What is a virus?
바이러스학에 대한 이야기를 하기 위해서는 바이러스가 무엇인가에 대해서 먼저 정의내려야 한다.
숱하게 바이러스에 대한 이야기를 들으며 자랐지만, 바이러스가 어떤거다! 라고 정의하라고 한다면..솔직히 말해서 작년까지만 해도 정의할 수 있었다. ...그리고 지금은 그게 틀린 정의인걸 배웠다.
내가 내렸던 바이러스에 대한 정의는,
"숙주가 있어야지만 증식 할 수 있는, 유전체를 포함한 분자 덩어리" 정도였다.
얼마 전까지는 맞는 정의였는데, 지금은 틀렸다. 교수님께서는 지금까지 밝혀진 사실을 바탕으로 본인만의 어떤 정의를 내리고 계셨고, 그게 사실과 좀 더 부합한다.
"자기 자신의 translational machinary를 가지고 있지 않으며, capsid와 그것을 encoding하고 있는 genome을 가진 분자 덩어리"
ㅋㅋㅋ조금 복잡해졌다.
그러나 굉장히 critical한 정의다. 바이러스는 genome과 capsid를 가지고 있어야한다. genome이 있어야 '증식'한다는 바이러스의 생물스러운 특징을 충족하고, 그러한 genome을 보호하기 위함 + 숙주로 들어가기 위해 capsid가 반드시 있어야한다. 그러나 바이러스는 굉장히 압축되어 있는 증식기계라, translational machinary 같은 거대한 단백질 시스템을 포함할 수 없다. 그러나 nucleotide로 이루어진 genome을 가진 이상 translational machinary는 필요하다. 그러므로 숙주의 것을 이용하는 것이다.
반대로 내가 내린 정의가 왜 사실이 아닌지 하나씩 반박해보자.
첫번째로, 숙주가 있어야만 증식할 수 있는 것들은 세상에 차고 넘친다. 박테리아의 일종인, Mycoplasma bactera가 그러하며, prion 단백질 같은 놈들은 아예 genome이 없는데도 숙주 종속적으로 증식한다. 반대로 capsid와 genome이 있음에도 불구하고, genome이 아무 단백질을 encoding하고 있지 않은 virusoid (virus-like라는 뜻) 같은 애들도 존재하고, 세포를 숙주로 하는 것이 아니라 바이러스를 숙주로 하는 바이러스 (지긋지긋한 놈덜...)도 있는데, 이런걸 satellite virus라고 한다. 이런 유사-바이러스 같은 애들을 "subviral agent"라고 부르는데, 뒤에 다시 자세히 나온다.
여기에 추가적으로 cell과 바이러스를 구분 짓는 fundemental한 특징이 있는데, 바로 virus는 cell 안에서 disassembly된다는 것이다. 세상에 어떤 cell도 자기 membrane을 disassembly 한다음에 남의 세포에서 재조립해서 튀어나오는 경우는 없다. cell에게 있어 membrane 안쪽은 일종의 '성역'이다. 통과하는 물질들도 굉장히 까다롭게 관리하고, 안에 있는 물질이 새어나가지 않게 유지하고, 이런 것들이 붕괴되면 cell은 자살해버리는 엄청 예민한 녀석이다. 근데 바이러스는 cell 안에 들어가면 스스로를 열어서 분해해버린다. 그래야 숙주의 translational machinary에 직접 접근할 수 있기 때문.
How viruses are doing these days?
요새 바이러스의 근황이 핫하다. 아니, 조금은 시들해지긴 했지만,,,최근 몇년 동안 가장 사람들이 관심을 많이 가져온 주제가 바로 바이러스일꺼다. 바로 개같은 COVID 19 때문에.
