PCR検査ー新型コロナウィルスの陽性陰性判定

自分の覚書メモ。

https://maonline.jp/articles/pcr_coronavirus20200317

PCRはポリメラーゼ連鎖反応と言い、DNA（デオキシリボ核酸＝遺伝子）ポリメラーゼと呼ばれる酵素の働きと温度調整を利用してDNAを増殖させる技術。Polymerase Chain Reactionの頭文字をとってPCRと表記される。

ちなみにアデニン、グアニン、シトシン、チミンという4つの塩基から成るのがDNAで、チミンがウラシルに代わったのがRNA。DNAからRNAが作られ、RNAからたんぱく質が作られる。DNAが持つ4つの塩基の配列が変わることで作られるたんぱく質が変わり、さまざまな遺伝情報が発現することになる。

今回の新型コロナウイルスはRNA（リボ核酸＝DNAを鋳型として合成される）ウイルスのため、RNAをDNAに変換したうえでPCRでDNAを増やし、陰性、陽性の判定を行う。

DNAは2本鎖のらせん構造（二重らせん構造）を持っており、水溶液中で高温にすると2本鎖が離れ1本鎖のDNAになる。1本鎖DNAは温度を下げると、再び結合し2本鎖となる。この時、温度を急に下げると長い1本鎖DNAは2本鎖に戻りにくいが、短いDNAは急に温度を下げても結合しやすいという現象が起こる。

PCRはこの現象を利用したもので、増幅したいDNAとともに短いDNAを大量に混ぜ合わせたうえで、温度の上げ下げを繰り返すことで目的のDNAを増やす。さらに増えたDNAを染めれば、目で確認する事ができるようになり、目で確認できれば陽性、目で確認できなければ陰性と判定される。

新型コロナウイルスの検査は、感染が疑われる人から新型コロナウイルスが含まれると思われる検体を採取し、新型コロナウイルスしか持っていない部分の遺伝子をPCRで増やし、※目で確認できる状態にして陰性、陽性を判定する。

ただ、PCRは温度の上げ下げを繰り返す必要があるため、結果がでるまでに時間とコストがかかる。さらに検査結果が陰性であっても、のちに陽性であることが分かったケースもあり、検査を何度か行う必要がある。

このため新型コロナウイルスの新しい検査法の開発が臨床検査の試薬や機器メーカーで進んでおり、国立感染症研究所（東京都新宿区）によると開発中の検査法の中には、検体処理工程から結果取得までを１時間以内に行える検査法もあるという。

こうした検査方法が開発されれば、新型コロナウイルスの検査はいずれPCRに頼らなくて済む日がきそうだ。

※目で確認できる状態

https://www.jfrl.or.jp/storage/file/news_vol3_no19.pdf

（４/４　④ウィルス感染細胞を観察する方法）

 

 

https://www.nig.ac.jp/museum/dataroom/transcription/01_introduction/index.html

RNAポリメラーゼとは？

生命現象の中でタンパク質は重要な働きをしています。 タンパク質の設計図は遺伝子DNAに存在します。遺伝子DNAに書かれたタンパク質の情報はいったんmRNA(メッセンジャーRNA)に転写された後に、リボソームによってアミノ酸へと翻訳されタンパク質ができます。ここでDNAからmRNAへの転写を行うのがRNAポリメラーゼです。 RNAポリメラーゼは遺伝子DNAを鋳型に、RNAの素となる4つのヌクレオシド（A：アデノシン, U：ウリジン, G：グアノシン, C：シチジン)を重合しmRNAを合成します。

http://nsgene-lab.jp/expression/rna/

細胞でつくられるRNA

細胞内では、さまざまな種類のRNAがつくられている。その一部を下の表にまとめた。

主要なRNAは上の３つで、mRNAはタンパク質のアミノ酸配列を指令するRNAである。また、数あるRNAの中で、タンパク質のアミノ酸配列を指令してるのはmRNAだけである。このmRNAは全RNAの3〜5%を占めると言われ、1種類のmRNAは各細胞に平均10〜15分子存在する。

全RNAの約８割を占めるのが、rRNAである。rRNAは翻訳の場であるリボソームを構成する分子であるとともに、タンパク質合成を実際に触媒する分子でもある。

tRNAは、mRNAの塩基配列とタンパク質のアミノ酸配列とを結びつけるアダプター分子であり、翻訳においてまさに通訳として機能するRNAである。詳細は、また別のページでお話ししたい。

その他、RNAスプライシングを実行するsnRNA、核小体でrRNA前駆体の化学修飾に関与するsnoRNA、mRNAの翻訳を阻害するmiRNAなどがある。ここに書かれていないRNAも多数あるので、興味のある人は自分で調べてみよう。

 

http://amr.ncgm.go.jp/general/1-1-2.html

細菌とウィルスの違い

細菌とは

　目で見ることはできない小さな生物です。一つの細胞しかないので単細胞生物と呼ばれます。細菌は栄養源さえあれば自分と同じ細菌を複製して増えていくことができます。人の体に侵入して病気を起こす有害な細菌もいます。一方で人の生活に有用な細菌も存在します（納豆菌など）。人の体には多くの種類の細菌がいて、皮膚の表面や腸の中の環境を保っています。

