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미생물이야기 바이러스(Virus)가 세포에 들어가 어떻게 자신을 복제하고 어떤 방식으로 급속히 확산
2013-08-16 14:33:47
이엠생명과학연구원

바이러스(Virus)가 세포에 들어가 어떻게 자신을 복제하고 어떤 방식으로 급속히 확산되는지, 그 모습이 카메라를 통해 세계 최초로 포착됐다.

스카이벤처에 따르면 영국 임페리얼 대학(The Imperial College)의 제프리 스미스(Geoffrey Smith) 교수 연구팀은 최근 사이언스 익스프레스에 ‘수퍼감염 비리온(바이러스의 최소단위)의 거부·반발 메커니즘, 급속한 바이러스 확산’이란 제하의 논문을 게재했다.

이 논문은 바이러스들끼리 서로 협력해, 감염되지 않는 세포를 찾아다니면서 몸 주위로 급속히 퍼져나가는 모습을 촬영한 동영상을 공개했다. 동영상을 보면 바이러스들은 믿어지지 않을 만큼 빠른 속도로 퍼져 나갔으며, 이 같은 모습은 과학자들이 그동안 생각조차 못한 일이었다.


세포 감염시킨 후 점령사인 보내

바이러스들이 하나의 세포를 점령하면, 다른 바이러스들은 그 세포를 내버려두고 다른 감염되지 않는 세포를 찾아 나선다. 이들 세포들은 감염되지 않은 세포 안으로 파고들면서 그 세포막에 하나의 단백질(actin) 표시를 한다. 이 표시는 내가 세포를 점령했다는 사인이 되고, 다른 바이러스들은 그 사인을 보고 감염되지 않은 세포를 찾아 나선다.

▲ 바이러스들이 붉은 색 사인을 피해 다른 세포들로 퍼져나가고 있다.  이 같은 모습은 바이러스의 복제속도가 느린데도 불구하고 어떻게 그처럼 빠르게 확산되는지 그 수수께끼를 푸는 단서가 되고 있으며, 또한 이 메커니즘을 차단해 바이러스의 급속한 감염을 막을 수 있는 단서가 되고 있다.

바이러스란 말은 ‘맹독(猛毒)의’란 의미를 가진 영어 단어 ‘virulent'에서 유래했다. 말 그대로 독성이 높아서 인간에게 치명적인 병원체다. 감기뿐만 아니라 간염, 뇌염, 사스에서 에이즈에 이르기까지 인간을 위협하는 각종 질병들이 바이러스 감염으로 인한 것이다.

그러나 바이러스는 세균과 비교해 10분의 1 수준인 100나노미터 정도로 너무 작아 전자현미경으로는 보이지 않으며, 광학현미경으로 봐야 한다. 크기가 작은 만큼 구조도 매우 간단하다.

바이러스에는 RNA와 같은 유전물질과 그것을 둘러싸고 있는 단백질 껍질, 그리고 정상 세포의 전사(DNA가 RNA로 전사)와는 반대 방향으로 진행되는 역전사(RNA에서 DNA로 진화) 효소만 있지 유전자를 작동시키는 리보솜(공장)이나 ATP(에너지)가 전혀 없다. 때문에 스스로 에너지를 만들지 못하고, 단백질을 합성할 수도 없다.

바이러스가 눈을 뜨는 것은 바이러스가 세포를 감염시켰을 때다. 세포가 감염되면 바이러스는 단백질 껍질을 벗고 RNA 안에 있는 유전물질을 꺼낸다. 그리고 감염된 세포의 유전자에 자기 유전물질을 끼워 넣어 복제 작업을 진행한다. 그리고 리보솜으로 이동시켜 필요한 단백질을 만들어낸다.

말하자면 설계도만 갖고 남의 공장에 들어가, 그곳의 기계와 원료를 이용해 자기 제품을 만드는 셈이다. 이런 바이러스나 암 세포를 섬멸하려면 일단 바이러스의 움직임이 포착돼야 한다. 그런데 바이러스는 평소에는 무생물과 같이 포착하기 어렵고, 감염된 세포에는 항암제나 항생제를 정확히 투입시켜야 하는데, 쉽지 않아서 약물투입 시 다른 정상적인 세포들까지 죽게 만든다.

반면 바이러스는 설계도만 갖고 세포(공장)에 잠입해 그곳의 기계와 원료를 이용해 자신을 복제하고, 두 배로 증식시킨다. 그렇게 많은 수의 복제가 일어나면, 세포는 파열해 새로운 바이러스를 방출하게 되고, 새로운 바이러스들은 옆에 있는 세포로 들어가 똑같은 작업을 반복한다.

바이러스 감염, 한방에 날려 보낼 수도

그동안 과학자들은 이 과정에 주목하면서 중요한 문제를 풀지 못하고 있었다. 바이러스가 복제되는 속도가 확산되는 속도와 일치하지 않기 때문. 복제 속도는 느린데 어떻게 그렇게 빨리 확산되는지 그동안 수수께끼로 남아 있었지만 임페리얼 대학 연구팀이 그 바이러스의 정교한 트릭을 풀어냈다.

두 개 이상의 바이러스가 하나의 세포에 같이 진입하면, 바이러스 입장에서는 일종의 낭비다. 오직 하나의 바이러스가 하나의 세포에 들어가야 한다. 그런데 이 같은 수퍼감염(superinfection)을 피하는 메커니즘을 피하는 메커니즘을 바이러스들이 갖고 있었다는 것.

▲ 바이러스 확산 장면. 빠른 속도로 주변 세포를 감염시키고 있다. 
우두 천연두 바이러스를 관찰한 결과 하나의 세포에 두 개 이상의 바이러스가 진입하려고 하는 경우가 빈번했다. 그러나 이 때 먼저 진입한 바이러스는 한 세포에 두 개의 바이러스 단백질을 남겨 놓았다. 그래서 다른 바이러스가 그 세포에 접근하면, 이들 단백질들은 세포막 표면에서 뱀같이 생긴 액틴(actin)이란 물질을 내보낸다.

이 사인을 받은 다른 바이러스들은 그 세포를 뛰어 넘어 다른 영역에 있는 감염되지 않는 새로운 세포를 찾아 나선다.

스미스 교수는 “이미 점령한 세포에 다른 세포들이 들어오려고 하면, (점령자 바이러스는) 내가 이미 점령시킨 세포이니 더 이상 들어오면 안 된다. 너는 다른 곳으로 가라는 사인을 보낸다. 아주 기가 막힌 방식으로 다른 바이러스들을 쫓아내는데, 이로 인해 다른 바이러스들은 감염되지 않은 또 다른 세포를 찾아내 또 다른 감염을 시도한다”고 말했다.

다른 바이러스들도 이 같은 메커니즘을 활용할 가능성이 매우 크다고 스미스 교수는 말했다. 그럴 경우 심각한 질병의 원인인 바이러스의 확산을 막을 수 있는 전략이 나올 수 있다는 것.

캠브리지 대학의 바이러스 학자인 스테이시 엡스타츄(Stacey Efstathiou) 박사도 “포진 바이러스(herpes viruses)가 이상하리만큼 급속도로 확산되는데, 아마도 같은 원리일 수도 있다”며 “이론적으로 바이러스의 확산 메커니즘을 막는 방법을 발견한다면, 바이러스의 급속한 확산 능력을 한 방에 저지할 수 있을 것”으로 내다봤다.





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