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ボルベリアは、一本鎖DNA（ssDNA）ゲノムと特徴的なシングルジェリーロールフォールド（SJR）主要カプシドタンパク質（MCP）を持つ細菌ウイルス（バクテリオファージ）の領域です。この領域のウイルスは一般的にマイクロウイルスと呼ばれています。マイクロウイルスと呼ばれる理由は、小型の環状ssDNAゲノムと直径25～30ナノメートルという小さな物理的サイズにあります。MCPは、ゲノムを囲むタンパク質殻であるカプシドの主要構成要素です。マイクロウイルスは、MCPに加えて、ゲノムのローリングサークル複製（RCR）に関与するエンドヌクレアーゼをコードしています。ほとんどのマイクロウイルスは、ゲノムを細胞内に輸送するDNAパイロットタンパク質もコードしています。
マイクロウイルスの細胞外粒子（ビリオン）は、正二十面体カプシドに包まれたゲノムから構成されています。ビリオンには、多数のDNAパイロットタンパク質のコピーと、カプシド表面にスパイクなどの突起も含まれています。マイクロウイルスのビリオンはウイルスエンベロープを持ちません。細胞表面の受容体に結合することで細胞に感染し、その後、パイロットタンパク質がゲノムを細胞内に誘導します。ゲノムは二本鎖DNAに変換され、RCRによって複製されます。子孫ゲノムは新たに構築されたカプシドにパッケージ化され、細胞膜の破裂（溶解）によって細菌から放出されます。二本鎖DNAウイルスや他のDNAバクテリオファージと比較すると、マイクロウイルスはRNAウイルスよりは低いものの、高い変異率を示します。
マイクロウイルスは細菌に広く分布していますが、個々のマイクロウイルスは宿主範囲が狭く、少数の種または種の株にしか感染しません。これらは世界で最も豊富な一本鎖DNAウイルスであり、分析されたほぼすべての環境で発見されています。マイクロウイルスは、RNAウイルスまたは宿主DNAと組み換えてSJR MCPを獲得したRCRプラスミドに由来すると考えられています。最初に発見されたのは、1930年代のphiX174です。マイクロウイルスは、1978年に正式に認められたMicroviridae科に最初にまとめられました。 2020年には、モノドナビリア界のサンガーウイルス界に割り当てられました。2026年には、モノドナビリア界は、その4つの界に対応する4つの界に分割されました。これは、界が異なる進化起源を持つという証拠があったためです。これにより、マイクロウイルスは独自の界であるボルベレビリアを獲得しました。
ボルベレビリアは、唯一の綱であるミクロビリセテス綱まで単型であり、この綱には7つの目がある。これは以下に示すとおりである。[ 1 ]
ボルベリア類、すなわちマイクロウイルス[注1 ]は、環状のプラス鎖一本鎖DNAゲノムを持つ。[ 3 ] [ 4 ]単離されたマイクロウイルスゲノムの長さは約4,200～6,100ヌクレオチドであるのに対し、メタゲノミクス由来のゲノムは3,000～8,900ヌクレオチドに及ぶ。[ 5 ]ゲノムの大部分は、主要カプシドタンパク質（MCP）、エンドヌクレアーゼ、およびDNAパイロットタンパク質をコードする3つのコア遺伝子で構成されている。他のタンパク質をコードする様々な数の小さな遺伝子も存在する。[ 6 ]ゲノムには多くの重複した読み取り枠がある。[ 7 ]
マイクロウイルスは、特定のファージではFまたはVP1（ウイルス性タンパク質1）と呼ばれる主要なカプシドタンパク質をコードしており[ 5 ] 、その多数のコピーがカプシドを形成します[ 3 ] [ 8 ]。MCPは、ループで接続された8本の逆平行βバレルストランドからなる単一のジェリーロール（SJR）モチーフを持っています[ 5 ] [ 9 ]。8本のβストランドは、βBIDGとβCHEFと呼ばれる2つのβシートに組織化されています[ 10 ] [ 11 ]。2つのシートは、βBIDGシートがカプシドの内面を形成し、βCHEFシートがカプシドの壁の内側に大部分が埋もれるように配置されています[ 11 ] 。MCPのループは、カプシドの外面の特徴に寄与し、特定の細胞受容体との相互作用を媒介します[ 12 ]。
マイクロウイルスは、HUHスーパーファミリーエンドヌクレアーゼドメインを含む複製開始タンパク質をコードしている。[ 3 ]エンドヌクレアーゼは、ポリヌクレオチド鎖内のホスホジエステル結合を切断できる酵素である。[ 13 ] HUHエンドヌクレアーゼは、3つの保存モチーフを含んでいる。複製起点の認識に関与すると考えられているUUTUモチーフ、疎水性残基（U）によって隔てられた2つのヒスチジン（H）残基からなるHUHモチーフ（Mg2 +の配位に関与）である。またはMn 2+エンドヌクレアーゼ活性に必要なイオン、およびdsDNA切断とRepのチロシン（Y）残基を介したDNAへの共有結合に関与するYxxK/YxxKYモチーフ。 [ 5 ] [ 14 ] [ 15 ] ssDNAウイルスのHUHエンドヌクレアーゼは、複製開始の役割から、複製開始タンパク質またはRepと呼ばれることが多い。[ 16 ] [ 17 ]マイクロウイルスRepタンパク質の他の名前には、AおよびVP4がある。[ 5 ]
