바이러스 (Viruses) 바이러스는무엇인가? 바이러스의발견및연구 바이러스의구성요소 바이러스의세포감염과증식 바이러스는표적세포와결합하여유전물질주입 용균성과용원성세균 바이러스의질병유발 바이러스는특정종의특정세포만감염 바이러스감염에대한방어 다른감염성병원체 비로이드 (Viroid) 는감염성 RNA 분자 프리온은단백질성감염입자
바이러스는무엇인가? 1. 대부분의세균을여과할수있도록고안된여과지를통과할수있는작은전염성의병원체 2. 세포는아니지만간단한유전물질 (DNA 또는 RNA) 이단백질외투 (protein coat) 로둘러싸여있다. 3. 거대분자의조합보다는크고세포에비해선작은화학적, 생물학적경계선에위치. 4. 살아있지않다? 물질대사를하지않고, 자극에반응하지않고, 스스로증식하지않는다. 숙주 (host cell) 필요. 5. 증식과정에서숙주세포를손상또는붕괴-질병. 6. 바이러스감염에의한증상은바이러스가침입된세포의종류에따라서다양.
바이러스는어떻게발견되었나? 1. 처음세균발견, 세균이모든질병의원인이라고생각. 2. 1892년러시아이바노브스키 : 담배식물의잎을발육을방해하는반점연구. 세균을여과하는여과기를통과하는물질을다시식물에감염. 하지만어떠한표본으로도세균을배양시킬수없었다. 즉무언가가여과기를통과한것이있다고결론. 3. 1895년독일바이제린크 : 다른식물로이동후다시감염능력을확인 4. 1898년담배병의원인이살아있는실체라결론 ( 여과성병원체 ). 5. 바이러스 ( 라틴어로 독 ) 라명명 6. 1939년전자현미경으로담배모자이크바이러스 (Tobacco Mosaic Virus, TMV) 형태관찰
바이러스는어떻게연구되었나? 1900년대초페트리접시에세포층을이용바이러스배양희석한바이러스를세포배양에감염시켰을때작게국지적으로나타나는플라크 (plaque) 로부터단일균주바이러스분리. 즉플라크에있는바이러스는하나의바이러스입자로부터증식된것. 단일유전적균주를갖게되고이로부터대량세포배양을통해바이러스대량생산 백신제조 바이러스플라크 (Viral Plaques) 세포배양에서보이는각점들은한개의바이러스가세포에감염하여증식하면서죽인세포의부분을의미.
바이러스의연구 1. 바이러스는기본적인생물학적과정의연구에중요. 즉바이러스가살아있지않더라도증식을위해세포의단백질합성기작을빌려서사용하는능력 세포기관과유전적조절을다양하게연구하는가치. 2. 일부바이러스는암의발생과세포의생장을조절하는기작에대해도움을줌. 유전자치료 (Gene theraphy) 에서종종벡터로사용 ( 감염성제거 ) 세포내에있는유전적손상부위를교정할수있다. 3. 바이러스게놈은상대적으로매주작은수의단백질을암호화한다. 4. 숙주세포의생화학적분자들을빼앗기때문에숙주세포는손상되지만바이러스는빠르게복제. 5. 바이러스는비교적높은변이를일으킬수있어숙주세포의방어망을이겨낼수있다.
바이러스의구성요소 바이러스는핵, 소기관, 세포질없이구성소수의바이러스는효소를가짐, 바이러스의노출된구조때문에바이러스는종종입자 (particle) 라고불린다. 세포보다작고약 80nm. 세균은 5,000nm. 동물세포는 50,000nm이다. 캡시드 (Capsid): 단백질외피. 캡소머 (Capsomer) 라는단백질복합체로구성비리온 (virion): 세포바깥쪽에서존재하는완전한감염성의바이러스입자많은비리온은구형또는 20면체 (icosahedral). 다른비리온은막대모양, 달걀모양, 섬유상모양등. 캡시드단백질이유전물질과연결된방법이나바이러스의전체형태를결정하는방법등이비리온을구별하는특성이된다.
바이러스의분류 유전물질이 DNA or RNA? DNA Virus or RNA virus 유전물질의유형은바이러스복제에필요한단계를결정. 적게는 3 ~ 많게는 200개이상의유전자를가지고있다. 숙주세포로부터복제하는데필요한효소를가진다. 1) 숙주세포를인식하고침입, 2) 유전물질을복제, 3) 숙주세포내에서바이러스가숨어지내는것을돕는다. 어떤바이러스 ( 폭스바이러스 ) 는단백질외투이외에외피 (envelope) 라불리는숙주세포의막으로부터유도된막층을갖고있다. 박테리오파지는 ( 세균에감염 ), 꼬리, 다리, 돌기 (spike) 를가져서달착륙우주선처럼보인다.