　ヒトに病気を起こすことがある細菌として、大腸菌、黄色ブドウ球菌、結核菌などが知られています。

　抗菌薬（抗生剤、抗生物質）は細菌を退治するための薬です。

　抗菌薬が効かないもしくは効きにくくなった細菌のことを薬剤耐性菌といいます。これまでなら効くはずの抗菌薬が効かなくなると、感染症の治療が難しくなるだけでなく、手術の時や抗がん剤治療で免疫が低下したときの感染予防など、さまざまな医療が困難になります。

ウイルスとは

　細菌の50分の1程度の大きさで、とても小さく、自分で細胞を持ちません。ウイルスには細胞がないので、他の細胞に入り込んで生きていきます。ヒトの体にウイルスが侵入すると、ヒトの細胞の中に入って自分のコピーを作らせ、細胞が破裂してたくさんのウイルスが飛び出し、ほかの細胞に入りこみます。このようにして、ウイルスは増殖していきます。

　ヒトに病気を起こすことがあるウイルスとして、インフルエンザウイルス、ノロウイルスなどが知られています。風邪（普通感冒）はさまざまなウイルスが原因となります。

　ウイルスは大きさや仕組みが細菌と異なるので抗菌薬（抗生剤、抗生物質）は効きません。抗ウイルス薬はまだ少数しか開発されていません。

細菌とウイルス：大きさの違い（イメージ）

 

https://www.niid.go.jp/niid/ja/kansennohanashi/9303-coronavirus.html

コロナウイルスとは

ヒトに感染するコロナウイルス

ヒトに蔓延している風邪のウイルス４種類と、動物から感染する重症肺炎ウイルス２種類が知られている。これらについては、それぞれの症状や感染経路などの特徴を表１に示した。

１．風邪のコロナウイルス

ヒトに日常的に感染する４種類のコロナウイルス（Human Coronavirus：HCoV）は、HCoV-229E、HCoV-OC43、HCoV-NL63、HCoV-HKU1である。風邪の10～15％（流行期35％）はこれら4種のコロナウイルスを原因とする。冬季に流行のピークが見られ、ほとんどの子供は6歳までに感染を経験する。多くの感染者は軽症だが、高熱を引き起こすこともある。HCoV-229E、HCoV-OC43が最初に発見されたのは1960年代であり、HCoV-NL63とHCoV-HKU1は2000年代に入って新たに発見された。

２．重症急性呼吸器症候群コロナウイルス（SARS-CoV）

SARS-CoVは、コウモリのコロナウイルスがヒトに感染して重症肺炎を引き起こすようになったと考えられている。2002年に中国広東省で発生し、2002年11月から2003年7月の間に30を超える国や地域に拡大した。2003年12月時点のWHOの報告によると疑い例を含むSARS患者は8,069人、うち775人が重症の肺炎で死亡した（致命率9.6％）。当初、この病気の感染源としてハクビシンが疑われていたが、今ではキクガシラコウモリが自然宿主であると考えられている。雲南省での調査では、SARS-CoVとよく似たウイルスが、今でもキクガシラコウモリに感染していることが確認されている。ヒトからヒトへの伝播は市中において咳や飛沫を介して起こり、感染者の中には一人から十数人に感染を広げる「スーパースプレッダー」が見られた。また、医療従事者への感染も頻繁に見られた。死亡した人の多くは高齢者や、心臓病、糖尿病等の基礎疾患を前もって患っていた人であった。子どもには殆ど感染せず、感染した例では軽症の呼吸器症状を示すのみであった。

３．中東呼吸器症候群コロナウイルス（MERS-CoV）

MERS-CoVは、ヒトコブラクダに風邪症状を引き起こすウイルスであるが、種の壁を超えてヒトに感染すると重症肺炎を引き起こすと考えられている。最初のMERS-CoVの感染による患者は、2012年にサウジアラビアで発見された。これまでに27カ国で2,494人の感染者がWHOへ報告され（2019年11月30日時点）、そのうち858人が死亡した（致命率34.4％）。大規模な疫学調査により、一般のサウジアラビア人の0.15%がMERSに対する抗体を保有していることが明らかになったことから、検査の俎上に載らない何万人もの感染者が存在していることが推察される。その大多数はウイルスに感染しても軽い呼吸器症状あるいは不顕性感染で済んでおり、高齢者や基礎疾患をもつ人に感染した場合にのみ重症化すると考えられる。重症化した症例の多くが基礎疾患（糖尿病、慢性の心、肺、腎疾患など）を前もって患っていたことが解っている。15歳以下の感染者は全体の2%程度であるが、その多くは不顕性感染か軽症である。ヒトからヒトへの伝播も限定的ではあるが、病院内や家庭内において重症者からの飛沫を介して起こる。年に数回程度、病院内でスーパースプレッダーを介した感染拡大が起こっているが、市中でヒトからヒトへの持続的な感染拡大が起こったことは一度もない。2015年に韓国の病院で起こった感染拡大では、中東帰りの1人の感染者から186人へ伝播した。

