ウイルス学の歴史

ウイルス学の歴史、つまりウイルスとそれが引き起こす感染症の科学的研究は、19 世紀末に始まりました。エドワード ジェンナー とルイ パスツールはウイルス感染を防ぐ最初のワクチンを開発しましたが、彼らはウイルスが存在することを知りませんでした。ウイルスの存在の最初の証拠は、細菌を保持できるほど小さな孔を持つフィルターを使った実験から得られました。1892 年、ドミトリ イワノフスキーは、このフィルターの 1 つを使用して、病気のタバコの樹液は濾過されているにもかかわらず、健康なタバコの樹液に対して感染性があることを示しました。マルティヌス ベイエリンクは、濾過された感染性物質を「ウイルス」と呼び、この発見がウイルス学の始まりと考えられています。

その後、フレデリック・トゥートとフェリックス・デレルがバクテリオファージを発見し、その特徴を部分的に解明したことで、この分野はさらに発展し、20世紀初頭までに多くのウイルスが発見されました。1926年、トーマス・ミルトン・リバーズはウイルスを絶対寄生生物と定義しました。ウェンデル・メレディス・スタンレーはウイルスが液体ではなく粒子であることを実証し、1931年の電子顕微鏡の発明により、ウイルスの複雑な構造を視覚化できるようになりました。

ルイ・パスツール（1822-1895）は他の成功にもかかわらず、狂犬病の原因物質を見つけることができず、顕微鏡では検出できないほど小さな病原体について推測しました。^[1] 1884年、フランスの微生物学者 シャルル・シャンブラン（1851-1931）は、細菌よりも小さな孔を持つフィルター（今日シャンブランフィルターとして知られています）を発明しました。これにより、細菌を含む溶液をフィルターに通して、溶液から細菌を完全に除去することができました。^[2]

1876年、ワーヘニンゲンの農業試験場の所長だったアドルフ・マイヤーは、彼が「タバコモザイク病」と呼んだ病気が感染性があることを初めて証明した。彼は、この病気は毒素か非常に小さな細菌によって引き起こされると考えていた。その後、1892年にロシアの生物学者ドミトリ・イワノフスキー（1864-1920）は、シャンベルラン濾過器を使用して、現在タバコモザイクウイルスとして知られている病気を研究した。彼の実験では、感染したタバコの葉を砕いた抽出物は、濾過後も感染性を維持することが示された。イワノフスキーは、この感染は細菌が産生する毒素によって引き起こされるのではないかと示唆したが、この考えを追求しなかった。^[3]

1898年、ワーヘニンゲン農業学校の微生物学教師であったオランダの微生物学者マルティヌス・ベイエリンク（1851–1931）は、アドルフ・マイヤーの実験を繰り返し、濾液に新しい形の感染性因子が含まれていると確信した。^[4]彼は、その因子が分裂している細胞でのみ増殖することを観察し、それをcontagium v​​ivum fluidum （可溶性生きた細菌）と呼び、ウイルスという言葉を再び導入した。^[3]ベイエリンクは、ウイルスは本質的に液体であると主張したが、この理論は後にアメリカの生化学者でウイルス学者のウェンデル・メレディス・スタンリー（1904–1971）によって否定され、スタンリーはウイルスが実際には粒子であることを証明した。^[3]同じ年、1898年にフリードリヒ・レフラー（1852–1915）とパウル・フロッシュ（1860–1928）は、同様のフィルターに最初の動物ウイルスを通し、口蹄疫の原因を発見しました。^[5]

最初に特定されたヒトウイルスは黄熱ウイルスでした。^[6] 1881年、キューバの医師カルロス・フィンレー（1833–1915）が、蚊が黄熱病の原因を媒介していることを示す研究を初めて実施し、発表しました。 ^{[7]この理論は、}ウォルター・リード（1851–1902）率いる委員会によって1900年に証明されました。1901年から1902年にかけて、ウィリアム・クロフォード・ゴーガス（1854–1920）は、キューバの蚊の繁殖地の破壊を組織し、これによりこの病気の蔓延は劇的に減少しました。^[8]ゴーガスは後にパナマから蚊を駆除する計画を立て、これにより1914年にパナマ運河が開通しました。^{[9]このウイルスは最終的に1932年に}マックス・タイラー（1899–1972）によって分離され、彼はその後効果的なワクチンを開発しました。^[10]

