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미생물이야기 바이러스 의 돌연변이 (mutation)
2013-08-08 17:33:51
이엠생명과학연구원

돌연변이 (mutation)

 

돌연변이란 genome에서 그 염기배열 (nucleotide sequence)이 변화되는 것을 말하며, 결과적으로 바이러스의 기능이나 모양 또는 성질이 바뀌는 돌연변이체 (mutant)를 유도하는 과정이다.  바이러스에서도 돌연변이는 복제과정의 실수로 나타나며, 그 과정은 숙주세포의 경우와 유사하다.  일반적으로 숙주세포의 복제효소는 복제 결과를 점검하는 기능 (proofreading)이 있어서 돌연변이율이 낮은 편이나, 일부의 바이러스는 이러한 기능을 가지고 있지 않기 때문에 돌연변이체의 발생율이 매우 높은 경우도 있다. 돌연변이는 바이러스가 새로운 기능을 얻는 방법이기도 하지만, 유전자의 기능을 생물학적으로 연구하는 데 있어서 없어서는 안되는 방법이다.

 

 

 

1) 두가지 형식의 돌연변이

동물바이러스에서도 다른 생명체에서와 마찬가지로 자연적 돌연변이 (spontaneous mutation)와 유도성 돌연변이 (induced mutation)의 두 가지 형태의 돌연변이가 존재한다.

자연적 돌연변이 (spontaneous mutagenesis)는 바이러스에 아무런 조작을 가하지 않고, 바이러스가 증식하는 동안 자연히 발생한 돌연변이를 말한다.  이러한 돌연변이는 특히 RNA를 genome으로 가지고 있는 바이러스에서 자주 발견되는 데, 그 이유는 RNA genome을 복제하는 RNA 중합효소가 복제 과정동안 실수를 잘 하기 때문이다.  그 결과, RNA 바이러스에서는 유전자의 염기배열이 변하게되고 결국 단백질의 아미노산 배열에도 변화가 유도되어 새로운 항원성을 가진 바이러스들이 자주 출현하게 된다.  이러한 돌연변이는 돌연변이된 개개의 바이러스에는 치명적일 수도 있지만, 종종 RNA 바이러스가 숙주에서 살아남거나 증식하는 데 보다 유리한 형태로 나타나는 경우도 있으며, 더 나아가 새로운 변이종의 출현을 촉진하기도 한다.  특히, 새로이 항원성이 변하게된 바이러스는 기존의 옛 바이러스에 대한 면역반응에 의하여 제거되지 않기 때문에바이러스가 숙주의 면역반응을 피하는 하나의 방법으로 이용되고 있다.

유도성 돌연변이 (induced mutagenesis)는 화학물질, 자외선 (UV light), X-ray 등과 같은 물질의 작용에 의하여 유도되어져 만들어지는 돌연변이를 말한다.  이들 물질들은 genome과의 반응성이 높아서 genome의 구조를 변경시키고 결과적으로 복제과정 동안 염기배열에 변화를 유도하게 되는 것이다.  이 방법은 증식 중인 바이러스를 이러한 화학물질들로 처리한 다음, 얻어지는 바이러스들 중에서 원하는 돌연변이체를 선별해내면 된다.

바이러스는 그 genome이 매우 작으며, 그 염기배열도 대부분 알려져 있기 때문에 다른 샌명체에서와는 달리 genome 자체를 인위적으로 원하는 염기배열로 변화시킬 수도 있다.  이와 같은 돌연변이유도를 in vitro mutagenesis (시험관 돌연변이 유도)라고 하는 데, 이 방법은 바이러스의 특정한 유전자의 기능을 연구하는 데 매우 유용하게 이용된다.

 

 

2) 돌연변이에 의한 변화

연변이에 의하여 얻어진 새로운 바이러스를 일반적으로 type (형), 변종 (variant), 돌연변이체 (mutant), 분리종 (isolate)등의 이름으로 부른다. 이와 같은 변종들은 기존의 바이러스 (wild type)에 비하여 숙주범위 (host range), 성장과정, 세포병리효과 (cytopathic effect), 바이러스의 항원성 등 여러 가지 표현형의 변화를 유도할 수 있다.  이러한 변화들을 유도하는 돌연변이는 그 돌연변이체의 분리와 연구를 용이하게 만들 수 있으므로 중요한 성질이 된다.

돌연변이가 바이러스의 성장에 필수적인 유전자에 나타나서 이 유전자가 제 기능을 못하게 된다면, 이 변이체 바이러스는 증식할 수가 없게되며 결과적으로 변이체 바이러스를 얻을 수 없다는 말이 된다.  이러한 경우는 조건적으로 치명적인 돌연변이 (conditional lethal mutant)를 만드는 방법을 이용하면 된다.  즉 돌연변이체를 만든 후, 그 돌연변이된 성질이 나타나지 않는 조건으로 배양을 하여 변이체 바이러스를 얻은 다음, 이 바이러스를 돌연변이된 성질이 나타나는 조건에서 배양함으로서 돌연변이된 유전자의 기능을 연구하는 방법을 말한다.  이러한 방법에는 고온에서 돌연변이성질이 나타나는 고온민감성 돌연변이체 (ts mutant)를 만드는 방법이나 저온에서 돌연변이성질이 나타나는 저온민감성 돌연변이체 (cold sensitive mutant)를 만드는 방법 등이 있다.    

일반적으로 바이러스는 가지고 있는 유전자의 수가 적기 때문에, 한 유전자가 여러 가지 용도로 사용하고 있는 경우도 있다.  이러한 유전자에 돌연변이가 생긴다면, 돌연변이 결과 하나의 성질이 변하는 것이 아니라 여러 가지 성질이 동시에 변할 수 있다.  이러한 현상을 Pleiotrophism 이라고 부른다.

바이러스의 돌연변이체들도 다른 생명체의 돌연변이체처럼 원래의 바이러스로 되돌아갈 수 도 있다 (reversion and suppression).  이러한 돌연변이의 수정은 잘못된 염기배열이 원래의 염기배열로 다시 전환되어 나타날 수도 있지만 (reversion), 종종 같은 유전자의 다른 염기배열이 바뀌거나, 다른 유전자의 염기배열에 변화가 생겨서 나타날 수도 있다 (suppression).




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