*Summary of probable SARS cases with onset of illness from 1 November 2002 to 31 July 2003　https://www.who.int/csr/sars/country/table2003_09_23/en/、香港(n=1755)のデータより

動物コロナウイルス

コロナウイルスは家畜や野生動物などの、我々の周りに棲息するあらゆる動物に感染し、様々な疾患を引き起こすことも知られている。イヌ、ネコ、ウシ、ブタ、ニワトリ、ウマ、アルパカ、ラクダなどの家畜に加え、シロイルカ、キリン、フェレット、スンクス、コウモリ、スズメからも、それぞれの動物に固有のコロナウイルスが検出されている。多くの場合、宿主動物では軽症の呼吸器症状や下痢を引き起こすだけであるが、致死的な症状を引き起こすコロナウイルスも知られている。家畜では豚流行性下痢ウイルス（PEDV）、豚伝染性胃腸炎ウイルス（TGEV）、鶏伝染性気管支炎ウイルス（IBV）、実験動物ではマウス肝炎ウイルス（MHV）、ペットでは猫伝染性腹膜炎ウイルス（FIPV）が致死的である。コロナウイルスの種特異性は高く、種の壁を越えて他の動物に感染することは殆どない。

ウイルス学的特徴

電子顕微鏡で観察されるコロナウイルスは、直径約100nmの球形で、表面には突起が見られる。形態が王冠“crown”に似ていることからギリシャ語で王冠を意味する“corona”という名前が付けられた。ウイルス学的には、ニドウイルス目・コロナウイルス亜科・コロナウイルス科に分類される。脂質二重膜のエンベロープの中にNucleocapsid（N）蛋白に巻きついたプラス鎖の一本鎖RNAのゲノムがあり、エンベロープ表面にはSpike（S）蛋白、Envelope（E）蛋白、Membrane（M）蛋白が配置されている（図１）。ウイルスゲノムの大きさはRNAウイルスの中では最大サイズの30kbである。遺伝学的特徴からα、β、γ、δのグループに分類される。HCoV-229EとHCoV-NL63はαコロナウイルスに、MERS-CoV、SARS-CoV、HCoV-OC43、HCoV-HKU1はβコロナウイルスに分類されている。

 

https://www.saiseikai.or.jp/feature/covid19/basic_q03/

『コロナ』とは 

コロナウイルスの「コロナ」ってどういう意味？

「コロナ」とはギリシャ語で王冠のことです。太陽を描くとき、丸い太陽の周りにいっぱい線を引きませんか？　その線も同じく光冠(コロナ)と呼ばれています。コロナウイルスは、突起の付いた姿がコロナの形に似ていることから名付けられました。太陽がすっぽりと月に隠されてしまう皆既日食が起こったときは、コロナを実際に肉眼でも見ることができます。

電子顕微鏡で見た新型コロナウイルス/米国立アレルギー・感染症研究所(NIAID)提供

なぜ「新型」って呼ばれているの？

文字通り「新種」だからです。1964年、スコットランド人の女性医師・ジューン・アルメイダが最初にコロナウイルスを特定して以来、現在までさまざまなコロナウイルスが知られていましたが、新型コロナウイルスは2019年12月に初めて発見されました。
なお、新型コロナウイルスの正式名は、2020年2月に国際ウイルス分類委員会が命名した『SARSコロナウイルス2(SARS-CoV-2)』です。以前「MERS(中東呼吸器症候群)」という病名が、中東地域に悪い印象を与えることになったことから、WHOは『SARSコロナウイルス2』による感染症名として『COVID-19』を使うよう呼びかけています。

コロナウイルスにはどんな種類があるの？

これまで人に感染するものは6種類知られていました(新型コロナウイルスで7種類目)。いわゆる風邪の10～15％(流行期は35％)は、このうちの4種が起こしているといわれています。残りの2種は、「SARS(重症急性呼吸器症候群)」と「MERS(中東呼吸器症候群)」を引き起こすコロナウイルスです。SARSは2002～2003年、MERSは2012年に世界で流行しましたが、2020年現在も治療法が確立されていない怖いウイルスです。もともと動物に感染していたウイルスが「変異」したものだと考えられています。

変異って、なんのこと？

簡単にいうと、ウイルスの形や性質が変わることです。ウイルスを車に例えて考えてみましょう。工場で車を作ると、基本的にどれも設計図通りにまったく同じものが出来上がります。でも、ウイルスはそうではありません。設計図をもとに作っているにもかかわらず、部品を間違えたり、別の部品をつけてしまったりすることがあるのです。こうして、色が変わったり、ホイールが別のものになったり……と、増殖を繰り返すうちに、マイナーチェンジしてしまうのです。そして数年から数十年に一度、フルモデルチェンジすることがあります。それまで動物にだけ感染していたウイルスでも、フルモデルチェンジすることで、人に感染するようになることもあるのです。