중간고사 및 과제 공지 일시 10월 22일 수

중간고사 및 과제 공지 • 일시: 10월 22일(수), 오후 8시 5분 부터 (시험시간 90분) • 장소: 3 -B 104 • 범위: 1장 ~ 6장 • 유형: 객관식, 단답식, 주관식 (총 25문제) • 과제: “미생물과 나의 하루” (형식은 자유) • 과제 제출 기한: 10월 22일(수), 중간고사 시작 전까지

- 튤립모자이크 바이러스: 식물세포의 발달 과정을 변화시켜 다양한 꽃잎 색깔을 나타내게 함. - 모든 바이러스가 파괴적인 병원체는 아니며 유 익한 경우도 있다. - 감염과 질병을 치료하는 도구로서의 바이러스: 병원성 바이러스의 유전물질을 집어넣는 새로운 형태의 백신 연구(10장)

6. 1 바이러스의 개요 1) 가장 작은 미생물에 대한 초기 연구 - 천연두와 소아마비 같은 바이러스성 전염병이 사람 간에는 분명히 일어나는 것은 알았지만 그 원인균인 바이러스는 오랫동안 알지 못했다. - 프랑스 학자, 파스퇴르(Louis Pasteur)는 광견병이 세균보다 작은 살아 있는 생명체의 의해 서 일어난다고 추측을 하였고, 1884년에 광견병 백신을 개발하였다. 이 생명체는 바이러스 (virus, 독소)라고 명명하였다. - 1890년대에 최초로 실질적인 바이러스의 특성이 확인되었다. 이바노스키(D. Ivanovski)와 바이엘링(M. Beijerinck)이 담배 식물이 걸리는 질병이 담배모자이크 바이러스에 의한 것임 을 확인. - 뢰플러(Friedrich Loeffler)와 프로쉬(Paul Frosch)는 가축이 걸리는 구족병의 원인인 바이 러스를 발견. 감염성 용액이 세균을 거를 수 있는 필터를 통과한다는 것을 알게 되었다.

6. 1 바이러스의 개요 2) 생물계에서 바이러스의 위치 - 바이러스는 세균, 조류, 진균류, 원생동물, 식물 및 동물 등 모든 종류의 세포를 감염시킬 수 있는 유일한 집단 - 바이러스에 대한 질문들 1. 바이러스는 어디에서 유래했는가? (유전물질이 세포에서 유출, 세포가 퇴화) 2. 바이러스는 살아있는 생명체인가? 3. 바이러스의 독특한 생물학적 특성은 무엇인가? 4. 그렇게 작고, 단순하고, 보잘 것 없어 보이는 입자가 어떻게 질병을 일으키고 죽음에 이르게 하는가? 5. 바이러스와 암의 연관성은 무엇인가? - 바이러스는 숙주세포로부터 독립적으로 존재할 수 없다. - 생물계에서는 바이러스를 (생명체라기 보다는) 감염성 입자(infectious particle)라고 하는 것이 적절하며, 또한 (죽었다기보다는 살아 있고) 활성이 있다, 없다로 표현하는 것이 더 적 절하다. - 바이러스는 세포내 절대기생체생물(obiligate intracellular parasite)

6. 1 바이러스의 개요 2) 생물계에서 바이러스의 위치 6. 1 바이러스의 개요 1) 가장 작은 미생물에 대한 초기 연구

6. 2 바이러스의 일반적 구조 1) 크기 - 바이러스는 가장 작은 감염원이다. - 2, 000개의 박테리오파지가 일반적인 세균 크기와 같다. 사람세포에는 소아마비바이러 스(polio virus)가 5, 000만 개나 들어갈 수 있다. - 바이러스의 구조는 전자현미경하에서 특수 염색을 통해 관찰할 수 있다. - 음성염색은 바이러스의 윤곽을 어두운 배경을 통해 볼 수 있다 (불투명한 염(salt) 사용) - 양성염색은 단백질과 핵산을 염색

6. 2 바이러스의 일반적 구조 1) 크기 - 미미바이러스: 지름이 500 nm 로 광학현미경으로도 관찰 가능. 매우 작은 세균인 리케치아나 마이코플라스마와 비슷하다. - 아메바의 기생생물로 외형이 세균과 흡사하며 모방이라는 의미인 ‘mimic’ 에서 유래.

