바이러스와 세균의 차이점, Veterinary virology 01. 바이러스의 특징

바이러스의 특성

(좌)세포내에 리켓챠가 감염된 모습, (우)세포내에 클라미디아가 감염된 모습, 사진 출처 구글

바이러스는 초창기에 세균을 거르는 필터에 '걸러져 나오는' 세균보다 작은 미생물로 분류 되었다. 새균 배양이 실시되었던 옛날에도 이렇게 필터에 걸러져 나오는 미생물들이 인공 배지에서 자라지 않았다. 이를 토대로 '바이러스'는 편성 세포내 기생성을 띈다고 알려지게 되었다.
하지만 모든 '편성 세포내 기생성'을 가지는 미생물이 바이러스인 것은 아니다. 편성세포내기생충인 리켓챠(리켓치아, Rickettsia), 편성세포내기생 하는 세균인 마이코플라즈마(Mycoplasma), 클라미디아(Chlamydiae)등도 있기 때문이다. 이러한 퇴화된 세균들은 대사 과정중 일부가 결여되어 숙주 세포를 필요로 한다. 바이러스는 이와 반대로, 복제, 에너지 생산과 단백질 합성을 위한 모든 대사 과정이 결여 되어 있다. 바이러스는 미토콘드리아, 골지체, 소포체 등의 세포 소기관을 전혀 보유하고 있지 않고 있다.

바이러스의 또 다른 특징은 2분열을 통해 증식하지 않는다는 것이다. 바이러스는 하나의 세포가 2개로 복제되는 이분열을 통해 증식하는 게 아니라, 숙주 세포를 이용하여 다수의 바이러스로 복제된다. 이런 cycle 을 'eclipse period'라고 부르며 이는 증식, 복제, 조립 등의 일련의 과정을 포함한다. 이를 통해 하나의 감염능이 있는 바이러스 입자는 수천개의 progeny virus particles로 복제된다.
과학기술의 발전에 따라, 바이러스가 포함하고 있는 핵산에 대한 정보 또한 알려지게 되었는데, DNA 나 RNA를 포함하고 있었다.

Virion의 화학적인 구성
바이러스 입자의 구성은 virus의 종류(family)마다 다르게 구성되어 있다. parvovirus와 같은 간단한 바이러스는 구조단백질과 DNA로 이루어져있다. enterovirus의 경우엔 단백질과 RNA로 구성되어 있다. envelop이 있는 바이러스의 경우 구조는 더 복잡해지는데, 이러한 바이러스들은 숙주세포의 세포막으로 부터 출아(budding) 하여 성숙한다.

Virion내의 바이러스 핵산

바이러스는 크게 RNA 바이러스와 DNA바이러스로 나뉘어진다. RNA바이러스의 경우 positive sense와 negative sense로 나뉘어 지는데, positive sense의 경우 단백질로의 transcription이 바로 일어나며, negative sense의 경우에는 mRNA로의 전사가 필요하다. negative sense의 경우 전체 게놈이 이어져 있는 경우(paramyxoviridae)와, 분절 되어 있는 경우(orthomyxoviridae)가 존재한다. DNA바이러스의 경우 single molecule로 이루어져 있으며, single straind 인지, double strand인지로 나뉜다.
게놈의 크기는 바이러스가 단백질을 얼마나 coding하고 있는지를 대략적으로 나타낸다.

Virion내의 바이러스 단백질
바이러스의 단백질은 크게 구조단백질(structural proteins)와 비구조단백질(nonstrauctural proteins)로 나뉜다. 구조단백질은 크게 세가지의 역할을 수행한다. 첫번째로는, 핵산과 이와 관련한 효소가 비활성 되는 것으로부터 보호해주는 역할을 수행하며, 두번째로는 감염 개시를 위한 binding sites를 제공하며, 세번째로는 유전체가 숙주 안으로 들어갈 수 있도록 하는 역할을 수행한다. 비구조 단백질은 유전자복제에 대한 역할을 수행한다.
Virion proteins은 또한 modified proteins와 unmodified proteins로 나뉘어진다. envelope이 없는 바이러스의 경우 단백질이 단순하고 modification도 적다.

바이러스의 지질막
숙주세포의 세포막으로부터 출아하는 형태를 가진 enveloped 바이러스의 경우에 숙주세포의 지질성분을 포함하게 된다. 이러한 바이러스의 성숙은 세포막, 핵막, 골지체, 소포체(ER)등에서 일어날 수 있다. 이 경우 콜레스테롤이 바이러스 표면에 주요한 성분이 된다.

바이러스의 형태

바이러스는 일반 광학 현미경으로는 그 형태가 관찰 불가하였으나 최근 전자 현미경의 발전으로 그 구조를 알 수 있게 되었다. X-ray의 발전으로 내부 성상또한 확인 가능해졌다.

Virion의 구조
virion이란, 바이러스 하나의 완벽한 구조를 이야기 한다. 이는 핵산을 capsid라고 불리우는 단백질이 감싸고 있는 형태이다.

Virion의 대칭성
바이러스 입자는 대칭성을 띄는데, 이는 반복된 단백질의 결합 때문이다. 이는 유전적으로 효율적인 복제 과정을 수행하기 위해 진화된 형태로 보여진다. 이러한 효율적인 '디자인'은 self-assembly의 원리라고도 불리워진다. 바이러스는 다양한 모양과 사이즈를 가지지만, 단 두가지의 형태를 크게 가지게 된다. 첫번째로는 icosahedral 입방형과 helical 나선형의 형태이다. 이러한 입방형 구조는 구조 형성에 있어서 아주 효율적인데, 가장 큰 부피를 차지할 수 있도록 구성되기 때문이다. 몇몇 RNA 바이러스는 원통형 구조를 형성하기도 하는데, 이는 단백질 구조가 나선형으로 꼬여 만들어진다.

이미지 출처: 구글