바이러스의세포감염과증식 비리온은자기증식을위해표적세포에만결합한후침입하여유전물질을세포내로전달. 어떤바이러스는숙주의염색체안으로삽입하거나또는세포내부에 DNA 분자단편을전달하여여러세대까지살아남아있다. 바이러스는세포가다른곳에사용하는표면분자에붙어숙주세포에부착한다. 예 : 람다파지는맥아당 (maltose) 같은형태의표면분자를가지고, 세균표면에있는맥아당수용체에결합. 예 : AIDS를일으키는 HIV 바이러스는면역시스템의일부인보조 (Helper) T세포의 2개분자와결합한다. 바이러스표면분자와숙주세포의표면분자의결합은감염특이성을결정 바이러스가증식가능한세포만감염
바이러스의유전물질주입 다음은바이러스가세포안에유전물질을주입하는것. 세포벽이없는동물세포는바이러스입자를세포내이입작용 (endocytosis) 를통해. 동물세포안에들어온바이러스입자는단백질분자가해체되어유전물질을방출. 리소좀효소가세포질에바이러스의유전물질을방출시키기도한다. 외피를가진바이러스는감염을하려면특이분자에흡착이필요. 외피는바이러스가세포로들어가도록도와준다
식물의바이러스감염 식물역시바이러스에피해. 잎이나꽃에연두색이나노란색의반점이생기는모자이크병. 식물의외피조직과두꺼운세포벽을투과해야한다. 식물의물리적인상처 ( 농기계, 바람등 ) 를통해서감염되기도. 종자와꽃가루가바이러스를운반하기도한다. 흙속의벌레는뿌리에바이러스를전파, 멸구, 진딧물등의곤충이낸작은상처에의해감염. 곤충이여러식물에전파. 식물내부의비리온은식물세포들사이에서세포질의다리역할을하는원형질연락사를통해세포에서세포로이동. 일부식물의잎과꽃의아름다운색무늬는바이러스감염의결과이다.
용균된다. 용균성감염 (Lytic pathway) 세포는일반적으로모든성분이두배로만들어져서분리된다. 바이러스는대량으로복제하고증식한다. 즉한개의비리온은수백개의자손을생산-복제. 복제를위해두가지의전략. ( 용균성 vs. 용원성 ) 세포를용해하거나파괴하는용균성 lytic infection. 박테리오파지는자신의유전자만을전사하고, 복제 수백개의바이러스가동시에조립되어숙주세포는파괴되고자손비리온을방출자손비리온이세포에서방출될때함입되어있는단백질과결합하면서일부막으로둘러싸이면서외투막이형성된다. 비리온이많이방출되면세포막은조각조각떨어져나가고세포는결국
용원성감염 (Lysogenic pathway) 복제하기좋은조건이될때까지숙주세포에유전물질을숨겨놓았다가복제가가능할때에복제하는기작 용원성감염 lysogenic infection. 숨어지내는용원성은바이러스가효소로숙주의 DNA를자르고바이러스 DNA가숙주 DNA와결합. 세포가분열할때바이러스유전자도같이복제. 세포에손상을주지않고바이러스의생존을유지. 단지몇개의바이러스단백질만전사되고번역되며세포를용균하거나방출될때스위치로결정하는기능. 세포의영양상태가부족, DNA 손상등조건때용균감염기작을진행시킨다.
잠복성바이러스 어떤동물바이러스는세포의 DNA 분자내에잠복해있으면서복제될수있는상태까지잠복 잠복성바이러스잠복기의바이러스는자손비리온의생산없이오랜기간동안세포에남아있을수있다 ( 무기한 ). 예 : 헤르페스바이러스, 입가에나는수포 (cold sores). 감염후세포가스트레스를받거나피해를입으면바이러스 DNA는전사되고다른세포를감염시키기위해세포에서방출. HIV의복제기작은특이하다. 감염후즉시많은 HIV 비리온이생산되고방출. 결국지속적인감염이시작되고감염세포에서소량의바이러스입자가만들어진다. 증상은거의없으나혈류에존재. 어떤자극에의해서다시생산 모든표적면역세포를죽인다.
바이러스의질병유발 바이러스가어떻게질병을유발시키는가? 바이러스의감염의특이적증상 : 파괴된숙주세포의유형, 숙주의반응 Rhinovirus: 인간의코, 기관지, 폐에서점액을생산하는세포에서감기증상유발. 몸전체에서느끼는바이러스성감염증상은면역체계에서방출되는분자들에의해유발 체온상승, 염증, 고통등. 바이러스는세포의유형에특이적. 특이적표적부착분자나수용체를가진세포에만감염. 몇몇표적분자는연관있는생물체의전체그룹에서발견되기도. 예 : 광견병바이러스 (rabies virus) 는인간, 스컹크, 박쥐등모두감염가능. 바이러스가침범할수있는개체의종류를숙주범위.
