바이러스, 생물 또는 무생물. 바이러스는 무생물에서 생물로 전환되는 형태입니다. 그것은 모두 당신의 관점에 달려 있습니다
바이러스는 생물인가, 물질인가?
지난 100년 동안 과학자들은 미세한 질병 운반체인 바이러스의 본질에 대한 이해를 반복적으로 변화시켜 왔습니다.
처음에는 바이러스가 독성 물질로 간주되었고 그다음에는 생명의 형태 중 하나, 그다음에는 생화학 화합물로 간주되었습니다. 오늘날 그들은 살아있는 세계와 무생물 세계 사이에 존재하며 진화의 주요 참가자라고 가정합니다.
19세기 말에는 광견병, 구제역 등 일부 질병이 박테리아와 유사하지만 훨씬 작은 입자에 의해 발생한다는 사실이 밝혀졌습니다. 바이러스는 본질적으로 생물학적이고 한 피해자에서 다른 피해자로 전염되어 동일한 증상을 유발하기 때문에 바이러스는 유전 정보를 전달하는 작은 생명체로 간주되기 시작했습니다.
바이러스가 생명이 없는 화학 물질로 분류되는 일은 Wendell Stanley가 처음으로 담배 모자이크 바이러스를 결정화한 1935년 이후에 발생했습니다. 결정은 복잡한 생화학적 구성요소로 구성되어 있으며 생물학적 시스템에 필요한 특성인 대사 활동을 보유하지 않는 것으로 밝혀졌습니다. 1946년에 과학자는 생리학이나 의학이 아닌 화학 분야에서 이 연구로 노벨상을 받았습니다.
Stanley의 추가 연구는 모든 바이러스가 단백질 껍질에 포장된 핵산(DNA 또는 RNA)으로 구성되어 있음을 분명히 보여주었습니다. 보호 단백질 외에도 일부에는 세포 감염과 관련된 특정 바이러스 단백질이 있습니다. 이 설명만으로 바이러스를 판단한다면 실제로는 살아있는 유기체보다 화학 물질에 더 유사합니다. 그러나 바이러스가 세포(이후에는 숙주 세포라고 함)에 들어가면 상황이 달라집니다. 그것은 단백질 껍질을 벗겨내고 전체 세포 기관을 정복하여 게놈에 기록된 지시에 따라 바이러스 DNA 또는 RNA와 바이러스 단백질을 합성하도록 강요합니다. 그런 다음 바이러스는 이러한 구성 요소로부터 자가 조립되어 새로운 바이러스 입자가 나타납니다. 다른 세포를 감염시킬 준비가 되었습니다.
이 계획으로 인해 많은 과학자들은 바이러스에 대해 새로운 시각을 가지게 되었습니다. 그들은 살아있는 세계와 무생물 세계의 경계에 위치한 물체로 간주되기 시작했습니다. 프랑스 스트라스부르 대학의 바이러스 학자 M.H.V. van Regenmortel과 질병 예방 및 통제 센터의 B.W. Mahy에 따르면 이러한 생활 방식은 "빌린 생활"이라고 할 수 있습니다. 흥미로운 사실은 생물학자들은 오랫동안 바이러스를 화학 부품으로 가득 찬 “단백질 상자”로 보았지만, 단백질 코딩 메커니즘을 연구하기 위해 숙주 세포에서 복제하는 능력을 사용해 왔다는 것입니다. 현대 분자생물학의 성공은 대부분 바이러스 연구에서 얻은 정보에 힘입고 있습니다.
과학자들은 대부분의 세포 구성 요소(리보솜, 미토콘드리아, 막 구조, DNA, 단백질)를 결정화했으며 오늘날 이를 "화학 기계" 또는 이러한 기계가 사용하거나 생산하는 물질로 간주합니다. 세포의 생명을 보장하는 복잡한 화학 구조에 대한 이러한 견해는 분자생물학자들이 바이러스의 상태에 대해 별로 관심을 두지 않는 이유입니다. 연구자들은 세포를 자신의 목적으로 사용하거나 감염원으로 사용할 수 있는 매개체로만 관심을 가졌습니다. 진화에 대한 바이러스의 기여에 관한 더 복잡한 문제는 대부분의 과학자들에게 여전히 중요하지 않습니다.
될 것인가 말 것인가?
"살아있다"는 말은 무엇을 의미합니까? 대부분의 과학자들은 살아있는 유기체가 스스로 번식하는 능력 외에도 다른 특성을 가지고 있어야 한다는 데 동의합니다. 예를 들어, 모든 생물의 생명은 항상 시간이 제한되어 있습니다. 태어나고 죽습니다. 또한, 살아있는 유기체는 생화학적 의미에서 어느 정도의 자율성을 가지고 있습니다. 어느 정도는 자신의 존재를 지원하는 물질과 에너지를 제공하는 자체 대사 과정에 의존합니다.
대사 과정이 발생하지만 유전 물질을 포함하지 않고 자기 재생산이 불가능한 돌과 액체 한 방울은 의심할 여지 없이 무생물입니다. 박테리아는 살아있는 유기체이며 단 하나의 세포로 구성되어 있지만 에너지를 생성하고 존재와 번식을 보장하는 물질을 합성할 수 있습니다. 이런 맥락에서 씨앗에 관해 무엇이라고 말할 수 있습니까? 모든 씨앗이 생명의 징후를 보이는 것은 아닙니다. 그러나 정지 상태에서는 의심할 여지 없이 살아있는 물질로부터 받은 잠재력을 포함하고 있으며 특정 조건에서 실현될 수 있습니다. 동시에, 씨앗은 되돌릴 수 없게 파괴될 수 있으며, 그러면 잠재력은 실현되지 않은 상태로 유지됩니다. 이런 점에서 바이러스는 살아있는 세포라기보다는 씨앗을 더 연상시킵니다. 실현되지 않을 수도 있는 특정한 능력을 갖고 있지만 자율적으로 존재할 수 있는 능력은 없습니다.
특정 조건에서 특정 속성을 가진 무생물 구성 요소로 구성된 시스템이 통과하는 상태로 생활을 고려할 수도 있습니다. 그러한 복잡한(창발) 시스템의 예로는 생명과 의식이 있습니다. 적절한 상태에 도달하려면 일정 수준의 난이도를 충족해야 합니다. 따라서 뉴런(그 자체로 또는 신경망의 일부)에는 의식이 없습니다. 이를 위해서는 뇌가 필요합니다. 그러나 손상되지 않은 뇌는 생물학적 의미에서 살아 있을 수 있지만 동시에 의식을 제공하지 않을 수도 있습니다. 마찬가지로, 세포나 바이러스의 유전자나 단백질 그 자체는 살아있는 물질이 아니며, 핵이 없는 세포는 임계 수준의 복잡성을 갖지 않는다는 점에서 목이 잘린 사람과 유사합니다. 바이러스도 이 수준에 도달할 수 없습니다. 따라서 생명은 바이러스가 가지고 있는 것과 동일한 기본 "구성 요소"를 포함하는 일종의 복잡한 창발 상태로 정의될 수 있습니다. 이 논리를 따른다면 엄격한 의미에서 생명체가 아닌 바이러스는 여전히 불활성 시스템으로 분류될 수 없습니다. 바이러스는 생명체와 무생물의 경계에 있습니다.
| 바이러스 복제 |
바이러스와 진화
바이러스는 단세포 유기체의 기원까지 거슬러 올라가는 매우 긴 진화 역사를 가지고 있습니다. 따라서 DNA에서 잘못된 염기를 절단하고 산소 라디칼 등으로 인한 손상을 제거하는 일부 바이러스 복구 시스템은 개별 바이러스에서만 발견되며 수십억 년 동안 변하지 않고 존재합니다.
연구자들은 바이러스가 진화에 어떤 역할을 했다는 사실을 부인하지 않습니다. 그러나 무생물로 간주하여 기후 조건과 같은 요소와 동등하게 배치합니다. 이 요인은 외부에서 유전적으로 결정된 특성이 변화하는 유기체에 영향을 미쳤습니다. 이 영향에 더 저항력이 있는 유기체는 성공적으로 생존하고 번식하며 유전자를 다음 세대에 전달했습니다.
그러나 실제로 바이러스는 간접적이 아니라 가능한 가장 직접적인 방식으로 살아있는 유기체의 유전 물질에 영향을 미쳤습니다. 즉, DNA와 RNA를 바이러스와 교환했습니다. 생물학 분야의 플레이어였습니다. 의사와 진화생물학자들이 가장 놀랐던 점은 대부분의 바이러스가 어떤 질병과도 연관되지 않은 완전히 무해한 생물로 밝혀졌다는 것입니다. 그들은 숙주 세포 내부에서 조용히 잠을 자거나 세포에 손상을 주지 않고 여유롭게 번식하기 위해 장치를 사용합니다. 이러한 바이러스에는 세포 면역 체계의 감시를 피할 수 있는 많은 기술이 있습니다. 면역 반응의 각 단계마다 이 단계를 유리하게 제어하거나 수정하는 유전자가 있습니다.
더욱이, 세포와 바이러스가 공존하는 동안 바이러스 게놈(DNA 또는 RNA)은 숙주 세포의 게놈을 "식민화"하여 점점 더 많은 새로운 유전자를 공급하며, 이는 궁극적으로 숙주 세포 게놈의 필수적인 부분이 됩니다. 주어진 유형의 유기체. 바이러스는 유전적 변이체를 선택하는 외부 요인보다 살아있는 유기체에 더 빠르고 직접적인 영향을 미칩니다. 높은 복제율과 높은 돌연변이율과 함께 많은 수의 바이러스 개체군은 지속적으로 새로운 유전자를 생성하는 유전적 혁신의 주요 원천이 됩니다. 이동하는 바이러스 기원의 일부 독특한 유전자는 한 유기체에서 다른 유기체로 전달되어 진화 과정에 기여합니다.
핵 DNA가 파괴된 세포는 실제로 "죽은" 세포입니다. 즉, 활동에 대한 지침이 있는 유전 물질이 박탈되어 있습니다. 그러나 바이러스는 복제를 위해 남아 있는 손상되지 않은 세포 구성 요소와 세포질을 사용할 수 있습니다. 그것은 세포 장치를 정복하고 바이러스 유전자를 바이러스 단백질 합성 및 바이러스 게놈 복제에 대한 지시의 원천으로 사용하도록 강요합니다. 죽은 세포에서 발생하는 바이러스의 독특한 능력은 숙주가 주로 바다에 서식하는 단세포 유기체일 때 가장 분명하게 입증됩니다. (대부분의 바이러스는 육지에 서식합니다. 전문가에 따르면 세계 해양에는 바이러스 입자가 1030개 이하입니다.)
해양 바이러스의 잠재적 숙주인 박테리아, 광합성 시아노박테리아 및 조류는 종종 자외선에 의해 죽고, 이는 DNA를 파괴합니다. 동시에 일부 바이러스(유기체의 "거주자")는 숙주 세포의 손상된 분자를 복원하고 다시 생명을 불어넣는 효소 합성 메커니즘을 활성화합니다. 예를 들어 남조류에는 광합성에 관여하는 효소가 들어 있는데 과도한 빛에 노출되면 파괴되어 세포사를 일으키는 경우도 있습니다. 그리고 시아노파지라고 불리는 바이러스는 UV 방사선에 더 강한 박테리아 광합성 효소 유사체의 합성을 "켜집니다". 그러한 바이러스가 새로 죽은 세포를 감염시키면 광합성 효소가 그 세포를 다시 살릴 수 있습니다. 따라서 바이러스는 '유전자 소생제' 역할을 한다.
과도한 양의 UV 방사선은 사이노파지의 사망으로 이어질 수 있지만 때로는 여러 번의 수리를 통해 다시 살아날 수 있습니다. 일반적으로 각 숙주 세포에는 여러 개의 바이러스가 존재하며, 바이러스가 손상되면 바이러스 게놈을 하나씩 조립할 수 있습니다. 게놈 a의 다양한 부분은 개별 유전자의 공급자 역할을 할 수 있으며, 이는 다른 유전자와 함께 전체 바이러스를 생성하지 않고 게놈 a의 기능을 완전히 복원합니다. 바이러스는 불사조 새처럼 재에서 다시 태어날 수 있는 유일한 생명체입니다.
국제 인간 게놈 시퀀싱 컨소시엄(International Human Genome Sequencing Consortium)에 따르면 박테리아와 인간 사이에 공유되는 113~223개의 유전자가 효모 Sacharomyces cerevisiae, 초파리 Drosophila melanogaster 및 회충 Caenorhabditis elegans와 같이 잘 연구된 유기체에서 누락되어 있습니다. 계통. 일부 과학자들은 박테리아 다음이지만 척추동물 이전에 나타난 효모, 초파리 및 회충은 단순히 진화 발달의 어느 시점에서 상응하는 유전자를 잃어버렸다고 믿습니다. 다른 사람들은 그 유전자가 인간의 몸에 들어간 박테리아에 의해 인간에게 전달되었다고 믿습니다.
우리는 오레곤 대학교 백신 및 유전자 치료 연구소의 동료들과 함께 세 번째 방법이 있다고 제안합니다. 유전자는 처음에는 바이러스 기원이었지만 나중에는 박테리아와 척추동물과 같은 두 가지 다른 계통의 유기체에 군집을 형성했습니다. . 박테리아가 인류에게 부여한 유전자는 바이러스가 언급한 두 계통에 전달되었을 수 있습니다.
더욱이, 우리는 세포핵 자체가 바이러스 기원임을 확신합니다. 핵(인간을 포함한 진핵생물에서만 발견되고 박테리아와 같은 원핵생물에는 없는 구조)의 출현은 변화하는 조건에 대한 원핵생물의 점진적인 적응으로는 설명할 수 없습니다. 이는 원핵 세포 내부에 영구적인 "집"을 구축한 기존의 고분자량 바이러스 DNA를 기반으로 형성되었을 수 있습니다. 이는 파지 T4(파지는 박테리아를 감염시키는 바이러스임)의 DNA 폴리머라제 유전자(DNA 복제에 관여하는 효소)가 진핵생물과 이를 감염시키는 바이러스의 DNA 폴리머라제 유전자와 뉴클레오티드 서열에 가깝다는 사실로 확인됩니다. . 또한, DNA 복제에 관련된 효소를 연구한 파리 사우스 대학의 패트릭 포르테레(Patrick Forterre)는 진핵생물에서 합성을 결정하는 유전자가 바이러스 기원이라는 결론에 도달했습니다.
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| 푸른혀바이러스 |
바이러스는 지구상의 모든 생명체에 절대적으로 영향을 미치며 종종 그들의 운명을 결정합니다. 동시에 그들은 또한 진화합니다. 직접적인 증거는 AIDS를 유발하는 인간 면역결핍 바이러스(HIV)와 같은 새로운 바이러스의 출현에서 나옵니다.
바이러스는 생물학적 세계와 생화학적 세계 사이의 경계를 끊임없이 변화시킵니다. 다양한 유기체의 게놈 연구를 진행할수록 역동적이고 매우 오래된 풀에서 유전자의 존재에 대한 더 많은 증거를 찾을 수 있습니다. 노벨상 수상자 살바도르 루리아(Salvador Luria)는 1969년에 바이러스가 진화에 미치는 영향에 대해 다음과 같이 말했습니다. “아마도 바이러스는 세포 게놈에 들어가고 나갈 수 있는 능력을 가지고 진화 과정에서 모든 생명체의 유전 물질을 최적화하는 과정에 적극적으로 참여했을 것입니다. 우리는 그것을 눈치 채지 못했습니다." 살아있는 세계든 무생물이든 상관없이 우리는 바이러스를 고립된 것이 아니라 살아있는 유기체와의 지속적인 연결을 고려하여 고려해야 할 때가 왔습니다.