Most microviruses also encode a multifunctional alpha-helical DNA pilot protein (F or VP2). The pilot protein guides genomic ssDNA from the capsid into the host by organizing into multimers that form an extendable tunnel through which ssDNA passes. Although the pilot protein is a hallmark trait of microviruses, its gene's sequence diversity means it can't be used to identify viruses belonging to the realm.[6] Other common proteins encoded by microviruses include scaffold folding and DNA-binding and packaging proteins, used for assembling virions,[6] as well as spike proteins.[3] There are also predicted, nonessential coding sequences related to host cell lysis, anti-immune system proteins, and secretion signals. The vast majority of these minor proteins, however, do not have known functions.[6] Unlike other DNA phages, microviruses do not have genes that encode supplementary metabolic proteins.[18]
Microvirus extracellular particles (virions) are about 25–30 nanometers in diameter.[5] The viral genome, on the inside of the virion, is surrounded by an icosahedral capsid made of 60 copies of the MCP.[4][5][19] DNA-binding proteins associate with the phosphate backbone of the genome and 60 binding sites located near the 3-fold axes of symmetry in viral coat proteins, resulting in the genome being aligned with the capsid's icosahedral symmetry on the interior surface of the capsid.[19][20] The 60 MCPs organize into 12 pentamers centered on the 12 vertices of the icosahedral capsid. Virions also contain numerous copies of the pilot protein.[19][21] Characterized microviruses have protrusions on the surface of the capsid, such as spikes, the structure and positioning of these protrusions varying by taxon.[22] The capsid is not enveloped.[23][24]
マイクロウイルスは、侵入する前に細菌の表面に付着します。細胞への侵入方法は不明ですが、最初の受容体に結合してから「ウォーキング」または「ローリング」して2番目の受容体に付着するという説が提唱されています。その後、ゲノムはパイロットタンパク質の助けを借りてカプシドから細菌内に放出され、細胞質内のDNA合成部位に転座します。[ 25 ]マイクロウイルスは独自の複製機構をコードしていないため、[ 26 ]複製は宿主のDNAポリメラーゼによって行われます。[ 27 ]複製中の最初のステップは、ssDNAゲノムを二本鎖DNA（dsDNA）複製型（RF）分子に変換することです。[ 28 ] [ 29 ] [ 30 ]プリモソーム複合体はssDNAに結合し、宿主DNAポリメラーゼによるDNA合成のプライミングのためのRNAプライマーを合成しながら、5'（「5プライム」）から3'（「3プライム」）の方向に進行する。[ 29 ]