앞으로 이런 바이러스들은, 적어도 교수님 보시기에, "frequently arise"한다고 하셨다. 여러가지 이유가 있겠지만, 제일 큰 이유는 사람들이 자꾸 싸돌아다니기 때문. 걸려서 자기 동네에서 죽으면 같이 사라질 수많은 바이러스들이, 비행기나 배를 타고 동네방네 퍼지다보니 사람들에게 닿을 기회도 많고, 적응할 기회도 많고, 우리가 그런 바이러스 혹은 증상들을 발견할 기회도 많다. 그냥...약이 잘 나오길 바래야지.
Classification, virus, Briefly
알다시피, 바이러스의 최종 목적은 '증식'이다. 거지같은 놈들...어떻게든 양을 불려서, 다른 개체로 이동하고, 또 거기에 적응하고...그런게 얘네들 삶의, 아니 어쩌면 우리들 삶의 목표일 수도 있겠다.
이 증식에는 genome이 중요하다. 그게 지들을 구별하는 아이덴티티이자 일종의 본질이니깐. 그리고 이 genome을 전달하려면 단백질, 하다못해 capsid는 꼭 있어야 된다. DNA든 RNA든, 몸 밖에 그냥 나가면 부서지고 조각난다. 설령 잘 나간다고 해도, genome은 그 자체로 어떤 '기능'을 가지기 힘든 일종의 저장장치일 뿐이다. 그 저장 장치에 있는 프로그램을 굴릴 숙주가 필요하고, 프로그램을 실행할 단백질이 필요하다. 따라서 바이러스의 증식에는 어떻게 됐든 반드시 단백질을 생산하는 과정이 포함된다. 하지만 단백질 생산 공장인 ribosome은 너무 커서 들고 다니거나 encoding해서 다닐 수가 없다(가지고 다니는 놈들도 있긴 하다. 징한 것들). ribosome이라는 프로그램은 어차피 다 cell 안에 있으니, 바이러스는 머리를 써서 그 ribosome이 단백질을 생산하는 데 필요한 설계도인 mRNA만 확보하기로 한다. 이 mRNA가 핵심이다.
"어떻게 mRNA를 세포 안으로 전달하느냐" 가 바이러스가 수억년 동안 고민해온 가장 핵심적인 agenda라고 할 수 있다. 진화를 거치면서 바이러스는 수많은 방법을 개발해냈는데, 볼티모어는 이 지점을 간파하고 virus가 mRNA를 세포에 전달하는 방식들을 묶어서 자신만의 classification을 만들어낸다. 이따 나올텐데, 이걸 Baltimore classification이라고 한다.
암튼 그래서 바이러스는 다양한 형태와 방식으로 자기 genome에서 mRNA를 뽑아내는데, 원래 부터 RNA를 가지고 다니는 놈들도 있고, DNA를 가지고 다니다가 세포 안에서 바로 mRNA로 바꾸는 놈들도 있다. 해서 크게 나누면 DNA virus냐 아니면 RNA virus냐로 나눠질 수 있고, 여기 안에서 또 세부적으로 나누어진다.
Virus genome은 대개 DNA든 RNA든 가지고 들어가면 두 가지 역할을 하게 되는데, 하나는 자기 자신의 복제이고, 하나는 단백질 생산의 설계도로써 작용하는 것이다. 이 두가지 일이 따로따로 일어나는 놈들이 있는가 하면, 한 생산 라인에서 순서대로 단백질 생산과 자기 복제를 해버리는 애들도 있다. 음... 쉽게 말하자면 DNA의 경우는 지 genome을 들고 들어가서 mRNA를 만들어서 단백질을 생산한 이후에, 이 mRNA를 다시 역으로 DNA로 만들어서 자기 복제를 하고, RNA 같은 경우는 들어가서 바로 자기 자신을 주형으로 DNA를 만들고, 이 DNA를 가지고 mRNA를 만들든 자기 복제 RNA를 만들든 하는 것이다. 과정 중에 central dogma를 정반대로 거스르는 일, RNA to DNA transcription을 한다고 해서 reverse transcription을 하는 virus로 따로 분류(valtimore class VI, VII)가 되었다.
