동식물의 바이러스성 질병과 프리온은 무엇일까?

저번 글에서는 바이러스의 구조와 증식회로에 대해 알아보았습니다. 이번 글에서는 바이러스가 일으키는 질병에 대해 알아보겠습니다.

바이러스와 프리온: 동식물에서 질병을 일으키는 원인

-동물에서의 바이러스성 질병

 바이러스는 리소좀에서 가수분해효소가 방출되도록 해서 세포를 손상시키거나 죽입니다. 어떤 바이러스는 감염된 세포가 독소를 만들거나 바이러스의 단백질 일부가 그 자체로 독성을 나타냅니다. 감염된 세포가 세포분열을 통해 재생할 수 있는지에 따라 바이러스가 손상을 입히는 정도가 다릅니다. 예를 들면, 감기 바이러스에 의해 감염된 호흡기관의 상피세포는 손상 회복이 가능합니다. 그러나 소아마비바이러스는 신경세포를 감염시키고 이 손상은 영구적입니다. 신경세포는 더 분열을 하지도 않고 대체되지도 않기 때문입니다. 그렇다면 바이러스 감염을 아예 예방하는 방법은 없을까요? 바로 백신(vaccine)이 있습니다. 백신은 해롭지는 않은 변이체 또는 병원체에서 유래한 산물을 의미합니다. 천연두, 풍진, B형 간염, 유행성 이하선염 등의 바이러스성 질병들은 백신에 의해 예방 가능합니다. 그러나 바이러스 감염 이후 치료 방법은 마땅한 것이 없습니다. 그러나 바이러스가 만드는 효소의 일부는 항바이러스 약제가 표적으로 삼을 수 있습니다. 항바이러스제는 대부분 뉴클레오사이드 유도체로 바이러스가 핵산을 합성하는 것을 억제합니다. 

-신종 바이러스

신종 바이러스(emerging virus)는 새로 나타나는 바이러스를 말합니다. HIV가 대표적인 예시입니다. HIV는 에이즈를 일으키며, 1959년 콩고에서 나타났다고 합니다. 뇌염을 일으키는 바이러스인 웨스트나일바이러스(West Nile virus)는 1999년 북미 지역에서 처음 발생했고, 4만여 건의 감염 사례가 보고되었습니다. 2009년에는 독감과 비슷한 유행성(epidemic) 질병이 크게 번졌고, 600만 명 이상이 감염되었다고 합니다. 이 독감바이러스는 H1N1이라고 명명되었고, WHO에서는 이것을 전 세계적인 유행성 질병인 범유행성(pandemic) 질병이라고 공표하기도 했습니다.

 바이러스는 그럼 왜 이렇게 갑자기 나타나는 것일까요? 세 가지 과정이 있습니다. 첫번째는 바로 돌연변이가 발생한 것입니다. RNA 바이러스의 경우 RNA 중합효소들이 교정을 하지 않아 돌연변이 발생률이 높습니다. 두 번째는 작고 격리된 인간 집단에서 바이러스가 퍼지는 것입니다. 기술적이고 사회적 요인들로 인해 세계적으로 유행하는 질병이 늘어났습니다. 세 번째는 다른 동물에 있던 바이러스가 인간에 전파된 경우입니다. 동물은 바이러스를 전파시키지만 병에 걸리지는 않는 자연 저장고의 역할을 합니다. H1N1 독감 바이러스의 경우 돼지에서 사람으로 전파된 것으로 추정되고 있습니다. 독감바이러스에는 세 종류가 있습니다. B형과 C형은 사람만 감염시키고 유행병을 일으키지는 않습니다. A형은 사람을 포함한 다양한 동물을 감염시킵니다. A형 독감을 일으키는 바이러스는 명명법이 있습니다. H1N1형은 바이러스 표면의 두 단백질 종류를 알려주는 것입니다. H는 헤마글루티닌(hemagglutinin, HA), N은 뉴라미니데이스(neuraminidase, NA)를 가리킵니다. 헤마글루티닌은 바이러스가 숙주세포에 부착하는 것을 돕는 단백질이고, 뉴라미니데이스는 새 바이러스가 감염된 세포에서 방출하도록 돕습니다.