저자 소개:
루이스 비야레알(Luis P. Villarreal) - 캘리포니아 대학교 어바인 캠퍼스 바이러스 연구 센터 소장. 그는 샌디에이고에 있는 캘리포니아 대학교에서 생물학 박사 학위를 취득한 후 스탠포드 대학교의 노벨상 수상자 Paul Berg 연구실에서 근무했습니다. 그는 교육 활동에 적극적으로 참여하고 있으며 현재는 생물 테러 위협에 맞서기 위한 프로그램 개발에 참여하고 있습니다.
인간 면역결핍 바이러스(HIV)
바이러스: 생물인가, 물질인가?
지난 100년 동안 과학자들은 미세한 질병 운반체인 바이러스의 본질에 대한 이해를 반복적으로 변화시켜 왔습니다.
처음에는 바이러스가 독성 물질로 간주되었고 그다음에는 생명의 형태 중 하나, 그다음에는 생화학 화합물로 간주되었습니다. 오늘날 그들은 살아있는 세계와 무생물 세계 사이에 존재하며 진화의 주요 참가자라고 가정합니다.
19세기 말에는 일부 질병이 박테리아와 유사하지만 훨씬 작은 입자에 의해 발생한다는 사실이 밝혀졌습니다. 그들은 본질적으로 생물학적이고 한 피해자에서 다른 피해자로 전염되어 동일한 증상을 일으키기 때문에, 바이러스는 유전 정보를 담고 있는 가장 작은 생명체로 간주되기 시작했습니다.
1935년 이후 바이러스가 생명이 없는 화학 물질 수준으로 감소한 일이 일어났습니다. Wendell Stanley가 처음으로 담배 모자이크 바이러스를 결정화했을 때. 결정은 복잡한 생화학적 구성요소로 구성되어 있으며 생물학적 시스템에 필요한 특성인 대사 활동을 보유하지 않는 것으로 밝혀졌습니다. 1946년에 과학자는 생리학이나 의학이 아닌 화학 분야에서 이 연구로 노벨상을 받았습니다.
Stanley의 추가 연구는 모든 바이러스가 단백질 껍질에 포장된 핵산(DNA 또는 RNA)으로 구성되어 있음을 분명히 보여주었습니다. 보호 단백질 외에도 일부에는 세포 감염과 관련된 특정 바이러스 단백질이 있습니다. 이 설명만으로 바이러스를 판단한다면, 그렇다면 그것들은 실제로 살아있는 유기체라기보다는 화학물질에 더 가깝습니다.
그러나 바이러스가 세포(이후에는 숙주 세포라고 함)에 들어가면 상황이 달라집니다. 그것은 단백질 껍질을 벗기고 전체 세포 장치를 정복하여 게놈에 기록된 지침에 따라 바이러스 DNA 또는 RNA 및 바이러스 단백질을 합성하도록 강요합니다. 다음으로, 바이러스는 이러한 구성요소로부터 자가 조립되고 새로운 바이러스 입자가 나타나 다른 세포를 감염시킬 준비가 됩니다. 이 계획으로 인해 많은 과학자들은 바이러스에 대해 새로운 시각을 가지게 되었습니다. 그들은 살아있는 세계와 무생물 세계의 경계에 위치한 물체로 간주되기 시작했습니다.흥미로운 사실은 생물학자들이 오랫동안 바이러스를 화학 부품으로 가득 찬 “단백질 상자”로 보았지만, 단백질 코딩 메커니즘을 연구하기 위해 숙주 세포에서 복제하는 능력을 사용해 왔다는 것입니다. 현대 분자생물학의 성공은 대부분 바이러스 연구에서 얻은 정보에 힘입고 있습니다.
박테리아는 살아있는 유기체이며 단 하나의 세포로 구성되어 있지만 에너지를 생산하고 존재와 번식을 보장하는 물질을 합성할 수 있습니다. 이런 맥락에서 씨앗에 관해 무엇이라고 말할 수 있습니까? 모든 씨앗이 생명의 징후를 보이는 것은 아닙니다. 그러나 정지 상태에서는 의심할 여지 없이 살아있는 물질로부터 받은 잠재력을 포함하고 있으며 특정 조건에서 실현될 수 있습니다. 동시에, 씨앗은 되돌릴 수 없게 파괴될 수 있으며, 그러면 잠재력은 실현되지 않은 상태로 유지됩니다. 이런 점에서 바이러스는 살아있는 세포라기보다는 씨앗을 더 연상시킵니다. 바이러스는 실현되지 않을 수도 있는 특정 능력을 갖고 있지만 자율적으로 존재할 수 있는 능력은 없습니다.
Lvov에 따르면 "유기체는 통합되고 상호 연결된 구조와 기능의 일종의 독립적인 단위입니다." 원생동물, 즉 단세포 유기체에서는 독립된 단위, 즉 유기체인 것이 세포입니다. 그리고 세포 유기체(미토콘드리아, 염색체, 엽록체)는 독립적이지 않기 때문에 유기체가 아닙니다. Lvov의 정의를 따르면 바이러스는 독립성이 없기 때문에 유기체가 아닙니다. 유전 물질을 성장시키고 복제하려면 살아있는 세포가 필요합니다.
동시에 동물이든 식물이든 다세포 종에서는 개별 세포주가 서로 독립적으로 진화할 수 없습니다. 그러므로 그들의 세포는 유기체가 아닙니다. 진화적으로 중요한 변화가 되려면 새로운 세대의 개인에게 전달되어야 합니다. 이러한 추론에 따르면 유기체는 고유한 개별 진화 역사를 지닌 연속 계열의 기본 단위입니다.
동시에 우리는 다른 정의의 관점에서 이 문제를 볼 수 있습니다. 즉, 격리된 상태에서 이 구성이 다시 통합될 수 있는 방식으로 특정 구성을 유지하는 경우 물질은 살아 있는 것입니다. 유전 물질이 참여하는 주기에 포함됨: 이는 독립적이고 구체적이며 자기 복제적인 조직 방식이 존재하는 생명을 식별합니다. 특정 유전자의 특정 핵산 염기 서열은 복사될 수 있습니다. 유전자는 살아있는 유기체가 가지고 있는 정보 보유량의 특정 부분입니다. 생존에 대한 테스트로서, 위의 정의는 다양한 세포주와 여러 세대의 유기체에서의 번식을 제안합니다. 이 테스트에 따르면 바이러스는 다른 유전 물질과 동일한 방식으로 살아 있습니다. 즉, 세포에서 제거되어 살아있는 세포에 다시 도입될 수 있으며, 그렇게 함으로써 바이러스는 복제되어 다음과 같은 형태가 됩니다. 적어도 잠시 동안은 유전 장치의 일부입니다. 더욱이, 바이러스 게놈의 전달은 이러한 형태가 존재하는 주된 이유, 즉 선택 과정의 전문화 결과입니다. 따라서 바이러스를 핵산 운반체로 전문화하면 바이러스를 유전 물질의 단편보다 "더 살아 있는" 것으로 간주하고 염색체와 유전자를 포함한 모든 세포 소기관보다 "더 많은 유기체"로 간주할 수 있습니다.
코흐(Koch)의 엄격한 가정
알려지지 않은 병원체가 발견될 때마다 미생물학자가 준수해야 하는 Robert Koch(1843-1910)의 기본 원칙은 무엇입니까? 이것이 이 전염병의 원인이라는 증거는 무엇입니까? 세 가지 기준은 다음과 같습니다.
환자의 몸에서 채취한 병원체의 순수 배양물을 반복적으로 채취합니다.
건강한 유기체가 의심되는 병원균의 배양물에 감염되었을 때 정확히 동일하거나 유사한 질병(과정의 성격과 병리학적 변화 모두에서)이 발생합니다.
이 병원체에 감염된 후 사람이나 동물의 신체에 나타나는 모습은 항상 동일한 특정 보호 물질입니다. 면역 혈청이 배양균의 병원체와 접촉하게 되면 병원체는 병원성을 잃어야 합니다.
현대 바이러스학은 생물학적(유전적 포함) 기술과 물리화학적 기술 모두의 급속한 발전과 광범위한 사용이 특징입니다. 이러한 기술은 지금까지 알려지지 않은 새로운 바이러스를 식별하고 이미 발견된 종의 생물학적 특성과 구조를 연구하는 데 사용됩니다.
기본 이론 연구는 일반적으로 의학, 진단 분야 또는 바이러스 감염 과정에 대한 심층 분석에 사용되는 중요한 정보를 제공합니다. 새롭고 효과적인 바이러스학 방법의 도입은 일반적으로 뛰어난 발견과 관련이 있습니다.
예를 들어, 1931년 A. M. Woodroffe와 E. J. Goodpasture가 처음으로 사용했던 발달 중인 닭 배아에서 바이러스를 성장시키는 방법은 인플루엔자 바이러스 연구에서 탁월한 성공을 거두었습니다.
물리화학적 방법, 특히 원심분리 방법의 발전으로 인해 1935년에 병든 식물의 즙에서 담배 모자이크 바이러스(TMV)가 결정화될 가능성이 생겼고, 이어서 그 구성 단백질이 동정될 수 있게 되었습니다. 이것은 바이러스의 구조와 생화학 연구에 첫 번째 자극을주었습니다.
1939년에 A. V. Arden과 G. Ruska는 처음으로 전자현미경을 사용하여 바이러스를 연구했습니다. 이 장치의 실제 도입은 바이러스 연구의 역사적인 전환점을 의미했습니다. 그 당시에는 아직 충분히 명확하지 않았지만 바이러스의 개별 입자인 비리온을 볼 수 있게 되었기 때문입니다.
1941년에 G. Hirst는 인플루엔자 바이러스가 특정 조건에서 적혈구(적혈구)의 응집(끼리 달라붙어 침전)을 일으킨다는 사실을 확립했습니다. 이는 바이러스의 표면 구조와 적혈구 사이의 관계를 연구하고 가장 효과적인 진단 방법 중 하나를 개발하기 위한 기초를 마련했습니다.
J. Enders, T. Weller 및 F. Robbins가 인간 배아의 피부와 근육 세포에서 소아마비 바이러스를 증식시키는 데 성공한 1949년에 바이러스 연구의 전환점이 발생했습니다. 그들은 인공 영양 배지에서 조직 조각의 성장을 달성했습니다. 세포(조직) 배양물을 소아마비 바이러스에 감염시켰는데, 이는 이전에 원숭이에서만 연구되었으며 특수 유형의 쥐에서는 매우 드물게 연구되었습니다.
이 바이러스는 모체 외부에서 자란 인간 세포에서 잘 증식하여 특징적인 병리학적 변화를 일으켰습니다. 세포 배양 방법(인공 영양 배지에서 인간과 동물의 몸에서 분리한 세포를 장기간 보존 및 배양)은 이후 많은 연구자에 의해 개선되고 단순화되었으며 마침내 바이러스 배양에 가장 중요하고 효과적인 방법 중 하나가 되었습니다. 이러한 보다 접근하기 쉽고 저렴한 방법 덕분에 죽은 동물의 장기에서 추출한 현탁액으로는 얻을 수 없었던 비교적 순수한 형태의 바이러스를 얻을 수 있게 되었습니다. 새로운 방법의 도입은 바이러스성 질병 진단뿐만 아니라 예방접종 백신 생산에서도 확실한 진전을 의미했습니다. 또한 바이러스에 대한 생물학적, 생화학적 연구에서도 좋은 결과를 얻었습니다.
1956년에는 바이러스 감염의 매개체는 바이러스에 포함된 핵산이라는 사실이 밝혀졌습니다. 그리고 1957년에 A. 아이작스와 J. 린데만은 인터페론을 발견했는데, 이를 통해 바이러스와 숙주 세포 또는 숙주 유기체 사이의 관계에서 관찰되는 많은 생물학적 현상을 설명할 수 있게 되었습니다.
S. Brenner와 D. Horn은 전자현미경에 음성 대비 염색 방법을 도입하여 바이러스의 미세 구조, 특히 구조 요소(하위 단위)를 연구할 수 있었습니다.
1964년에 앞서 언급한 미국의 바이러스학자 Gajduzek과 그의 동료들은 인간과 동물의 중추신경계의 여러 만성 질환의 전염성을 입증했습니다. 그는 최근에 발견된 독특한 바이러스를 연구했는데, 이전에 알려진 것과 유사한 일부 특징에 대해서만 연구했습니다.
동시에 미국 유전학자 Baruch Blumberg는 혈청학적 검사를 통해 확인된 물질인 혈청 간염 항원(호주 항원)을 (혈액 단백질의 유전적 연구를 통해) 발견했습니다. 이 항원은 간염의 바이러스학 연구에서 중요한 역할을 할 운명이었습니다.
최근 몇 년 동안 바이러스학의 가장 큰 성공 중 하나는 정상 세포를 종양 세포로 변환하는 분자 생물학적 메커니즘의 발견으로 간주될 수 있습니다. 바이러스의 구조와 유전학을 연구하는 분야에서도 성공을 거두었습니다.
감염단위
특정 실험에서 감염을 일으킬 수 있는 최소량의 바이러스를 감염 단위라고 합니다.
이를 결정하기 위해 일반적으로 두 가지 방법이 사용됩니다. 첫 번째는 LD 50(라틴어 Letatis - 치사량, Dosis - 용량)으로 지정된 50% 치사량을 결정하는 것입니다. 두 번째 방법은 세포 배양에서 형성된 플라크의 수에 따라 감염 단위의 수를 결정합니다.
LD 50 값은 정확히 무엇이며 어떻게 결정됩니까? 연구 중인 바이러스 물질은 농도가 감소함에 따라, 즉 10의 배수: 1:10으로 희석됩니다. 1:100; 1:1000 등 표시된 농도의 바이러스를 함유한 각 용액은 동물 그룹(10명) 또는 시험관의 세포 배양물을 감염시킵니다. 그런 다음 바이러스의 영향으로 동물의 죽음이나 문화에 발생한 변화를 관찰합니다. 원료물질에 감염된 동물의 50%를 죽일 수 있는 농도의 정도를 결정하기 위해 통계적 방법을 사용한다. 세포 배양을 사용할 때 감염된 배양의 50%에 파괴적인 영향을 미치는 바이러스의 용량을 찾아야 합니다. 이 경우 약어 CPP 50(세포변성 용량)이 사용됩니다. 즉, 우리는 감염된 작물의 절반에 피해를 주거나 사망을 초래하는 바이러스의 양에 대해 이야기하고 있습니다.
플라크 방법은 통계적인 데이터를 얻을 수 없지만 세포 배양에서 플라크를 생성하는 물질의 실제 바이러스 단위 수를 결정하는 것은 가능합니다. 이상적으로 이러한 단위는 기능적으로 완전한 하나의 입자에 해당합니다.
적정
바이러스에 의해 유발되는 반응은 전부 아니면 전무(all-or-nothing) 반응(즉, 감염 유무)일 수도 있고, 감염이 나타나는 데 걸리는 시간이나 병변의 수와 같이 정량적으로 표현될 수도 있습니다. 민감한 세포층. 바이러스 활동의 정량적 측정을 적정이라고 합니다. 초기 바이러스 현탁액의 역가는 단위 부피당 감염 단위의 수로 표현됩니다. 감염성 핵산은 파지나 동물 또는 식물 바이러스에서 분리되었는지 여부에 관계없이 일반적으로 원래 바이러스보다 감염성 역가가 현저히 낮습니다(즉, 제제에 포함된 핵산 분자 수의 비율). 감염 단위의 수는 이러한 핵산이 분리된 비리온에 대한 해당 값보다 훨씬 큽니다. 그러나 유리 핵산을 적정할 때와 비리온을 적정할 때 모두 샘플에서 평균 입자 수를 찾을 확률은 하나의 공식으로 표현됩니다. 바이러스 감염은 바이러스 핵산 한 분자에 의해서도 발생할 수 있습니다. 일반적으로 온전한 바이러스 DNA와 RNA만이 감염성이 있습니다. 불완전한 바이러스 게놈을 포함하는 핵산 분자로 세포가 반복적으로 감염되는 경우 예외가 관찰됩니다.