次の段階では、RF 分子から DNA が複製されます。これには、ウイルスの Rep タンパク質[ 29 ]と宿主のスーパーファミリー 1 ヘリカーゼ[ 31 ]が必要です。Rep は複製起点に結合し、 DNA をニックし、DNA と共有結合を形成します。 [ 29 ] [ 30 ]ヘリカーゼは RF 分子をほどき、宿主細胞の ssDNA 結合タンパク質 (ssb) が分子を安定化させます。[ 29 ]複製は、ゲノムの周囲を一周するまで、ネガティブセンス鎖をテンプレートとして使用してポジティブセンス鎖を合成しながら進行します。次に、Rep はポジティブセンス鎖上の新しく合成された起点をニックし、鎖の両端を連結して共有結合で閉じた環状 ssDNA 分子を形成します。 [ 29 ] [ 30 ]その後、相補的なネガティブセンス鎖の合成は、複製の最初の段階と同じ方法で行われます。[ 29 ]ネガティブセンス鎖が合成されると、遺伝子は発現する。[ 32 ]
RF分子がdsDNA合成に使われるか、子孫ssDNA合成に使われるかは、RF分子に結合するタンパク質によって決まる。Repと宿主ssbタンパク質が複製起点に結合すると、RF分子はdsDNA合成に使われる。ウイルスタンパク質Cがssbの代わりに結合すると、RF分子は子孫ssDNAゲノムの合成に使われる。[ 28 ] CはdsDNA合成を阻害し、[ 29 ] ssDNA合成への切り替えを媒介する。[ 33 ]ゲノムssDNAが合成されると、組み立てられた後、子孫カプシドにパッケージ化される。[ 29 ] [ 33 ]パッケージ化の過程で、DNA結合タンパク質がプロカプシドに入り、ゲノムの一部をカプシドの内表面に繋ぎ止める。[ 28 ]
子孫が合成された後、溶解が起こる。[ 32 ] phiX174とその近縁種は、単一遺伝子溶解（Sgl）[ 34 ]を使用し、子孫ウイルスが宿主細胞から出るために細胞を溶解する単一のタンパク質をコードしている。このタンパク質はphiX174のEと呼ばれる。[ 35 ] [ 36 ]グラム陰性細菌では、[ 37 ] Eはペプチドグリカン（PG ）生合成経路で最初の脂質結合中間体である脂質Iを形成する酵素MraYを非競合的に阻害する。[ 35 ] [ 38 ] PG層は細菌細胞エンベロープの構造と形状に不可欠であり、細胞壁の複数の層を形成する。[ 39 ]ペプチジルプロリルイソメラーゼであるSlyDは、 E駆動型溶解にしばしば必要とされる[ 35 ] [ 40 ]。これは、 Eの折り畳みをシャペロンしている可能性が高いからである[ 41 ]。他のマイクロウイルスのSglタンパク質は研究されておらず[ 42 ]、メタゲノム調査では、E様タンパク質はほとんどのマイクロウイルスには見られないことが示されている[ 43 ] 。
一部のマイクロウイルスは宿主のゲノムに組み込まれ、プロファージになることができる。[ 22 ] [ 44 ] [ 45 ]これは、複製中の細菌染色体の2つのコピーが相同組換えを起こしたときに通常生成される二量体を解消する宿主のXerCDリコンビナーゼを利用することによって行われる。XerCとXerDは複製起点の反対側のdifモチーフに結合し、DNAを切断し、他の宿主因子とともに姉妹染色体をほどいて末端を再接続し、染色体を分離する。difモチーフを模倣するマイクロウイルス配列はXerCDによって認識され、ゲノムに組み込まれる可能性がある。プロファージ内のパイロットタンパク質のDNAには、同様の超可変領域を持つ他のマイクロウイルスによる同じ細胞への重複感染を防ぐ超可変領域が含まれている。[ 44 ]
マイクロウイルスは、 dsDNAウイルスや他のDNAバクテリオファージよりも高い突然変異率を持ちますが、RNAウイルスよりは低いです。[ 26 ] [ 27 ]しかし、一定時間内に細胞あたりに生成されるビリオンの数は非常に変動するため、必ずしも多数の子孫を生成するr選択的な生殖戦略を採用するわけではありません。 [ 46 ]水平遺伝子伝達（HGT）は一部のマイクロウイルスで観察されていますが、マイクロウイルスにとって重要ではないようです。[ 26 ]細胞生命とウイルス領域に広く存在するペプチダーゼとメチルトランスフェラーゼを除いて、マイクロウイルスは通常、HGTを介して宿主や他のウイルスから遺伝子を獲得しません。異なる属のマイクロウイルス間のHGTもまれであるようです。[ 18 ]
