A Selenium-Deficient Mouse Model of Mouse-Adapted SARS-CoV-2 Demonstrates Variant Emergence Observed in SARS-CoV-2 Pandemic Variants

ウイルスは変化の達人です。彼らは自身の遺伝的指示をRNAの鎖に携えていますが、この素材はウイルスが自身を複製する際に小さなミスを犯しやすい性質を持っています。これらのミス、すなわち突然変異は、進化のための原材料となります。時には、あるミスがウイルスの生存を助け、より容易に拡散したり免疫系を回避させたりすることがあります。科学者たちは以前から、ウイルスが生息する環境が、これらのようなミスの発生頻度に影響を与え得ることを知っていました。一つの要因として重要かもしれないのが、宿主となる動物の食事です。セレンは、動物が細胞を健康に保ちストレスを管理するために少量必要とする微量ミネラルです。動物がセレンを不足させると、その体は感染によるストレスに対処することに苦慮し、この内部的なストレスがウイルスの振る舞いを変える可能性があります。単純な栄養素の欠乏が、ウイルスをより多様化させる引き金になり得るのかを理解することは重要です。なぜなら、それが自然界においてどのようにして新しく危険なバージョンのウイルスが出現するかを説明する手がかりになる可能性があるからです。

研究者たちは、マウスへの感染に適応させた新型コロナウイルス（COVID-19）の特定のバージョンを用いて、このアイデアを検証することを目的としました。彼らはマウスを2つのグループに分けました：一方のグループには正常で健康的な食事を与え、もう一方はセレンを完全に欠いた食事を与えました。その後、科学者たちはこのウイルスをマウスに導入し、一連のラウンドを通じてマウス間でウイルスが広がっていく様子を見守りました。各グループに対して食事の内容を一貫させることで、セレンの欠乏が個体群の中を移動するウイルスを変化させるかどうかを確認できました。数ラウンドの感染を経て、チームは収集された両方のグループのウイルスの遺伝コードを詳細に調査しました。その結果、セレンが不足しているマウス由来のウイルスは、十分に栄養を摂っているマウス由来のものよりも大幅に変化していることが分かりました。セレンの欠乏によってウイルスはより多くの種類の遺伝的ミスを生み出し、動物の体内により多様なウイルス株の集団を作り出したのです。

見つかった多くの変化の中で、研究者たちはセレン不足のグループにのみ出現した18個の特定の突然変異を特定しました。これらの変化の中には、実際のパンデミック中にヒトの集団で見られたものと同一の変異も含まれていました。これは、栄養不良というストレスが、ウイルスに対し、現実世界でも最終的に辿り着く可能性のある遺伝的経路を探求するように促すことを示唆しています。これらの突然変異はすべてが一斉にウイルス集団全体を支配したわけではなく、代わりに異なるバージョンの混合物として存在しており、ウイルスが後に利用できる潜在的な変化のリザーバー（貯蔵庫）を作り出していました。これらの遺伝的変化がウイルスをより危険にするかどうかを確認するため、科学者たちは両方のグループのウイルスを取り上げ、通常の食事をとっている新しいマウスに感染させました。そして、それらのマウスがより重症化するか、あるいは体重減少が大きくなるかを注意深く観察しました。その結果、どちらのウイルスを受け取ったとしても、生存率や体重減少の面では大きな差は見られませんでした。しかしながら、セレン不足のグループ由来のウイルスに感染したマウスは、免疫応答を呼びかけるシグナルのレベルが高いなど、免疫系からの非常に強い反応を示しました。

本研究は、ホストにおけるセレンの不足がウイルスの多様性の原動力となり、ウイルスが生成し得る遺伝的バリエーションの範囲を拡大させ得ることを示しています。今回の実験においては、ウイルスによる直接的な病状自体は劇的には変わりませんでしたが、変化した遺伝的構成は、栄養学的ストレスがウイルスの潜在的な適応のライブラリ構築を助ける可能性があることを示唆しています。これらの知見は、微量ミネラルのレベルに至るまで、ホストの健康状態がウイルスの進化の形を作る役割を果たしているという考えを指し示しています。この食事とウイルスの変化との関連性は、新たな変異体がどのように出現するかについての新しい視点を提供しており、感染した動物の内部条件が、ウイルス自体の内部機構と同じくらい、ウイルスの将来の進む道筋に影響を与える可能性があることを示唆しています。