지금까지 말한 내용을 요약하면, 단위 부피당 포함된 감염 단위의 수로 표현되는 바이러스 현탁액의 역가는 일반적으로 비리온의 수(또는 바이러스 핵산의 수)에 해당한다는 결론에 도달할 수 있습니다. 분자) 주어진 실험 조건에서 감염을 일으킬 수 있습니다.
감염력 상실
일반적으로 특정 비활성화 물질의 작용에 대한 특정 바이러스 비리온의 민감도는 단백질의 특정 특성에 따라 결정되며, 그 결과 특정 특정 바이러스에 대해 개발된 감염성을 비활성화하는 방법은 바이러스에 대해서만 효과적입니다. 그것과 밀접한 관련이 있습니다. 예외는 X선에 대한 바이러스의 민감도인데, 이는 비리온의 핵산 유형과 그 양에 따라 달라집니다. 이 패턴은 X선의 작용으로 인해 핵산 분자가 파열되고, 그러한 파열이 단 한 번만 발생해도 감염성 바이러스를 잃을 수 있다는 사실에 기초합니다. 실험 결과에 따르면 작은 바이러스는 단백질이 풍부한 큰 비리온에 비해 비리온의 핵산 함량과 단백질 함량의 비율이 더 큰 특징이 있기 때문에 X선에 의해 훨씬 더 효과적으로 비활성화되는 것으로 나타났습니다.
혈청학적 방법
특정 바이러스의 유형을 결정하기 위해 아픈 사람이나 감염된 동물의 신체에서 보호 과정을 연구할 때 혈청학적 방법이 사용됩니다. 혈청학(라틴어 혈청 - 혈청, 혈액의 액체 성분)은 혈청에서 발견되는 특정 보호 물질, 항체와의 항원 반응을 연구하는 면역학의 한 분야입니다. 항체는 바이러스의 효과를 중화시킵니다. 그들은 바이러스 입자 표면에 위치한 특정 항원 물질과 결합합니다. 바이러스의 표면 구조에 항체 분자가 결합한 결과 후자는 병원성을 잃습니다. 혈청 내 항체의 수준(수량)을 확인하거나 특정 바이러스의 유형을 확인하기 위해 바이러스 중화 반응이 수행됩니다. 이는 동물과 세포 배양 모두에서 수행될 수 있습니다.
바이러스를 중화시키고 세포변성 효과를 나타내는 것을 방지하기에 충분한 항체를 함유한 혈청의 최소 농도를 바이러스 중화 혈청 역가라고 합니다. 이 농도는 플라크 방법을 사용하여 검출할 수도 있습니다.
항체를 검출하기 위해 적혈구 응집(바이러스의 영향으로 적혈구가 접착되는 현상)을 억제하는 방법과 보체 고정 방법이 사용됩니다. 다양한 연구 목적으로 바이러스학에서 사용되는 방법 중에서 바이러스의 미세 구조와 구성에 대한 연구를 용이하게 하는 물리적, 화학적 분석을 위해 바이러스학 물질을 준비하는 방법도 언급할 수 있습니다. 이러한 테스트에는 대량의 완전히 순수한 바이러스가 필요합니다. 바이러스 정제는 바이러스가 포함된 현탁액에서 바이러스를 오염시키는 모든 이물질을 제거하는 과정입니다. 이들은 주로 숙주 세포의 조각과 "조각"입니다. 정제와 동시에 일반적으로 현탁액이 농축되어 바이러스 농도가 증가합니다. 이는 많은 연구에 대한 소스 자료를 제공합니다.
개별 정제 방법 중에서 가장 효과적인 방법, 즉 매우 높은 농도의 바이러스 제제를 생성하는 초원심분리 방법만 언급하겠습니다.
바이러스 현탁액을 얻고 정제하는 절차를 간략하게 설명하겠습니다. 이 과정은 실험 동물의 뇌에 바이러스를 인공적으로 도입하는 것으로 시작됩니다. 며칠 후 바이러스는 뇌 조직에서 증식합니다. 이 경우, "주인" 신경계의 특징적인 기능 장애가 드러나고 동물은 질병의 징후를 보일 것입니다. 증상이 가장 심해지면 동물을 죽이고 조직에 다량의 바이러스가 포함되어 있는 뇌를 무균 상태에서 동물의 두개골에서 제거합니다. 그런 다음 뇌에서 10% 현탁액을 준비합니다. 비리온 외에도 많은 수의 신경 조직 조각, 혈관 잔재, 혈액 세포 및 기타 생물학적 구성 요소가 포함되어 있습니다. 조직 조각과 기타 큰 입자는 5000-10000rpm의 속도로 1차 원심분리하여 제거됩니다. 약 30분 정도 지속됩니다. 유리는 고속 원심분리 중에 발생하는 압력을 견딜 수 없기 때문에 침전물 위의 액체(초촉매)를 플라스틱 또는 스테인레스 스틸로 만든 특수 원심분리 튜브에 조심스럽게 붓습니다. 그리고 침전물은 소독제로 중화됩니다. 배수된 "상등액"은 초원심분리기에서 처리됩니다.
가장 작은 바이러스의 침전에는 몇 시간의 초원심분리가 필요하며, 생성된 침전물은 핀 머리보다 크지 않은 경우가 많습니다. 그러나 이러한 처리 후에도 바이러스 물질은 완전히 순수하지 않으며 여전히 이물질이 포함되어 있습니다. 정밀한 분석을 위해서는 이 침전물을 다양한 시약으로 여러 번 처리하고 초원심분리를 반복해야 합니다. 그래야만 정확하고 신뢰할 수 있는 생화학적, 결정학 분석 또는 전자 광학 기기 관찰에 필요한 고순도 바이러스의 농축된 현탁액을 얻을 수 있습니다.
일반적으로 바이러스학자들은 비리온이 농도나 형태에 따라 분리될 때 농도 구배에 따른 원심분리와 같은 다양한 기술 장치를 마음대로 사용할 수 있습니다. 현재 거의 모든 바이러스학 연구실의 표준 장비가 된 또 다른 장치는 전자현미경입니다. 이것은 비싸고 크고 복잡한 장치입니다.
바이러스 이미지를 얻는 방법에는 여러 가지가 있으며, 모두 자체 개발 단계를 거쳤습니다. 세포 내 비리온을 검출하기 위해서는 현재 에폭시 수지에 묻힌 고정물질을 최고급 유리나 다이아몬드 칼로 절단하는 초박막법이 사용되고 있다. 정밀 초박절편기를 사용하면 단일 세포를 천 개 이상의 얇은 부분으로 절단할 수 있습니다. 이런 방식으로 얻은 단면은 특수 화학 물질로 처리되어 더 나은 가시성을 보장합니다.
개별 비리온의 미세 구조를 관찰하기 위해 음의 대비(염색) 방법이 사용되며, 이 방법의 도입으로 전자 현미경의 품질 수준이 크게 향상되었습니다. 바이러스 입자를 인텅스텐산 용액과 조심스럽게 혼합하면 전자선을 투과하지 않는 침전물이 생성됩니다. 결과적으로, 비리온은 완전히 정확한 지문의 형태로 나타나며, 이를 통해 표면의 가장 세밀한 부분을 연구할 수 있습니다. 양성 염색(또는 약물의 "금속화") 방법은 비리온 표면에 선택적으로 부착할 수 있는 물질을 사용합니다(예: 페리틴으로 표지된 특정 항체는 분자에 철을 함유하고 있어 전자현미경에서 명확하게 볼 수 있음) ).
바이러스 연구를 위한 일반적인 방법
자발적인 질병과 숙주의 실험적 감염 중 신체에 바이러스가 존재하는지 여부는 특정 병리학 적 증상의 출현으로 판단됩니다. 연구 대상 개체에 바이러스가 있다는 의심이 들 때마다 바이러스가 감염된 유기체에 인식할 수 있는 변화를 일으키는 특정 조건 세트(적절한 유기체 및 적절한 감염 방법)를 선택해야 합니다. 따라서 바이러스학자들은 실험적 감염을 생성하는 방법을 개발하는 데 많은 노력을 기울여야 합니다.
알려진 바와 같이, 특정 질병이 실제로 특정 미생물에 의해 발생한다는 것을 증명하려면 소위 Koch의 가정을 충족해야 합니다. 1) 해당 미생물이 질병이 있는 신체에서 정기적으로 발견된다는 것을 보여줍니다. 2) 인공 영양 배지에서 이 미생물의 배양물을 얻습니다. 3) 분리된 배양물로 실험동물을 감염시켜 이 질병을 재현하고, 마지막으로 4) 이 미생물을 인공적으로 감염된 숙주의 몸에서 다시 분리합니다. 동일한 가정을 약간 수정하여 바이러스성 질병의 진단에도 적용합니다. 이 경우 Rivers에 따르면 1) 환자의 신체에서 바이러스를 분리하고, 2) 실험 동물의 체내 또는 세포에서 바이러스를 배양하고, 3) 여과 가능성을 입증하는 가정이 형성됩니다. 감염원(박테리아와 같은 더 큰 병원체 제외), 4) 동일하거나 관련된 종의 다른 대표자에서 유사한 질병의 번식, 마지막으로 5) 동일한 바이러스의 재분리.
바이러스의 배양 및 식별은 바이러스 질병 진단에 있어 실제 바이러스학에서 사용되는 주요 바이러스학적 방법입니다. 박테리아 용해물, 조직 조각 또는 생물학적 체액과 같이 바이러스가 포함된 것으로 의심되는 물질은 필요한 경우 통제된 조건에서 현탁시키기 위해 분쇄하거나 균질화합니다.
큰 세포 조각과 물질을 오염시킬 수 있는 미생물은 원심분리와 여과를 통해 제거됩니다. 이 정제된 현탁액을 적합한 숙주에 투여하고, 세포 현탁액에 첨가하거나 적합한 세포의 단층에 적용합니다. 결과적으로 특정 바이러스의 특징인 플라크라고 불리는 국소 병변이 한천 플레이트에서 자라는 박테리아나 유리 표면에서 자라는 동물 세포와 같은 민감한 세포 층에 나타날 수 있습니다. 특정 세포 영역에 위치한 감염, 바이러스 복제 및 완전 또는 부분 용해의 결과입니다. 바이러스 복제가 시각적으로 감지할 수 있는 개별 플라크의 형성으로 이어지지 않는 경우, 바이러스는 세포 배양에서 발생하는 변화나 세포층의 손상 또는 기타 테스트를 통해 감지되고 특성화될 수 있습니다.
시험물질을 배양된 세포층에 적용하지 않고 숙주의 신체에 도입하는 경우, 실험의 목적은 감염의 발생을 나타내는 신체의 일반적인 반응, 즉 증상의 출현을 확인하는 것입니다. 질병, 동물의 죽음 또는 기타 특정 반응(예: 항체 형성).
마지막으로, 세포 배양의 감염이나 숙주의 신체에 물질이 유입되어도 바이러스 감염 증상이 나타나지 않으면 바이러스 학자들은 소위 "맹인 통로"에 의지합니다. 시험 물질의 반복적인 이동으로 인해 종종 바이러스의 독성이 증가하거나 역가가 증가합니다.
바이러스의 일반적인 화학적 조성
바이러스 입자의 필수 구성 요소는 두 가지 핵산, 단백질 및 회분 요소 중 하나입니다. 이 세 가지 구성 요소는 예외 없이 모든 바이러스에 공통적으로 존재하는 반면, 나머지 dvalipoid와 탄수화물은 모든 바이러스에 포함되어 있지 않습니다.
바이러스 단백질
지금까지 연구된 모든 바이러스의 단백질은 천연 L계열에 속하는 일반 아미노산으로 구성되어 있습니다. 바이러스 입자에서는 D-아미노산이 발견되지 않았습니다. 바이러스 단백질의 아미노산 비율은 동물, 박테리아 및 식물 단백질의 아미노산 비율과 매우 유사합니다.
바이러스성 단백질은 일반적으로 염기성 아미노산(아르기닌, 뮤신)을 다량 함유하지 않습니다. 뚜렷한 알칼리 특성을 갖는 히스톤 및 프로타민과 같은 단백질 그룹에 속하지 않습니다. 중성 아미노산을 고려하지 않고 바이러스 단백질이 산성 디카르복실산에 의해 지배된다고 말할 수 있습니다. 이는 핵산 함량이 낮은 바이러스와 RNA 및 DNA 함량이 높은 바이러스 모두에 해당됩니다.
바이러스 DNA
다른 소스의 DNA와 마찬가지로 대부분의 바이러스 DNA 분자의 주요 구조적 특징은 두 쌍의 역평행 가닥이 존재한다는 것입니다. 그러나 바이러스의 DNA 게놈은 작기 때문에 나선의 단조롭고 사실상 끝이 없는 "중간" 부분이 아니라 나선의 끝과 DNA 분자의 일반적인 모양에 관한 의문이 제기됩니다. 받은 답변은 매우 놀라운 것으로 밝혀졌습니다. 바이러스 DNA 분자는 선형 또는 원형일 수 있고, 전체 길이를 따라 이중 가닥 또는 단일 가닥이거나 끝에서만 단일 가닥일 수 있습니다. 또한 바이러스 게놈의 대부분의 뉴클레오티드 서열은 한 번만 발생하지만 끝 부분에 반복되거나 중복되는 영역이 있을 수 있음이 밝혀졌습니다.
지금까지 설명한 모든 바이러스 DNA 중에서 헤르페스 바이러스의 DNA가 가장 복잡하게 조직되어 있습니다. 여기서 게놈은 두 개의 큰 연결된 부분으로 구성되어 있는 것으로 보이며, 각각은 반복적인 말단 서열을 가지고 있습니다. 두 개의 세그먼트를 끝에서 끝까지 연결하는 데는 네 가지 가능한 방법이 있으며 모든 방법은 모든 비리온 준비에서 발생하는 것으로 보입니다.
알려진 가장 큰 바이러스인 백시니아 바이러스(vaccinia virus)의 게놈 크기는 15-10 8 달톤입니다. 새로운 비리온 조제물로부터 분리된 DNA는 두 가닥으로 분리되지 않았기 때문에 가교된 것처럼 보입니다. 그러한 분자에 대한 가능한 모델 중 하나는 선형 이중 나선의 끝을 닫아 형성된 거대하고 변성되지 않는 고리 구조입니다.
분자 모양과 바이러스 DNA 말단 영역 구조의 매우 흥미로운 차이점 외에도 게놈 크기에도 큰 차이가 있습니다. 가장 작은 "완전한" 바이러스(즉, 숙주 세포에서 복제할 수 있는 바이러스) 중에는 파지 Æ X174, 파보바이러스, 파포바이러스, 폴리오마 바이러스 및 SV40이 있습니다. 반면에 인간과 동물의 대형 박테리오파지와 바이러스(파프릴, 헤르페스, 백시니아)는 1에서 1.5까지 훨씬 더 큰 게놈을 가지고 있습니다. 10 8 달톤이므로 100개 이상의 단백질을 암호화할 수 있습니다. 실제로 박테리오파지 T4에서는 현재 100개 이상의 유전자가 확인되었습니다.