6. 2 바이러스의 일반적 구조 2) 바이러스의 성분: 캡시드, 핵산과 외피 - 분자 구조는 규칙적이고 반복적인 분자로 되어 있어 결정구조를 이룸. 실제로 정제된 바이러스는 큰 집단이나 결정을 이루기도 한다(그림 6. 3). - 바이러스는 숙주세포로의 침투와 숙주세포의 조절에 필요한 부분만을 가지고 있다: 외부의 껍질, 하나 또는 그 이상의 핵산 (DNA 또는 RNA)을 가진 중심부

6. 2 바이러스의 일반적 구조 2) 바이러스의 성분: 캡시드, 핵산과 외피 - 핵산을 둘러싸고 있는 단백질 캡시드(capsid), 캡시드와 핵산을 합쳐서 뉴클레오캡시드 (nucleocapsid)라 함. - 뉴클레오캡시드로만 이루어진 바이러스를 외피가 없는 바이러스(naked virus)라고 한다. - 동물 바이러스의 20개 과 중에서 13종류가 캡시드 바깥에 숙주세포막을 변형시킨 외피 (envelope)를 가지고 있다. - 외피의 유무에 따라 바이러스와 숙주세포에 침입하는 방법과 나오는 방법이 다르다.

6. 2 바이러스의 일반적 구조 2) 바이러스의 성분: 캡시드, 핵산과 외피 (1) 캡시드: 보호 장치인 바깥 껍질 - 캡시드는 많은 캡소머(capsomer)라는 단백질 소단위체로 되어 있다. - 자가조립(self-assembly) 방식으로 캡시드를 형성 - 두 가지 형태의 조립: 나선형과 정이십면체 - 단순한 나선형 캡시드(helical capsid)는 막대 모양의 캡소머가 모여서 팔찌와 비슷한 모양의 속이 빈 디스크 형태를 이룬다. - 뉴클레오캡시드가 형성될 때 디스크가 연결되면서 연속적인 나선 형태를 이루며 핵산 가닥을 둘러싸게 된다.

6. 2 바이러스의 일반적 구조 2) 바이러스의 성분: 캡시드, 핵산과 외피 - 나선형 캡시드는 바이러스 유형에 따라 다른 모습으로 나타남 - 외피가 없는 나선형 바이러스의 뉴클레오캡시드는 매우 견고하고 단단하게 감겨져서 원통형을 이루게 된다. 예) 담배모자이크 바이러스 - 외피를 가진 나선형 뉴클레오캡시드는 유연하고 외피 내에 느슨한 나선 형태로 배열되어 있다. 예) 인플루엔자, 홍역바이러스(measles), 광견병바이러스 (rabies virus) 등

6. 2 바이러스의 일반적 구조 2) 바이러스의 성분: 캡시드, 핵산과 외피 - 대다수 바이러스의 캡시드는 20개의 모서리와 12개 의 꼭지점을 갖는 3차원 구조의 정이십면체 형태로 배열된다. - 캡소머의 배열 형태는 바이러스마다 매우 다양하다. - 한 종류 또는 여러 종류의 캡소머로 이루어짐

6. 2 바이러스의 일반적 구조 2) 바이러스의 성분: 캡시드, 핵산과 외피 - 캡소머의 수: 소아마비바이러스는 32개, 아데노바이러스는 242개. - 바이러스의 조립 중에 핵산은 정이십면체 중앙에 위치하여 뉴클레오캡시드를 형성 - 정이십면체 바이러스의 모습을 달라지게 만드는 또 다른 요소는 외피의 유무다.

6. 2 바이러스의 일반적 구조 2) 바이러스의 성분: 캡시드, 핵산과 외피 (2) 바이러스의 외피 - 외피를 가진 바이러스(enveloped virus, 대부분의 동물 바이러스)는 숙주세포에서 나올 때 막의 일부를 외피로 이용한다. - 바이러스의 조립 중에 외피의 막 단백질의 일부 또는 모두가 바이러스 고유의 단백질로 바 뀌어 숙주의 막과는 상당히 다르다. - 일부 단백질은 외피와 캡시드 사이의 결합층을 형성하고 당단백질은 외피의 바깥쪽에 노출 되어 있다. - 이렇게 돌출된 분자는 스파이크(spike) 또는 페플로마(peplomer)라고 불리며, 바이러스가 다음 숙주세포에 흡착하는데 필수적이다. - 외피는 캡시드보다 유연하기 때문에 외피를 가진 바이러스의 경우는 구형에서 섬유모양까 지 형태가 다양하다.

