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health

펜데믹 공포 - Virus 이야기

by 훈즈 플로거 2020. 6. 10.

Virus 이야기

개요

바이러스는 유기체의 살아있는 세포를 통해서만 생명활동을 하는 존재이다. 평시에는 거의 돌덩어리와 같은 상태로 비활성화 되어있다가 숙주의 세포에 기생하기 시작해야 비로소 생명체로서의 활동을 하는게 특징으로 이에 따라 생물과 무생물의 중간적 존재로 본다. 이 때문에 생물 분류 단계에서 세균역, 진핵생물역, 고세균역 그 어디에도 속하지 않는 미분류 상태이다.

바이러스는 세균과는 엄연히 다른 존재다. 바이러스는 세균보다도 수백배 이상 작아서 거름종이도 통과할 정도이다. 일종의 단세포 생물로 기능하는 세균에 비해 바이러스의 구조는 세포 단위도 되지 않을 정도로 훨씬 간단하여, 단백질 캡슐과 유전 물질 밖에 없다

상세

바이러스는 크기가 작고 복제 주기도 짧아 빠른 속도로 변이할 뿐만 아니라, 다른 유기체의 살아있는 세포가 있어야만 번식하므로 상대적으로 연구하기 어려운 특징이 있다.

현미경과 함께 17세기 중반 존재가 알려지기 시작한 초현미경적 병원체이며 동시에 여과성 병원체이다. 크기는 0.01~0.2μm 정도이며 세균과는 달리 너무 작아서 19세기 말에 와서야 작아서 보이지 않는 무언가가 병을 일으킨다는 것을 알았으며, 20세기 들어 전자현미경이 개발된 뒤에야 드디어 모습을 볼 수 있었다.

1892년 러시아의 드미트리 이바노프스키가 담배 모자이크 바이러스의 존재를 예측했었으며, 이후 미국의 생화학자 웬들 메러디스 스탠리가 1935년에 최초로 이 담배 모자이크 바이러스를 단백질 결정체의 형태로 추출하는데 성공했다. 그는 이 공로로 1946년 노벨 화학상을 수상한다.

<출처 - 나무위키>

첫 번째로 발견된 바이러스 - 담배 모자이크 바이러스

담배 모자이크 바이러스(tobacco mosaic virus, TMV)는 담배와 같은 가지과 식물에게 쉽게 감염되는 RNA 바이러스로, 감염된 식물의 잎에 특정 모양이 나타난다. 담배 모자이크 바이러스(tobacco mosaic virus, TMV)는 첫 번째로 발견된 바이러스로, 이 감염병의 존재는 19세기 후반에 발견되었지만 1930년이 되어서야 원인 물질이 바이러스라는 것을 발견했다.

1898년 마르티뉘스 베이예린크도 독립적으로 이바노프스키의 필터 실험을 성공시켰다. 베이예린크는 담배모자이크병이 박테리아가 아닌 다른 것에 의한 것이라고 생각하고 ‘바이러스’라는 이름을 붙였다.

<출처 - 위키백과>

한편 시간이 지날수록 크기가 큰 바이러스도 속속히 발견되고 있다. 예컨데 보통 대부분의 바이러스는 크기가 20~300 나노미터 영역에 속하는데 700나노미터에 달하는 미미바이러스가 2003년 프랑스에서 발견된바 있다. 폐기하려는 배양액에 다른 세균은 다 죽었는데 한 종류만 살아있어서 봤더니 세균이 아니라 거대한 바이러스였다고 한다. 2013년에는 무려 1.2 마이크로미터에 달하는 판도라바이러스가, 다음해 시베리아에서는 1.5 마이크로미터 가량의 피토바이러스가 발견되기도 하였다.

바이러스의 본체가 세포 밖에서 입자화한 것을 비리온(Virion)이라고 부른다. 바이러스의 특이한 모양들은 전부 이 비리온을 말하는 것이다.

크기

대부분의 바이러스 종들은 너무 작아서 광학 현미경으로 볼 수 없다. 평균적인 비리온은 평균적인 박테리아(세균) 크기의 약 100분의 1이다.

코로나바이러스의 입자 크기는 0.1∼0.2㎛이지만, 비말이나 에어로졸 형태로 공기 중에 떠다닌다면 이 보다 훨씬 커진다.

구조와 생태

구성은 핵산과 단백질로 구성되어 있다. 유전자 정보가 담긴 물질을 단백질 껍질이 둘러싸고 있는 간단한 구조로 구성되어 있다.

