が悪くなり、葉が変形します。 TMVは世界中に広く分布しており、中国でも山東省、河北省、山西省、四川省、北京、上海などの地域で報告されています。 TMV は、病気の苗木と健康な苗木、または農業作業との摩擦によって再感染します。さらに、イナゴやタバコバッドワームなどの咀嚼口器を持つ昆虫も TMV を拡散させる可能性があります。
　

▲タバコモザイクウイルスの部分構造：全体としては規則的な螺旋状構造をしており、長い棒状の形をしています。青いのはウイルスのカプシドタンパク質、紫色のは遺伝物質RNAです
2. ポリオウイルス

ポリオウイルスは中枢神経系に侵入し、脊髄前角の運動ニューロンを損傷し、四肢の弛緩性麻痺を引き起こすことが多い。小児に多く見られるため、ポリオとも呼ばれる。私たちは皆、子供の頃に砂糖の錠剤を飲んでいました。それはポリオウイルスのワクチンです。長期にわたる大規模なワクチン接種により、我が国のポリオウイルスは十分に制御され、発症率は大幅に減少しました。

ポリオウイルスはピコルナウイルス科に属します。ポリオウイルスは主に消化管を通じて人体に侵入します。電子顕微鏡で見ると、球状粒子は比較的小さく、直径が20～30nmで、3次元対称の十二面体です。ウイルス粒子の中心は一本鎖のプラス鎖RNAで、その周囲には32個のカプシド粒子が外側カプシドを形成しています。このウイルスのヌクレオカプシドは露出しており、カプセルはありません。

ポリオウイルスの唯一の自然宿主は人間です。これは、人間の細胞膜表面に、ウイルスのカプシドにある構造タンパク質 VP1 に特異的な親和性を持つ受容体があり、ウイルスが細胞に吸着できるようにするためです。、

上の写真の長い触手は細胞受容体であり、ウイルスの表面にある構造タンパク質に結合して、ウイルスが細胞に感染することを可能にします。

同時に、ポリオウイルスの自己組織化構造をシミュレートしました。磁石を使用して、12 個の独立したウイルス構造タンパク質成分を完全なウイルス粒子に組み立てることができました。

3. B型肝炎ウイルス（HBV）

B型肝炎ウイルスはHBVと略されます。これはヘパドナウイルス科に属する DNA ウイルスです。我が国のB型肝炎ウイルス感染率は約60％～70％、B型肝炎表面抗原キャリア率は全人口の約7.18％です。この計算に基づくと、国内には約9,300万人のB型肝炎ウイルスキャリアがおり、そのうち約2,000万人が慢性B型肝炎です。

この図は、コア抗原で構成された正二十面体である B 型肝炎ウイルスの核カプシドを示しています。
　　

ヌクレオカプシドは 12 個のサブユニットから構成され、各サブユニットは 5 個のクアドラマーから構成され、各クアドラマーは 4 個のコア抗原タンパク質から構成され、合計 240 個のコア抗原 (HBcAg) が存在します。

完全な B 型肝炎ウイルスの最外層は、3 つの B 型肝炎表面抗原 (HBsAg、赤) とエンベロープ (黄色) で構成されています。

カプセルの内側には、コア抗原から組み立てられたヌクレオカプシド（HBcAg、白）が含まれています。
　　

ヌクレオカプシドには、ウイルスの遺伝物質である DNA (青) と、遺伝子を複製する DNA ポリメラーゼ (紫) が含まれています。

B型肝炎についてのちょっとした知識:

B型肝炎ウイルス（HBV）キャリア：HBV表面抗原（HBsAg）が陽性、つまりB型肝炎タンパク質が検出されるが、肝機能は正常な患者を指します。

大三陽性と小三陽性は、患者のHBV血清学的マーカー（B型肝炎の5項目）の違いによって分類されます。

1. ビッグスリー陽性とは、HBsAg+、HBeAg+、抗HBc+を指し、赤色タンパク質、白色タンパク質（HBeAgは白色タンパク質に類似しており、ウイルスが活発に複製しているときに多く存在します）、白色タンパク質に対する抗体が検出されることを意味します。
2. 小3陽性とは、HBsAg+、抗HBe+、抗HBc+を指し、赤色タンパク質、白色タンパク質に類似した抗体、白色タンパク質に対する抗体が検出できることを意味します。

両者の違いは、HBeAg またはその抗体が陽性であるかどうかであることがわかります。一般的に、HBeAg+ はウイルスの複製が活発で、HBV DNA 量が多いことを示します。そのため、患者の体液中の HBV DNA 検査は陽性となることが多く、他者への感染リスクが高くなります。注: + は正を表します。

B型肝炎検査には、HBs抗原、抗HBs、HBe抗原、抗HBe、抗HBcの5つの項目があります。

抗HBsおよび抗HBcが陽性の場合、通常はB型肝炎ワクチン接種を受けていることを示します。

4. ジカウイルス（ZIKV）

ジカウイルスは蚊が媒介するフラビウイルスで、最近では2015年から2016年にブラジルで発生し、多数の小頭症の乳児を引き起こし、世界的なパニックを引き起こした。

ジカウイルス感染症の潜伏期間（感染から症状発現までの期間）は不明ですが、おそらく数日かかると思われます。病気の症状はデング熱などの他のアルボウイルス感染症の症状と似ており、発熱、発疹、結膜炎、筋肉痛や関節痛、全身の衰弱、頭痛などが含まれます。これらの症状は軽度である傾向があり、2～7日間続きます。

ジカウイルスは、熱帯地域では主にネッタイシマカなどの感染したネッタイシマカに刺されることで人に感染します。ネッタイシマカは一般的に日中に刺しますが、ピークとなるのは早朝と夕方遅く/夕方です。この蚊はデング熱、チクングニア熱、黄熱病も媒介します。ジカウイルスは性行為によっても感染します。輸血など他の感染経路については現在調査中です。

　　
ジカウイルス自体はそれほど有害ではありません。感染した成人の80％にはほとんど症状がなく、患者の20％は風邪や発熱などの軽い症状しか出ません。しかし、ジカウイルスに感染した妊婦は赤ちゃんにウイルスを感染させ、赤ちゃんの脳の発達に影響を与え、小頭症を引き起こします。

　　
ジカウイルスは、フラビウイルス科のフラビウイルス属に属します。黄熱ウイルスは人類史上初めて発見されたヒトウイルスです（最初に発見されたウイルスはタバコモザイクウイルスでした）。1900年に発見され、蚊によって伝染することが確認されました。

　　
ジカウイルスの直径は50ナノメートルです。最外層は規則的に集まった膜タンパク質E（青）で、内部は脂質膜（灰色）に包まれています。

　
膜の上には小さな膜タンパク質M（水色）があり、膜に包まれた中心部分はカプシドタンパク質（緑色）とゲノムRNA（濃い青）です。

バイラルアート

デングウイルス、ウエストナイルウイルス、アデノウイルス、バクテリオファージ（ヘッド）、パルボウイルス、ヘルペスウイルス、B型肝炎ウイルス（ヌクレオカプシド）。

Antarctic Bear は、3D プリントのプロフェッショナルメディアプラットフォームです。クリックしてウェブサイト http://www.nanjixiong.com/ にアクセスしてください。

出典: 3Dプリンティング製造ネットワーク

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