6. 2 바이러스의 일반적 구조 2) 바이러스의 성분: 캡시드, 핵산과 외피 (3) 바이러스의 캡시드와 외피의 기능 - 바이러스의 최외각에 있는 덮개는 바이러스의 기능과는 상관이 없이 바이러스가 숙주세포 밖에 있을 때에 다양한 효소 및 화학물질에서 핵산을 기능을 한다. 예) 소아마비와 A형 간염 바이러스와 같은 장내바이러스의 캡시드는 위장에서의 산과 단백질 분해효소에 저항성을 가짐 - 캡시드나 외피는 바이러스의 DNA나 RNA를 숙주세포 안으로 주입하는 것을 도와주는 기능 도 갖고 있다(세포 표면에 부착하는 것과 바이러스 핵산의 주입을 도와줌). - 캡시드와 외피의 일부분이 면역반응을 일으켜 바이러스를 중화시키고 숙주세포에 장차 일 어날 바이러스 감염을 방지하는 항체를 생산하게 만든다.

6. 2 바이러스의 일반적 구조 2) 바이러스의 성분: 캡시드, 핵산과 외피 (4) 복합바이러스: 격식을 벗어난 바이러스 - 폭스바이러스(poxvirus, 천연두바이러스 포함): 매우 큰 DNA 바이러스로 전형적인 캡시드 가 아니라 두터운 지질단백질(lipoprotein)로 둘러싸여 있으며 그 바깥 표면에 느슨한 섬유 가 있는 구조 - 박테이로파지(bacteriophage): 다면체를 이루고 있는 캡시드 머리와 숙주세포에 흡착하는 나선형 꼬리와 섬유로 구성

6. 2 바이러스의 일반적 구조 2) 바이러스의 성분: 캡시드, 핵산과 외피

6. 2 바이러스의 일반적 구조 2) 바이러스의 성분: 캡시드, 핵산과 외피 (5) 핵산: 바이러스의 중심부 - DNA와 RNA를 모두 갖고 있는 세포와 달리 바이러스는 둘 중 한 가지만 갖고 있다. - 바이러스는 숙주세포를 지시하는데 필요한 모든 유전자를 매우 작은 공간에 넣어야 하기 때 문에 세포와 비교해서 유전자 수는 매우 적다. - 숙주세포로의 침투와 그들의 활성을 바꾸고 새로운 바이러스를 만드는데 필요한 유전자만 갖고 있다. - 일반적으로 DNA는 이중가닥으로, RNA는 단일가닥으로 존재. 일부 바이러스는 독특하고 예외적인 형태를 가진다. 예) 단일가닥의 DNA를 갖는 파보파이러스, 이중가닥의 RNA를 갖는 레오바이러스 - 바이러스의 RNA 또는 DNA 배열방식은 다양함. - 레트로바이러스(retrovirus)는 숙주 세포 내에서 핵산을 RNA에서 DNA로 바꾼다.

6. 3 바이러스의 일반적 구조 2) 바이러스의 성분: 캡시드, 핵산과 외피 (6) 바이러스 입자에 있는 기타 물질 - 캡시드의 단백질, 외피의 단백질과 지질 그리고 중심부의 핵산 외에도 바이러스는 숙주세포 에서 고유한 기능 발휘를 위한 효소를 갖고 있을 수 있다. - 바이러스의 복제를 위해 미리 만들어진 효소를 갖는 경우도 있다. 예) DNA와 RNA를 합성하는 중합효소(polymerase)와 RNA를 복제하는 복제효소(replicase) - AIDS 바이러스는 RNA에서 DNA를 합성하기 위한 역전사효소(reverse transcriptase)를 가지고 있다. - 그러나 바이러스는 물질대사효소에 관한 유전자는 전혀 갖고 있지 않다. 세포의 물질대사나 자원을 완전하게 조절할 수 있도록 적응되어 있기 때문. 예) 아레나바이러스(arenavirus)는 숙주 리보솜을 완전히 차지하고 레트로바이러스는 숙주의 t. RNA를 ‘빌려서’ 사용한다.

6. 3 바이러스의 분류와 명명법 - 비공식적, 일반적 분류법: 동물, 식물 또는 세균 바이러스; 외피를 가진 것과 없는 바이러스; DNA 또는 RNA 바이러스; 나선형 또는 정이십면체 바이러스 - 오랫동안 동물 바이러스는 주로 숙주와 질병의 종류에 기초하여 분류되었다. - 현재의 바이러스를 분류하는 주된 기준은 구조, 화학적 조성 그리고 유전적 구성의 유사성 - 과의 이름 끝에 ‘-viridae’를 붙이고 속은 ‘-virus’로 끝난다. - 바이러스의 종은 숙주범위, 병원성, 유전적 조성 등과 같은 여러 특성의 집합을 기초로 함. - 바이러스의 과는 캡시드의 형태, 핵산 가닥의 수, 외피의 존재 및 형태, 바이러스 전체의 , 크기 그리고 숙주세포 내에서 증식하는 장소 등의 특성으로 규정함 - 일부 바이러스 과의 이름은 현미경적 미세구조(모양과 크기), 해부학적 또는 기하학적인 면, 채집 위치, 숙주에 대한 효과 등에 따라 명명함.

