분자유전학실험실 (단국대학교 분자생물학과)



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 신비스런 거대 바이러스의 구조

신비스런 거대 바이러스의 구조

KISTI 『글로벌동향브리핑(GTB)』 2009-04-30

  
일군의 국제협력연구자들은 지금까지 알려진 가장 큰 바이러스의 주요구조를 밝혀내었으며 이것은 어떻게 단순한 생명체가 진화했으며 특이한 바이러스가 인간질병을 일으킬 수 있는지 여부를 밝혀내는데 도움이 될 수 있다. 미미바이러스 (Mimivirus)는 바이러스와 살아있는 세포 사이의 ‘잃어버린 연결고리’로 불리고 있다. 이 바이러스는 1992년 우연히 프랑스 과학자들에 의해 발견되었지만 2003년까지 확인되지 않았다 (GTB2003031411). 미미바이러스는 아메바에 감염되지만 폐렴환자들에게서 이 바이러스의 항체가 발견되기 때문에 인간에게서 질병을 일으킬 수 있는 가능성이 제기되고 있다 (GTB2005101175; GTB2008090189). 하지만 많은 세부사항이 아직 밝혀지지 않았다고 퍼듀 대학 (Perdue University)의 생물학 교수인 마이클 로스맨 (Michael Rossmann)은 주장했다.

퍼듀대학과 캘리포니아 주립대학 어바인 (UC Irvine) 그리고 프랑스 마르세이유의 지중해대학 (University of the Mediterranean)의 연구자들은 미미바이러스의 유전자 구성을 밝혀내었다. 이들 과학자들은 바이러스의 핵산을 싸고 있는 단백질의 외각인 캡시드 (capsid)의 기본적인 디자인을 알아내었으며 캡시드의 기본구성단위인 캡소미어 (capsomere)라 불리는 수 백개의 기본단위의 구성을 알아내었다. 이번 발견은 또한 불가사리 모양의 구조의 존재를 확인했으며 이것은 숙주에 감염될 때 바이러스가 유전물질을 남겨놓을 수 있도록 캡시드가 열리는 특별한 정점 (vertex)으로 덮여있다는 사실을 발견했다. 그리고 바이러스의 유전물질 자체에서 톱니모양으로 이루어져 숙주와 결합하여 열려 있을 수 있도록 되어 있다고 로스맨은 말했다.

로스맨의 실험실에서 박사후 연구원으로 일하고 있는 시양 선 (Siyang Sun)은 “이번 발견은 세포, 박테리아 그리고 바이러스의 진화를 연구하는데 있어서 중요하다. 미미바이러스는 세포와 바이러스의 중간단계로 우리는 세포는 살아있고 바이러스는 자신의 수명을 유지하기 위해서는 숙주세포를 필요로하기 때문에 죽어있는 것처럼 생각해왔다. 미미바이러스는 바이러스와 살아있는 세포 사이에 모두 걸쳐있는 생명체로 바이러스에 대한 정의를 새롭게 해야할지도 모른다”고 말했다.

이 바이러스는 박테리아 크기와 비슷하며 그 직경이 0.5 마이크론 정도로 일상적인 감기를 일으키는 현미경을 통해 충분히 관찰할 수 있는 바이러스보다 열 배 정도 크다. 다른 바이러스들은 너무 작아서 통상적인 현미경으로는 관찰할 수 없다. 이번 발견은 <PLoS>지에 발표되었으며 주저자는 퍼듀대학에서 박사후 연구원이었으며 현재 텍사스 주립대학 엘파소 (University of Texas, El Paso)의 화학과 부교수인 추안 시아오 (Chuan Xiao) 이다. 연구자들은 이전에 이 바이러스의 캡시드가 다른 바이러스처럼 20면체적 좌우대칭구조를 가지고 있다고 생각해서 바이러스의 구조를 알아내기 힘들었다. 시아오는 이 바이러스가 표준적인 20면체 대칭이 아닐 것이라 소위 5중첩 대칭성 (five-fold symmetry)일 것이라는 가정아래 그 구조를 연구했다. 로스맨은 “이 대상이 정20면 대칭이라고 생각한다면 60개의 동일한 면이 존재한다고 생각하게 되고 이를 바탕으로 바이러스의 구조를 파악하게 된다”고 말했다.

연구자들은 원자력 현미경을 이용한 바이러스 이미지를 촬영함으로써 바이러스의 외막에 걸쳐 존재하는 일정한 구멍의 패턴을 볼 수 있게 되었다. 로스맨은 “대부분 거대하고 의사-20면체 바이러스의 캡시드는 이러한 구멍을 가지고 있지 않으며 그 기능도 알려지지 않고 있다”고 말했다. 냉동전자현미경 (cryo-electron microscopy)이라 불리는 방법을 사용하여 세부적인 구조를 밝혀내었다. 이 재구성 방법은 2차원적 이미지를 결합하여 3차원적 구조를 보여주고 있다. 그리고 5중첩 대칭성을 이용하여 이 바이러스의 한 면은 다른 면들과 약간 다르다는 사실을 밝혀내었다. 보통 20면체 바이러스에서 모든 면은 동일하게 나타난다.

20면체는 거의 둥근모양으로 20개의 삼각면을 가지고 있으며 60개의 동일한 하부단위를 가지고 있다. 20면체처럼 미미바이러스의 캡시드도 20면을 가지고 있다. 하지만 20면체와 달리 미미바이러스의 캡시드의 다섯면은 다른 면들과는 약간 다르게 나타나며 특별한 정점(vertex)을 둘러싸고 있다. 20면체 구조는 12개의 유사한 두정을 가지고 있는 반면에 미미바이러스는 11개의 정점을 갖고 있으며 12번째 정점은 다른 것들과는 다르다. 이 바이러스의 새롭게 재구성된 이미지는 원자력 현미경을 통해 밝혀진 것이라고 로스맨은 말했다. 불가사리 모양의 면은 바이러스가 숙주인 아메바에 감염될 때 꽃이 피는 것처럼 열리게 되어 바이러스의 DNA를 숙주에게 삽입할 수 있도록 분출하게 된다고 로스맨은 주장했다. 그는 “이와 더불어 우리는 유전물질의 톱니바퀴 모양은 어떻게 유전체가 바이러스에서 분출되는가와 연관된다고 생각한다. 이 유전체의 모양과 특별 정점 사이의 관계가 있다고 생각하고 있다”고 말했다.

출처: <science daily> 2009년 4월 29일
참고자료:Xiao et al. Structural Studies of the Giant Mimivirus.PLoS Biology, 2009; 7 (4): e92 DOI:10.1371/journal.pbio.1000092











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