1953년에 와이어트와 코헨은 후속 실험에서 매우 중요한 예상치 못한 발견을 했습니다. T-짝 박테리오파지의 DNA에는 시토신이 아니라 5-히드록시메틸시토신이 포함되어 있다는 것이 밝혀졌습니다. 이러한 차이로 인해 숙주 DNA와 독립적으로 파지 DNA를 연구하는 것이 가능해졌습니다. 파지에 의해 암호화된 효소가 발견되어 감염된 세포의 신진 대사를 변화시키고 바이러스에 필요한 구성 요소를 합성하기 시작합니다. 박테리오파지 DNA의 또 다른 생화학적 차이점은 포도당 잔기가 하이드록시메틸시토신에 부착되어 있다는 점입니다. 박테리오파지 DNA는 특정 숙주 효소에 의한 파지 DNA의 방해를 분명히 방지합니다.
대조적으로, 동물 바이러스에서는 DNA가 거의 변형되지 않습니다. 예를 들어, 숙주 세포의 DNA에는 많은 메틸화된 염기가 포함되어 있지만 바이러스는 기껏해야 게놈당 몇 개의 메틸 그룹만 가지고 있습니다. 대부분의 바이러스 데옥시뉴클레오티드는 변형되지 않았으므로 의심할 여지 없는 변형을 찾는 것이 큰 관심거리가 될 것입니다.
바이러스성 RNA
바이러스 RNA에 대한 연구는 분자 생물학에 대한 바이러스학의 가장 중요한 공헌 중 하나입니다. 식물 바이러스에서 복제 유전 시스템이 RNA로만 구성되어 있다는 사실은 RNA도 유전 정보를 저장할 수 있다는 것을 분명히 보여줍니다. 담배 모자이크 바이러스 RNA의 감염성이 확립되었으며 감염에 전체 분자가 필요하다는 것이 밝혀졌습니다. 이는 고분자량 RNA의 온전한 구조가 그 활동에 필수적이라는 것을 의미합니다. 동일한 바이러스에 대한 초기 연구의 똑같이 중요한 결과는 고분자량 RNA를 분리하고 그 특성을 연구하는 방법의 개발이었습니다. 이러한 방법은 이후 다른 바이러스에서 발견되는 다양한 유형의 RNA를 연구하기 위한 기초가 되었습니다.
RNA 바이러스의 비리온 크기는 7부터 매우 다양합니다. 피코나바이러스의 10 6 달톤은 최대 >2입니다. 레트로바이러스의 경우 10 8 달톤; 그러나 RNA의 크기와 그에 따른 정보의 양은 훨씬 적습니다.
피코르나바이러스의 RNA는 아마도 약 7,500개의 뉴클레오티드를 포함하는 것으로 알려진 가장 작은 것일 것이며, 파라믹소바이러스의 RNA는 아마도 가장 큰 것으로 거의 15,000개의 뉴클레오티드를 포함할 것입니다. 독립적으로 복제하는 모든 RNA 바이러스는 복제 시스템과 캡시드 단백질에 대한 최소한의 정보가 필요한 것으로 보이지만 대형 DNA 바이러스가 가질 수 있는 매우 복잡한 추가 정보가 부족합니다.
바이러스성 단백질
외피 바이러스에는 핵산의 "케이스"를 형성하는 캡시드 단백질 외에도 다른 단백질도 있습니다. 동물(곤충 포함), 식물 및 박테리아의 바이러스에서도 유사한 예를 찾을 수 있습니다. 핵단백질 "핵심"을 구성하는 단백질 외에도 비리온에는 감염된 세포의 원형질막에 내장되어 세포를 떠나거나 세포에서 "싹이 돋아날 때" 바이러스 입자를 덮는 바이러스 특정 단백질이 포함될 수도 있습니다. 그 표면. 또한, 일부 외피 바이러스는 외피와 뉴클레오캡시드 사이에 막하 기질 단백질을 가지고 있습니다. 바이러스 특이적 단백질의 두 번째 큰 그룹은 비캡시드 바이러스 단백질로 구성됩니다. 이는 주로 비리온 핵산의 합성과 관련이 있습니다.
바이러스 단백질의 아미노산 조성
지금까지 연구된 모든 바이러스의 단백질은 천연 L계열에 속하는 일반 아미노산으로 구성되어 있습니다. 바이러스 입자에서는 D-아미노산이 발견되지 않았습니다. 바이러스 단백질의 아미노산 비율은 동물, 박테리아 및 식물 단백질의 아미노산 비율과 매우 유사합니다. 바이러스성 단백질은 일반적으로 염기성 아미노산(아르기닌, 뮤신)을 다량 함유하지 않습니다. 뚜렷한 알칼리 특성을 갖는 히스톤 및 프로타민과 같은 단백질 그룹에 속하지 않습니다. 중성 아미노산을 고려하지 않고 바이러스 단백질이 산성 디카르복실산에 의해 지배된다고 말할 수 있습니다. 이는 핵산 함량이 낮은 바이러스와 RNA 및 DNA 함량이 높은 바이러스 모두에 해당됩니다.
바이러스 단백질의 화학적 하위 단위
바이러스 단백질의 하위 단위에 대해 현재 이용 가능한 물질이 요약되어 있습니다. 다른 모든 단백질과 마찬가지로 바이러스의 단백질 구성 요소도 펩타이드 사슬로 구성되어 있다고 결론을 내릴 수 있습니다. 바이러스 단백질의 폴리펩티드 사슬의 유일한 독특함은 C-말단 또는 N-말단 아미노산 둘 다 또는 어느 하나의 "마스킹"과 관련이 있으며, 이는 분명히 바이러스 단백질의 파괴를 어렵게 만드는 진화적 적응입니다. 숙주 세포에서 프로테아제의 영향을 받는 단백질. 바이러스 입자에서 펩타이드 사슬은 특정한 방식으로 서로 상호작용하여 2차 및 3차 구조를 획득합니다. 펩타이드 사슬은 일반적으로 전자 현미경으로 관찰되는 바이러스 단백질의 구조적 하위 단위인 것이 이러한 형태입니다.
바이러스 단백질의 몇 가지 일반적인 특성
C- 또는 N-말단 그룹의 "마스킹"을 제외하고 바이러스 단백질의 펩타이드 사슬 자체에는 고유한 특성이 없습니다. 이는 프로테아제에 의해 쉽게 가수분해되며 다양한 물리적, 화학적 요인과 관련하여 펩타이드의 일반적인 불안정성 특성을 나타냅니다. 동시에 바이러스의 단백질 껍질 전체는 여러 가지 독특한 특징을 가지고 있습니다. 우선, 고체 입자는 조직 단백질을 쉽게 가수분해하는 단백질 분해 효소에 저항성이 있다는 점에 유의해야 합니다. 동시에, 일부 연구에서는 다양한 유형의 단백질 분해 효소와 함께 배양한 후 정제된 바이러스 제제와 바이러스를 함유한 추출물이 부분적으로 또는 완전히 비활성화되었다고 보고합니다. 따라서 인플루엔자 A 및 C 바이러스의 감염성이나 혈구응집 활성은 트립신과 함께 배양한 후에도 변하지 않은 반면, 유사한 조건에서 인플루엔자 B 바이러스 제제의 감염성은 87% 감소했으며 혈구응집소 역가는 변하지 않았습니다. 단백질 분해 효소에 대한 특정 유형의 바이러스의 민감도를 평가할 때 바이러스는 다양한 단백질 분해 효소에 대해 차별적인 민감도를 나타낸다는 점도 염두에 두어야 합니다. 예를 들어, 트립신과 키모트렙신에 저항성이 있는 백시니아 바이러스는 파포인에 의해 상대적으로 빨리 소화됩니다. 그러나 일부 바이러스에 대한 프로테아제의 효과에 대한 문제가 어떻게 해결되더라도 프로테아제에 대한 저항성은 손상되지 않은 바이러스의 단백질 껍질의 광범위한 특성. 따라서 바이러스를 분리할 때 단백질 오염물질을 제거하기 위해 단백질 분해 효소로 바이러스 제제를 처리하는 경우가 많습니다. 프로테아제에 대한 바이러스의 독특한 저항성은 바이러스 단백질의 개별적인 특성과 관련이 없습니다. 왜냐하면 바이러스 소체의 부분적 손상 또는 약간의 변성뿐만 아니라 순수한 형태의 바이러스 단백질이 분리되기 때문입니다. 프로테아제에 의해 쉽게 소화됩니다. 따라서 단백질 분해 효소의 작용에 대한 바이러스 입자의 저항성은 아미노산 조성의 이상이나 특별한 유형의 결합의 존재로 설명될 수 없습니다. 바이러스의 이러한 특성은 소체 전체의 구조적 특징에 기인합니다. 단백질의 3차 및 4차 구조이며, 바이러스가 다수의 단백질 분해 효소를 포함하는 세포에서 증식하기 때문에 생물학적으로 매우 중요합니다. 바이러스 단백질의 두 번째 특징은 일반적으로 여러 물리적, 화학적 요인에 대한 높은 저항성이지만 이와 관련된 일반적인 패턴은 알 수 없습니다. 비정상적으로 가혹한 처리 방식을 견딜 수 있는 일부 바이러스 종은 염분 농도 감소 또는 증가, 동결건조 등과 같은 무고한 요인의 영향으로 비활성화될 수 있습니다. T-파지의 경우에도 삼투압의 급격한 변화, 즉 소위 "삼투압 쇼크"에 의해 단백질 껍질("그림자")에서 DNA가 쉽게 분리되는 반면, 이상한 T-파지는 급격한 감소에 반응하지 않습니다. 매체의 소금 농도.
바이러스는 식염수 용액에서의 안정성도 크게 다릅니다. 이와 관련하여 가장 안정적인 것 중 하나는 토끼 유두종 바이러스로, 2% 염화나트륨 용액과 반포화 황산암모늄 용액에서 수개월 동안 활성을 잃지 않고 50% 글리세롤 용액에서 수십 년 동안 지속됩니다. 위의 사실을 바탕으로 매우 안정적이고 매우 불안정한 유형의 바이러스가 있다는 결론에 도달할 수 있지만 대부분의 경우 바이러스는 핵단백질 결합의 충분한 안정성과 함께 특정 유형의 영향에 대한 선택적 민감성을 특징으로 합니다. 기타 여러 환경적 요인에 의해 발생합니다. 특정 영향에 대한 특정 바이러스의 안정성은 주어진 종의 특성을 고려할 때 완전히 변하지 않은 것으로 간주될 수 없습니다. 이는 바이러스 입자의 다른 특성과 함께 돌연변이로 인해 가장 급진적인 변화를 겪을 수 있습니다. 바이러스 입자의 안정성을 평가할 때 바이러스의 물리적 비활성화와 생물학적 비활성화가 항상 동일하지는 않다는 점을 명심해야 합니다. 대부분의 경우 이러한 개념은 세포 감염을 담당하는 특수 구조가 없는 단순 바이러스의 경우 일치하며, 바이러스 입자의 물리적, 화학적 구조는 높은 수준의 균질성과 동일한 수준의 민감도를 특징으로 합니다. 다양한 유형의 영향. 더 복잡한 바이러스에서 생물학적 불활성화는 바이러스 입자의 흡착이나 감염된 세포로의 핵산 도입을 결정하는 특수 구조의 손상과 관련이 있는 경우가 많지만, 바이러스 소체 전체는 손상되지 않습니다. 바이러스 입자의 안정성과 돌연변이 과정 중 이러한 특성의 변화에 대한 데이터를 고려하면 이와 관련하여 보편적인 패턴을 확립할 수 없다는 것이 분명해집니다. 특정 물리적, 화학적 요인에 대한 바이러스의 안정성은 단백질과 핵산의 1차, 2차, 3차 구조의 전체 특징과 상호 작용에 의해 결정됩니다.
메신저 RNA(mRNA) - 중간 운반체
유전정보
DNA 유전 정보가 메신저 RNA로 "전사"되어 단백질로 번역되는 메커니즘은 분자 생물학자들이 유전자 DNA의 뉴클레오티드 서열이 단백질의 아미노산 서열에 직접적으로 영향을 미친다는 사실을 깨달은 지 몇 년 후에 밝혀졌습니다. 일부 식물과 동물 바이러스가 RNA를 유전 물질로 포함하고 있으며 바이러스 RNA 자체가 감염성이 있다는 사실은 이미 유전 정보 전달에서 RNA의 중간 역할을 시사합니다. Jacob과 Monod가 유전자와 단백질 합성 장치 사이에 단명하고 불안정한 매개체의 존재를 예측했을 때, 그러한 특성을 가진 RNA 분자에 대한 탐색은 이미 시작되었습니다. 파지 감염 후 새로 합성되었으며 기존 박테리아 리보솜과 연관된 파지 RNA의 존재에 대한 첫 번째 징후입니다. 폴리펩티드 합성에서 mRNA의 역할에 대한 최종 증거는 무세포 단백질 합성 시스템을 사용한 실험에서 얻어졌습니다. 정상적인 대장균 세포의 추출물은 이 파지로부터 RNA를 첨가함으로써 특정 파지 F2 단백질을 합성하도록 프로그래밍될 수 있습니다.
그 후, m RNA가 박테리아와 동물 세포 모두에서 확인되고 연구되었습니다. 나중에 바이러스성이든 비바이러스성이든 많은 mRNA 분자가 다양한 세포 추출물에서 특정 단백질의 합성을 프로그래밍할 수 있다는 것이 밝혀졌습니다. 이는 다양한 시스템에서 단백질 합성의 특이성이 단백질을 합성하는 시스템이 아니라 mRNA에 달려 있음을 확인했습니다. 모든 세포에서 유전자 발현의 첫 번째 단계는 해당 mRNA의 형성과 함께 DNA의 "전사"였습니다.
탄수화물
정제된 바이러스 제제에서 때때로 발견되는 네 번째 성분은 탄수화물(핵산의 당 함량을 초과하는 양)입니다. T-even 및 일부 다른 파지에서 발견되는 포도당과 겐티비오스는 핵산의 구성 요소이며 DNA 및 RNA 구성 섹션에서 논의됩니다. 이러한 "추가" 탄수화물 외에도 박테리오파지는 다른 다당류도 포함할 수 있습니다. 탄수화물의 존재가 정확하게 입증된 유일한 바이러스 그룹은 동물 바이러스이지만, 다양한 저자들이 탄수화물 성분의 양적 및 질적 구성 모두에 대해 매우 모순적인 데이터를 제공합니다. 인플루엔자 바이러스와 고전적인 조류 전염병의 기본 몸체에는 최대 17%의 탄수화물이 포함되어 있습니다.
바이러스 효소
문제의 측면
"바이러스 효소"라는 용어는 좁은 의미와 넓은 의미로 사용될 수 있습니다. 첫 번째 경우에는 세포외 바이러스와 함께 휴면 바이러스 입자와 관련된 효소 활성을 의미합니다. 이 용어에 대한 광범위한 해석은 감염된 세포에서 바이러스 합성에 참여하는 전체 효소 시스템 세트를 의미합니다. 증식하는 세포내 바이러스의 효소.
바이러스 제제에 하나의 효소가 존재하는 것은 다소 드문 현상이라는 것이 입증되었으며, 이는 이제 박테리오파지의 리소자임 및 인산염 활성과 믹소바이러스의 뉴트라미니다제 활성에 대한 완전한 확실성이 확립되었습니다. 다른 모든 경우에는 결정되는 효소의 실제 바이러스 기원에 대한 설득력 있는 증거가 얻어지지 않았거나 반대로 세포 오염물질에서 효소 활성의 기원이 확실하게 입증되었습니다.