6. 4 바이러스 증식 양상 1) 동물바이러스의 증식주기 - 바이러스는 숙주와 밀접한 연관을 가진다. - 바이러스는 세포의 합성과 유전 도구의 조절을 장악하는 미세한 기생생물로 묘사되곤 한다. - 증식주기의 성질은 병원성, 전염, 면역방어 등에 대한 반응과 바이러 스 감염 방지를 위한 사람의 대책 등에 중대한 영향을 준다.

6. 4 바이러스 증식 양상 1) 동물바이러스의 증식주기 - 일반적인 동물 바이러스의 생활주기는 흡착(adsorption), 침투(penetration), 합성(synthesis), 조립(assembly)과 숙 주세포에서의 방출(release)로 이루어 진다.

6. 4 바이러스 증식 양상 1) 동물바이러스의 증식주기 (1)흡착과 숙주범위 - 바이러스가 적당한 숙주세포를 만나서 세포막의 특정 수용체에 흡착되면 침투가 시작 - 바이러스가 결합하는 세포막의 수용체는 보통 세포가 정상적인 기능을 수행하기 위해 필요한 당단백질이다. 예) 광견병바이러스는 포유동물 신경세포의 수용체에 부착, 인간 면역결핍바이러스 (HIV 또는 AIDS바이 러스)는 일부 백혈구의 CD 4 단백질에 결합 - 외피를 가진 종류는 세포막 수용체에 당단백질의 스파이크가 결합, 외피가 없는 뉴클레오캡 시드를 가진 바이러스는 캡시드가 있는 분자가 수용체에 결합

6. 4 바이러스 증식 양상 1) 동물바이러스의 증식주기 - 바이러스는 숙주의 특정 분자와 정확하게 들어맞아야만 숙주세포로 침투할 수 있기 때문에 자연 상태에서 감염될 수 있는 숙주범위(host range)는 제한적이다. : 인간의 간세포에만 감염되는 B형 간염바이러스 (매우 좁음) : 영장류 (인간, 원숭이 등)의 장과 신경세포에 감염되는 소아마비바이러스 (중간) : 모든 포유류의 다양한 세포에 감염되는 광견병바이러스 (넓음) - 적당한 바이러스 수용체가 없는 세포는 바이러스의 흡착과 침투에 저항성을 갖는다. - 또한 바이러스는 신체의 특정세포에 대한 항성(tropism)이라고 불리는 조직 특이성을 갖는 다(B형 간염바이러스는 간을, 이하선염 바이러스는 침샘을 표적으로 삼음).

6. 4 바이러스 증식 양상 1) 동물바이러스의 증식주기 (2) 동물바이러스의 침투/ 껍질벗기 - 동물 바이러스가 세포에 성공적으로 감염되려면 숙주세포의 세포막을 침투해서 바이러 스의 핵산이 숙주세포 내부로 전달되어야 한다. 대부분은 융합(fusion) 또는 세포내흡 입(endocytosis)의 방식으로 들어감. - 융합(fusion): 바이러스의 외피가 직접 숙주 세포막과 융합. 외피를 가진 바이러스에서 만 가능하다. 바이러스가 숙주세포의 수용체에 부착하면 그 부근의 세포막 지질이 이동 해서 뉴클레오캡시드가 세포질도 들어감.

6. 4 바이러스 증식 양상 1) 동물바이러스의 증식주기 - 세포내흡입(endocytosis): 바이러스의 외피가 있거나 없는 경우 모두 가능. 부착 후에 바이러스 전체가 통째로 들어가데 된다. - 세포 내에서 소낭의 막을 분해하는 세포질의 효소에 의해서 핵산이나 뉴클레오캡시드 가 노출되어 껍질을 벗게 된다(uncoated).