DNA를 들고 다니는 놈들은 애초에 dsDNA라서 그냥 지 DNA 들고 들어가서 host DNA인양 transcription 시키는 애들도 있고, 왜...그러는진 모르겠지만 ssDNA라서 세포에 들어간 다음 dsDNA 형태를 만들고 transcription에 들어가는 애들도 있다. 각각 valtimore class I, II로 분류된다.
RNA는 더 기가 차는데, RNA를 double strand로 가지고 다녀서 세포 안에 들어간 다음에 single strand로 벌어져서 mRNA 역할을 하는 애들도 있고, 역방향 ssRNA (-ssRNA)라서 세포 안에서 자기 주형으로 +ssRNA를 만들어 바로 mRNA로 투입 할 수 있는 애들, 아니면 그냥 자기 RNA가 +ssRNA라서 세포 안에서 -ssRNA를 먼저 만들어낸 다음 이걸 주형으로 mRNA를 찍어내는 애들도 있다 (각각 valtimore class III, V, IV).
재밌는 사실은, 사람을 숙주로 하는 바이러스는 RNA virus가 더 많고, 박테리아를 숙주로 하는 애들은 DNA virus가 더 많은데, 그 이유는 사람은 핵이 있고 박테리아는 핵이 없기 때문이다. translation이 일어나는 장소와 transcription이 일어나는 장소가 분리되어 있으니깐...핵까지 뚫는게 여간 귀찮은 일이 아니니까 RNA virus가 훨씬 많을 수 밖에 없고...박테리아는 아무렴 RNA든 DNA든 상관 없이 들어갈 수 있으니깐 사람의 경우보단 DNA 바이러스가 더 많은 것.
- 또 재밌는 사실 하나 더. reverse transcription을 하는 RNA virus는 DNA를 만들 때 숙주 chromosomal DNA에 자기 genome을 박아버린다. ㅋㅋㅋ진짜 골때리는 바이러스...그래서 사람 genome을 뜯어보면 바이러스 genome이 같이 나오는 경우도 많다고 한다.
처음에, 바이러스를 알게 되기까지
처음에는 바이러스고 나발이고 그냥 '질병'이었다. 사람들이 안 것은 옮는다는 것 정도? 'pathogen', 즉 질병을 일으키는 직접적인 원인이 되는 물질이 있다는 사실조차 1884년 Robert Koch가 Koch's Postulates를 만들기 전까지 몰랐던 것. 참고로 1884년은 갑신정변이 일어난 해다...생각보다 엄청 근대시기까지 바이러스라는 것이 알려지지 않았다. 아니 어떻게 생각하면 생물학이란 것의 역사 자체가 그렇게 깊지 않다. 근데 왜 이렇게 논문은 많은거야...나는 한편도 쓰기 어려운데...
암튼 이 Koch's postulates가 엄청 중요하다. 지윤 님이 시험에 나왔던 것 같다고 일러준 것과 별개로, 감염성 질병이 뭔가...inoculation이 가능한 단일 종 미생물 때문이라는 것을 claim하는 제안이다. 이 사람은 탄저균(Bacillus anthracis)를 이용한 실험을 했는데, 음...되게 단순하면서도 핵심적이다. 바로
"균으로 죽은 생쥐의 피를 culture한 다음 멀쩡한 생쥐에다 넣어주면 걔도 죽는다!"라는 것...
지금 생각하면 당연한데, 이때는 좀 센세이셔널 했나보다. 특히 중요한 지점이, 내 생각에는, culture한다는 부분인것 같다. 이 사람은 agar plate를 썼는데, 생쥐의 피를 추출해서 stricking해주면 감염성 박테리아에 의해 "single colony"가 생긴다. 요걸 하나 따서 생쥐한테 넣어주었던 것. 즉, 이 single colony를 만드는 미생물이 pathogen이다! 라고 주장했던 것이다. 물론 요 주장도 조금 틀린 부분이 있다. 박테리아는 Inoculation이 되지만 바이러스는 pure...virus인 경우 inoculation이 당연히 안된다는거...Koch는 모든 경우에서 이게 가능하다고 했었거든...그럴만도 했던게 어차피 1930년대 까지는 virus를 볼 수도 없었다. 어떻게 생긴지도 몰랐고,,너무 작으니깐.
