SARS-CoV-2オミクロン変異株は人為的遺伝子組み換えの産物である可能性が高い。

人為的遺伝子組み換えの可能性を評価する確率論的アプローチとSARS-CoV-2オミクロンへの応用

A Probabilistic Approach to Evaluate the Likelihood of Artificial Genetic Modification and Its Application to SARS-CoV-2 Omicron

https://www.jstage.jst.go.jp/article/ipsjtbio/15/0/15_22/_article

Author information

著者情報

Hideki Kakeya　University of Tsukuba
掛谷英紀　　　筑波大学システム情報系准教授

Yoshihisa Matsumoto　Tokyo Institute of Technology
松本 義久　東京工業大学 科学技術創成研究院 教授

Keywords: molecular evolution, dN/dS, point mutation, spike protein, Omicron variant, SARS-CoV-2

キーワード：分子進化、非同義置換率dN/同義置換率dS比、点突然変異、スパイクタンパク質、オミクロン変異株、新型コロナウイルス（SARS-CoV-2）

Abstract

要旨

A method to find a probability that a given bias of mutations occur naturally is proposed to test whether a newly detected virus is a product of natural evolution or artificial genetic modification. The probability is calculated based on the neutral theory of molecular evolution and binominal distribution of non-synonymous (N) and synonymous (S) mutations.

新たに検出されたウイルスが自然進化の産物であるか、あるいは人為的遺伝子組み換えの産物であるかを検定するために、与えられた突然変異の偏りが自然に起こる確率を求める方法を提案する。確率は分子進化の中立理論と非同義変異・N（アミノ酸を変化させる変異）と同義変異・S（アミノ酸を変化させない変異）（アミノ酸を変化させない変異）の二項分布に基づいて計算される。

bias of mutations突然変異の偏り
neutral theory of molecular evolution　：中立進化説
binominal distribution：二項分布（確率分布表）
non-synonymous (N) ：非同義変異（アミノ酸を変化させる変異）
synonymous (S):同義変異（アミノ酸を変化させない変異）

Though most of the conventional analyses, including dN/dS analysis, assume that any kinds of point mutations from a nucleotide to another nucleotide occurs with the same probability, the proposed model takes into account the bias in mutations, where the equilibrium of mutations is considered to estimate the probability of each mutation.

非同義置換率dN/同義置換率dS比解析を含む従来の多くの解析では、あるヌクレオチドから他のヌクレオチドへの点突然変異はどのようなものでも同じ確率で起こるしているが、提案モデルでは突然変異の偏りを考慮し、突然変異の平衡を考慮して各突然変異の確率を推定する。

nucleotide　ヌクレオチド
リン酸・糖・塩基が結合した化合物のことを、ヌクレオチドといいます。DNAやRNAといった高分子化合物は、ヌクレオチドが繰り返し結合することにってできているわけです。

The proposed method is applied to evaluate whether the Omicron variant strain of SARS-CoV-2, whose spike protein includes 29 Nmutations and only one S mutation, can emerge through natural evolution.

提案した方法は、SARS-CoV-2のオミクロン変異株（スパイクタンパク質に29個の非同義変異Nとたった1つの同義変異S変異を持つSARS-CoV-2のオミクロン変異株が自然進化によって出現しうるかどうかを評価した。

The result of binomial test based on the proposed model shows that the bias of N/S mutations in the Omicron spike can occur with a probability of 1.6 x 10^(-3) or less. Even with the conventional model where the probabilities of any kinds of mutations are all equal, the strong N/S mutation bias in the Omicron spike can occur with a probability of 3.7 x 10^(-3), which means that the Omicron variant is highly likely a product of artificial genetic modification.

提案モデルに基づく二項検定の結果、オミクロンスパイクにおける非同義置換率dN/同義置換率dS（N/S）N/S突然変異の偏りは1.6×10^(-3)以下の確率で起こりうることが示された。あらゆる突然変異の確率がすべて等しいとする従来のモデルでも、オミクロンスパイクにおける強いN/S突然変異のバイアスは3.7×10^(-3)の確率で起こりうるので、オミクロンの変異株は人為的遺伝子組み換えの産物である可能性が高い。

用語

＊突然変異の偏り（Mutation Bias）ChatGPTより

突然変異の偏り（Mutation Bias）は、生物学や遺伝学の文脈で使用される用語で、生物の遺伝子やゲノムの変異が特定の方向やパターンに偏って発生する現象を指します。突然変異は、生物の遺伝情報が変化する主要な要因の一つであり、進化の過程で新たな特性や適応力を生み出す役割を果たします。突然変異のバイアスが存在する場合、特定のタイプの変異が他の変異よりも頻繁に発生することがあります。

＊中立進化説（ちゅうりつしんかせつ、英語: neutral theory of molecular evolution）とは、分子レベルでの遺伝子の変化は大部分が自然淘汰に対して有利でも不利でもなく（中立的）、突然変異と遺伝的浮動が進化の主因であるとする説。ウイキペディアより

＊binomial test：二項検定
二項検定（にこうけんてい、英: binomial test）は、2つのカテゴリに分類されたデータの比率が、理論的に期待される分布から有意に偏っているかどうかを、二項分布を利用して調べる統計学的検定であり、確率を直接求める方法（正確確率検定）の一つである。ウイキペディアより

＊日本語文献

TSUKUBA JOURNAL

オミクロン株の変異プロセスを数理モデルで評価
https://www.tsukuba.ac.jp/journal/technology-materials/20221116143000.html

2022.11.16

新型コロナウイルスのオミクロン株には、ヒトの細胞に結合するスパイクタンパク質と呼ばれる部位に、原株に対して30以上の変異があります。他の変異株の変異は10前後以下であるのに比べて、オミクロン株だけに多くの変異が発生した原因が議論されています。これまで、(1)モニタリングされていないヒトの集団で変異を繰り返した、(2)ヒトから動物に感染し、そこで変異を繰り返した後、ヒトに再感染した、(3)免疫不全の患者の体内で免疫逃避の変異を繰り返した、という３つの仮説が提唱されていましたが、いずれの仮説も、十分に説明ができない点がありました。

　本研究では、オミクロン株のスパイクタンパク質に含まれる同義変異（アミノ酸を変化させない変異）と非同義変異（アミノ酸を変化させる変異）の比率に着目し、変異の平衡を仮定した数理モデルを用いて、オミクロン株に見られる29の非同義変異が生じる間に同義変異が１つ以下しか生じない確率を計算しました。その結果、オミクロン株のスパイクタンパク質に見られる変異の偏りが自然に生じる確率は0.2%となりました。これは、オミクロン株のスパイクタンパク質の変異が、人工的な遺伝子組換えなどの、自然界にない何らかのプロセスを経ている可能性を強く示唆しています。

　新型コロナウイルスを人工的に変異させ、その特性を調べる研究は、世界中で盛んに行われていますが、同時に、それらが実験室から流出した場合の影響が危惧されています。ウイルスを人工的に操作する研究の規制と監視の仕組みを構築する必要性があると考えられます。

いつもありがとうございます。