6. 4 바이러스 증식 양상 1) 동물바이러스의 증식주기 (3) 합성: 복제와 단백질 생성 - 동물바이러스의 합성과 복제 과정은 분자 수준에서 정교하게 조절되고 엄청나게 복잡함 - 자유로운 바이러스의 핵산은 숙주의 합성 및 대사 기구들의 조절을 수행한다. - DNA 바이러스 (폭스 바이러스 제외)는 숙주세포의 핵으로 들어가고, 이곳에서 증식과 조립이 일어난다. - 대부분의 RNA 바이러스는 세포질에서 증식과 조립이 일어난다. - RNA 바이러스의 경우 : 침투와 거의 동시에 바이러스의 핵산이 숙주의 유전자 발현을 변형시키고 새로운 바이러스를 만들 재료를 합성하도록 지시한다. : 바이러스의 RNA 자체가 바이러스의 단백질을 합성(해독, translation)하는 데 필요한 메시지가 된다. : 숙주의 복제와 합성기구로 새 RNA와 캡시드, 스파이크와 바이러스의 효소 등의 단백질이 만들어진다.

6. 4 바이러스 증식 양상 1) 동물바이러스의 증식주기 (4) 동물바이러스의 조립: 공장으로서의 숙주세포 - 주기의 마지막에 이르러서는 성숙된 바이러스 입자가 만들어진다. - 캡시드가 먼저 빈 껍질 형태로 만들어진 후에 핵산 가닥을 받아들이게 된다. - 외피를 가진 바이러스의 방출을 일으키는 중요한 과정은 숙주세포막에 바이러스의 스파이크 를 삽입하고 바이러스가 그 부분을 외피로 받아들이면서 발아에 의한 방출이 일어나는 것이 다. 세포핵 안에 있는 아데노 바이 러스의 거대한 결정 덩어리 (35, 000×).

6. 4 바이러스 증식 양상 1) 동물바이러스의 증식주기 (5) 성숙된 바이러스의 방출 - 외피가 없는 바이러스나 복합바이러스는 핵이나 세포질에서 성숙된 후에 세포가 분해 또는 파열되었을 때에 방출된다. - 외피를 가진 바이러스는 발아 또는 세포외방출(exocytosis) 방식으로 세포막, 핵막, 소포체 또는 소낭의 막으로부터 방출 된다. 세포의 갑작스러운 파괴 없이 서서히 방출됨. - 치명적인 손상에는 대사활동과 유전자발현의 완전한 억제, 세 포막과 세포소기관의 손상, 바이러스 성분의 독성과 리소솜의 - 방출 등이 포함된다.

6. 4 바이러스 증식 양상 1) 동물바이러스의 증식주기 - 세포 밖의 숙주를 감염시킬 수 있는 바이러스 입자가 완전 히 형성된 것을 비리온 (virion)이라 부른다. - 감염된 세포에서 방출되는 비리온의 수는 매우 다양하며, 이는 바이러스의 크기, 숙주세포의 건강성 등에 의해 결정 된다. - 폭스바이러스는 약 3, 000~4, 000개의 비리온이 하나의 세 포에서 방출, 소아마비바이러스에 감염된 세포에서는 100, 000 개 이상의 비리온이 방출된다.

6. 4 바이러스 증식 양상 1) 동물바이러스의 증식주기 (6) 숙주세포에 대한 손상과 지속성 감염 - 세포병리학적 효과 (cytopathic effect, CPE)란 바이러스에 의해서 세포의 현미경적 모 습이 변하게 된 손상을 말한다. 각각의 세포가 변형되고 모양이나 크기가 전반적으로 변하며 세포 내부의 변화가 일어난다(그림 6. 15 a). - 봉입체(inclusion body) 또는 핵이나 세포질에 바이러스의 밀집된 군집이나 손상된 세 포소기관을 주목하는 것이 일반적이다(그림 6. 15 b).

6. 4 바이러스 증식 양상 1) 동물바이러스의 증식주기 - 표 6. 3 에 특정한 바이러스와 관련된 뚜렷한 세포병리학적 효과가 제시됨 - CPE 중 하나는 많은 숙주세포가 하나의 세포로 융합되어 많은 핵을 갖게 되는 것이다. 이러한 합포체(syncytia)는 일부 바이러스가 막을 융합시키는 능력의 결과로 일어난다.

6. 4 바이러스 증식 양상 1) 동물바이러스의 증식주기 - 일반적으로 바이러스의 감염에 의해 숙주세포가 죽지만, 일부 세포는 바이러스를 보유한 채로 즉각적인 세포의 분해가 일어나지 않는 상태가 지속되는 경우도 있다. 이를 지속성 감염(persistent infection)이라 하는데 그 기간은 수 주일일수도 있고 수년간 혹은 숙주 의 남은 생애 동안 지속될 수도 있다. 예) 홍역바이러스(measles virus): 뇌세포에 수년 동안 숨어 있으면서 점진적인 손상과 질병을 일으킴. - 일부 바이러스는 오랫동안 불활성 상태인 잠복기 상태(latent state)로 존재한다. 예) 단순포진바이러스(herpes simplex virus, 입가의 발진과 생식기 사마귀)와 허피스조스터바이러스 (herpes zoster virus, 수두와 대상포진): 신경세포에 잠복 상태로 존재할 수 있으며, 나중에 다양한 자극에 의해 발현되어 반복적으로 증상이 나타나게 된다.