 독감의 범유행의 원인으로 거론되는 것 중 하나는 바로 바이러스가 다른 숙주로 전파되면서 돌연변이가 생겼다는 것입니다. 예를 들어 특정 동물이 한 종류 이상의 독감바이러스에 감염되면 서로 다른 바이러스의 유전체 사이에 유전자 재조합이 일어날 수 있습니다. 2009년 독감 바이러스의 경우 새, 돼지, 인간의 독감바이러스 서열이 다 뒤섞여 있었습니다. 이렇게 바이러스가 변하면 사람들은 면역력을 가지지 못하기 때문에 유행성 질병으로 전파될 수 있습니다. 야생 조류나 가금류가 가지는 H5N1 바이러스는 사망률이 50%가 넘으며, 숙주 범위가 확대되고 있습니다. 그에 따라 변종 바이러스의 출현 가능성도 높습니다. 조류 독감바이러스에 돌연변이 몇 개만 일어나도 사람의 세포를 감염시킬 수 있습니다. 또한 지구 기후 변화로 인해 바이러스들이 더 광범위하게 전파 가능하기 때문에 많은 우려가 예상되는 상황입니다.

-식물에서의 바이러스성 질병

식물에서는 2000종 이상의 바이러스성 질병이 알려졌습니다. 식물이 바이러스에 감염되면 잎, 열매의 색이 변하거나 갈색 반점이 나타납니다. 생장이 느려지는 것은 물론 꽃, 뿌리가 손상되기도 합니다. 대부분의 식물 바이러스는 RNA 유전체를 가집니다. 식물의 바이러스성 질병은 전파되는 경로가 2가지입니다. 첫 번째는 수평전파(horizontal transmission)로, 외부의 바이러스에 식물이 감염되는 것입니다. 식물이 바람, 해충 등으로 인해 외부 보호층이 손상을 입었을 때 바이러스가 침투하기 좋습니다. 두 번째는 수직전파(vertical transmission)로, 식물이 부모로부터 바이러스 감염을 물려받습니다. 바이러스는 식물세포에 들어가면 바이러스 유전체와 관련된 단백질들이 식물 곳곳으로 퍼질 수 있습니다. 아직 바이러스성 식물 질병에 대해서는 치료법이 없는 상태입니다.

-프리온: 감염성을 가진 단백질

 프리온(prion)은 감염성 단백질로, 여러 동물에서 퇴행성 뇌질환을 일으킬 수 있습니다. 스크래피(scrapie)나 크로이츠펠트-야콥병(Creutzfeldt-Jakob) 등이 예시입니다. 프리온은 음식 통해서 전염 가능합니다. 또한 두 가지의 특징이 있습니다. 프리온은 천천히 작용해 잠복기가 10여 년 이상입니다. 그리고 프리온을 파괴하는 것은 거의 불가능합니다. 왜냐하면 프리온은 보통의 조리 온도에서는 활성을 잃지 않습니다. 치료법도 알려지지 않은 상태입니다. 그렇다면 스스로 복제할 수 없는 단백질은 어떻게 전염 가능한 것일까요? 뇌세포의 단백질이 잘못 접힌 형태가 프리온이라는 주장이 있습니다. 프리온이 정상 단백질이 있는 세포 내로 침입하면 단백질을 프리온 형태로 변형하고 프리온 분자들끼리 합쳐집니다. 따라서 단백질을 프리온으로 바꾸는 복합체를 만듭니다. 이렇게 이번 글에서는 동물과 식물에서의 바이러스성 질병과 프리온에 대해 알아보았습니다. 다음 글에서는 원핵생물에 대해 알아보겠습니다.