マイクロウイルスは、多数の門にわたる細菌に感染します。[ 23 ] [ 47 ]発見されたマイクロウイルスの多くは、宿主のゲノムに組み込まれたプロファージとして見つかりました。[ 27 ]マイクロウイルスは広く分布していますが、宿主範囲が狭く、少数の種または種の株にしか感染しない傾向があります。[ 27 ] [ 48 ]確認されている宿主には、腸内細菌、細胞内寄生細菌、およびスピロプラズマなどのモリキュートが含まれます。[ 24 ] [ 4 ]マイクロウイルスは、クラミジアやベデロビブリオなどの細胞内寄生細菌のウイルス群を支配しており、[ 49 ]クラミジアに感染することが知られている唯一のウイルスです。[ 50 ]
マイクロウイルスは地球上で最も広く分布しているウイルスの一つであり、[ 51 ]地球上で最も広く分布している一本鎖DNAウイルスである。[ 18 ]しかし、phiX174とその近縁種は比較的まれであり[ 51 ]、配列決定されたマイクロウイルスの約1%を占めるにすぎない。10 kb未満のファージゲノムのほぼすべてはマイクロウイルスである。[ 52 ]分析されたほぼすべての生息地で検出されており[ 48 ]、特にヒトの腸や深海堆積物などの特定の環境で一般的である。[ 52 ]発見された他の環境には、ヒトの母乳[ 53 ] 、海水、淡水、廃水[ 48 ]、およびホヤなどの他の生物の腸が含まれる。[ 43 ]
ヒトの腸内では、ウイルス叢はカウドウイルスとミクロウイルスが優勢ですが、カウドウイルスの方がミクロウイルスより一般的です。[ 54 ]ヒトの腸内におけるミクロウイルスの存在は、出生時は最初は低いですが、生後最初の2年間で増加します。[ 23 ]他の多くのバイオマーカーと同様に、ミクロウイルスは、大腸がん（CRC）患者の方がCRCでない人よりも豊富です。[ 55 ]しかし、炎症性腸疾患[ 56 ] 、潰瘍性大腸炎、クローン病、小児1型糖尿病の患者では、ミクロウイルスはこれらの疾患のない人よりも少ないです。[ 57 ]
マイクロウイルスの MCP の SJR フォールドは、ssDNA ウイルスに共通しており、細胞性生命体にも見られます。ウイルスはおそらく、このフォールドを細胞性生命体から受け継いで、カプシド タンパク質として使用したと考えられます。マイクロウイルスの MCP は、真核生物の腫瘍壊死因子タンパク質およびコラーゲン結合ドメインと構造的に最も類似しています。ウイルスの中で、マイクロウイルスの MCP は、RNA ゲノムを持つ植物ウイルスのファミリーであるブロモウイルスのカプシド タンパク質に最もよく似ています。しかし、マイクロウイルスの MCP は、他のウイルスのカプシド タンパク質とは異なる単系統群を形成します。[ 5 ]カプシド タンパク質に基づく、この領域の目の系統樹を以下に示します。[ 58 ]
マイクロウイルスによってコードされる HUH エンドヌクレアーゼは、他のウイルスや非ウイルス性の可動遺伝因子にも共通して存在します。しかし、マイクロウイルスのエンドヌクレアーゼは、真核生物の ssDNA ウイルス (フロレオウイルス界[ 59 ] )などの他の Rep タンパク質に共通するヘリカーゼドメインを欠いており、独自の単系統群を形成しています。エンドヌクレアーゼと MCP の両方が単系統であることから、マイクロウイルスは、Rep をコードする RCRプラスミドが RNA ウイルス[ 6 ]または他のウイルスとは無関係に細胞宿主の SJR カプシド タンパク質を獲得した単一の機会に出現したと考えられます。 [ 60 ]マイクロウイルスは複数の細菌門に感染するため、古代に起源を持ち、最後の細菌の共通祖先よりもさらに遡る可能性もあります。[ 47 ] [ 61 ] [ 62 ]
最初に発見されたマイクロウイルスは、1930年代に大腸菌から分離されたphiX174 [ 51 ]です。 [ 51 ] [ 64 ] phiX174は、一本鎖DNAゲノムと共有結合環状DNAの両方を持つことが発見された最初の生物学的実体であり、そのゲノムは完全に配列決定された最初のDNAゲノム[ 51 ] [ 65 ]であり、試験管内で合成された最初のDNAゲノムでもあります。[ 41 ]発見以来、phiX174は最も徹底的に研究されたウイルスの1つとなり、分子生物学[ 51 ]でDNA複製、ウイルスDNAパッケージング、カプシドアセンブリの研究のモデルとして使用されています。 [ 49 ]例えば、 phiX174のE遺伝子は、別の遺伝子の代替読み取り枠で見つかった最初の遺伝子であり、部位特異的変異誘発を受けた最初の遺伝子です。[ 35 ] [ 41 ]より広く言えば、マイクロウイルスは、 X線結晶構造解析によって研究された最初の細菌ウイルスの一つであった。[ 66 ] 1992年に、phiX174は、X線結晶構造解析によってカプシド構造が決定された2番目のssDNAウイルスとなった。[ 67 ]