1928年までにウイルスに関する十分な知識が蓄積され、トーマス・ミルトン・リバーズ（1888-1962）が編集した、既知のすべてのウイルスを網羅したエッセイ集『 Filterable Viruses』が出版されました。リバーズは12歳のときに感染した腸チフスを生き延び、その後ウイルス学で輝かしい経歴を残しました。1926年、リバーズはアメリカ細菌学会主催の会議に招かれ、そこで初めて「ウイルスは、その繁殖が生きた細胞に依存しているという意味で、絶対寄生虫のようです」と述べました。^[11]

ウイルスが粒子であるという考えは不自然とはみなされず、細菌説とうまく一致した。エディンバラの J. ブイスト博士が 1886 年にワクチンリンパ液中に「小球菌」を見たと報告したのが、ウイルス粒子を初めて見た人物と推定されているが、彼が観察していたのはおそらくワクシニアの塊だったと思われる。^[12]その後、光学顕微鏡が改良され、多くのウイルス感染細胞に「封入体」が見られるようになったが、これらのウイルス粒子の凝集体はまだ小さすぎて詳細な構造を明らかにすることができなかった。1931年にドイツのエンジニアであるエルンスト ルスカ(1906–1988) とマックス ノール(1887–1969)が電子顕微鏡を発明して初めて^[13]、ウイルス粒子、特にバクテリオファージが複雑な構造を持つことが示された。この新しい顕微鏡を使用して測定されたウイルスのサイズは、濾過実験によって推定されたサイズとよく一致した。ウイルスは小さいと予想されていたが、そのサイズの範囲は意外なものだった。ウイルスの中には、知られている最小の細菌よりもわずかに小さいものもあり、小さなウイルスは複雑な有機分子と同程度の大きさだった。^[14]

1935年、ウェンデル・スタンレーはタバコモザイクウイルスを調べ、それが主にタンパク質でできていることを発見した。^[15] 1939年、スタンレーとマックス・ラウファー（1914）はウイルスをタンパク質と核酸に分離し、^{[16]スタンレーのポスドク研究員ヒューバート・S・ローリングはそれが具体的には}RNAであることを示した。^[17]粒子中のRNAの発見は重要であった。なぜなら、1928年にフレッド・グリフィス（ 1879年頃- 1941年）は、その「いとこ」であるDNAが遺伝子を形成するという最初の証拠を提供したからである。^[18]

パスツールの時代、そして彼の死後何年もの間、「ウイルス」という言葉は、感染症の原因を説明するために使われていました。多くの細菌学者がすぐに多くの感染症の原因を発見しました。しかし、細菌による原因が見つからない、恐ろしい感染症もいくつか残っていました。これらの病原体は目に見えず、生きた動物でしか増殖できませんでした。ウイルスの発見は、これらの謎の感染症を理解する道を開きました。そして、これらの感染症の多くでコッホの原則が満たされなかったにもかかわらず、先駆的なウイルス学者は、他の原因が見つからない感染症でウイルスを探すのをやめませんでした。^[19]

バクテリオファージは細菌に感染して増殖するウイルスである。20世紀初頭、英国の細菌学者フレデリック・トゥート（1877–1950）によって発見された。^[20]しかしそれ以前の1896年に、細菌学者アーネスト・ハンベリー・ハンキン（1865–1939）は、ガンジス川の水に含まれる何かがコレラの原因であるコレラ菌を殺すことができると報告した。水中の物質は細菌を除去するフィルターを通過できたが、煮沸によって死滅した。^{[21]トゥートは、}ブドウ球菌に対するバクテリオファージの作用を発見した。彼は、寒天培地上で増殖させた細菌のコロニーの一部が水っぽくなることに気づいた。彼はこれらの水っぽいコロニーのいくつかを集め、細菌を取り除くためにシャンベランドフィルターに通し、その濾液を新鮮な細菌培養物に加えると、今度は細菌が水っぽくなることを発見した。^[20]彼は、その病原体は「アメーバ、超微細ウイルス、生きた原形質、あるいは成長力を持つ酵素」である可能性があると提唱した。^[21]

