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KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2015-10-05
한 새로운 분석은 바이러스가 세포들과 오랜 진화의 역사를 공유하는 살아있는 독립체라는 가설을 지지하고 있다. 새로운 연구는 바이러스의 진화를 바이러스나 세포들이 오늘날 인식되는 형태로 존재하기 전의 시기까지 추적하기 위한 첫 번째 믿을 만한 방법을 제공하고 있다고 이 연구자들은 말했다. 이 새로운 발견들은 저널 Science Advances에 나왔다.
지금까지 바이러스들을 분류하기 어려웠다고, 대학원생인 Arshan Nasir와 함께 이 새로운 분석을 이끈 일리노이대(University of Illinois)의 곡물 과학과 칼 R. 워즈게놈생물학연구소(Carl R. Woese Institute for Genomic Biology) 교수인 Gustavo Caetano-Anollés가 말했다. “이 분류 아래에서, 같은 목에 속하는 바이러스 군들은 공통의 선조 바이러스로부터 갈라져 나왔을 것 같다”고 저자들은 썼다. “그러나, (104개 중) 단지 26개의 바이러스 군들만이 한 목에 배정되었고 대부분의 진화적 관계는 명확하지 않다”고 그들은 말했다.
일부의 혼동은 바이러스들의 다양성과 존재비에서 비롯된다. 비록 과학자들이 백만 가지 이상의 바이러스 종들이 있을 것으로 추정하고 있지만, 지금까지 4900 미만의 바이러스들이 확인되었고 서열을 밝혔다. 많은 바이러스들은 작고—세균이나 다른 미생물들보다 상당히 더 작고—오직 소량의 유전자들을 포함한다. 최근에 발견된 미미바이러스(mimiviruses)와 같이 다른 것들은 일부 세균의 것보다 더 큰 게놈을 가지며 크다.
이 새로운 연구는 모든 세포와 바이러스들의 게놈 안에 암호화되어 있는 “접힘(folds)”이라고 불리는 단백질 구조들의 방대한 저장소에 초점을 맞추고 있다. 접힘은 단백질의 구조적인 빌딩블록으로, 그것들의 복합적이고 삼차원적인 모양들을 가지게 해준다. 생명의 나무의 다른 가지들에서 접힌 구조들을 비교함으로써, 연구자들은 그것들의 게놈이 그것들을 암호화하고 있는 유기체들과 접힘의 진화적 역사를 재구축할 수 있다.
바이러스 게놈을 암호화하고 있는 서열들이 빠르게 변하기 때문에, 연구자들은 단백질 접힘을 분석하기로 정했다; 그들의 높은 돌연변이율은 깊은 진화적 신호들을 모호하게 할 수 있다고, Caetano-Anollés는 말했다. 단백질 접힘은 그것들의 삼차원적인 구조들이 그것들을 암호화하는 서열들이 변하기 시작했을 때에도 유지될 수 있기 때문에 고대의 일들에 대한 더 나은 표지자이다.
오늘—질병을 일으키는 것들을 포함해서—많은 바이러스들은 숙주 세포들의 단백질-조립 기작을 탈취해서 다른 세포들로 퍼지게 할 수 있게 자신들의 복제들을 만든다. 바이러스들은 종종 그들의 유전 물질을 그들의 숙주의 DNA 안으로 주입한다. 사실상, 고대 바이러스 침입의 잔여물은 이제 인간을 포함해서 대부분의 세포 기관들의 게놈의 영구적인 특징들이다. 유전 물질을 옮기는 이 재주는 “다양성의 유포자”로서 바이러스들의 일차적인 역할의 증거일지도 모른다고, Caetano-Anollés는 말했다.
연구자들은 3,460가지의 바이러스들을 포함해서, 생명의 나무의 모든 가지들을 대표하는, 5080가지의 유기체들에서 모든 알려진 접힘을 분석했다. 최신 생물정보학 방법들을 이용해서, 그들은 세포들과 바이러스 사이에 공유되는 442가지의 단백질 folds와 바이러스들에 독특한 66가지를 확인했다. “이것은 당신에게 당신이 세포들이 가진 모든 성질들을 가진 바이러스들 안에서 다수의 특징들을 발견했기 때문에, 당신이 생명의 나무를 만들 수 있다고 말해준다”고 Caetano-Anollés는 말했다. “바이러스들은 또한 세포들과 공유하는 구성요소들을 외에도 독특한 구성요소들을 가진다”고 Caetano-Anollés는 덧붙였다.
실제로 이 분석은 세포들에서 본 것과는 다른 바이러스 안에 있는 유전 서열들을 드러내주었다고 Caetano-Anollés는 말했다. 이것은 바이러스들이 그들의 모든 유전 물질들을 세포들로부터 얻었다는 한 가설과 모순된다. 이것과 다른 발견들은 또한 바이러스들이 “새로움의 창조자들”이라는 아이디어를 지지한다”고 그는 말했다.
