16.1: 바이러스란 무엇인가?
개요
바이러스(virus)는 단백질 껍질에 둘러싸인 RNA 또는 DNA 유전체(genome)로 구성된 미세한 전염성 입자입니다. 바이러스는 스스로 번식할 수 없으며, 세포에 침입해서 세포 내 체계를 사용해 더 많은 바이러스를 만들 수 있습니다. 바이러스가 숙주 세포를 감염시키면 단백질 껍질을 제거하고 숙주의 세포 체계가 자신의 유전 물질을 전사(transcription)하고 번역(translation)하도록 지시합니다. 이렇게 납치된 세포는 복제된 구성요소를 수천 개의 바이러스 자손(progeny)으로 조립하는데, 이 자손은 숙주 세포를 파열시키고 죽일 수 있습니다. 이렇게 새롭게 조립된 바이러스는 더 많은 숙주 세포를 감염시킵니다.
왜 바이러스를 연구합니까?
바이러스는 박테리아, 식물, 동물 등 다양한 종류의 세포를 감염시킬 수 있습니다. 박테리아를 표적으로 삼는 바이러스, 즉 박테리오파지(bacteriophage, 줄여서 phage; 파지)는 매우 풍부합니다. 현재 연구는 인간의 다제내성 박테리아 감염을 치료하기 위한 파지치료요법(phage therapy)에 초점을 맞추고 있습니다. 전염병이 엄청난 농작물과 경제적 손실을 초래하기 때문에 재배된 식물을 감염시키는 바이러스 또한 많이 연구되고 있습니다.
바이러스는 경제적으로 중요한 작물인 담배 식물이 담배모자이크바이러스(tobacco mosaic virus)로 알려진 신비한 질병에 시달리던 19세기에 처음 발견됐습니다. 동물 바이러스는 수의학 연구와 의학 연구 모두에서 매우 중요합니다. 또한 바이러스는 일반적인 감기, 수두, 헤르페스부터 황열병, 간염 및 천연두와 같은 더 위험한 감염에 이르기까지 많은 인간 질병의 기저에 있습니다.
바이러스의 구조
바이러스는 표적 세포를 공격하는 데 특화된 다양한 형태를 가지고 있습니다. 모든 바이러스의 두 가지 주요 구성 요소는 바이러스 유전체와 캡시드(capsid)로 알려진 보호 단백질 껍질(coat)입니다. 바이러스 유전체는 단일 또는 이중 가닥의 RNA 또는 DNA로 구성되어 있으며, 캡시드를 구성하는 단백질을 암호화합니다. 바이러스 유전체와 캡시드는 함께 뉴클레오캡시드(nucleocapsid)로 알려져 있습니다.
여러 진핵생물(eukaryote) 바이러스의 독특한 특징은 캡시드를 둘러싸고 있는 외피(envelope)로 알려진 인지질막(phospholipid membrane)입니다. 이 외피는 일반적으로 이전에 감염된 숙주 세포의 세포막에서 유래하지만, 거기에 붙어 있는 바이러스 단백질(외피단백질(envelope protein)이라고 함)도 포함할 수 있습니다. 마지막으로, 어떤 동물 바이러스는 외피와 캡시드 사이의 공간에 바이러스 암호화 단백질의 모음인 테규먼트(tegument)을 가지고 있습니다.
바이러스 감염
바이러스 생활사(life cycle)는 부착(attachment), 침입(entry), 복제(replication), 조합(assembly), 방출(release), 이렇게 다섯 단계로 나눌 수 있습니다. 바이러스의 표면에 있는 단백질은 특정한 숙주 세포를 인식하도록 도와줍니다. 일부 바이러스는 이런 표면 단백질을 이용해 세포 수용체(receptor)에 결합해 내포작용(endocytosis)을 개시하는 반면, 외피 바이러스는 숙주 세포막과 직접 융합할 수 있습니다.
일부 박테리오파지는 세포에 들어가지 않습니다. 대신 숙주 세포에 자신의 유전체와 바이러스 효소를 주입합니다. 일단 세포 안에 들어가면, 바이러스는 껍질을 버리고 숙주 세포의 체계가 자신의 유전체를 전사하고 번역하도록 지시합니다. 숙주 세포는 바이러스 자손을 만들기 위해 바이러스 유전체의 새로운 사본을 바이러스 입자로 포장합니다. 자손 바이러스는 세포에서 방출되기 전에 숙주 세포에 저장되거나 세포막에서 돌출하며 지속해서 세포에서 방출될 수 있습니다. 바이러스 감염 주기는 용균성(lytic) 또는 용원성(lysogenic)으로 분류됩니다. 용균 주기에선 새로운 바이러스가 숙주 세포에서 터져 나와 숙주를 죽입니다. 용원 주기에선 바이러스 DNA가 숙주 유전체에 통합되어 잠복해 있다가 숙주 세포가 복제될 때마다 같이 복제됩니다.