스스로는 번식을 하지 못하는 분자 덩어리일 뿐이지만 숙주 세포에 침투하면 숙주의 효소와 세포기관들(특히 리보솜)을 이용해서 자신의 유전 정보를 복제하며 급속히 증식한다. 기생하지 않을 때는 생물체로서의 기능을 전혀 하지 않고, 결정 상태로 추출할 수도 있다.

생물과 무생물의 경계에 모호하게 걸쳐서 바이러스는 생물과 비생물의 중간형이다. 생물적 특징으로는 활물기생, 자기복제, 돌연변이 등을 들 수 있겠고, 비생물적 특징으로는 조절 물질(효소)이 없다는 점, 공기에 노출되면 단백질 결정으로 추출이 가능한 점, 세포 구조물이 없다는 점, 숙주에 기생하지 않을 경우 스스로 번식을 하지 못하는 점 등을 들 수 있다.

종류

노벨상 수상자인 데이비드 볼티모어는 바이러스를 유전물질이 DNA인지 RNA인지, 숙주의 유전자에 자신의 유전자를 끼워넣는지 아닌지에 따라서 총 7개의 레벨로 분류했다.

  • 레벨 1·2 - DNA 이중가닥·외가닥 바이러스. DNA를 유전체로 쓰는 까닭에 변이율이 낮아서 항체를 만들기 쉽다. 단, DNA 바이러스가 증식하려면, 숙주세포가 같이 분열하여야 숙주의 복제 메커니즘을 이용할 수 있으므로 필연적으로 세포분열을 유도한다. 인유두종 바이러스가 대표적으로, 사마귀를 일으키며 종류에 따라 자궁경부암 같은 심각한 병도 일으킨다. 특정 동물에게는 그냥 바이러스가 세포를 깨고 나오기 때문에 이런 반응이 없는데, 같은 바이러스가 인간에게 감염되면 세포분열만 촉진하고 잘 나오지 않기 때문에 문제가 된다.

  • 레벨 3·4·5 - RNA 이중가닥·외가닥 Sense와 anti-sense 가닥 바이러스. RNA이므로 굳이 DNA처럼 핵 내로 들어갈 필요가 없어 딱히 세포 분열을 촉진하지는 않는다. 그러나 숙주의 DNA 복제 교정 기능을 쓰지 않기 때문에 변이율이 무지하게 높다. 항체를 만들어도 변이율이 높아 좀처럼 잡을 수가 없다. 바이러스가 치명적이지 않으면 다행이지만 아니면 골때린다. 에볼라와 코로나가 여기에 속한다.

  • 레벨 6·7 - RNA·DNA 역전사 바이러스. HIV, B형 간염 바이러스가 대표적이다. 그냥 숙주 세포에 감염되어 증식한 뒤 깨고 나오는 게 아니라, 숙주 세포의 핵 안에 자신의 유전정보를 집어넣어 지속적으로 발현시킨다. HIV가 림프구를 감염시키면 세포가 죽지 않을 만큼만 증식하다가 면역체계가 활성화되면 폭발적으로 증식하여 면역체계를 무너뜨린다. 숙주의 세포에 바이러스 자신의 유전정보를 집어넣는다는 데서 대책이 안 선다.

그 외에 외막의 유무(외막이 있는 경우는 랍도, 인플루엔자, 코로나, 토가. 외막이 없는 경우는 레오, 아데노, 이리도, 파보.), 구형, 막대형 등 형태로 분류할 수도 있다.

바이러스의 종류

  • 핵산의 종류에 따른 분류
    RNA바이러스: HIV, 일본 뇌염 바이러스, 사스 바이러스, 홍역바이러스, 코로나바이러스 등
    DNA바이러스: B형간염 바이러스, 포진바이러스 등
  • 기생 장소에 따른 분류
    동물성 바이러스: 홍역, 광견병, 독감, 천연두, 소아마비, 뇌염 바이러스 등
    식물성 바이러스: TMV, 감자의 위축병바이러스 등
    세균성 바이러스(박테리오파지): T2 파지, T4 파지 등

특징

활동물체 밖에서는 평범한 무생물처럼 보이지만 바이러스 최고의 무기는 자가복제다. 바이러스가 활물세포에 기생하면서 그 세포의 거의 모든 통제권한을 자기가 쥐락펴락하며, 한번 복제되기 시작하면 경이로운 수준까지 순식간에 복제된다.