フェリックス・デレル（1873-1949）は、主に独学で学んだフランス系カナダ人の微生物学者でした。1917年に彼は「目に見えない拮抗物質」を寒天培地上の細菌に加えると、死んだ細菌の領域ができることを発見しました。^[20]現在ではバクテリオファージとして知られているこの拮抗物質は、シャンベルランフィルターを通過できました。彼はこれらのウイルスの懸濁液を正確に希釈し、最高希釈度（最低ウイルス濃度）ではすべての細菌が死滅するのではなく、死んだ生物の個別の領域が形成されることを発見しました。これらの領域を数え、希釈係数を掛けると、元の懸濁液中のウイルスの数を計算することができました。^[22]彼は新しい形のウイルスを発見したことに気づき、後に「バクテリオファージ」という用語を作り出しました。^{[23] [24]} 1918年から1921年にかけて、デレルはコレラ菌を含む他の数種の細菌に感染する可能性のあるさまざまな種類のバクテリオファージを発見しました。^{[25]バクテリオファージは}腸チフスやコレラなどの病気の潜在的な治療薬として期待されていましたが、ペニシリンの開発によりその期待は忘れ去られました。^{[23] 1970年代初頭以来、細菌は}ペニシリンなどの抗生物質に対する耐性を獲得し続けており、これにより重篤な感染症の治療にバクテリオファージを使用することに新たな関心が寄せられています。^[26]

デレルは、細菌感染症の治療にバクテリオファージを利用するよう広く宣伝した。1928年、彼はイェール大学の生物学教授となり、いくつかの研究機関を設立した。^{[27]彼は、ノーベル賞受賞者の}ジュール・ボルデ（1870-1961）などの著名な細菌学者の反対にもかかわらず、バクテリオファージがウイルスであると確信していた。ボルデは、バクテリオファージはウイルスではなく、「溶原性」細菌から放出された酵素にすぎないと主張した。彼は「デレルの目に見えない世界は存在しない」と述べた。^{[28]しかし、1930年代に、}クリストファー・アンドリュース（1896-1988）らによって、バクテリオファージがウイルスであるという証拠が示された。彼らは、これらのウイルスは大きさや化学的、血清学的特性が異なることを示した。 1940年、バクテリオファージの電子顕微鏡写真が初めて公開され、バクテリオファージは比較的単純な酵素でありウイルスではないと主張していた懐疑論者らは沈黙した。^[29] すぐに他の多くの種類のバクテリオファージが発見され、どこで発見されても細菌に感染することが示された。初期の研究は第二次世界大戦によって中断された。カナダ国籍であったにもかかわらず、デレルはヴィシー政府によって戦争が終わるまで拘留された。 ^[30]

バクテリオファージに関する知識は、1940年代に米国中の科学者によってファージグループが結成されたことに続いて増加した。メンバーの中には、コールドスプリングハーバー研究所でバクテリオファージの講座を設立したマックス・デルブリュック（1906–1981）がいた。^[26]ファージグループの他の主要メンバーには、サルバドール・ルリア（1912–1991）とアルフレッド・ハーシー（1908–1997）がいた。彼らはデルブリュックとともに、「ウイルスの複製メカニズムと遺伝子構造に関する発見」により、1969年のノーベル生理学・医学賞を共同受賞した。^[31] 1950年代、ハーシーとチェイスは、T2と呼ばれるバクテリオファージの研究中に、DNAの複製に関する重要な発見をした。それ以来、バクテリオファージの研究は、遺伝子のオンとオフの切り替え、細菌への外来遺伝子の導入に役立つメカニズム、その他分子生物学の多くの基本的なメカニズムについての洞察を提供してきました。^[32]

1882年、アドルフ・マイヤー（1843-1942）はタバコの病状を記述し、これを「モザイク病」（「mozaïkziekte」）と名付けた。罹患した植物の葉は斑点模様になっていた。^[33]彼は真菌感染の可能性を排除し、細菌も検出できなかったため、「可溶性の酵素のような感染性因子が関与している」と推測した。^[34]彼はその考えをそれ以上追求せず、原因がこれまで認識されていなかった感染性因子であることを示唆したのはイヴァノフスキーおよびベイエリンクの濾過実験であった。タバコモザイク病がウイルス病として認識された後、他の多くの植物のウイルス感染が発見された。^[34]

