본문내용
1. 바이러스의 이해
1.1. 바이러스의 발견
바이러스의 발견은 1887년 담배 모자이크 바이러스(Tobacco Mosaic Virus, TMV)에서 시작되었다. 당시 미국의 식물병리학자 메이어(Adolf Mayer)는 담배 잎에 생긴 모자이크 무늬 병이 세균이 아닌 다른 요인으로 인해 발생한다는 사실을 발견하였다. 이후 러시아의 이바노브스키(Dmitry Ivanovsky)가 메이어의 실험을 반복하여 세균을 거르는 필터로도 병이 전염된다는 것을 확인하였다. 이로써 세균보다 작은 크기의 전염성을 지닌 새로운 형태의 감염원이 존재한다는 사실이 밝혀졌다. 1898년 네덜란드의 바이어링크(Martinus Beijerinck)는 이 전염성 인자를 "contagium vivum fluidum", 즉 "살아있는 감염성 액체"라고 명명하였다. 이후 미국의 스탠리(Wendell Meredith Stanley)가 TMV의 결정체를 만들어내면서 바이러스의 존재가 확인되었다. 이에 따라 1935년 필터를 통과할 수 있는 작은 입자 형태의 병원체를 일반적으로 "바이러스(virus)"라고 부르게 되었다. 한편 1915년과 1917년에는 박테리아에 감염하여 증식하는 세균성 바이러스인 "박테리오파지(bacteriophage)"가 발견되었다. 이로써 바이러스학이 태동하게 되었다고 할 수 있다.
1.2. 바이러스의 특성
바이러스는 매우 작은 입자로, 일반적으로 수백에서 수십 나노미터 크기이다. 바이러스 게놈도 최소한의 유전자만(3~400개)을 지니고 있다. 바이러스는 핵산과 단백질로 구성되어 있으며, 숙주를 이용하여 자신과 똑같은 바이러스를 생산한다.
바이러스는 대사능력이 없다. 리보솜을 비롯한 단백질 합성기구나 에너지 생산 기능이 없기 때문에, 살아있는 다른 생물체의 세포 내에서 숙주의 단백질 합성기구를 이용해야 증식이 가능하다. 따라서 바이러스는 '절대적 세포 내 기생체'(obligate intracellular parasite)라고 불린다.
바이러스 입자인 '비리온'(virion)은 완전한 바이러스로, 숙주 바깥에 존재하면서 대사기능을 할 수 없지만 개별적인 입자로 오랫동안 존재할 수 있다. 바이러스 비리온은 유전정보를 가진 핵산과 단백질로 구성된다. 단백질로 된 외피(캡시드, capsid)가 바이러스 핵산을 보호하며, 일부 바이러스는 숙주로부터 유래한 외막을 가지고 있다.
바이러스 입자의 모양은 주로 정이십면체(cubic, icosahedral) 대칭, 나선형(helical) 대칭, 복합형(complex)으로 분류된다. 크기와 구조에 따라 바이러스 그룹을 구분할 수 있다. 정이십면체 형태의 바이러스는 각 면을 구성하는 더 작은 단백질 소단위들이 모여 이루어진다. 나선형 대칭의 바이러스는 핵산이 막대기 모양의 캡시드 단백질들에 감싸진 구조를 가진다.
바이러스와 박테리아는 여러 측면에서 차이가 있다. 박테리아는 세포분열로 증식하지만, 바이러스는 숙주세포 내에서 핵산과 단백질을 대량 합성한 뒤 조립되어 나온다. 또한 대부분의 항생제는 박테리아의 대사과정을 억제하지만, 바이러스의 증식에는 효과가 없다.
1.3. 바이러스의 구조
바이러스는 매우 작은 입자로 수백에서 수십 나노미터의 크기이다. 바이러스는 핵산(DNA 또는 RNA)과 단백질로 구성된다. 핵산은 바이러스의 유전정보를 가지고 있으며 단백질은 바이러스를 보호하는 역할을 한다.
바이러스 입자를 '비리온(virion)'이라고 하며, 이는 숙주 바깥에 존재하면서 대사활동은 하지 못하지만 완전한 바이러스의 형태를 갖추고 있다. 비리온에는 바이러스의 유전정보가 담긴 핵산과 이를 보호하는 단백질 껍질인 캡시드(capsid)가 포함되어 있다. 캡시드는 단백질 소단위인 캡소머(capsomer)들이 모여 구성되며, 캡소머의 배열 방식에 따라 정이십면체(icosahedral), 나선형(helical), 복합형(complex) 대칭 구조를 가질 수 있다.
일부 동물 바이러스는 세포막으로부터 유래한 외막(envelope)을 가지고 있다. 이 외막에는 바이러스 게놈 복제와 자손 바이러스 생성을 위한 단백질들이 삽입되어 있다. 외막이 없는 바이러스는 숙주세포 내부에서 증식하다가 세포 파괴를 통해 방출되지만, 외막을 가진 바이러스는 숙주세포막과 융합하여 출아(budding) 형태로 방출된다.
바이러스는 다양한 모양을 가질 수 있는데, 대표적으로 정이십면체, 나선형, 복합형 구조를 가진다. 정이십면체 대칭 구조는 12개의 꼭짓점 부분에 spike 단백질이 형성되며, 나선형 대칭 구조는 막대기 모양을 하고 있다. 복합형 구조는 구형, 나선형, 외막형 등 복잡한 형태를 가진다.
