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미생물이야기 곤충 바이러스중 다수의 바이러스가 봉입체를 형성함으로써 그 감염여부를 광학현미경으로도 쉽게 진단이 가능
2013-08-13 16:04:04
이엠생명과학연구원
바이러스
  • 곤충 바이러스에 대한 연구는 1900년대부터 바이러스의 발견 및 감염증식에 대해 많이 이루어져 왔는데, 이와 같이 곤충바이러스가 일찍부터 연구될 수 있었던 이유는 곤충 바이러스중 다수의 바이러스가 봉입체를 형성함으로써 그 감염여부를 광학현미경으로도 쉽게 진단이 가능하였기 때문이다. 곤충 바이러스는 현재 크게 12과로 분류되는데, 이는 핵산의 성상을 기준으로 한 것으로 RNA와 DNA 그리고 겹가닥인가 외가닥인가에 의해 분류된다. 겹가닥 DNA 바이러스로는 Baculoviridae, Polydnaviridae, Poxviridae, Ascoviridae 및 Iridoviridae에 속하는 바이러스가 있으며, 외가닥 DNA 바이러스로는 Parvoviridae에 속하는 바이러스가 있다. 그리고 겹가닥 RNA 바이러스로는 Reoviridae에 속하는 바이러스가 있으며, 외가닥 RNA 바이러스로는 Picornaviridae, Caliciviridae, Nodaviridae, Rhobdoviridae 및 Retroviridae에 속하는 바이러스가 있다.

    Baculoviridae에 속하는 베큘로바이러스 (baculovirus)는 봉입체를 형성하는 대표적인 바이러스로 현재 곤충 바이러스의 주연구 대상이 되고 있다. Reoviridae의 세포질다각체병 바이러스 역시 봉입체를 형성하는 바이러스로 곤충에 대한 병원성이 강하여 미생물살충제로 이용되고 있다.

    베큘로바이러스는 분류학상 크게 세 가지로 구분되어 그룹 A에 속하는 핵다각체병 바이러스 (Nuclear polyhedrosis virus : NPV), 그룹 B에 속하는 과립병 바이러스 (Granulosis virus : GV) 및 그룹 C에 속하는 봉입체 비형성 바이러스 (non-occluded baculovirus)로 분류된다.

    곤충 바이러스를 대표하는 NPV는 다각체라는 거대한 봉입체를 형성함으로써 미생물 살충제뿐만 아니라 외래유전자 발현 벡터로서 여러 가지 유리한 점을 가지고 있기에 연구가 가장 활발히 이루어지고 있다. NPV는 기주범위가 넓고 그 종류가 다양하며 현재 약 400종 이상이 분리되어 있다. 기주곤충은 대부분 나비목에 치중되어 있으나, 벌목, 파리목에서도 분리되고 있다. NPV는 바이러스 입자내의 뉴클레오캡시드 (nucleocapsid) 수에 따라 크게 두 가지로 분류되는데, 하나의 입자내에 뉴클레오캡시드가 한 개 존재할때는 단일 뉴클레오캡시드 NPV로, 바이러스 입자내에 다수의 뉴클레오캡시드가 존재할때는 다중 뉴클레오캡시드 NPV로 나누어진다. 다중 뉴클레오캡시드 NPV로 대표적인 것이 Autographa californica NPV (AcNPV)이며, 단일 뉴클레오캡시드 NPV로 대표적인 것은 Bombyx mori NPV 이다.

    NPV의 구조는 약 88∼153Kb 크기의 이중나선형 DNA가 11∼25종의 구조단백질과 함께 막대형의 뉴클레오캡시드를 구성하고, 이 뉴클레오캡시드는 다시 막에 둘러싸여 직경 20∼50nm, 길이 200∼400nm의 바이러스 입자를 형성하고 있다. 이 바이러스 입자는 다시 분자량 약 28∼33KDa의 격자구조의 결정성 단일 단백질인 다각체 단백질에 매립되어 하나의 바이러스 다각체를 형성한다. 다각체를 구성하는 다각체 단백질은 바이러스 감염 말기에는 세포내 단백질의 약 30% 정도까지 다량 합성되어진다. 다각체의 크기는 0.5에서 15㎛에 이르며, 외관상 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형 또는 부정형으로 관찰된다. 이러한 다각체는 야외환경에서 바이러스 입자의 활성을 보호하고 유지하는 기능을 한다.

    NPV의 곤충세포에 침입과정은 그 감염원에 따라 크게 두 가지로 나누어진다 (그림 2). 먼저 야외환경에서 식물잎의 표면이나 토양에 존재할 때의 형태인 다각체가 가지는 바이러스 입자를 1차 감염원으로써 다각체 유래 바이러스라 부르며, 1차 감염원이 곤충에 침입 후 충체내에서 만들어지는 바이러스를 출아 바이러스 (Budded virus: BV) 또는 봉입체 비형성 바이러스 (Non-occluded virus)라 하여 2차 감염원으로 구분된다.

    바이러스의 침입과정은 우선 야외환경으로부터 다각체 상태의 바이러스가 곤충의 먹이와 함께 섭식되면, 곤충 유충의 중장내로 다각체가 이동하게 되고 중장 pH 10 정도의 강알칼리 조건과 단백질 분해효소에 의하여 다각체가 용해되면서 바이러스 입자가 방출된다. 방출된 바이러스 입자는 중장의 미세융모 (microvilli)와 융합에 의하여 상피세포 (epithelial cell)에 침입하게 되고 세포내에 들어간 뉴클레오캡시드는 핵막으로 이동하여 DNA만 핵내로 들어가게 된다. 핵내에 들어간 DNA는 숙주세포의 대사산물을 이용하여 복제과정을 거치게 되며, 이 과정을 통해 다시 뉴클레오캡시드를 형성하여 핵막과 세포질막을 통하여 체강내로 출아 (budding) 하면서 2차 감염원인 BV를 형성한다.

    이차 감염원인 BV는 다시 다른 세포 또는 다른 기관의 조직 등에  부착성에 의해 세포내로 침입 (adsorptive endocytosis) 하고 핵내에 이르러 DNA 복제과정을 거친다. 이러한 감염과정이 진행됨에 따라 핵내에서는 바이러스에 의해 다시 막단백질과 다각체 단백질이 생성되고 바이러스 입자가 다각체에 매립되어지며, 결국에는 세포의 파괴에 의해 다각체가 방출되고 곤충은 죽게 된다. 이러한 복제 과정은 바이러스 침입 직후부터 시작되어 감염 후 24 시간이면 다각체가 처음으로 생성되고 병이 진전됨에 따라서 감염 가능한 세포 및 조직 즉, 혈구세포, 지방조직, 진피세포 등이 점차 파괴됨으로  5∼6일이면 곤충은 치사하게 된다. 이렇게 치사된 충체의 붕괴로 이탈된 다각체는 다시 동세대의 다른 개체 또는 차세대충의 감염원이 된다. 
     

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그림 1. 핵다각체병 바이러스의 생활사.





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