핵산 및 단백질 이외의 비리온 구성요소
우리가 이미 언급한 이러한 구성 요소 중 가장 중요한 것은 지질의 이중층으로, 이를 가지고 있는 바이러스의 외부 껍질의 대부분을 형성합니다. 외피 지질은 단순히 숙주 세포의 원형질막에서 빌려온 것이므로 엄밀히 말하면 "바이러스 특이적"이라고 간주할 수 없습니다. 실제로, 다른 세포에서 번식하는 파라믹소바이러스는 그에 따라 다른 지질을 함유할 수 있습니다. 따라서 바이러스 외피의 특이성은 표면에 위치한 바이러스 당단백질에 따라 달라집니다. 고도로 정제된 비리온 제제에는 여러 가지 저분자량 성분이 포함되어 있으며 어떤 경우에는 그 기능이 분명합니다. 폴리아민은 동물과 식물의 박테리오파지와 바이러스에서 발견되었습니다. 그들의 유일한 생리학적 기능은 핵산의 음전하를 중화시키는 것일 수도 있습니다. 예를 들어, 헤르페스 바이러스에는 바이러스 DNA의 절반을 중화하기에 충분한 스페르민이 포함되어 있으며 바이러스 외피에도 스페르미딘이 포함되어 있습니다.
일부 식물 바이러스(순무 시들음, 콩 얼룩, 담배 모자이크)에는 비스(3-아미노프로필)아민이 포함되어 있습니다. 파지 폴리아민과 마찬가지로 이 폴리아민은 바이러스 RNA 전하를 중화시키는 것으로 알려져 있습니다. 건강한 잎에서는 검출되지 않았기 때문에 감염된 세포에서만 합성될 가능성이 있습니다.
비리온 조직의 유형
비리온의 주요 구조적 구성 요소는 핵산을 포함하는 캡시드입니다. 캡시드는 상대적으로 단순한 기하학적 원리에 따라 엄격하게 정의된 방식으로 조립된 단백질 하위 단위로 구성됩니다. 이것이 바로 완전히 다른 바이러스(예: 파지, 동물 바이러스 또는 식물 바이러스)의 캡시드가 동일한 계획에 따라 정확히 만들어질 수 있고 실제로 형태학적으로 구별할 수 없는 이유입니다.
크릭과 왓슨은 바이러스의 핵산에 포함된 유전 정보가 바이러스가 다양한 단백질을 암호화하기에는 불충분하다는 사실을 토대로 바이러스 캡시드가 많은 동일한 하위 단위로 구성되어야 한다는 결론에 도달했습니다. 단백질 분자와 같은 동일한 비대칭 하위 단위가 함께 결합하여 일반 캡시드를 형성할 수 있는 조직에는 나선형 조립과 닫힌 단백질 껍질 형성이라는 두 가지 유형의 조직이 있습니다. 따라서 캡시드에는 나선형 및 등각적(또는 준구형)의 두 가지 유형만 있습니다. 모든 바이러스 캡시드는 이 두 범주 중 하나에 속합니다. 이러한 유형의 구조 각각은 자기 조립이라는 과정을 통해 캡시드 단백질에 의해 형성됩니다. 이 과정은 에너지적으로 유리한 경우에만 발생합니다. 이는 가능한 모든 형태의 캡시드 중에서 특정 바이러스의 특정 단백질의 최소 자유 에너지를 충족하는 것이 실현된다는 것을 의미합니다. 따라서 캡시드의 실제 모양과 크기는 캡시드를 구성하는 단백질 분자의 특정 모양과 이러한 하위 단위가 서로 형성하는 결합의 특성에 따라 결정됩니다. 궁극적으로 나타나는 구조의 안정성은 캡시드를 구성하는 단백질 사이에 형성된 약한 결합의 수와 강도에 따라 달라집니다. 캡시드 조립 중에 방출되는 자유 에너지가 클수록 조립된 캡시드는 더 강해집니다.
나선형 캡시드. 많은 식물 바이러스의 비리온과 다수의 파지는 외부 껍질이 없는 "나선형" 나선형 캡시드를 가지고 있습니다. 이 그룹 중 가장 잘 연구된 바이러스는 TMV입니다.
TMV 캡시드는 구조가 상대적으로 단단한 막대입니다. 적어도 하나의 다른 파지의 캡시드는 구조가 동일하게 견고합니다. 사탕무황색바이러스, 감자바이러스X 등 다른 식물 바이러스의 캡시드도 나선형 막대이지만 이 막대는 유연합니다. 외부 껍질이 있는 여러 동물 바이러스의 나선형 캡시드도 유연합니다. 이러한 막대 모양 캡시드의 유연성은 이를 구성하는 하위 단위가 TMV 비리온과 같은 막대의 하위 단위 사이에 형성된 결합보다 서로 더 약하고 더 유연한 결합을 형성한다는 것을 나타냅니다.
아이소메트릭(준구형) 캡시드. 많은 바이러스의 캡시드는 모양이 구형과 거의 동일하지만 전자 현미경으로 관찰하면 실제로 이러한 캡시드는 구형이 아니라 정다면체라는 것을 알 수 있습니다. 이러한 캡시드는 직교 축을 따른 선형 치수가 동일하기 때문에 아이소메트릭이라고 합니다.
복잡한 캡시드. 캡시드의 혈청학적 및 형태학적 연구는 캡시드가 복잡한 구조임을 보여주었습니다. 캡시드 구조에 대한 상세한 전자 현미경 분석을 통해 캡시드 표면의 돌출부, 즉 가시라고 불리는 돌출부를 감지할 수 있으며, 이는 일반적으로 정이십면체의 12개 꼭지점 각각에 위치합니다. 이 가시는 감염을 시작하는 데 중요한 역할을 합니다. 문헌에서는 비리온 머리 표면에서 수많은 원섬유가 뻗어 있는 "털이 많은" 파지를 설명합니다.
가장 큰 파지에는 "꼬리"라는 프로세스가 있습니다. 이러한 과정은 파지가 숙주 박테리아의 표면에 부착되는 기관입니다. T-짝수 파지보다 더 놀라운 생물학적 개체는 거의 없습니다.
이 파지의 비리온은 50가지가 넘는 다양한 단백질로 구성되어 있으며 고도로 조직화되고 놀랍도록 복잡하며 규칙적인 구조를 가지고 있습니다. 이 파지의 고리와 기저판은 육각형 대칭을 이루고 있습니다. 머리의 단백질 껍질은 추가 하위 단위 열이 있는 변형된 정십이면체로, 그 결과 다른 방향보다 한 방향으로 더 길어집니다. 그러한 파지의 육각형 확장은 오각형 대칭 계획에 따라 머리 꼭대기에 어떻게든 부착됩니다. 파지 T4가 조립될 때 비리온은 때때로 하나가 아닌 두 가지 과정으로 생산됩니다. 많은 동물 바이러스, 일부 식물 바이러스 및 적어도 한 종류의 박테리오파지는 캡시드를 둘러싸는 외부 봉투를 가지고 있습니다. 다른 모든 생물학적 막과 마찬가지로 이러한 막의 통합 구조는 특정 단백질 분자가 잠겨있는 인지질의 이중층입니다. 인지질 이중층이 비리온 표면에 위치하여 에테르나 다른 지질 용매에 쉽게 접근할 수 있는 경우, 비리온은 그러한 용매에 의해 쉽게 파괴되고 비활성화됩니다. 바이러스 외부 껍질의 인지질은 숙주 세포의 지질과 동일하거나 유사하며, 이는 예를 들어 대부분의 동물 바이러스 껍질에 일반적이며 다른 경우에는 인지질 사이에 상당한 차이가 관찰됩니다. 동물 바이러스의 외피는 세포의 원형질 또는 핵막의 일부로 형성됩니다. 바이러스에 감염된 세포의 전자현미경 사진은 바이러스 단백질이 세포 원형질막의 작은 영역에 나타나고, 이후 바이러스 캡시드가 이동하여 궁극적으로 비리온 형성과 발아로 이어진다는 것을 보여줍니다. 그러나 모든 동물 바이러스가 준구형 비리온을 갖고 있는 것은 아니라는 점을 강조해야 합니다. 예를 들어, 랍도바이러스 비리온은 총알 모양입니다. 다른 동물 바이러스와 마찬가지로 이들의 외피는 세포의 원형질막에서 나온 결과로 형성됩니다. 천연두 바이러스와 같은 다른 바이러스의 껍질은 훨씬 더 복잡하며 전적으로 세포의 세포질에서 형성됩니다. 이러한 비리온은 에테르의 작용에 둔감하고, 숙주 세포 단백질과 교차 면역학적 반응을 일으키지 않으며, 분명히 바이러스에 특정한 성분으로만 구성됩니다.
문제와 방법론
바이러스 입자 또는 비리온은 바이러스의 불활성, 정적 형태입니다. 비리온이 세포 외부에 있으면 번식하지 않고 대사 과정도 일어나지 않습니다. 모든 동적 사건(바이러스 성분의 생합성, 숙주 유기체에 대한 손상)은 바이러스가 세포에 침투할 때만 시작됩니다. 다세포 숙주에서도 바이러스 감염 중 중요한 사건은 세포 수준에서 발생합니다. 바이러스의 확산은 바이러스와 세포의 상호작용이 반복되고 세포외 환경에서 비리온이 분산되는 결과로 발생합니다. 비리온의 다양한 구성 요소에 대해 우리가 이미 알고 있는 모든 내용은 숙주 세포 내부에서 이러한 구성 요소의 구성이 유리 바이러스 입자의 구성과 달라야 함을 시사합니다. 실제로, 바이러스에 감염된 세포에서는 바이러스 물질과 종종 숙주 세포의 구성 요소가 크게 재구성됩니다. 바이러스와 세포 기능의 상호 작용에 의해 결정되는 기능적 조직인 바이러스-세포 복합체라는 새로운 시스템이 등장합니다. 이 복합체의 활성 메커니즘은 감염되지 않은 세포의 활성 메커니즘과 크게 다릅니다.
개발 단계: 타원, 복제 및 성숙
다양한 방법을 사용하여 다양한 상황이 발견되었지만 공통점이 있습니다. 즉, 각 바이러스에 대해 호스트와의 상호 작용은 특정 일련의 이벤트라는 것입니다. 각 바이러스는 자체적인 개체 발생 및 형태 형성 과정과 계통 발생 과거를 지닌 유기체입니다. 그러나 다양한 바이러스의 개발 주기를 넓게 보면 여러 가지 공통된 특징이 있습니다.
바이러스가 세포에 부착되면 일련의 사건이 발생하여 세포 내에서 바이러스 유전 물질이 방출됩니다. 이 경우, 감염하는 비리온은 더 이상 조직화된 구조로 존재하지 않습니다. 유리 바이러스 핵산의 감염성은 일반적으로 전체 비리온의 감염성보다 훨씬 낮기 때문에 바이러스 게놈의 방출과 숙주 세포로의 통과는 감염성의 감소 또는 소멸을 동반합니다. 이 현상을 일식이라고합니다. 감염 과정에서 바이러스 핵산이 세포 내로 침투하는 것은 다양한 방식으로 발생할 수 있습니다. 예를 들어, 박테리아 세포 외피를 통해 방향성 있는 방식으로 DNA를 주입하는 파지에서는 핵산이 세포 표면에서 직접 방출됩니다. 일부 파지는 박테리아의 편모나 융모에 부착된 후 이 소기관을 통해 유전 물질을 도입하거나 이를 사용하여 세포 표면에 더 가까이 다가갑니다. 외부 외피가 있는 바이러스는 세포막과 융합할 수 있으며, 바이러스의 전체 내부 캡시드가 세포질에 침투한 후 바이러스 게놈이 방출됩니다. 바이러스 게놈에 단백질이 없으면 복제와 전사 모두에 대한 정보 소스 역할을 할 수 있으며 해당 제품의 생합성을 위한 템플릿 역할을 할 수 있습니다. 바이러스 게놈의 재생산은 유전 물질의 복제를 통해 발생합니다. DNA 또는 RNA. DNA 복제는 주로 세포의 유전 물질 복제와 동일한 생화학적 메커니즘을 통해 발생합니다. 게놈이 세포 또는 바이러스 기원의 복제 장치에 의해 인식되는 레플리콘인 경우 숙주 세포에서 바이러스 DNA 게놈의 복제가 가능합니다. 세포 효소와 바이러스 효소 모두 복제 과정에 공동으로 참여할 수 있습니다. 어떤 경우에는 여러 예비 단계와 특수 조건 생성 후에만 복제가 시작됩니다. 바이러스 감염 중에 세포 효소 세트가 보충될 수 있습니다. 때로는 비리온에 의해 세포에 도입된 효소(우두, 수포성 구내염 및 인플루엔자 바이러스, 레트로바이러스)로 인해, 때로는 바이러스 유전자의 산물로 새로 합성된 효소로 인해 보충될 수 있습니다. 특히 후자는 복제에 특별한 DNA 구성 요소가 필요한 일부 파지에서 입증되었습니다. 이 파지에는 해당 효소의 합성에 필요한 정보가 포함되어 있습니다. 바이러스는 이전에 세포 효소에 의해 수행되었던 반응을 촉매하는 효소의 합성을 유도할 수도 있습니다.
대부분의 RNA 바이러스는 중간 DNA 주형의 참여 없이 RNA 복사본을 생성하여 복제하므로 DNA 합성이 억제된 세포에서 복제가 발생할 수 있습니다. 이 바이러스는 자신의 RNA 복제효소를 암호화합니다.
숙주 세포에는 그러한 효소가 없습니다. RNA 함유 바이러스의 일부 그룹에서는 역전사효소를 사용하여 바이러스 RNA에서 합성된 중간 상보성 DNA에서 RNA가 복제됩니다. 이 효소는 바이러스 RNA와 함께 비리온에 의해 숙주 세포 내로 도입됩니다. 이미 합성된 바이러스 효소를 세포에 도입하는 것은 그리 드물지 않습니다.
바이러스가 암호화할 수 있는 생합성 장치의 구성 요소 수는 바이러스 게놈의 크기에 따라 제한됩니다. 가장 작은 바이러스는 약 10 6 달톤의 DNA 또는 RNA를 포함합니다. 암호화 핵산과 암호화 단백질의 분자량 비율은 RNA 또는 단일 가닥 DNA의 경우 약 9:1이고 이중 가닥 DNA의 경우 18:1이므로 이러한 바이러스는 소수의 단백질만 합성할 수 있으며 일반적으로 이러한 비리온의 구조적 단백질일 뿐이다. 모든 바이러스는 숙주 세포의 효소 장치에 크게 의존한다는 것은 명백합니다. 일부 바이러스는 다른 바이러스의 도움이 필요할 수도 있습니다. 예를 들어, 담배 괴사 위성 바이러스의 RNA는 단 1200개의 뉴클레오티드로 구성되며, 이 RNA가 암호화하는 캡시드 단백질 하위 단위는 400개의 아미노산 잔기로 구성됩니다. 분명히, 이 바이러스의 게놈에는 다른 정보를 담을 공간이 충분하지 않습니다. 따라서 담배 괴사 바이러스에 동시에 감염된 세포에서만 번식이 가능합니다. 후자는 필요한 복제본의 소스 역할을 합니다. 동일한 세포를 감염시키는 도우미 바이러스 덕분에 자연 조건에서 생존하는 바이러스의 다른 예도 있습니다.