In the decades after phiX174's discovery, microviruses were only isolated from 11 bacteria genera. More recent metagenomic analyses, however, have shown that they are widespread and likely undercounted in surveys of virus populations.[68] Consequently, microviruses are considered to be undersampled, with their full diversity not yet captured.[69] The disparity between the number of microviruses observed in isolation versus in metagenomic surveys may be because microviruses might be undetectable with standard isolation methods,[50] such as sampling techniques that only capture dsDNA viruses. Once rolling circle amplification was implemented to amplify ssDNA genomes, a broader scope of ssDNA virus distribution was realized.[43]
Microviruses were first grouped together as the family Microviridae in the 1960s, which became official in 1978. The name "microvirus" was also shared with the genus Microvirus in the family Microviridae.[6] This genus was dissolved with the establishment of the subfamily Bullavirinae and three new genera in the subfamily in 2016.[70] A few years later, in 2020,[71] microviruses (Microviridae) were classified in the realm Monodnaviria with other Rep-encoding ssDNA viruses. Within Monodnaviria, microviruses were assigned to the monotypic taxa Sangervirae, Phixviricota, Malgrandaviricetes, and Petitvirales,[72][73] the first two of which are still used in microvirus classification.[1] In 2026, Monodnaviria was split into four realms corresponding to its four kingdoms after evidence showed that the kingdoms had separate evolutionary origins. With this split, Sangervirae was moved to its own realm, Volvereviria.[74][75]
Volvereviria は、その名前の最初の部分をラテン語の「volvere」（転がる）から取っています。これは、この領域のウイルスが使用する DNA 複製方法である、ローリング サークル複製を指します。2 番目の部分は、ウイルス領域に使用される接尾辞 - viria [ 76 ] です。[ 77 ]この領域で唯一の王国であるSangerviraeは、最初の DNA 配列を決定するために phiX174 を使用したFrederick Sangerにちなんで名付けられ、ウイルス王国の接尾辞 - viraeが付いています。この領域の唯一の門であるPhixviricotaは、phiX174 とウイルス門の接尾辞 - viricotaから名付けられています。[ 77 ]最後に、この領域の唯一のクラスであるMicroviricetesは、クラスに昇格した以前の科Microviridaeから名前を受け継いでいます。[ 47 ] Microviricetesは、マイクロウイルスのゲノムサイズが小さいことを指す古代ギリシャ語のμικρός（mikrós）に由来する「micro」という単語と、ウイルスのクラスに使用される接尾辞-viricetesから派生しています。[ 78 ]