이러고 나서 한...10년쯤 후(1892)에, Dimitrii Ivanovsky가 뭔가 이 Koch의 주장에 이상한 점을 발견한다. 시키는 대로 pure culture를 만들어서 실험을 했는데, unglazed porcerin (유약 안 바른 초벌구이 도자기...)로 걸러지지도 않고, inoculation도 안되는 어떤 물질이 계속 질병을 일으키더란 것. 나는 이쯤에서 바이러스가 등판하나 싶었는데, 아니다. 그냥 별일이 다 있네-하고 넘어간다. 6년 후(1898)에 사람들이 머리를 싸매고 이게 뭔지 연구를 한 끝에, Martinus Beijernck이란 사람이 아 이거 pathogen임. 걍 엄청 작아서 도자기로 안 걸러진거. 암튼 그런거임. 보이지도 안고 걸러지지도 않지만 암튼 그런게 있음. 마치 독 같은데 전염이 되는 신기한 얘가 있음. 이제부터 얘를 virus(라틴어로 'poison')라고 부르자 이거. <- 이렇게 된 것이다. 여기서 밝혀진 virus의 성질이 두가지다. 첫째. 작다. 되게 작아서 도자기로 안 걸러진다. 둘째. 숙주가 없으면 안 자란다. 얼추...맞는 말이다. 1898년에 되게 큰 바이러스가 Friedrich Loeffler와 Paul Frosch에 의해서 걸러지기 전까진. 이게 우리가 흔히 아는 구제역 바이러스(FMDV)다.
이후 1901년(Walter Reed, James Carroll)에 드디어 사람 바이러스가 발견이 된다. 이때...는 진짜 정신나간 세상이었던게, virus inoculation을 사람으로 했다. 뭐...지원자를 받아서. 사실 1948년까진 아예 cell cultivation 시스템 자체가 없었다. 지금은 햅지투도 있고 힐라도 있고 뭐 많지만..., 그건 나중에 나온다. 이 cell cultivation system 개발한 사람들도 노벨상 엄청 받아 갔다.
1911년(Peyton Rous)에는 암을 유발하는 바이러스도 발견된다. 난 여기서 되게 신기했었다. 바이러스가 암을? 왜? 뒤에 나오지만, 바이러스는 숙주 세포의 전사번역 시스템을 이용하기 때문에 숙주세포의 전사번역 시스템을 강제로 활성화 시킨다. 역설적이게도 전사번역의 조절이 박살난 것이 암세포의 특징이기 때문에, 암을 일으키는 바이러스도 상당히 많은 것이다. 이 때 발견된 바이러스는 Rous sarcoma virus였다. 아, 참고로 이때 Peyton은 이 바이러스가 암을 유발하는지는 몰랐다. 그냥...바이러스를 발견한 것. 나중에, 한...52년 뒤쯤에 알게 된다.
1930년(Wendel Stanlry)에 이르러서야 드디어!!! 바이러스의 구조가 나온다. 이때 나온 바이러스가 바로 디미티리 이바노브스키가 처음 발견했던 담배모자이크 바이러스 (TMV)이다. 진짜 천만다행이었던게, Wendel은 바이러스 구조를 알기 위해서 X-ray crystalography를 사용했는데, 사실 대부분 바이러스는 crystallization이 잘 안된다. 막을 가진 놈들은 당연히 안되고,,,둥근,,,icosahedral structure를 가진 놈들도 안된다. 당연히 코로나 바이러스도 안되고...다만 TMV는 원통형의, crystallization이 되는 일정한 반복구조를 가진 바이러스였고, 그래서 이 사람, 노밸상 타 갔다.