ウイルスの歴史におけるタバコモザイクウイルスの重要性は、いくら強調してもし過ぎることはない。これは最初に発見されたウイルスであり、結晶化されてその構造が詳細に示された最初のウイルスである。結晶化されたウイルスの最初のX線回折写真は、1941年にベルナルとファンクーヘンによって得られた。ロザリンド・フランクリンは、彼女の写真に基づいて、1955年にウイルスの完全な構造を発見した。^[35]同年、ハインツ・フランケル・コンラットとロブリー・ウィリアムズは、精製されたタバコモザイクウイルスRNAとそのコートタンパク質が自ら組み立てられ、機能的なウイルスを形成できることを示し、この単純なメカニズムが、おそらくウイルスが宿主細胞内で生成される手段であったことを示唆した。^[36]

1935年までに、多くの植物病害はウイルスによって引き起こされると考えられていました。1922年、ジョン・クンケル・スモール（1869–1938）は、昆虫が媒介動物として働き、植物にウイルスを感染させることを発見しました。その後の10年間で、多くの植物病害が昆虫によって運ばれるウイルスによって引き起こされることが示され、1939年には植物ウイルス学の先駆者であるフランシス・ホームズ^[37]が、植物病害を引き起こす129種類のウイルスについて説明しました。^{[38]現代の集約農業は、多くの植物ウイルスにとって豊かな環境を提供しています。1948年、米国カンザス州で、小麦の収穫量の7％が}小麦条斑モザイクウイルスによって破壊されました。このウイルスは、 Aceria tulipaeと呼ばれるダニによって拡散しました。^[39]

1970年、ロシアの植物ウイルス学者ジョセフ・アタベコフは、多くの植物ウイルスが単一の宿主植物種にのみ感染することを発見しました。^[37]国際ウイルス分類委員会は現在、900種を超える植物ウイルスを認識しています。^[40]

19世紀末までに、ウイルスは感染性、濾過能力、生きた宿主の必要性の観点から定義されました。この時まで、ウイルスは植物と動物でのみ培養されていましたが、1906年にロス・グランビル・ハリソン（1870–1959）がリンパで組織を培養する方法を発明し、^[41] 1913年にはE.スタインハート、C.イスラエル、RAランバートがこの方法を使用してモルモットの角膜組織片でワクシニアウイルスを培養しました。 ^[42] 1928年には、HBとMCメイトランドは鶏の腎臓を細かく刻んだ懸濁液でワクシニアウイルスを培養しました。^[43]彼らの方法は、1950年代にポリオウイルスがワクチン製造のために大規模に培養されるまで広く採用されませんでした。^[44] 1941年から1942年にかけて、ジョージ・ハースト（1909年 - 1994年）は、血清中の広範囲のウイルスとウイルス特異的抗体を定量するための血球凝集反応に基づく分析法を開発した。 ^{[45] [46]}

1918～1919年のインフルエンザの大流行を引き起こしたインフルエンザウイルスは1930年代まで発見されなかったが、病気の記述とその後の研究により、それが原因であることが証明された。 ^[47] このパンデミックにより、1年足らずで4000万～5000万人が死亡したが、^[48]ウイルスが原因であるという証拠は1933年まで得られなかった。^[49]インフルエンザ菌は、インフルエンザ感染に伴ってよく見られる日和見細菌である。このことから、著名なドイツの細菌学者リチャード・ファイファー（1858～1945）は、この細菌がインフルエンザの原因であると誤って結論付けた。^[50]大きな進展は1931年に、アメリカの病理学者アーネスト・ウィリアム・グッドパスチャーが、インフルエンザウイルスと他のいくつかのウイルスを鶏の受精卵で培養したときに訪れた。^[51]ハーストはウイルス粒子に関連する酵素活性を特定し、後にノイラミニダーゼとして特徴付けられ、ウイルスが酵素を含む可能性があることを初めて実証しました。フランク・マクファーレン・バーネットは1950年代初頭にウイルスが高頻度で再結合することを示し、ハーストは後にウイルスが分節ゲノムを持っていると推測しました。^[52]