바이러스의질병유발 바이러스매개체는감염을퍼지게하므로바이러스를막는데도움이된다. 매개체가발견되지않으면어려움. 예 : 에볼라, 매개체가발견안됨. 인체조직어디에있는지알수가없다. 치명적인출혈을일으킴. 천연두 (smallpox virus) 는백신의개발로사라짐-숙주가인간뿐임. 바이러스는다른종에침입할수있는변화능력이있기도하다. 예 : HIV는침팬지에서변화되어인간에게도감염가능하게된결과. 바이러스는다른종으로도약가능 숙주범위를넓힐수있다. 바이러스가결합할수있는수용체가있는세포는가능. -고양이는주인에게고양이 AIDS 바이러스를점염못시킨다. -토마토식물은관목생장저지증을인간에게옮기지못한다.
바이러스의질병유발 인간은오리로부터감기바이러스에감염될수있다. 감기 (flu) 바이러스는인수공통전염병 (zoonosis) 의예. Influenza는잘알려진인수공통전염병원. 새와포유류등다양한종의호흡기세포를감염. ( 인간 돼지 오리 인간 ) 유전자돌연변이가누적 면역계에변화. 전염병리학자들은인간, 돼지, 가금류사이의바이러스유전물질을조사해야한다. 새나박쥐는종종새로운인수동물전염원일수있다. 긴거리를이동. 예 : 박쥐가말에게전염, 말이사람에게전염-헨드라바이러스, 말홍역바이러스. Nipah바이러스역시박쥐-돼지-인간. 말레이지아 269명감염-108명사망.
바이러스감염에대한방어 세균에서는제한효소가바이러스 DNA를파괴한다. 자신의 DNA는특정한보호장치를가져서파괴되지않는다. 예 ) 메틸기 (CH 3 ). 동물세포는제한효소를만들지못한다. 하지만면역체계를가진다. 항체 (antibody): 바이러스입자를둘러쌀수있는단백질, 표적세포에흡착방지. 감염된세포는바이러스가침입할때그들을방어하기위해주변세포들을활성화하는물질을분비. 항바이러스약품 : 바이러스가자신들의전사에꼭필요한효소나단백질을방해. 예 : AIDS약품임 AZT나 ddc는 AIDS의전사과정에서중요한효소를차단시킨다. 단백질분해효소저해제 (protease inhibitor) 는단백질의공정과정을완수하려는바이러스의능력을차단.
다른감염성병원체 비로이드 (viroid): 특정한식물의종에질병을유발시키는원형 RNA이다. 바이러스와다른점은단백질외피가없이노출된 RNA분자. 이 RNA는스스로이중가닥을형성하여단단하게결합되어있어서원래는 RNA 를분해할수있는숙주세포의효소도비로이드 RNA는분해하지못한다. 식물이다른식물에닿거나, 또는곤충을매개로전달. 농기계가매개체가될수있다. 토마토 bunchy top 병
프리온 (Prion) 프리온은변이형을가지는단백질이다. 즉단백질성감염입자 (proteinaceous infectious particle) 의약자. 특정한형태의단백질이되었을때프리온은병을일으킨다. 동물에게극도의가려움을유발시킨다. ( 스크래피 Scrapie) 전염성 - 해면상뇌증 (transmissible spongiform encephalopathies, TSE). 뇌를구멍투성이로만들고, 비정상프리온단백질 (PrP) 를축적. 프리온병 : 스크래피 (scrapie) PrP 가정상 PrP 를변형시키는연쇄반응. 감염은 : - 어떤동물이병에걸린다른동물을먹는것. - 감염된조직의이식또는호르몬의접촉. - 같은종을먹는행위 (cannibalism). - 인간이프리온질병에걸린다른동물을먹는것.
프리온 (Prion) 바이러스처럼프리온은작으며, 특이적인숙주를가지고병을일으키지않는매개체종에보관. 바이러스는열에약하다. 하지만프리온은열, 방사선, 화학물질에강하다. 숙주의면역체계는프리온을공격하지않고염증반응도없다. 항체를생산않음. 처음알려진전염성-해면상뇌증은스크래피. 뉴기니의포레 (Fore) 족에게생긴쿠루 (kuru) 병. 포레족은식인종. 크로이츠펠트-야콥병 (CJD) 과쿠루와의연관성조사. 게주섹, 프루시네는이연구로노벨상. 1996년 CJD의새로운변종이프리온질병인소-해면상뇌증을가진소의신경조직을먹은사람으로전해졌을수도있다는증거. 광우병 (Mad cow disease). 프리온과유사한감염성단백질은효모에서알려짐. 하지만프리온과는다른대사기능.