1928년에 Griffith가 streptococcus pneumoniae로...뭔가 열에 강한 물질이 유전 성질을 전달한다! 고 제안했고 1952년에는 Hershey & Chase가 T2 phage 사용해서 아 우리가 원심분리..돌려서 DNA랑 protein이랑 분리해 봤는데 유전물질 전달은 DNA가 하더라~ 고 주장..한데 이어 1957년에 H,Fraenkel -Conrat & B.Singer가 그거 바이러스는 RNA도 된다고 주장함. 서로 다르게 표지된 TMV 바이러스를 뽑아서 RNA만 바꿔치기 해서 다시 inoculation 했더니 그 바이러스의 protein이 RNA를 따라 가더라~ 뭐 이런 얘기였다. 암튼 교수님이 하고 싶으신 말씀은 바이러스가 생물학 발전에 이렇게 많이 기여했다! 인 것 같다.
1954년에는 최초의 cell culture system이 만들어졌고, 이게 원숭이 여럿 살렸다. 이전까진 원숭이로 바이러스 키우고 있었거든...
1975년에는 아까 말했던 reverse transcriptase가 발견됐고, 이걸 추리하는 과정도 특이한데, RNA virus가 어떻게 cancer를 만들어내지 하는 고민이 결국 RNA -> DNA로 가게 만드는 어떤 장치가 있을 꺼다라는 추리로 이어졌고, 결국 노벨상 타갔다.
1993년에는 splicing이 발견되었는데, 쬐깐한 아데노바이러스 genome이 어떻게 단백질을 그렇게 쏟아내지,,,하는 부분에서 mRNA와 DNA를 같이 전기영동 해보다가, 어...그러다가 알게 됐다. 길이가 서로 다른 bend가 떴던 것. splicing을 통해 한줄의 DNA로 여러 mRNA를 뽑아낼 수 있다는 것.
바이러스의 역사..는 이거 말고도 무지하게 많이 말씀하셨는데...여기까지 하고 바이러스의 general한 특징으로 넘어가보도록 하겠다.
Virus, features
일단...바이러스는 대체로 아주 작다. 현미경으로도 안 보일만큼 아주아주. 30에서 300nm정도 크기. EM을 사용해도 겨우 찾을 수 있을까말까한 크기. 그래서 세포 같은 큰 구조를 가지고 있는게 아니라 단백질 덩어리 - capsid로 덮여 있다. 어떤 바이러스는 이 capsid 위에 membrane을 가지기도 하는데, 이 membrane의 존재 여부에 따라 enveloped, non enveloped(naked) virus로 분류되기도 한다. 이러한 envelope과 capsid는 안에 든 genome을 보호하는 역할을 함과 동시에, cellular targeting을 하는 역할도 한다. 일부는 genome의 encapsidation - envelopement을 수행하기도 한다. 앞서 설명한 바이러스의 특징을 나열하자면 아래와 같다:
- 'poison' in Latin
- nucleic acid + capsid + envelope (w/ or w/o)
- infectious, obligate, intracellular parasite
- dissassembly - de novo self-assembly w/o membrane during the life cycle
- lacks energy-generating & biosynthesis systems
- lacks translational machinery
그래서 바이러스가 생물인가? 살아있나?에 대한 대답은..."conditionally alive"라고 한다. 생물과 비생물의 특징을 모두 가지고 있으니.
바이러스의 생물스러운 특징은...일단 얘는 자란다. 자라서 퍼진다. 게다가 genome이 있기 때문에 변이를 통한 진화도 한다.
바이러스의 무생물스런 특징은, 일단 숙주가 필요하다는거, 몇몇 중요한 대사들이 없다는 것, 그냥...분자 덩어리 라는 것 (단순한 구조).
어떤 사람들은 'killed'될 수 있으니 생물이라고 주장할 때도 있다. 이 부분은...교수님도 애매하다신다.
그래서 우리가 왜 바이러스를 공부해야할까?