복제하는 동안 바이러스 핵산은 성숙한 비리온에서 발견되는 특정 단백질과 연관되지 않습니다. 특정 조건에서 단백질 합성이 화학적으로 억제되면 핵산 복제가 발생합니다. 감염 중에 새로운 바이러스 입자가 형성되고 방출되는 동안 비리온 단백질의 합성은 일반적으로 핵산 복제가 이미 시작된 후에 시작됩니다. 이러한 단백질이 합성된 결과 전구체 풀이 축적되어 캡시드 조립에 사용되는 물질의 공급원으로 사용됩니다. 성숙은 복잡하고 되돌릴 수 없는 과정입니다. 완전한 캡시드 또는 그 일부에 포함된 핵산이나 구조 단백질이 동일한 세포에서 다시 방출되지 않습니다. 따라서 캡시드 조립 중에 바이러스 게놈은 복제 핵산 집단에서 제외되고 캡시드 단백질은 단백질 전구체 풀에서 제외됩니다. 바이러스에 외부 껍질이 있으면 나중에 세포질이나 세포막과 상호 작용할 때 캡시드에 부착됩니다. 전구체 충전 단계를 포함하는 이 조립 과정을 통해 두 개의 서로 다르지만 호환 가능한 바이러스에 감염된 세포에서 서로 다른 게놈에 의해 암호화된 하위 단위로 구성된 캡시드가 있는 비리온이 형성될 때 표현형 혼합 현상을 설명할 수 있습니다.
새로 형성된 비리온은 파지에 의한 박테리아 감염과 같이 바이러스 효소에 의해 유발된 숙주 세포의 용해의 결과로 또는 세포질의 일부를 밀어내는 방식으로 외부 환경(흔히 미성숙 형태와 함께)으로 방출됩니다. 마지막으로, 개별 비리온이나 소규모 그룹이 방출됩니다. 일부 동물 바이러스는 시험관 배양 시 세포에서 방출되기 어렵습니다. 살아있는 유기체에서 이러한 바이러스가 세포에서 방출되고 확산되는 것은 바이러스에 의해 손상된 세포가 식세포에 의해 포획되고 소화됨으로써 촉진됩니다. 식물 바이러스는 일반적으로 세포 용해에 의해 방출되지 않지만 세포 간 접합을 통해 세포에서 세포로 전달됩니다.
파지와 박테리아의 상호 작용. 주요 문제점 및 현상
부착 및 침투
박테리아 세포에 파지 비리온의 부착은 1차 반응이며 일반적으로 세포 표면에서 발생합니다. 후자는 다양한 유형의 박테리아에서 구조가 다릅니다. 일부 파지는 접합 과정에 참여하는 소위 F 및 L-융모라는 특별한 돌기에 부착됩니다. 그룹 X 파지의 비리온은 박테리아 편모에 가역적으로 부착된 다음 이를 따라 세포 표면으로 미끄러지듯 이동하며, 이 과정은 명백히 편모 자체의 움직임에 의해 촉진됩니다(운동하지 않는 박테리아 돌연변이는 이러한 파지의 숙주가 아니기 때문에). 박테리아 세포 표면에는 파지에 대한 특정 수용체가 있지만 그 특성에 대한 데이터는 매우 제한적입니다. 파지가 박테리아 돌연변이에 흡착할 수 없다는 사실이 반드시 돌연변이가 파지 수용체 역할을 하는 화학 그룹을 잃었다는 것을 의미하지는 않습니다. 후자는 단순히 세포벽의 다른 구성 요소에 의해 숨겨져 있을 수 있습니다. 세포 자체에 수용체가 항상 필요한 것은 아닙니다. 예를 들어, 특정 온도 조건에서 박테리아가 자라면 박테리아가 사라질 수 있습니다.
파지에 민감한 박테리아의 껍질에서 파지를 비활성화시킬 수 있는 특정 물질을 추출하는 것이 가능합니다. 아마도 이 물질은 수용체 자체이거나 박테리아 표면의 수용체 구조의 구성 요소일 수 있습니다. 수용체 자체는 흡착의 첫 번째 가역적 단계만을 촉진하는 것으로 보입니다. 특히 철 이온의 수송과 같은 다른 과정에도 관여할 가능성이 있습니다. 파지가 부착된 후 박테리아는 감염이 궁극적으로 세포 용해로 이어지더라도 일정 기간(잠복기) 동안 눈에 띄는 형태학적 변화를 겪지 않습니다. 용해는 항상 갑자기 발생하기 때문입니다.
파지 게놈이 세포 안으로 침투하면 외부에 남아 있는 대부분의 캡시드 단백질로부터 핵산이 물리적으로 분리됩니다.
파지 핵산 외에도 소량의 단백질과 올리고펩타이드 및 폴리아민을 포함한 일부 기타 물질도 박테리아 세포에 주입됩니다. 파지 발생 과정에서 이러한 물질의 역할은 알려져 있지 않습니다. 이들 중 일부는 비리온 조립 중 캡시드 단백질의 단백질 분해 잔재입니다. 박테리아 세포가 환경에서 유리 DNA를 흡수할 수 있다면 파지 게놈은 유리 DNA 분자 형태로 박테리아 세포에 들어갈 수 있습니다. 이 현상을 형질감염이라고 합니다. DNA 분자를 흡수하는 박테리아의 능력은 예를 들어 B subtilis에서 관찰되는 것처럼 일부 성장 단계에서 정상적인 현상으로 발생할 수 있습니다.
어떤 경우에는 이 상태가 대장균과 같이 인위적으로 발생합니다.
형질감염 후 파지 발생 과정은 수용체가 없거나 세포 외피의 다른 특성으로 인해 저항이 발생하지 않는다는 점을 제외하면 정상적인 파지 감염 중에 발생하는 과정과 근본적으로 다르지 않습니다.
감수성 박테리아에 파지 게놈이 유입되면 파지(때때로 박테리아)의 특성과 온도와 같은 환경 조건에 따라 용원성 감염이나 용해성 감염이 발생합니다. 용원성 상호작용의 경우, 비감염성 형태의 파지 게놈이 박테리아 세포에 의해 세대에서 세대로 전달되고, 때때로 해당 비리온이 특정 수의 세포에서 합성되어 이들 세포를 용해시킨 후 다음으로 방출됩니다. 외부 환경. 이러한 비리온으로 재감염된 용원성 세포는 용해되지 않으므로(이 파지에 면역이 있기 때문에) 용원성 배양물은 계속해서 정상적으로 성장합니다. 유리 비리온의 존재는 이 파지에 의해 용해되는 다른 비용원성 박테리아 균주에 세포를 노출시킴으로써 검출할 수 있습니다. 자신이 감염시키는 박테리아를 용원화할 수 있는 파지를 온대성 파지라고 하며, 이 능력이 부족한 파지를 독성 파지라고 합니다. 그러나 중간 정도의 파지라도 감수성 있는 박테리아를 처음 감염시킬 때 다수 또는 심지어 모든 세포에서 생산적인 감염을 일으킨다는 점을 기억해야 합니다. 용원성 발생과 비리온 성숙 및 세포 용해의 방지에는 감염된 모든 박테리아에서 항상 발생하지 않는 일련의 특정 사건이 필요합니다. 용원성 또는 생산적 감염이 발생할 가능성은 파지마다 다르며 배양 조건에 따라 다릅니다.
비리온 구조와 감염 시작 사이의 관계
이 과정의 긴 실(원섬유)은 이것이 부착되는 숙주 세포 표면의 특정 영역을 파지에 의해 특정 인식하는 역할을 합니다. 필라멘트 단백질을 코딩하는 유전자의 돌연변이는 숙주 세포에 부착하는 파지의 능력을 변화시키거나 완전히 상실하게 합니다. 이 과정에서 실의 중요한 역할에 대한 또 다른 증거는 항파지 항혈청을 사용한 실험입니다. 이는 실 끝의 원위 부분의 단백질에 대한 항체만이 파지가 세포에 부착되는 것을 방지한다는 것을 보여주었습니다.
스레드는 헤드가 프로세스에 연결되는 위치에 부착된 "덩굴손"에 의해 중간 부분이 지지되는 방식으로 프로세스를 감싸고 있습니다. 더듬이 단백질의 합성은 아마도 wac 유전자에 의해 암호화될 것입니다. 필라멘트의 끝부분이 세포 수용체와 접촉하면 필라멘트가 펼쳐지거나 곧게 펴질 수 있습니다. 돌연변이 및 선택으로 인해 쉽게 손실되는 T4 파지의 독특한 특성은 "안테나"에서 프로세스 필라멘트의 방출이 보조 인자인 L-트립토판에 의존한다는 것입니다. 트립토판의 농도에 따라 필라멘트의 직선화 및 세포에 대한 파지의 후속 부착의 의존성은 일부 필라멘트와 세포의 접촉이 다른 필라멘트의 방출에 기여할 수 있음을 나타냅니다. 파지와 박테리아 사이의 상호작용의 다음 단계에서는 과정의 기저판의 정확한 공간적 위치가 필요하며, 이는 아마도 6개의 필라멘트 모두가 세포 수용체와 접촉함으로써 보장될 것입니다. 명백하게, 부속물의 실의 도움으로 파지 입자의 부착은 DNA가 도입될 수 있는 부위가 발견될 때까지 세포 표면을 따라 일정한 미끄러짐 운동을 할 수 있게 해줍니다. 이와 관련하여 파지가 세포에 비가역적으로 부착되고 DNA가 세포 안으로 침투하는 현상은 세포질과 외부 막이 강한 접촉을 형성하는 막의 특정 영역(총 약 300개)에서만 발생한다는 관찰이 있습니다. 가벼운 삼투압 충격에 대한 내성이 매우 중요한 것으로 밝혀졌습니다. 이는 아마도 다른 박테리오파지에도 해당될 것입니다. 이들 영역과 막 성분 및 파지 수용체의 합성 부위와의 관계가 무엇인지 알아내는 것이 매우 중요합니다. 파지와 세포 사이의 상호작용의 다음 단계에서, 과정 덮개가 수축되어 막대가 세포막을 관통하게 됩니다. 수축은 기저판에 의해 자극되며, 이는 프로세스 필라멘트의 영향으로 형태가 변경됩니다. 칼집의 144개 하위 단위는 모두 수축 과정에 참여하며 이들의 관절 운동으로 칼집 길이가 절반으로 줄어듭니다. 칼집의 수축을 위한 에너지는 파지와 관련된 ATP 분자에 의해 공급되는 것으로 제안되었지만 이는 아직 결정적으로 입증되지 않았습니다. 막대의 원위 부분은 내부 세포질막에 가까워지지만 반드시 관통하지는 않습니다. 수축된 껍질과 줄기가 노출된 요소 처리된 파지의 DNA는 외부 막과 단단한 껍질이 완전히 제거되거나 대부분 파괴된 대장균 구형체에 침투할 수 있습니다. 고장성 환경에서 수행된 스페로플라스트의 감염은 정상적인 파지 자손의 형성을 유도합니다. 전체 또는 단편화된 파지 DNA 분자가 스페로플라스트에 도입된 후 복제되어 재조합에 참여할 수 있습니다.
당연히 표면 수용체는 구형체의 감염 과정에 관여하지 않습니다. 따라서 요소 처리된 T4 파지는 저항성 E. Coli 돌연변이 또는 심지어 먼 종의 저항성 박테리아를 감염시킬 수 있습니다. 요소로 처리된 파지 입자가 스페로플라스트에 부착되는 것은 포스파티딜글리세롤에 의해 차단되는데, 이는 아마도 세포 내로 DNA 도입을 자극하는 막의 구성 요소일 것입니다.
이미 T 짝수 파지에 감염된 박테리아가 몇 분 후에 동일한 파지에 다시 감염되면 두 번째 파지 파지는 번식에 참여하지 않고(소위 중복 감염 중 배제) 전달되지 않습니다. 그 DNA가 자손에게 전달됩니다. 재감염 동안 세포에 들어가는 파지 입자의 DNA가 파괴되는 것으로 나타났습니다(중감염 동안 파괴). 이들 과정은 모두 숙주 세포에서 활성화된 파지 유전자의 통제하에 있으며, 그 기능은 상응하는 돌연변이에 의해 중단될 수 있습니다.
비리온 조립
파지 발달의 초기 단계와 달리 캡시드와 완전한 비리온의 조립은 파지 유전자의 순차적 발현에 의해 프로그래밍되지 않습니다. 분명히 모든 비리온 단백질과 파지 리소자임과 같은 기타 후기 단백질은 거의 동시에 합성되고 축적되어 "전구체 풀"을 형성합니다. 여기에서 그들은 다른 단백질 분자와의 직접적인 특정 상호 작용을 통해 추출되어 하위 구조가 형성되고 전체 비리온으로 조립됩니다. 일반적인 조립 과정은 돌연변이 파지를 이용한 생체 내 실험 결과와 용해물 연구를 통해 명확해졌습니다. 그러나 시험관 내에서 미리 형성된 파지 전구체를 조립하는 능력이 발견된 이후 이 효율적인 방법을 사용하여 많은 새로운 데이터를 얻었습니다. Virion 조립은 4개의 주요 단계로 구성되어 있으며 특정 임계 지점에서만 서로 상호 작용하는 중간 구조가 형성됩니다.
- 파지 과정의 기본 판은 15개의 단백질로 구성되며, 이 단백질의 합성에는 주요 단백질 외에도 일부 다른 유전자도 참여합니다. 플레이트에 두 가지 파지 코딩 효소(디하이드로폴레이트 환원효소 및 티미딜레이트 합성효소)의 여러 분자와 일정량의 엽산이 포함되어 있다는 것은 매우 흥미롭습니다.
- B4 유전자 단백질이 부착된 후 조립된 기본 플레이트는 유전자 19 생성물의 144개 분자로 구성된 프로세스 막대 조립을 위한 시드 역할을 하며 막대 주위에 덮개가 조립됩니다. 유전자 18 생성물의 144개 분자로 만들어진 중합체는 다른 두 유전자의 생성물이 이 전체 구조를 안정화시킵니다. 조립 중에 로드의 일정한 길이가 어떻게 유지되는지는 명확하지 않습니다. 필요한 거리를 측정하는 다른 선형 단백질이 있거나 기저판과의 접촉이 막대 하위 단위에 특정 막대 크기의 경우에만 최소 자유 에너지를 갖는 특정 형태를 제공하는 것이 가능합니다. 이 마지막 가설은 조립 과정이 순전히 기계적인 것이 아닐 수도 있음을 나타냅니다.
- 10개 이상의 단백질로 구성된 파지 머리 껍질은 많은 유전자의 활동의 결과로 형성됩니다. 주요한 것은 유전자 23의 산물이며, 이는 몰 조각이 절단된 후에만 완성된 머리의 일부입니다. 무게 10,000의 단백질 분해는 주로 유전자 22의 생성물에 의해 수행되며, 또한 아마도 성숙한 비리온에는 없는 유전자 21에 의해 수행됩니다. 그러나 유전자 22 단백질은 본질적으로 자가 소화에 의해 작은 펩타이드로 변환되는 내부 단백질이며, 그 중 일부는 파지 헤드에 남아 있습니다. 유전자 22 단백질에 의해 부분적으로 소화되는 다른 내부 단백질도 있습니다.
- 헤드와 공정의 별도 조립이 완료되면 in vitro와 in vivo에서 자연스럽게 결합됩니다.
- 프로세스 필라멘트는 4개의 유전자의 산물로 구성됩니다. 조립은 독립적으로 이루어지지만 헤드와 프로세스가 연결된 후에만 기초 플레이트에 부착됩니다. 이 반응에는 유전자 63 단백질과 머리와 돌기 사이에 있는 고리에 부착된 "안테나"와의 상호작용이 필요합니다.
