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1. 바이러스의 정의와 발견
1.1. 바이러스의 특성
바이러스는 매우 작은 크기를 지니고 있다. 일반적으로 바이러스의 크기는 수백에서 수십 나노미터 수준이다. 바이러스는 핵산과 단백질로 구성되어 있다. 바이러스는 자신의 유전정보를 나타내는 핵산(DNA 또는 RNA)과 이를 보호하는 단백질 껍질인 캡시드로 이루어져 있다.
바이러스는 완전한 세포구조를 가지고 있지 않기 때문에 자체적으로 대사능력이 없다. 바이러스는 살아있는 다른 생물체의 세포 내에서 숙주의 단백질 합성 기구를 이용해야 증식이 가능하다. 따라서 바이러스는 '절대적 세포내 기생체'라고 할 수 있다.
바이러스 입자인 비리온(virion)은 완전한 바이러스 입자로, 숙주 바깥에 존재하면서 대사활동을 할 수 없지만 살아있는 세포를 감염하여 자신을 증식시킬 수 있다. 바이러스 입자는 외피 단백질인 캡시드로 구성된 껍질과 바이러스 유전정보가 담긴 핵산으로 이루어져 있다. 캡소머 또는 캡소미어는 캡시드를 구성하는 단백질의 소단위이다.
바이러스의 모양은 정이십면체 대칭, 나선형 대칭, 복합형 등 다양하게 존재한다. 정이십면체 대칭 바이러스는 각각의 면이 더 작은 단백질 소단위가 모여 구성되고, 나선형 대칭 바이러스는 핵산의 바깥쪽을 단백질 소단위가 감싸는 구조를 가진다. 복합형 바이러스는 구형, 나선형, 외막형 등 복잡한 구조를 가진다.
바이러스와 박테리아를 비교해보면, 항생제는 박테리아의 증식을 억제할 수 있지만 바이러스에는 효과가 없다. 이는 박테리아와 바이러스의 대사 과정이 다르기 때문이다. 박테리아는 이분법 분열로 증식하지만 바이러스는 핵산과 단백질을 대량 합성한 후 조립하는 방식으로 증식한다.
이처럼 바이러스는 매우 작은 크기, 핵산과 단백질 구성, 대사능력 부재, 숙주 세포 의존성 등의 특징을 가지고 있다. 이러한 바이러스의 특성은 자신을 증식시키기 위해 반드시 숙주 세포를 감염해야 한다는 점에서 기인한다. [1,2]
1.2. 바이러스 발견의 역사
1887년에 담배모자이크병을 연구한 메이어는 병의 원인을 밝히지 못했지만, 이 병에 걸린 담배잎 추출물이 다른 건강한 잎에도 병을 일으킴을 발견했다. 1884년에 챔버랜드는 세균을 걸러내는 도자기 필터를 고안했는데, 이 필터의 구멍이 매우 작아 세균은 통과할 수 없었다. 1892년에 이바노프스키는 세균보다 작은 전염성 물체의 존재 가능성을 인식했다. 그는 담배모자이크병 잎사귀의 추출액을 챔버랜드 필터에 통과시켜 세균을 걸러낸 다음, 그 여과액을 건강한 잎에 문질렀을 때도 담배모자이크병이 발생했기 때문이다. 1898년에 바이에링크는 담배모자이크병의 전염력이 재생산되고 새로운 형태의 전염성인자가 존재한다는 사실을 확신했다. 그는 이를 '전염력 있는 살아있는 액체(contagium vivum fluidum)'라고 명명했다. 1935년에 스탠리는 담배모자이크 바이러스(TMV) 결정체를 만들어내고 TMV입자의 모양을 관찰했다. 이후 소의 구제역, 모기에 의한 황열, 닭의 백혈병 등 'filterable agent'에 의해 일어난다는 것이 확인되었고, 이러한 'filtrable agent'들을 '바이러스'라고 명명했다. 1915년과 1917년에는 세균에 감염하여 증식하는 세균성 바이러스인 박테리오파지(bacteriophage)가 발견되었다. 이처럼 바이러스의 발견과 연구를 통해 새로운 병원체의 존재가 밝혀졌다.
2. 바이러스의 구조와 형태
2.1. 바이러스의 기본 구조
바이러스는 핵산(DNA 또는 RNA)과 단백질로 구성되어 있다. 바이러스의 핵산은 바이러스의 유전 정보를 담고 있으며, 캡시드라고 불리는 단백질 껍질이 이 핵산을 보호한다. 일부 바이러스에는 이러한 캡시드 외부에 지질 및 당단백질로 이루어진 외막이 존재하기도 한다. 바이러스의 크기는 일반적으로 수백에서 수십 나노미터 정도이며, 이와 같은 작은 크기로 인해 바이러스는 현미경으로 관찰할 수 있다. 바이러스는 스스로 에너지를 생산할 수 없기 때문에 숙주 세포의 대사 기능을 이용하여 증식한다. 따라서 바이러스는 살아있는 세포 내에서만 증식할 수 있는 '절대적 세포 내 기생체'의 성격을 갖는다. 바이러스는 숙주 세포를 파괴하거나 변형시켜 자신의 증식에 이용하며, 이 과정에서 숙주 세포에 병원성을 유발한다. 이처럼 바이러스의 기본적인 구조와 특징은 바이러스가 숙주 세포에 의존적으로 증식하고 병원성을 나타내는 데 중요한 역할을 한다.
2.2. 바이러스의 모양과 대칭성
바이러스는 외부 단백질 껍질의 모양에 따라 정이십면체(cubic, icosahedral) 대칭, 나선형(helical) 대칭, 복합형(complex)으로 크게 분류된다. 정이십면체 대칭의 바이러스는 각각의 면이 더 작은 단백질 소단위가 모여 구성되는 구조를 갖는다. 나선형 대칭의 바이러스는 막대기 모양으로, 유전자의 바깥쪽을 단백질 소단위가 감싸는 구조를 지닌다. 복합형 바이러스는 구형, 나선형, 외막형 등 복잡한 구조를 갖는다.
바이러스 군에 따라 핵산의 형태와 캡시드의 모양이 특징적으로 나타난다. Parvovirus와 Papovavirus는 DNA와 정이십면체 캡시드를, Adenovirus와 Herpesvirus는 DNA와 정이십면체 캡시드를 가진다. Picornavirus와 Reovirus는 RNA와 정이십면체 캡시드를, Orthomyxovirus, Paramyxovirus, Rhabdovirus는 RNA와 나선형 캡시드를 갖는다.
정이십면체 대칭을 가진 바이러스는 최소한의 유전정보로 작은 소단위 단백질입자를 만든 뒤, 이를 여러 개 겹쳐 하나의 면을 구성하여 완전한 바이러스 구조를 이루는 특징이 있다. 나선형 대칭 바이러스는 핵산을 단백질 소단위가 감싸는 구조로, 뉴클레오시드(nucleocapsid)라고 한다. 복합형 바이러스는 구형, 나선형, 외막형 등 다양한 구조적 특징을 갖는다.
외막을 가진 바이러스는 숙주세포로부터 유래한 지질의 외막을 가지고 방출되며, 바이러스 자신이 합성한 단백질을 이 외막에 삽입한다. 반면 외막이 없는 바이러스는 캡시드만을 가지고 있다.
이처럼 바이러스는 다양한 구조적 특징을 가지고 있으며, 이러한 특징은 바이러스의 생활사와 연관되어 있다.
2.3. 바이러스와 박테리아의 비교
박테리아는 이분법 분열을 통해 ...