온라인 데이터베이스에서 사용가능한 단백질-접힘 자료를 이용해서, Nasir와 Caetano-Anollés는 바이러스들을 포함하는 생명의 나무를 만들기 위해서 컴퓨터를 이용하는 방법들을 사용했다. 이 자료는 “바이러스들이 다수의 고대 세포들로부터 기원했고… 현대 세포들의 조상들과 함께 존재했다”고 제시한다고 그 연구자들을 썼다. 이들 고대 세포들은 조각난 RNA 게놈들을 포함했을 것 같다고 Caetano-Anollés는 말했다.
이 자료는 또한 현대적인 세포성 생물이 출현한 후에 오래지 않아서, 그들의 진화 역사의 어떤 시점에 대부분의 바이러스들은 그들의 유전적 탑재 화물을 보호하여숙주 세포들 밖에서 그들의 생명 주기의 일부를 보내고 퍼질 수 있게 해주는 단백질 코트로 그들 자체들을 덮는 능력을 얻었다고 Caetano-Anollés는 말했다. 바이러스들에 독특한 단백질 접힘들은 이들 바이러스 “캡시드(capsids)”를 형성하는 것들을 포함한다. “이들 캡시드는 시간이 지남에 따라서 점점 더 정교해져서, 바이러스들이 이전에 그것들에 내성을 가졌던 세포들에 감염성을 가질 수 있게 해주었다’”고 Nasir는 말했다. “이것은 기생의 특징”이라고 Nasir는 덧붙였다.
어떤 과학자들은 바이러스들이 살아있지 않은 개체들이고 세포 생명이 흘린 DNA와 RNA 조각들이라고 주장했다. 그들은 바이러스들이 숙주 세포의 밖에서 복제할 수 없고, 기능하기 위해서 세포들의 단백질-조립 기작에 의존한다는 사실을 지적했다. 그러나, 많은 증거들은 바이러스들이 다른 살아있는 개체들과 크게 다르지 않다는 아이디어를 지지하고 있다고 Caetano-Anollés는 말했다. “세포들의 안에 사는 세균들과 의무적인 기생 관계에 관여하는 진균들을 포함해서, 많은 유기체들은 살아가기 위해서 다른 유기체들을 필요로 한다—그들은 그들의 생명 주기를 완성하기 위해서 그들의 숙주에 의존한다”고 그는 말했다. “그리고 이것이 바이러스들이 하는 것”이라고 그는 덧붙였다.
2000년대 초에 거대 미미바이러스들의 발견은 바이러스의 성질에 대한 전통적인 아이디어에 도전했다고 Caetano-Anollés는 말했다. “이들 거대 바이러스들은 단지 일곱 가지 유전자들을 가진 작은 에볼라 바이러스가 아니다. 이것들은 크기가 크고 유전 목록도 거대하다”고 그는 말했다. “어떤 것들은 기생성인 세균들 만큼 또는 그 보다 큰 게놈을 가지고 그 만큼 크다”고 그는 덧붙였다.
일부 거대 바이러스들은 또한 세포들이 단백질을 만들기 위해서 유전 서열을 읽는 과정인 해독에 필수적인 단백질들을 위한 유전자들을 가진다고, Caetano-Anollés는 말했다. 바이러스들에서 해독 기작의 결핍은 한때 그것들을 살아있지 않은 것으로 분류하기 위한 타당한 이유로 인용되었다고 그는 말했다. “이것은 더 이상 그렇지 않다”고Caetano-Anollés는 말했다. “이제 바이러스들은 생명의 나무에서의 지위에 가치가 있다. 명백하게도 우리가 한때 생각했던 것보다 훨씬 더 많은 것들이 바이러스에 있다”고 그는 덧붙였다.
그림. 바이러스의 생활유형과 다양한 물리적 성질들과 게놈 크기들로 인해서 그것들을 분류하기 어렵다. 새로운 연구는 바이러스들이 생명의 나무에 그들 자체의 가지에 속한 살아있는 개체라는 증거로서 단백질 접힘을 이용하고 있다. 최신 보고서에서, 바이러스 분류학에 관한 국제위원회(International Committee on the Taxonomy of Viruses)는 바이러스의 모양과 크기, 유전적 구조 및 복제의 수단을 기반으로 해서, 바이러스들의 일곱 목을 인정했다.
Journal Reference: Arshan Nasir and Gustavo Caetano-Anollés. A phylogenomic data-driven exploration of viral origins and evolution. Science Advances, September 2015 DOI: 10.1126/sciadv.1500527
http://www.sciencedaily.com/releases/2015/09/150925142658.htm
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