파지 머리는 유전자 23 단백질과 다른 단백질에 의해 결정되는 특정 모양을 가지고 있습니다. 해당 유전자의 돌연변이로 인해 구조가 변경됩니다. 파지 74의 정상적인 머리는 불규칙한 정20면체 모양을 가지며, 그 장축을 따라 유전자 23 단백질의 840개 복사본으로 구성된 추가 열이 있습니다. 유전자 20 단백질 하위 단위가 꼭지점에 위치합니다. 이러한 머리 모양은 단백질-단백질 상호작용에 의해 부과되는 특정한 공간적 제한이 있음을 반영합니다. 이러한 제한이 없으면 파지의 구조가 크게 변경됩니다.
박테리오파지 l
박테리오파지 l은 온대 파지입니다. 이는 감염 중에 세포에서 세포로 전달될 수도 있고, 특정 박테리아 균주가 번식하는 동안 한 세대에서 다른 세대로 전염될 수도 있습니다. 후자의 경우, 잠재 파지 게놈을 프로파지라고 하며, 그러한 프로파지를 운반하는 세포를 용원성이라고 합니다. 용원성 배양에서 파지 게놈의 존재는 자발적인 파지 발생이 발생한 세포 집단의 작은 부분에서 파지가 자발적으로 방출되어 감지될 수 있습니다.
파지 1의 천연 숙주는 E. coli K 12 계통이며, 이 계통의 유전학은 잘 연구되어 있습니다. 따라서 파지 l은 용원성(lysogeny)의 성질을 규명하기 위한 집중적인 연구의 대상으로 선택되었다. 원래의 야생 균주 K 12는 파지에 대해 용원성이며, 이 균주에서는 플라크를 형성하지 않으며, 대부분의 용원성 박테리아와 마찬가지로 프로파지로서 포함된 파지에 대해 면역성을 갖습니다. 일반적으로 파지 I은 프로파지에서 "추출된" K 12 균주의 변종에서 재생산됩니다. 이러한 추출된 변이체는 강렬한 방사선 조사에서 살아남는 세포 중에서 소량으로 발견됩니다. 안정적인 용원성 세포주가 형성되면 다음 두 가지 조건이 충족되어야 합니다. 첫째, 프로파지는 세포 분열 중에 각 딸세포가 적어도 하나의 복사본을 받는 상태로 세포에 존재해야 합니다. 파지 1의 경우, 이 문제는 DNA를 박테리아 염색체에 통합함으로써 해결되며, 그 결과 프로파지 DNA는 숙주 세포 장치의 도움으로 수동적으로 복제되고 분리됩니다. 둘째, 세포 완전성을 파괴할 가능성이 있는 제품을 가진 바이러스 유전자는 세포가 안전하게 성장하고 번식할 수 있도록 규제되어야 합니다. 이는 유전자 전사를 억제함으로써 달성됩니다. 파지 1에 대한 용원성 세포에서는 생산적 감염에 필요한 바이러스 유전자 중 어느 것도 전사되지 않습니다. 용원성 배양에서는 매우 적은 양의 바이러스 mRNA만이 검출됩니다.
동물 바이러스
세포 내로 흡착 및 침투
우리가 말하는 바이러스에 관계없이 바이러스 감염의 첫 번째 단계는 전통적으로 흡착, 침투 및 "옷 벗기"(바이러스 껍질 파괴)라고합니다. 흡착은 일반적으로 바이러스와 세포의 일차 접촉으로 이해됩니다. 종종 이 접촉은 처음에는 매우 약합니다(가역적 흡착). 그러면 접촉 강도가 증가합니다 - 비가역적 흡착. 이 용어는 바이러스가 세포에 침투하는 초기 단계를 설명하는 데에도 동일하게 적용됩니다. "침투"라는 용어는 입증되지 않은 비리온의 특정 부분이 공격받은 세포에 대한 활성 효과를 의미하기 때문에 잘못된 것입니다. 많은 경우 실제로 완전히 다른 과정이 일어날 가능성이 더 높습니다. 바이러스 표면과 세포 표면에 위치한 수용체 분자 사이의 물리화학적 상보성으로 인해 바이러스가 세포에 부착되면 세포의 변화가 유도됩니다. 바이러스가 침투하는 데 필요합니다.
동물 바이러스의 흡착에 대한 일반적인 그림
세포(외피 유무 모두)에서 다양한 동물 바이러스의 흡착을 연구하여 얻은 결과는 세포에 바이러스가 부착되는 과정에 대한 다음과 같은 일반적인 그림을 만듭니다. 이 과정은 많은 비리온이 세포 표면과 무작위로 충돌하는 것으로 시작되지만, 10 또는 10 4 중 단 한 번의 충돌만으로 세포 표면의 물리적으로 상보적인 영역과 비리온 사이에 연결이 형성됩니다. 문화 매체의 이온도 이러한 결합 형성에 참여할 수 있습니다. 이러한 연결은 외피 바이러스(예: 마이크로바이러스, 토가바이러스 및 파라믹소바이러스)의 "스파이크"와 같은 특수 바이러스 단백질로 구성된 비리온 표면에 위치한 돌출부 또는 정20면체 상단에서 연장되는 단백질 실(원섬유)에 의해 직접적으로 실현될 수 있습니다. 비리온(예: 일부 아데노바이러스). 세포 수용체와 직접 상호작용하는 비리온 표면의 결합 부위는 개별적인 구조적 바이러스 단백질로 구성될 수도 있고 여러 캡시드 단백질의 모자이크일 수도 있습니다(분명히 피코르나바이러스의 경우입니다). 모든 경우에 수용체는 세포 표면에 위치한 단백질 또는 당단백질입니다. 세포 표면에는 다양한 수용체가 있으며, 각각은 바이러스에 따라 다릅니다. 이들 수용체의 특이성은 절대적인 것이 아니므로 이 특성에 따라 바이러스를 독특한 "군"으로 분류할 가능성이 있습니다. 이러한 특징으로 서로 연관된 바이러스는 다른 특징으로 연관될 수도 있지만, 이 조건이 필수는 아닙니다. 단일 세포의 표면에는 각 유형의 수용체가 104~105개 복사되어 있을 수 있습니다.
세포에 바이러스가 흡착된다는 단순한 사실이 어떤 식으로든 바이러스 감염의 시작을 의미하는 것은 아니라는 점을 강조해야 합니다. 바이러스와 세포 사이의 흡착 중에 형성된 결합은 "약할" 수 있으며 흡착은 "가역적"입니다. 비리온은 세포 표면을 떠날 수 있습니다. 그러나 세포에 흡착된 비리온 중 일부는 더 강한 "돌이킬 수 없는" 결합으로 세포에 결합합니다.
동물 바이러스가 세포에 침투하여 "옷을 벗는" 것입니다.
비리온이 민감한 세포의 표면에 단단히 부착된 후의 다음 단계는 전체 비리온 또는 그 일부가 세포 내로 침투하고 바이러스 특이적 단백질 또는 바이러스 m RNA의 합성이 시작되는 것입니다. 다양한 바이러스의 세포에 대한 초기 결합은 근본적으로 유사한 과정을 기반으로 할 수 있습니다. 반대로, 비리온의 세포 내 침투 및 바이러스 게놈의 활성화는 바이러스마다 다르게 발생할 수 있습니다. 외피 바이러스와 벌거벗은 바이러스가 서로 다른 물리화학적 과정의 결과로 세포에 들어가야 한다는 것은 분명합니다. 외피 바이러스가 세포에 침투하는 것은 아마도 "막 용해" 또는 "융합" 과정과 다소 유사한 과정을 기반으로 하는 것으로 오랫동안 가정되어 왔습니다. 네이키드 비리온과 같은 상대적으로 큰 단백질 구조의 경우 세포로 들어가는 메커니즘은 단 하나뿐입니다. 이는 식균 작용이며 이러한 바이러스는 "viropexis"라고 불리는 식균 작용의 변형으로 인해 세포에 들어가는 것으로 오랫동안 가정되어 왔습니다. ". 최근 몇 년 동안 바이러스가 세포에 침투하는 것과 관련된 또 다른 중요한 세부 사항이 알려졌습니다. 실제로 어떤 경우에는 바이러스의 새로운 구성 요소의 합성을 직접 담당하는 비리온의 유일한 구성 요소가 핵산이고, 다른 경우에는 비리온의 일부인 RNA 또는 DNA 중합효소이기도 합니다.
동물 바이러스의 번식
박테리아 바이러스와 동물 바이러스의 뚜렷한 차이점 중 하나는 단일 복제 주기의 기간이 동일하지 않다는 것입니다. 따라서 가장 빠르게 번식하는 동물 바이러스의 경우에도 단일 재생 주기는 5-6g 동안 지속되고 다른 여러 바이러스의 경우 며칠 동안 지속됩니다. 또한, 많은 바이러스는 숙주 세포와 그 후손에서 바이러스가 지속적으로 형성되지만 숙주 세포가 죽지 않는 지속적인 감염만을 유발합니다. 대부분의 파지의 짧은 생식 주기와 비교하여 동물 바이러스의 긴 생식 주기는 각 숙주 세포의 상대적 크기에 따라 달라질 가능성이 높습니다.
동물 바이러스의 많은 특징은 진핵 세포 구조의 특정 특징과 연관되어 있습니다. 대부분의 DNA 바이러스의 DNA는 세포핵에서 합성됩니다. 반대로 모든 바이러스의 단백질은 예외 없이 세포질에서 합성된다. 바이러스에 의한 세포 감염은 원칙적으로 두 가지 결과를 초래할 수 있습니다. 감염된 세포는 죽어서 대량의 바이러스를 생성하거나(바이러스와 세포 사이의 용해형 상호작용) 계속해서 생존하고 분열하여 소량의 바이러스를 합성할 수 있습니다. 바이러스를 생산하는 복제 세포의 배양을 지속적 감염이라고 합니다. 거의 모든 동물 바이러스는 적절한 조건에서 지속적인 감염을 일으킬 수 있습니다. 더욱이, 많은 바이러스는 세포를 매우 드물게 용해시키고, 일반적으로 감염된 세포에서 안정적인 평형 상태가 확립되어 지속적으로 감염된 세포 배양이 형성됩니다.
성공적인 용균성 감염 동안 기능적으로 활성인 바이러스 특이적 단백질에 의해 실현되는 5가지 명확하게 구분되는 사건이 감염된 세포에서 발생한다는 것이 확립되었습니다. 단일 바이러스 재생 주기 동안 이러한 이벤트는 병렬 또는 순차적으로 발생합니다. 시간적 순서는 각 바이러스의 특정 특성에 따라 결정됩니다. 이는 다음과 같은 사건입니다: 1) 바이러스에 의한 다양한 세포 기능의 억제; 2) 바이러스 mRNA의 합성; 3) 바이러스 게놈의 복제; 4) 비리온의 형태형성; 5) 세포에서 비리온 방출.
Watson과 Crick의 염기쌍 규칙에 따르면 주어진 각 RNA 분자에 대해 상보적인 뉴클레오티드 서열을 쓰는 것이 가능합니다. 바이러스 분류의 편의를 위해 바이러스 m RNA는 일반적으로 "플러스" 가닥으로 지정되고 상보적인 서열은 "마이너스" 가닥으로 지정됩니다. 비리온의 핵산과 mRNA 사이의 구조적 관계에 따라 모든 동물 바이러스는 6개 클래스로 나눌 수 있습니다. 물론 이 분류는 박테리오파지, 곤충 및 식물 바이러스에도 적용될 수 있지만 현재로서는 동물 바이러스에 적용을 제한하는 것이 가장 합리적입니다.
클래스 I에는 우두 바이러스와 같이 이중 가닥 DNA를 포함하는 바이러스가 포함됩니다.
이들 바이러스의 m RNA는 세포 m RNA와 동일한 방식으로 합성됩니다. 바이러스 게놈(이중 가닥 DNA)은 m RNA 합성을 위한 주형 역할을 합니다. 클래스 II에는 단일 가닥 DNA 바이러스가 포함됩니다. 그들의 mRNA는 아마도 비리온 DNA와 뉴클레오티드 구성이 완전히 상동일 것입니다. 따라서 m RNA는 복제 중간 복합체 바이러스의 일부인 DNA의 "마이너스" 가닥에서 전사되어야 합니다. 다른 클래스에는 게놈이 RNA인 바이러스가 포함됩니다. 클래스 III에는 레오바이러스와 같은 이중 가닥 RNA 바이러스가 포함됩니다. 이 RNA는 바이러스 mRNA의 비대칭 합성을 위한 기질 역할을 합니다. 지금까지 발견된 모든 클래스 III 바이러스는 분할된 게놈을 갖고 있는 것으로 밝혀졌습니다. 많은 염색체로 구성되어 있으며 각 염색체는 하나의 폴리펩티드를 암호화합니다. 클래스 IV에 속하는 바이러스는 "플러스" RNA 가닥을 포함합니다. 이들 바이러스의 게놈은 mRNA와 동일한 극성을 가지고 있습니다. 이 클래스의 바이러스는 두 개의 하위 클래스로 나뉩니다. 전형적인 대표자가 소아마비 바이러스인 하위 클래스 Iva의 바이러스에서는 단일 RNA 분자가 번역되는 동안 모든 단백질이 합성됩니다. 생성된 다단백질은 단백질 분해 효소에 의해 절단되어 기능적으로 활성인 단백질을 형성합니다. 이들 바이러스의 모든 mRNA는 RNA 게놈과 길이가 동일합니다. 서브클래스 Ivb의 바이러스는 토가바이러스라고도 합니다. 그들은 세포에서 적어도 두 가지 유형의 바이러스 m RNA를 합성합니다. 한 유형의 m RNA는 비리온 RNA와 길이가 동일하고 두 번째 유형의 m RNA는 비리온 RNA의 단편입니다.
클래스 V 바이러스는 "마이너스"(RNA 바이러스)라고도 합니다. 이들 바이러스의 m RNA의 뉴클레오티드 서열은 비리온의 RNA에 상보적입니다. 결과적으로, 비리온은 mRNA 합성을 위한 주형을 포함하지만 단백질 합성을 위한 주형은 포함하지 않습니다. 클래스 V 바이러스에는 두 가지 하위 클래스가 있습니다. 하위 클래스 Va 바이러스의 게놈은 일련의 m RNA가 전사되는 단일 RNA 분자이며, 지금까지 연구된 이러한 바이러스의 모든 m RNA는 모노시스트론입니다. 하위 클래스 Vb의 바이러스는 분할된 게놈을 가지고 있습니다. 각 게놈 세그먼트는 한 가지 유형의 mRNA 분자만 전사되는 주형 역할을 합니다. 이들 mRNA 중 하나는 멀티시스트린 다단백질을 암호화하고, 다른 mRNA는 폴리시스트론 다단백질을 암호화합니다. 클래스 VI에 속하는 바이러스는 레트로바이러스라고도 합니다. 이것들은 알려진 모든 RNA 함유 바이러스 중에서 가장 특이한 바이러스입니다. 그 이유는 RNA가 전사될 때 평소처럼 RNA가 합성되지 않고 DNA가 m RNA 합성을 위한 주형 역할을 하기 때문입니다. 결과적으로 이들 바이러스의 m RNA와 비리온의 RNA는 극성이 서로 다르지 않으며 일부는 길이가 동일합니다. 이러한 유전 시스템의 놀라운 특성으로 인해 몇 가지 놀라운 결과가 발생합니다.