6. 4 바이러스 증식 양상 1) 동물바이러스의 증식주기 - 일부 동물바이러스는 숙주세포에 침투하여 영원한 유전적 변화를 일으켜 암으로 발전 시킬 수 있다. 이러한 바이러스를 종양유전자(oncogene)라 하며, 세포에 대한 효과를 형질전환 (transformation)이라 한다(바이러스의 핵산이 숙주 DNA에 삽입). - 형질전환된 세포는 성장률이 증가하고 염색체가 변화되며 세포 표면의 분자변화, 그리 고 끊임없는 세포분열이 일어난다. - 종양이 생기게 할 수 있는 포유류의 종양바이러스(oncovirus): 파필로마바이러스 (자궁 경부암과 연관), 허피스바이러스 (엡스타인바 바이러스는 버킷 림프종을 일으킴)와 B형 간염바이러스(간암) 등과 같은 DNA 바이러스

6. 5 박테리오파지의 증식주기 - 숙주인 세균이 보이지 않 는 기생생물에 의해 잡아 먹힌 것 처럼 보였음 -> 박테리오파지라 이름붙임 - 모든 종의 세균을 여러 종 류의 특정 박테리오파지가 숙주로 이용가능 - 대부분 이중가닥 DNA를 가진다. - 파지에 감염된 세균은 병 원성이 더욱 강화되는 경 우가 많다.

6. 5 박테리오파지의 증식주기 - E. coli 의 파지-특히 T 2나 T 4와 같은 T-짝수 파지: DNA를 함유한 정이십면체 캡시드, 중앙의 관(central tube), 이음고리(collar), 기저판(base plate), 꼬리침(tail pin) 그리고 섬유를 갖고 있는 복잡한 구조 - 숙주인 세균 표면의 특이한 수용체에 흡착한다. - > 파지 전체가 숙주세포에 들어갈 수는 없지만 숙주세포의 세포벽과 세포막에 단단한 관을 찔러 넣은 후에 핵산을 주입하게 된다 -> 속이 빈 캡시드는 세포 표면에 붙은 채로 남아있다. - 핵산이 주입되면 숙주세포의 DNA 복제와 단백질 합성을 중단시키고 곧바로 숙주세포의 기구를 바이러스의 증식과 단백질 합성에 이용 - 숙주세포에서 새로운 파지의 성분이 만들어짐에 따라 각 부분이 곧바로 박테리오파지로 조립

6. 5 박테리오파지의 증식주기 - 평균 크기인 Escherichia coli 는 주기 마지막에 약 200개의 새로운 파지를 갖게 된다. - 최종적으로 숙주세포가 바이러스로 가득 차 터져서 열리는 용균(lysis)에 의해서 성숙된 비리온을 방출 - 이러한 고정은 감염주기의 후기에 만들어지는 세포막을 약화시키는 바이러스의 효소에 의해서 더욱 촉진된다. 방출된 감염성 파지가 다른 세균에 감염되면서 새로운 감염주기 가 시작.

6. 5 박테리오파지의 증식주기 1) 용원성: 조용한 바이러스 감염 - 용원성 파지(temperate phage)라고 불리는 특별한 DNA 파지는 흡착과 침투 후에 즉각적인 증식과 방출이 일어나지 않고 바이러스 DNA가 세균 의 DNA에 삽입되어 불활성 상태인 프로파지(prophage) 상태로 들어가 게 된다. - 바이러스의 DNA는 세균 세포 내에 머물면서 정상적인 세포분열에 따라 동시에 복제되어 세균의 후손에 용원 성 파지가 전달된다. - 숙주 염색체가 박테리오파지 DNA를 갖고 있는 상태를 용원성(lysogeny) 이라 한다.

6. 5 박테리오파지의 증식주기 1) 용원성: 조용한 바이러스 감염 - 파지가 때로는 세균 유전자 운반체의 기 능도 갖게 되어 세균의 유전에 큰 역할( 형질도입(transduction)) - 세균이 용원성 파지에서 새로운 유전자 를 얻었을 때 이를 용원성 전환 (lysogenic conversion)이라 부름. 예) 디프테리아를 일으키는 Corynebacterium diphtheriae, 디프테리아 독소는 질병의 원인으로 박테리오파지의 산물임. 파지가 없으면 비교적 해롭지 않다.