바이러스성 질환의 치료

바이러스는 세균이나 진균 등의 병원성 미생물과 달리 세포가 없다. 때문에 항진균제나 항생제가 전혀 소용 없다.

대부분의 바이러스성 질환은 약으로 치료하지 않으며, 수분 공급, 소염제, 해열제 등으로 지지 요법을 해주면서 인체의 면역계가 자체적으로 바이러스를 제거하는 것을 기다린다. 이것이 거의 모든 감기, 바이러스성 장염 등의 “치료”법이다. 그러나 바이러스성 질환에는 이처럼 자가제한적 경과를 보이는 것만 있는 것이 아니며, 방치하면 생명을 위협하는 무서운 바이러스성 질환도 많다. 이런 경우 백신을 개발해 예방하거나, 항바이러스제를 이용해 치료해야 한다.

항바이러스제는 대개 비싸고 부작용도 많기 때문에, 백신을 개발해 예방할 수 있다면 최고다. 하지만 바이러스 중에는 백신을 만들기 매우 어려운 특성을 가진 것들도 있고, 항원성이 자꾸 변이하기 때문에 만들어둔 백신이 효과가 없는 경우도 종종 있다. 또한 백신의 개발은 아무리 서두르더라도 수 개월이 소요되며(임상시험 및 허가에 소요되는 시간까지 합하면 아무리 서둘러도 1년 이상), 이럴 경우 어쩔 수 없이 항바이러스제를 써야 한다.

항바이러스제는 항생제와 달리 특정 바이러스를 잡기 위해 개발된 것들이 대부분이다(반면 항생제는 공통적인 특징을 갖는 여러 세균들에게 두루 유효하다). 독감의 치료제로 개발된 아만타딘과 리만티딘, 헤르페스 감염 치료용이며 최초의 항바이러스제 중 하나인 아시클로버, HIV 치료용으로 개발된 지도부딘과 라미부딘 등이 그 예다. 간혹 여러 종류의 바이러스에 효과가 있는 항바이러스제도 있지만(플레코나릴 등) 자주 사용되지는 않는다.

바이러스성 질환의 진단

세균이나 진균은 인체가 감염에 대항해 만들어내는 물질이나 증가하는 혈중 면역세포 등으로 감염 여부를 꽤 정확히 알 수 있고, 심지어 검체 배양을 통해 동정(원인 병원체를 확인)하는 것도 가능하다. 반면 바이러스는 감염 시 인체가 나타내는 증상과 징후가 특정적이지 않은 경우가 많으며, 대개 일반적인 증상 및 징후(예를 들어 발열, 오한, 복통, 기침 등)를 바탕으로 현재 유행 중인 바이러스 감염을 추측해 대증 치료(증상만 완화시키고 병원체를 직접 치료하지 않음)하는 것이 일반적이다.

그러나 SARS, HIV, 에볼라, COVID-19처럼 사회적으로 큰 문제를 일으키는 바이러스성 질환의 경우 증상이나 징후가 있는 사람이 해당 바이러스에 감염되었는지 정확히 알아낼 방법이 필요하며, 이를 위해 검체에서 바이러스를 검출할 방법이 필요하다. 허나 바이러스는 세균처럼 쉽게 배양할 수 없으므로(해당 바이러스가 잘 감염하는 세포들로 구성된 세포주가 필요), 대개 분자생물학적인 방법으로 진단해야 한다.

일반인에게도 친숙한 간염 검사는 각종 간염 바이러스의 항원과 항체를 검사하는 방법으로, 간염 환자로 판명될 경우 현재 감염력이 있는 활동성 감염인지 여부를 알아보기 위해 바이러스의 유전물질(RNA와 DNA 중 하나. 간염의 경우 DNA)을 검사하기도 한다.

에볼라, SARS, MERS의 진단에는 거의 항상 PCR(중합효소 연쇄반응)을 이용하며, COVID-19 검사에도 PCR을 이용했다. PCR은 중합효소라는 효소를 이용해 바이러스의 유전물질을 증폭시켜 검출하는 검사기 때문에 범용성이 높고 민감도, 정확도도 양호하다.

Polymerase Chain Reaction, 중합 효소 연쇄 반응

1983년 미국의 생화학자 캐리 멀리스(Kary Mullis)가 개발한 DNA 복제 방식. 이 방식으로 인해 원하는 유전 정보를 거듭제곱으로 증폭시킬 수 있어서 유전공학과 분자생물학의 혁명을 가져왔다. 현재 거의 모든 생명과학 분야에서 필수적으로 이용되는 기법이다.

 

 

 

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