물론...병에 안 걸리기 위해서도 있다. 그게 제일 중요하지. 이 병을 낫게 하기 위해서...약을 팔기 위해서도 당연히 공부가 필요하다.
사실 아까 봤던 바이러스의 역사는 곧 생물학의 역사다. 바이러스는 굉장히 단순한 구조면서도 복잡한 생물학적인 반응을 이끌어내기 때문에 세포의 메커니즘을 이해하는 물질로 연구에 굉장한 도움을 준다.
나아가서, 바이러스는 굉장히 강력한 gene transfection system이기 때문에 연구의 수단으로써도 사용될 수 있다.
어쨌든 이 학문이 흥미롭고도 유익하다는 증거는 차고 넘칠 정도로 많다.
Classification of the Virus
바이러스는 크게 어떻게 생겨먹었냐를 중점으로 하는 분류와 어떻게 행동하냐를 중점으로 하는 분류 두가지로 나뉜다. 두번째 분류법이 앞서 설명한 Baltimore classification. 첫번째 분류법은 보다 더 단순하다.
제일 큰 분류는 이 바이러스에 envelope이 있냐 마냐하는 것. 그 하위 분류는 genome이 어떻게 생겨먹었냐 하는 것. 마지막으로 바이러스가 어떻게 생겨먹었냐 하는 것, 총 세가지 범주로 바이러스를 분류한다.
enveloped ⎡ DNA - dsDNA : Herpesvirus, Hepadnavirus
⎣ RNA - ssRNA :
Coronavirus, Paramyxovirus, Bunyavirus, Orthomyxovirus, Togavirus, Flavivirus, Retrovirus, Rhabdovirus, Filovirus
Non-enveloped ⎡ DNA ⎡ dsDNA : Adenovirus, Polyomavirus
⎥ ⎣ ssDNA : Parvovirus
⎣ RNA ⎡ dsRNA : Rotavirus
⎣ ssRNA : Picornavirus, Calicivirus
enveloped ssRNA 바이러스가 유독 많다. 더욱이 얘들은 심각한 질병을 초래하는 경우가 많다. 아까도 언급했지만 사람 바이러스는 RNA가 유독 많다. 또 재밌는 지점은, enveloped dsDNA virus의 capsid에 있다. 얘들은 capsid protein sequence에 nucleus localizational signal(NLS)를 가져 바이러스 입자를 핵으로 꽂아버리는 역할을 하는데, 이 NLS가 세포생물학에서 꽤나 중요하고 자주 등장하는 sequence임에도 불구하고 이 바이러스를 연구하다 처음 발견됐다. 요즘 DNA 실험을 많이 하면서 내 plasmid에 굉장히 다양한 바이러스 gene들이 들어가 있는 것을 깨닫고 있는데, 얘네들에 대한 분석은 나중에 따로 해두어야 할 필요가 있는 것 같다.
지금은 바이러스를 분류할 때 Baltimore classification을 좀 더 major한 기준으로 많이 본다. 이 사람으로 말할 것 같으면 reverse transcriptase를 처음 발견하셔서 생물학사에 획을 그은 분인데, 그 이후에 본인만의 virus classification을 만들어서 바이러스학의 틀을 만들어버린 사람이다. 새삼 대단해...지금은 칼텍에 교수님으로 계신다.
앞서 말한 내용을 토대로 다시 한번 Baltimore classification을 정리하자면,
Class I : dsDNA → (DdRp) → mRNA : poxvirus, Adenovirus, Herpesvirus
Class II : ssDNA → dsDNA → mRNA : Parvovirus
Class III : dsRNA → -ssRNA → (RdRp) → mRNA : Rotavirus
Class IV : +ssRNA → -ssRNA → (RdRp) → mRNA : SARS-CoV-2, HCV
Class V : -ssRNA → (RdRp) → mRNA : Influenza virus, Ebola virus, Rhabdovirus
Class VI : +ssRNA → (RT RdDp) → -ssDNA → dsDNA → mRNA : HIV, Retrovirus
Class VII : dsDNA → -ssRNA → mRNA → (RT RdDp) → dsDNA :HBV이런식이다. 각각 class 별로 어떤 바이러스가 있는지 적어도 하나는 외워두라셨다...