1949年、ジョン・F・エンダース（1897–1985）、トーマス・ウェラー（1915–2008）、フレデリック・ロビンズ（1916–2003）は、培養されたヒト胚細胞で初めてポリオウイルスを増殖させた。これは、動物の固形組織や卵子を使用せずに増殖させた最初のウイルスであった。ポリオウイルスによる感染は、ほとんどの場合、最も軽い症状を引き起こす。これは、ウイルスが培養細胞で分離され、多くの人がポリオに至らない軽い感染をしたことが判明するまで知られていなかった。しかし、他のウイルス感染とは異なり、ポリオ（感染症のよりまれな重篤な形態）の発生率は20世紀に増加し、1952年頃にピークに達した。ウイルスを増殖させる細胞培養システムの発明により、ジョナス・ソーク（1914–1995）は効果的なポリオワクチンを作ることができた。^[53]

デニス・パーソンズ・バーキット（1911年 - 1993年）は、アイルランドのファーマナ州エニスキレンで生まれた。彼は、現在バーキットリンパ腫と名付けられているタイプの癌を初めて記述した。このタイプの癌は赤道アフリカで風土病となっており、1960年代初頭には小児の最も一般的な悪性腫瘍であった。^[54]癌の原因を見つけるために、バーキットは腫瘍の細胞を英国のウイルス学者アンソニー・エプスタイン（1921年生まれ）に送り、エプスタインはイボンヌ・バー、バート・アチョン（1928年 - 1996年）とともに、多くの失敗の後、細胞の周りの液体の中にヘルペスウイルスに似たウイルスを発見した。このウイルスは後に、以前は認識されていなかったヘルペスウイルスであることが判明し、現在はエプスタイン・バーウイルスと呼ばれている。^[55]驚くべきことに、エプスタイン・バーウイルスはヨーロッパ人に非常によく見られるが、比較的軽度の感染症である。なぜアフリカ人にこのような壊滅的な病気を引き起こすのかは完全には解明されていないが、マラリアによるウイルスに対する免疫力の低下が原因かもしれない。^[56]エプスタイン・バーウイルスは、ヒトにがんを引き起こすことが示された最初のウイルスであるため、ウイルスの歴史において重要である。^[57]

20世紀後半はウイルス発見の黄金時代であり、動物、植物、細菌のウイルスの2,000種のうちのほとんどがこの時期に発見されました。^{[58] [59]} 1946年には牛ウイルス性下痢が発見されました。 ^[60]これは現在でも世界中でおそらく最も一般的な牛の病原体です。 ^[61]また、1957年には馬動脈ウイルスが発見されました。^[62] 1950年代には、ウイルスの分離および検出方法の改善により、水痘帯状疱疹ウイルス^[63]、パラミクソウイルス^{[64 ]（}麻疹ウイルス^[65]とRSウイルス^[64]を含む）、風邪を引き起こすライノウイルスなど、いくつかの重要なヒトウイルスが発見されました。^[66] 1960年代にはさらに多くのウイルスが発見されました。 1963年、B型肝炎ウイルスがバルーク・ブルンバーグ（1925年生まれ）によって発見された。 ^[67]レトロウイルスがRNAをDNAに翻訳するために使用する重要な酵素である逆転写酵素は、1970年にハワード・テミンとデビッド・ボルティモア（1938年生まれ）によって独立して初めて記述された。^{[68]これは}抗ウイルス薬の開発に重要であり、ウイルス感染の歴史における重要な転換点となった。^[69] 1983年、フランスのパスツール研究所のリュック・モンタニエ（1932年生まれ）と彼のチームは、現在HIVと呼ばれるレトロウイルスを初めて分離した。^[70] 1989年、カイロン社のマイケル・ホートンのチームはC型肝炎を発見した。^[71] 20世紀後半には、10年ごとに新しいウイルスとウイルス株が発見された。 21世紀に入っても、 SARS ^[72]やニパウイルス^[73]などの新たなウイルス性疾患の出現により、こうした発見は続いています。過去100年間の科学者の成果にもかかわらず、ウイルスは新たな脅威と課題をもたらし続けています。^[74]

• ウイルスのリスト