ウイルス侵入

ウイルスは侵入する前に宿主細胞に付着する必要があります。付着は、ウイルスのカプシドまたはエンベロープ上の特定のタンパク質が、標的細胞の細胞膜上の受容体タンパク質と呼ばれる特定のタンパク質に結合することによって達成されます。次に、ウイルスは細胞内に侵入する必要があります。細胞はリン脂質二重層で覆われており、これは細胞が外部世界に対して持つ自然な障壁です。この障壁を突破するプロセスはウイルスによって異なります。侵入の種類は次のとおりです。

1. 膜融合または半融合状態：細胞膜に穴が開けられ、展開中のウイルスエンベロープとさらに結合する。
2. エンドサイトーシス：宿主細胞はエンドサイトーシスという過程を通してウイルス粒子を取り込み、まるで食物粒子を取り込むようにウイルスを包み込む。
3. ウイルス侵入：ウイルスのカプシドまたはゲノムが宿主細​​胞の細胞質に注入される。

緑色蛍光タンパク質（GFP）を用いることで、ウイルスの侵入と感染をリアルタイムで可視化できる。ウイルスが細胞に侵入しても、複製はすぐには起こらず、実際には数秒から数時間かかる。^{[ 3 ] [ 4 ]}

最もよく知られている例は膜融合によるものです。ウイルスエンベロープを持つ多くのウイルスでは、ウイルス受容体が細胞表面の受容体に結合し、二次受容体が存在することで膜の穿孔や宿主細胞との融合が開始されます。結合後、ウイルスエンベロープが宿主細胞膜と融合し、ウイルスが細胞内に侵入します。このようにして細胞に侵入するウイルスには、HIV、KSHV ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]}、単純ヘルペスウイルス^{[ 9 ]}などがあります。

SARS-CoV-2 および類似のウイルスでは、細胞表面または小胞内でスパイクタンパク質によって媒介される膜融合によって侵入が起こります。研究は、スパイクタンパク質と細胞表面受容体であるアンジオテンシン変換酵素 2 (ACE2) との相互作用に焦点を当ててきました。進化により、細胞間融合を媒介する活性が高まり、融合能力が向上しました。^{[ 10 ]}現在の SARS-2 感染に対する予防は、膜融合能力を持つスパイク (S) タンパク質を標的としています。^{[ 11 ]}ワクチン接種は、ウイルスの S 糖タンパク質と細胞をブロックし、ウイルスと宿主細胞膜の融合を阻止することに基づいています。^{[ 12 ]}融合メカニズムは、抗ウイルス開発の潜在的な標的としても研究されています。^{[ 13 ]}

ウイルスエンベロープを持たないウイルスは、一般的にエンドサイトーシスによって細胞内に侵入します。つまり、宿主細胞をだまして細胞膜を通してウイルス粒子を取り込ませるのです。細胞は細胞外の環境から資源を取り込むことができ、ウイルスもこれらのメカニズムを利用して、通常の資源と同様に細胞内に侵入することができます。細胞内に入ると、ウイルスは取り込まれた宿主小胞から出て、細胞質にアクセスできるようになります。このようにして侵入するウイルスの例としては、ポリオウイルス、C型肝炎ウイルス^{[ 14 ]}、口蹄疫ウイルス^{[ 15 ]}などがあります。

3つ目の方法は、ウイルスが細胞上の受容体を介して宿主細胞表面に付着し、ゲノムのみを細胞内に注入し、残りのウイルスを表面に残すというものです。これは、細胞感染にゲノムのみが必要なウイルス（例えば、すぐに翻訳できるプラス鎖RNAウイルス）に限定され、さらに実際にこの挙動を示すウイルスに限定されます。最もよく研​​究されている例としてはバクテリオファージがあります。例えば、T2ファージの尾部線維が細胞に付着すると、その中央鞘が細胞膜を貫通し、ファージは頭部カプシドからDNAを直接細胞内に注入します。^{[ 16 ]}