기왕 지금 적어둔 거 외워보자면, 첫번째로 vaccination이 이루어진 바이러스인 smallpoxvirus, 이때까지 발표 수업에서 주제로 등장했던 Adenovirus, Herpesvirus가 1형이다. 이놈들은 dsDNA를 가지고 cell에 들어가 central dogma에 따라 증식한다.
주로 viral transfection에 많이 사용되는 AAV가 2형에 속한다.
3형에는 장염을 일으키는 Rotavirus군이 속한다.
4형에는 우리를 골치 아프게 만드는 코로나 바이러스와 내 발표주제인 HCV가 속해있다.
5형에는 인플루엔자 바이러스, 에볼라 바이러스, 그리고 광견병 바이러스를 포함하는 Rhabdovirus가 속한다. 내가 가진 construct중에 VSV glycoprotein이 있는데, 이 바이러스도 Rhabdovirus, 즉 5형이다.
6형에는 HIV, retrovirus.
7형에는 HBV가 있다.
Viral Texonomy
바이러스의 구분 명명법은 ICTV가 정한 아래 방식을 따른다.
family → genous → species → subtype
Family name : --viridae
Genus name : --virus바이러스의 subtype은 크게 genotype에 따른 것과 serotype에 따른 기준으로 할 수 있다. genotype에 따른 바이러스의 구분은 80% genome homolog가 존재할 때 한 묶음으로 바이러스 군을 묶어 명명한다. serotype의 경우는 이 바이러스가 어떤 종류의 면역 체계를 작동시키느냐에 따라, 즉 교차 면역 획득이 가능하냐 아니냐로 구분된다.
Virus, Mutability
당연하게도, 바이러스의 mutation rate는 RNA > ssDNA > dsDNA 순이다. viral RNA polymerase에는 host DNA pol과는 다르게 proof reading ability가 없기 때문인데, RdDp를 무조건 들고 들어가야하는 RNA 바이러스의 특성상 해당 바이러스가 더 많은 mutation을 가질 수 밖에 없다. 여기에 더해, host가 RNA virus에 대항하는 ISG를 만들어내는데, 얘네들은 RNA에 SNP를 만들어버린다. 대표적인 얘들은 ADARs(Adenosine deaminase)와 APOBEC3G(Cytidine deaminase)가 있는데, 특히 APOBEC3G는 바이러스가 하나의 단백질 codon sequence만을 가지고 여러 단백질을 만들어 내는 것에 대한 연구 과정에서 발견되었다.
Subviral agent
교수님이 이 부분으로 거의 일주일을 잡아먹으셨다. 시험에 나온다는 언급도 있었어서, 오늘은 밤을 새서라도 이 부분은 다 정리하고 자겠다.
얘들로 말할 것 같으면 '생물은 아닌데 증식은 한다'라는 바이러스의 면모를 가지고 있어 처음에는 바이러스로 분류되었지만, capsid, genome(encoding capsid seq)등의 바이러스가 가지고 있어야할 핵심 요소들이 결여된 놈들이다.
종류는 크게 3가지가 있다.
Satellite viruses (Virusoid) : Helper virus 없이 proliferate할 수 없는 virus
Viroids : 'RNA'만 가지고 있는 놈들
Prions : 'protein'만 가지고 있는 놈들Satellite viruses
얘들의 가장 큰 특징은 genome이 딱 하나의 단백질, capsid protein만을 encoding하고 있다는 데 있다. 그래서 얘네들이 증식하기 위해서는 별도의 RdRp나 DdRp 등의 Polymerase를 필요로 하는데, 이건 다른 바이러스의 것을 쓴다. 즉, satellite virus는 다른 바이러스와 함께 감염되어 있을 때만 증식할 수 있다. 대표적인 예로는 AAV, HDV가 있다.
