RNAワクチン開発と構造ウイルス学

現在オミクロン株はピークは越えたものの高止まりが続いています。

やっと新型コロナに対してはワクチンも開発され治療薬も続々承認されつつありますが、自然界には無数といってよいほどの多数のウイルスが存在し、ヒトに対して重篤な病気を引き起こしその治療法もない状況にあります。

この最も有効な予防・治療法がワクチンですが、原子レベルで感染症のウイルスを理解しようとする科学が「構造ウイルス学」と呼ばれています。

ここ数十年でこの分野は飛躍的に発展し、標的とする病原体の構造に基づいて設計されたワクチンが開発されるようになりました。

新型コロナウイルスのRNAワクチンも、構造ウイルス学によってもたらされたものですし、さらにエイズウイルス（HIV）についても、初のワクチンの開発が期待されています。構造ウイルス学はウイルスがどのように感染し、細胞に侵入するのかの基本的な仕組みを研究します。

構造ウイルス学を使って開発された「構造ベースワクチン」はウイルスの感染力が最も強い部分を狙って、身体が最も強い抗体反応を起こせるようにします。

構造ウイルス学はSARSやMERSを含むコロナウイルスが人間の細胞に侵入するときに、ウイルスの持つスパイクタンパク質がカギを握っていることを明らかにしました。ウイルスとタンパク質を調べるには様々なツールがありますが、特に重要なのはX線結晶解析と低温電子顕微鏡です。

この2つの技術が近年大きく進歩したことが、構造ベースのワクチンの躍進につながったといえそうです。X線結晶構造解析を行うには、まずタンパク質を溶液に浸して氷砂糖のように結晶化させます。

この結晶にX線を当てると規則正しい結晶の構造により回析しますので、そのパターンを撮影してコンピューターで3次元画像を作成できます。しかしすべてのウイルスやタンパク質がうまく結晶化するわけではなく、その場合は低温電子顕微鏡を利用します。

これは薄い氷の層の中でタンパク質を凍らせ、そこへ電子ビームを当てて2次元画像を作成します。これを角度を変えて数十万回繰り返し、ソフトですべての画像を組み合わせて3次元モデルを作成します。

2010年に開発された新しい世代のカメラは解像度が上がり、何枚もの写真を高速で撮影できるようになりました。ヒトに感染するときにウイルスのスパイクタンパク質は変形し、糖タンパク質という分子が棒のような形状が三角形になることが分かりました。

この糖タンパク質の変形を阻害するワクチンなら効果が高いだろうと予測し、このタンパク質の形を正確に突き止めました。

このような構造ウイルス学の治験から、新型コロナの史上初めてのRNAワクチンが開発できたわけです。

実際は抗体との結合など難しい部分もあるようですが、こういった構造解析が進むことで新たな治療薬の開発なども期待できるような気がします。