6. 6 동물바이러스의 배양과 동정 기술 - 바이러스를 자연 숙주 외에서 보다 폭넓게 적용할 수 있는 배양 방식이 개발 - 시험관내(in vitro) 세포(또는 조직) 배양방법과 실험실 배양 동물과 조류의 배아 조직에 생체내(in vivo) 접종방법을 통한 숙주교체 방법을 사용 - 바이러스 배양의 주 목적 1. 임상 시료에서 바이러스를 분리, 동정하기 2. 백신을 위한 바이러스 준비하기 3. 바이러스의 구조와 증식주기, 유전학, 숙주세포에 대한 영향 연구

< 인공 바이러스> - 소아마비바이러스를 인공적으로 만드는데 성공함. 이 바이러스는 캡시드와 감영성, 숙주세포에서의 복제 등이 자연 상태의 바이러스와 유사하였다. 하지만 이 바이러스는 사람의 건강에 심각한 피해 를 주기 때문에 논란이 됨. - 1918년에 창궐했던 인플루엔자바이러스 원형인 H 1 N 1(사진)을 부활시킴. 바이러스를 통해 질병을 이해하고, 미래의 인플루엔자 유행을 막을 새로운 백신을 만드는 것이 가능해짐.

6. 6 동물바이러스의 배양과 동정 기술 1) 세포(조직)배양 기술 이용 - 세포배양(cell culture) 또는 조직배양: 분리, 배양된 동물세포의 수를 단순하고 효과적 으로 늘리는 방법의 개발 - 동물세포배양의 1차 또는 연속배양 - 배양에서 바이러스의 성장을 확인할 수 있는 한 방법은 단일층 세포에서 감염된 세포의 퇴화나 분해를 관찰하는 것이다. - 바이러스 감염세포가 파괴되어 나타나는 투명하고 분명한 구역을 플라크 (plaque)라고 한다(그림 6. 19 b). 새로운 세포가 감염된 후에 죽으면서 바이러스의 방출이 반복되어 죽은 세포의 영역에 눈에 띄는 둥글고 투명한 공간이 형성

6. 6 동물바이러스의 배양과 동정 기술 2) 조류 배아의 이용 - 배아는 동물의 초기 발생단계로 세포가 빨리 분화한다는 특징을 갖는다. - 알은 완전하고 자급할 수 있는 단위체로 무균 환경과 영양분을 이미 갖추고 있다. - 달걀, 오리 알, 칠면조 알 등이 이용됨(철저한 무균상태 필요) - 바이러스의 번식은 배아의 죽음이나 배아의 발달상의 장애, 막의 부분적 손상, 포크 (pock)라 불리는 불연속적이고 불투명한 얼룩으로 나타난다.

6. 6 동물바이러스의 배양과 동정 기술 3) 살아있는 동물에 접종 - 특별히 길러진 흰쥐, 쥐, 햄스터, 기니피그, 토끼 등이 바이러스를 배양하는 데 쓰이며 무척주 동물이나 인간이 아닌 영장류도 쓰인다. - 바이러스가 숙주 특이성을 보일 수 있으므로 몇몇 동물은 주어진 바이러스를 더 빨리 번식시킬 수 있다. - 실험에 따라 성체, 어린 것이나 신생동물에 대해 검사를 해볼 수 있다. - 준비된 바이러스나 시료를 뇌, 혈액, 근육, 체강, 피부 또는 발바닥에 주입함으로써 동물 은 바이러스에 노출된다.

6. 7 바이러스의 감염, 검사와 치료 - 바이러스는 감기나 간염, 수두, 독감, 허피스, 사마귀를 필두로 입원하지는 않는 급성 감염 의 가장 흔한 이유이다. - 뎅기열이나 리프트 밸리열, 황열병과 같은 세계의 특정 지역에서만 현저히 나타나는 바이 러스 감염도 있음. - 대부분의 바이러스 감염은 죽음과 연결되지 않지만 광견병이나 AIDS, 에볼라 등은 굉장히 높은 사망률을 보이며 다른 몇몇 좋은 소아마비, 간염과 같이 장기간의 쇠약증세를 야기한다. - 제 1형 당뇨병이나 다발성 경화증 또는 여러 가지 암과 같은 원인을 알 수 없는 만성질환과 바이러스의 연결 가능성에 초점을 두고 연구 중