AAV는 Rep와 Cap gene을 포함하는데, 특이하게도 얘들은 증식 과정에서 host cell에 있는 19번 염색체에 존재하는 AAVS1 site에 자기 genome을 박아버린다. 신기한 것은, 나중에 AAV 입자 없이 helper virus(adenovirus)만 감염되어도 chromosome에 intergration되어 있던 AAV genome이 작동해서 증식할 수 있다는 것.
Viroids
virus-like 하다는 의미를 가지고 있다. 가장 특징적인 점은 오직 RNA로만 구성되어 있는 것. 대표적으로는 Apple scar skin viroid(ASSVd)와 Potato spindle tuber viroid(PSTVd). 이름만 들어도 알 수 있듯, 식물에 주로 감염된다. capsid 구조가 없기 때문인데, 식물 세포들은 모든 cytosol이 plsmo desmata로 이어져 있기 때문에 감염될 수 있는 것.
circular RNA로 이루어져 있는데, 70% 정도의 sequence가 서로 complment해서 실제로는 rod-shape을 하고 있다. 이 말 뜻은, 얘들은 nucleotide임에도 불구하고 어떤 특별한 gene을 encoding하지 않는다. 구조가 모든 증식에 필요한 모든 기능을 수행하기 때문.
그럼 얘들은 어떻게 증식할까? 이게 진짜 걸치 아픈 부분인데
아직까지 추측만 할 뿐 확실하게 알려진 것이 없다.
일단...RNA polymerase II를 inhibition하면 증식이 안된다. RNA polymerase II는 𝛼-aminitin에 sensitive하다는 특징을 가지고 있는데, 그래서 이 증식 과정을 𝛼-amanitin-sensitive replication이라고 하기도 한다. 대부분 증식에 필요한 catalytic activity는 RNA가 ribozyme의 형태로 수행하고 있을 것으로 생각된다. Circular한 RNA상태에서 그대로 replication이 진행되기에 "Rolling circle mechanism"이라는 별명도 붙어있다. 각각 -strand와 + strand가 self-splicing-self-ligation에 의해 따로따로 만들어지며, 나중에 하나로 합쳐진다. 이러한 catalytic activity는 'hammerhead ribozyme'이라는 구조 자체가 enzyme의 역할을 해서 가능해진다.
Virusoid
viroid가 식물만 감염시킬 수 있다면, Virusoid는 동물세포를 감염시키는 subviral agent이다. 오히려 얘들은 satellite virus로 분류되는데, cirular RNA를 가지고 있고 capsid를 encoding하고 있다. 신기한 것은 단백질 fram은 하나인데, ADAR1-mediated SNP at stop codon으로 인해 두개의 capsid 단백질이 만들어진다. 더 웃긴건 얘들은 지들 genome을 먼저 자기 antigen(HDAg)으로 감싸고, 다시 helper virus인 HBV의 capsid로 자기 자신을 한겹 더 에워싼다.
Prion
걸리면 뇌에 구멍이 송송 뚫리는 해면 뇌병증 (transmissble spongiform encephalopathy, (TSE)) 및 scrapie의 증상이 올라오는 무시무시한 병인 Prion은 단백질 하나로 감염되는 병이다. 이 단백질로 말할 것 같으면, 열에 엄청 강하고 UV를 맞아도 안 죽는다. 단백질이기 때문에 DNase나 RNase보단 protease에 더 민감하고 protein denaturing agent, 이를 테면 SDS나 phenol 같은, 것들에 의해 파괴된다. 이렇게 외부 환경에 강한 이유는 𝛽-sheet구조를 많이 포함하기 때문. cell 안에서 멀쩡하게 생산될 때는 𝛼-helix위주의 구조를 가지고 있다가 sc form을 만나면 구조가 변화해서 𝛽-sheet 구조로 바뀌며 amyloid fiber를 만든다. 이놈들이 서로 accumulation되며 덩어리를 만들기 대문에 해로운 것.