이처럼 바이러스는 매우 작은 크기의 핵산과 단백질 구조로 구성되어 있으며, 숙주세포 내부에서 증식하는 특징을 가지고 있다."
1.4. 바이러스의 다양한 모양
바이러스의 다양한 모양은 외부 단백질 껍질 모양에 따라 크게 정이십면체(cubic, icosahedral) 대칭, 나선형(helical) 대칭, 복합형(complex)으로 구분될 수 있다.
정이십면체 대칭 바이러스는 20개의 정삼각형 면으로 이루어진 모양을 띠며, 각 면은 더 작은 단백질 소단위들이 모여 구성된다. 이와 같은 정이십면체 대칭을 가지는 대표적인 바이러스 그룹에는 파보바이러스, 파포바이러스, 아데노바이러스, 헤르페스바이러스 등이 있다.
나선형 대칭 바이러스는 막대기 모양의 핵산이 캡시드 단백질 소단위들에 의해 감싸여 있는 구조를 가진다. 대표적인 예로 담배모자이크바이러스(TMV)와 정형외과, 파라믹소바이러스, 랍도바이러스 등이 있다.
복합형 바이러스는 구형, 나선형, 외막형 등의 복잡한 구조를 가지는데, 대표적인 예로는 폭스바이러스와 T4 박테리오파지 등이 있다.
이처럼 바이러스는 다양한 모양과 대칭성을 가지고 있는데, 이는 핵산의 형태와 구성 단백질의 특성에 따라 달라진다. 바이러스의 구조적 특징은 감염 메커니즘, 숙주 특이성, 증식 양상 등 바이러스 생활사와 밀접한 관련이 있다.
1.5. 바이러스와 박테리아의 비교
바이러스와 박테리아의 비교
바이러스와 박테리아는 크기와 구조, 생리적 특성에서 많은 차이가 있다. 바이러스는 매우 작아 일반적으로 수백에서 수십 나노미터 크기의 입자로 구성되며, 핵산과 단백질로만 이루어진다. 반면 박테리아는 1-10마이크로미터 크기의 단독 세포 생물체로, 세포벽과 세포질, 리보솜 등의 세포 기관을 갖추고 있다.
바이러스는 자체적인 대사 능력이 없어 숙주 세포의 대사 기구를 이용해야 증식할 수 있는 '절대적 세포 내 기생체'이다. 그에 반해 박테리아는 스스로 에너지와 영양분을 생산하여 대사 활동을 할 수 있는 자립적인 생물체이다. 따라서 바이러스에게 항생제는 효과가 없지만, 박테리아의 대사 과정을 차단하여 증식을 억제할 수 있다.
박테리아는 세포분열로 증식하는 반면, 바이러스는 숙주 세포의 단백질 합성 기구를 이용하여 자신의 구성 성분을 대량으로 생산하고 조립하여 새로운 바이러스 입자를 형성한다. 이후 숙주 세포를 파괴하거나 세포막을 통해 방출되어 다른 세포를 감염시킨다.
바이러스와 박테리아는 면역 반응에서도 차이를 보인다. 박테리아에 대한 면역반응은 대식세포의 탐식작용, 보체계 활성화, 항체 생성 등의 비특이적이고 빠른 면역반응이 주를 이룬다. 반면 바이러스 감염에 대해서는 세포독성 T세포에 의한 특이적 세포성 면역반응과 항체 생성을 통한 체액성 면역반응이 중요하다. 또한 바이러스는 숙주 면역체계를 교란시키는 다양한 면역회피 전략을 가지고 있다.
이처럼 바이러스와 박테리아는 크기, 생리적 특성, 대사 활동, 증식 방식, 면역 반응 등에서 큰 차이를 보인다. 이는 이 두 유형의 병원체에 대한 진단 및 치료 방법의 차이로 이어진다."
2. 바이러스의 유전체
2.1. 바이러스의 핵산 구조
바이러스의 핵산은 DNA 또는 RNA로 구성되며, 당, 인, 염기로 이루어져 있다. DNA 염기는 아데닌(A), 구아닌(G), 시토신(C), 티민(T)이며, RNA 염기는 아데닌(A), 구아닌(G), 시토신(C), 우라실(U)이다. 바이러스의 핵산은 이중가닥 또는 단일가닥, 환형(원형) 또는 선형, 일체형 또는 분절형 등 다양한 형태로 존재할 수 있다.
바이러스는 유전체의 형태에 따라 Baltimore 분류법에 따라 7개의 그룹으로 나뉜다.
Class1: 이중가닥 DNA 바이러스로, 숙주세포의 시스템을 이용하여 복제와 전사가 이루어진다. 예시로 박테리오파지, papovavirus, adenovirus, herpesvirus 등이 있다.
Class2: 단일가닥 DNA 바이러스로, dsDNA 형태를 형성한 다음 mRNA로 전사된다. 예시로 M13 파지, parvovirus 등이 있다.
Class3: 이중가닥 RNA 바이러스로, 주형가닥만이 전사되며 자신의 RNA 의존적 RNA 중합효소를 가지고 있다. 예시로 reovirus가 있다.
Class4: 단일가닥 RNA(+)바이러스로, 감염 즉시 mRNA 역할을 하며 바이러스 RNA 합성을 위한 중간체를 형성한다. 예시로 picornavirus, togavirus, coronavirus 등이 있다.
Class5: 단일가닥 RNA(-)바이러스로, 바이러스 RNA 중합효...