6. 7 바이러스의 감염, 검사와 치료 - 일부 바이러스 질병은 생명을 위협하기 때문에 되도록 빨리, 정확하게 진단하는 것이 필수 적이다. 1) 질병의 전체적인 의학적 증상(특정 징후)를 파악 2) 바이러스 또는 세포나 조직의 세포병리학적 변화의 징후를 찾아 임상 시료의 바이러스 확인(면역형광기법이나 전자현미경, 시료의 항원조사, 중합효소연쇄반응(PCR) 등 사용) 3) 일부 질병은 자세한 진단을 위해 세포배양, 배아나 동물이 필요함 - 바이러스의 특성이 때때로 효과적인 치료를 방해한다. 세균이 아니기 대문에 세균을 목표 로 하는 항생제가 작용하지 못함. - 항바이러스제가 많이 증가하고 있지만 대부분이 바이러스가 증식할 때 이용되는 숙주의 기능을 억제하기 때문에 심각한 부작용이 생길 수 있다. - 항바이러스제는 바이러스의 생활주기의 한 단계를 목표로 하여 개발됨. 예) AIDS 치료제인 아지도티미드(Azidothymide, AZT)는 핵산의 합성단계를 억제, 새로운 HIV 치료제인 단백질 분해효서 억제제(protease inhibitor)는 마지막 조립 단계를 방해

6. 8 프리온 및 기타 비바이러스성 감염 입자 - 프리온 (prion)은 바이러스가 아니며 프리온만으로 감염인자의 한 범주를 형성한다. * 프리온(proteinaceous infectious particle), 단백질성 감염입자 (막이 없는 단백질 분자) - 전염성 해면상 뇌증(transmissible spongiform encephalopathy, TSE): 숙주끼리의 직 접 접촉이나 오염된 음식 섭취 등의 방법을 통해 전염됨. 신경조직에 영향을 주는 병원 체(그림 6. 21 a). - 양의 스크래피(scrapie), 광우병(bovine spongiform encephalopathy), 엘크, 사슴, 밍 크의 소모적 질병 등이 포유류에서의 프리온 질병으로 알려짐 - 뇌의 변성이 첫 증상으로 나타나기 전 긴 잠복기(주로 수년)를 가지고, 감염된 동물은 근육운동의 협동성이 없어져 움직이는데 어려움을 겪으며 결국 쇠약해져 죽게된다.

6. 8 프리온 및 기타 비바이러스성 감염 입자 - 인간은 크로이츠펠트 야곱증 (Creutzfeldt-Jakob syndrome, CJS), 쿠루병 (kuru), 치명적 가족성 불면증(fatal familial insomnia) 등이 비슷한 만성질환의 숙주다. - 뇌의 기능이 점진적으로 약화되며 환자는 근육의 협동작용이 감각 능력 및 인식 증력과 함께 퇴화한다. 지금까지 알려진 치료법이 없음. - 유럽에서 발견된 CJS의 변종이 사람에게도 감염된 사례가 있음. - 프리온이나 프리온 유사 단백질이 식물, 효모와 동물의 세포막에 매우 많이 존재한다. - 프리온과 정상 단백질과 만났을 때 프리온은 정상단백질을 비정상적인 구조로 자발적인 변화를 일으킨다. - 프리온은 저항성이 큼: 소독제나 방사선 또는 일반적인 멸균법으로 제거할 수 없다.

6. 8 프리온 및 기타 비바이러스성 감염 입자 - 위성바이러스 (satellite virus): 증식을 위해 다른 바이러스의 도움을 필요로 함 예) 아데노 연관 바이러스(adeno-associated virus, AAV): 아데노 바이러스가 감염된 세포 에서만 증식이 가능 델타병원체(delta agent): 노출된 형태의 RNA를 가지고 있으며 B형 간염바이러스가 있어야만 발현되고 이는 간의 손상을 심화시킨다. - 식물에도 비로이드(viroid)라는 바이러스와 유사한 것이 기생하는데 정상적인 바이러스보다 훨씬 작다. 노출된 형태의 RNA를 가지고 있으며 캡시드나 다른 껍질이 없다. 토마토, 감자, 오이, 감귤류, 국화 등의 심각한 질병원

Take Home Message 1. 바이러스의 특성(표 6. 1) 2. 일반적인 동물 바이러스의 생활주기 3. 바이러스에 의한 숙주세포의 손상- 세포병리학적 효과 (cytopathic effect, CPE) 4. 박테리오파지의 증식주기- 용원성 상태 및 용균주기 5. 프리온