플러스 - RNA 바이러스:
피코르카바이러스(클래스 IV a)
소아마비 바이러스가 가장 집중적으로 연구되어 온 이 하위 클래스의 바이러스는 집합적으로 피코르카바이러스로 알려져 있습니다. 여기에는 또한 멘고 바이러스, 뇌심근염 바이러스(마우스 피코르카바이러스), 라이노바이러스(소위 감기 및 구제역 바이러스라고 불리는 인간의 급성 호흡기 질환 유형 중 하나를 유발하는 바이러스)가 포함됩니다.
토가바이러스(클래스 IVc)
토가바이러스에는 크기가 다른 두 가지 유형의 m RNA가 형성되는 모든 플러스 RNA 바이러스가 포함됩니다. "토가바이러스"라는 이름은 비리온의 외부 껍질의 특징을 반영합니다. 이 봉투의 합성은 다른 섹션에서 논의되지만 여기서는 이 클래스의 바이러스가 사용하는 RNA 및 단백질 합성 메커니즘에 대해서만 논의합니다. 토가바이러스의 분자생물학으로 넘어가기 전에, 이 그룹의 바이러스가 어떻게 발견되었는지 회상하는 것은 흥미롭습니다. 전염병학자들은 척추동물에게 질병을 일으키는 많은 바이러스가 진드기나 모기에 의해 운반된다는 사실을 발견했습니다.
인간에게 병원성인 토가바이러스는 일반적으로 다양한 동물 종에 고유하며 절지동물 매개체에 물릴 때만 인간에게 전염됩니다. 이 그룹에 속하는 바이러스는 아르보바이러스(“절지동물 매개”를 의미)라고 불렸습니다. 그러나 나중에 이 이름에는 생화학적 특성이 크게 다른 바이러스가 포함된다는 것이 분명해졌습니다. 이들의 공통점은 매개곤충 세포와 특정 척추동물 세포 모두에서 번식할 수 있다는 것입니다. 생화학적 특성에 따르면 아르보바이러스의 주요 부분은 토가바이러스에 속합니다. 혈청학적으로 토가바이러스는 두 그룹(A와 B)으로 나뉘며, 현재 각각 알파바이러스와 플라바이러스라고 불립니다. 토가바이러스에는 아르보바이러스가 아닌 적어도 두 가지 바이러스, 즉 풍진 바이러스와 감염된 동물의 혈액 내 젖산염 탈수소효소 수치를 증가시키는 바이러스가 포함됩니다.
수포성 구내염 바이러스
단점 - RNA 바이러스는 랍도바이러스, 파라믹소바이러스, 오르토믹소바이러스의 세 가지 주요 형태학적 범주로 나뉩니다. 생화학적 전략 측면에서 랍도바이러스와 파라믹소바이러스는 서로 매우 가깝고 잘 연구된 Va형 바이러스의 대부분을 구성합니다. 이 섹션에서는 가장 자세히 연구되었기 때문에 하나의 랍도바이러스인 수포성 구내염 바이러스(VSV)에만 주된 관심을 기울일 것입니다. VSV는 소에게 병원성이지만, 이로 인해 발생하는 질병은 경미하고 심각한 경제적 손실을 초래하지 않습니다. 세포 배양에서 VSV는 빠르게 증식하고 그 수율은 높은 역가에 도달합니다. 이에 감염된 세포는 죽습니다. 민감한 세포가 다른 랍도바이러스 또는 파라믹시바이러스에 감염되면 일반적으로 세포 사멸로 이어지지 않는 지속적인 감염이 발생합니다. 따라서 이러한 바이러스-세포 시스템은 연구하기가 훨씬 더 어렵습니다. 인간 인플루엔자 바이러스 중 가장 잘 알려진 오르토믹소바이러스는 다수의 개별 마이너스 가닥 RNA로 구성된 분할된 게놈을 가지고 있습니다.
VSV 비리온은 다른 모든 토가바이러스의 비리온과 마찬가지로 외부 껍질로 덮여 있지만, 다른 토가바이러스와는 달리 특징적인 총알 모양을 가지고 있습니다. "랍도바이러스"라는 이름은 "막대"를 의미하는 그리스어 어근에서 유래되었으며 이러한 입자의 비대칭성 때문입니다. 총알 모양의 비리온 모양은 뉴클레오캡시드의 모양을 반영합니다. 뉴클레오캡시드는 원통형으로 감겨진 나선형이며 분자량이 있는 하나의 RNA 분자를 포함합니다. 체중 4. 10 6. 이 RNA에는 진핵 바이러스 mRNA의 특징이 전혀 없습니다. 즉, 3번째 말단에 폴리(A) 서열이 없고 5번째 말단에 "캡"이 없습니다. 게다가 전염성이 없습니다. 그 기능은 바이러스 m RNA 합성을 위한 매트릭스 역할을 하므로 RNA의 마이너스 가닥이라는 것입니다. VSV 뉴클레오캡시드는 매우 안정적인 구조로, 그 안에 포함된 RNA는 리보뉴클레아제의 작용으로부터 완벽하게 보호됩니다. 이 바이러스의 뉴클레오캡시드는 전염성이 있지만 구체적인 감염성은 매우 낮습니다. VSV 비리온에는 5개의 서로 다른 단백질이 포함되어 있으며, 감염된 세포에서는 다른 바이러스 단백질이 검출되지 않습니다. 뉴클레오캡시드와 비리온 전체의 단백질 대부분을 차지하는 단백질을 단백질 N이라고 합니다. 뉴클레오캡시드는 단백질 L과 No. 9라고 불리는 두 개의 단백질을 소량 더 함유하고 있습니다. 이들은 단백질 합성에 참여합니다. 바이러스성 RNA. 뉴클레오캡시드와 비리온의 지단백질 외피 사이의 공간은 M 단백질이라고 불리는 또 다른 바이러스 단백질의 분자로 채워져 있습니다. 마지막으로 외피 지질의 이중층 외부에는 G 단백질이 있으며, 이는 바이러스의 정돈된 스파이크 시스템을 형성합니다. 비리온의 표면.
랍도바이러스와는 달리, 파라믹소바이러스는 총알 모양이 아니라 오히려 불규칙한 구형으로, 이는 뉴클레오캡시드의 덜 정렬된 접힘을 반영합니다.
바이러스의 외부 껍질
RNA 바이러스 및 레트로바이러스를 제외한 토가바이러스의 공통 특성은 리보핵단백질 코어를 둘러싸는 지질단백질 외부 껍질이 존재한다는 것입니다. 이러한 외피 형성 메커니즘은 모든 바이러스에 대해 동일합니다. 리보핵단백질은 세포 원형질막의 변형된 부분의 내부 표면에 결합하고, 세포에서 빠져나오면 이 변형된 막으로 둘러싸여 있습니다. 이 과정을 발아라고 하며, 생성된 바이러스 입자는 여전히 원형질막과 결합되어 있지만 새싹이라고 합니다. 세포의 아주 얇은 부분에 대한 전자현미경 사진에서 이러한 새싹은 매우 명확하게 보입니다. 이는 원형질막의 특징적으로 변경된 막을 나타내기 때문입니다.
비리온 구조
외부 껍질을 가진 비리온의 구성에는 점토 단백질, 매트릭스 단백질 및 뉴클레오캡시드 단백질의 세 가지 주요 구조 단백질 클래스가 포함됩니다. 비리온의 거대구조는 뉴클레오캡시드를 둘러싸는 지질 이중층의 표면 특성에 의해 결정됩니다. 지질 이중층의 외부 표면은 당단백질로 덮여 있고 내부 표면은 매트릭스 또는 뉴클레오캡시드 단백질과 접촉되어 있습니다. 바이러스 특이적 지질 대사가 검출되지 않았기 때문에 비리온의 외부 껍질에 포함된 모든 지질은 세포 기원입니다. 비리온 지질의 구성은 숙주 세포 원형질막의 지질과 매우 유사합니다. 여기에는 콜레스테롤, 당지질 및 인지질이 포함됩니다. 다양한 종의 세포는 원형질막의 지질 성분이 크게 다릅니다. 따라서 특정 세포에서 형성된 바이러스의 지질 구성은 원형질막의 지질 구성과 정확히 일치합니다.
다양한 바이러스의 외피에 포함된 당단백질은 특정 특성과 모든 바이러스 당단백질에 공통적인 특성을 모두 가지고 있습니다. 이들 모두는 비리온의 외부 표면에 위치하며 프로테아제의 영향으로 제거될 수 있습니다. 프로테아제는 손상되지 않은 비리온에서 당단백질만을 절단하기 때문에 이러한 바이러스 단백질 분자만이 지질 이중층에서 돌출된다는 것이 분명합니다. 프로테아제는 당단백질 분자의 일부만 제거한다는 점에 유의해야 합니다. 다른 부분인 "다리"는 소수성이 높은 폴리펩타이드로 구성되어 있으며 지질 이중층에 잠겨 있어 프로테아제가 접근할 수 없습니다.
비리온 조립
비리온 형성의 첫 번째 단계에서 개별 단백질의 합성이 발생합니다. 세 가지 클래스 각각의 단백질은 분명히 서로 독립적으로 합성되며 종종 별도의 m RNA로 합성됩니다.
당단백질은 막에 결합된 mRNA에서 형성되며 세포 내에서 자유 상태에서는 결코 발견되지 않습니다. 단백질 분자는 거친 소포체에서 매끄러운 소포체로 이동한 다음 아마도 골지체로 이동하고 마지막으로 세포의 원형질막으로 이동하면서 "성숙"됩니다. 단백질에 탄수화물이 부착되는 것은 단백질이 세포내 막을 따라 이동할 때 발생합니다. 그들은 결국 세포 표면으로 나타나 원형질막의 액체 지질 이중층에서 자유롭게 떠다닐 수 있습니다.
이 종류의 바이러스는 곰팡이, 고등 식물, 곤충 및 척추 동물에서 발견되었습니다. 이들 바이러스에는 지질이 포함되어 있지 않습니다. 이들의 캡시드는 내부(코어)와 코어 주위에 껍질을 형성하는 외부의 두 층으로 구성됩니다. 코어에는 이중 가닥 RNA의 많은 세그먼트와 유전적 기능이 없는 것으로 보이는 다양한 수의 작은 올리고뉴클레오티드가 포함되어 있습니다. 가장 철저하게 연구된 것은 인간 레오바이러스로, 일반적으로 명백한 병리학적 증상을 일으키지 않습니다. 예외는 어린이의 위장염 동안 분리된 레오바이러스 유사 물질인 것 같습니다. 그럼에도 불구하고 이러한 바이러스는 인체에서 분리되는 경우가 많으며 실험실 조건에서 잘 번식합니다. 이중 가닥 RNA를 함유한 개별 식물 및 곤충 바이러스에 대한 일부 데이터도 얻었습니다.
동물 바이러스의 재생산.
정상 세포에는 RNA 바이러스와 동등한 유전 시스템이 없기 때문에 이러한 바이러스는 게놈의 전사 및 복제에 필요한 효소를 합성하는 경우에만 번식할 수 있습니다. 반대로 DNA 함유 바이러스의 경우 m RNA의 합성은 정상 세포의 m RNA와 동일한 방식으로 발생합니다. 그들의 게놈과 세포의 게놈의 복제는 형식적으로도 매우 유사합니다. 더욱이 대부분의 바이러스의 DNA와 세포 DNA의 전사와 복제는 핵에서 발생합니다. 세포와 DNA 바이러스의 기본 과정의 유사성은 DNA 바이러스의 재생산을 위해 감염되지 않은 세포에 없는 특별한 효소를 유도할 필요가 없음을 시사합니다. 따라서 DNA 바이러스가 번식하려면 캡시드 단백질이 존재하면 충분하므로 이러한 바이러스의 게놈은 캡시드를 암호화하는 유전자로만 구성될 수 있습니다. 그러나 이러한 단순한 DNA 바이러스가 존재하더라도 대부분의 DNA 바이러스의 수명주기는 훨씬 더 복잡하다는 점을 강조해야 합니다. 서로 다른 DNA 바이러스는 크기와 구조의 복잡성 모두에서 서로 크게 다릅니다. 가장 작은 DNA의 분자량은 1.5x10 6 달톤에 불과하고 가장 큰 DNA의 분자량은 100배 이상입니다. 바이러스 게놈이 커질수록 점점 더 복잡해집니다. 전체 유전자 수가 증가하고 DNA 복제 메커니즘이 더욱 복잡해집니다.
작은 DNA 바이러스는 집중적으로 번식할 수 있기 때문에 큰 DNA 바이러스가 출현한다는 사실 자체가 놀라운 것 같습니다. 바이러스가 게놈을 확대함으로써 얻을 수 있는 이점 중 하나는 세포에 대한 의존도를 줄이는 것입니다.
파보바이러스
이러한 제한은 이러한 바이러스의 영향을 받는 세포 유형과 관련이 있습니다. 파보바이러스는 배아의 발달 이상과 신생아의 성장 조직 결함을 유발합니다. 이는 또한 장 기능 장애를 유발하는데, 이는 아마도 빠르게 분열하는 선와 세포에서 증식의 결과일 것입니다.
결함이 있는 파보바이러스는 헬퍼 아데노바이러스에 감염된 세포에서만 번식하며 세포 주기 단계와 무관합니다. 그들의 도우미 바이러스는 아데노바이러스일 수 있습니다. 헤르페스바이러스는 또한 헬퍼 바이러스의 필요한 기능 중 일부를 수행할 수 있지만 이 경우 파보바이러스의 완전한 감염성 입자가 형성되지 않습니다. 이러한 이유로 결함이 있는 파보바이러스를 "아데노 관련" 바이러스(AAV)라고도 합니다.
자율 파보바이러스와 결함 파보바이러스의 특징적인 차이점 중 하나는 전자의 게놈이 고유한 DNA 단일 가닥으로 표시되고, 결함 파보바이러스의 게놈은 서로 상보적인 등몰량의 단일 가닥 DNA 분자로 표시된다는 점입니다. 혼성화 과정에서 AAV 비리온으로부터 분리된 단일 가닥 DNA 분자는 쉽게 이중 가닥 DNA 분자로 전환됩니다. 파보바이러스 비리온의 크기는 리보솜과 비슷하며 직경은 20 nm입니다. 이들 바이러스의 지질이 없는 캡시드는 다양한 길이의 세 가지 폴리펩티드로 구성됩니다. 가장 큰 것의 분자량은 90,000 달톤입니다. 펩타이드 지도로 판단하면 작은 폴리펩타이드는 큰 폴리펩타이드의 일부입니다. 따라서 바이러스 m RNA는 mol의 폴리펩티드만을 암호화하는 것으로 믿어집니다. 무게는 90,000입니다.
파포바바이러스
파포바바이러스는 이 그룹에 속하는 철저하게 연구된 발암성 바이러스인 폴리오마 바이러스와 SV40으로 인해 가장 잘 알려져 있습니다. 이는 매우 좁은 범위의 포유류 세포에서만 번식합니다. 일반적으로 이러한 바이러스의 발암 특성을 연구할 때 의미하는 바는 시험관 내에서 세포를 변형시키는 능력입니다. 바이러스는 변형되는 종의 세포를 감염시키지만 증식하지 않으므로 용해를 일으키지 않습니다.
파포바바이러스 그룹에는 폴리오마 바이러스 및 SV40 외에도 여러 다른 바이러스가 포함됩니다. 이 그룹은 토끼 유두종 바이러스, 폴리오마 바이러스(po) 및 공포성(VA) 원숭이 바이러스, 유형 40(SV40)의 세 가지 바이러스의 이름에서 파포바바이러스라는 이름을 얻었습니다. SV40이 때때로 인간 세포를 감염시키기는 하지만 이들 바이러스는 인간에게 질병을 일으키지 않습니다. 세 가지 다른 파포바바이러스(JC 바이러스, BK 바이러스, 사마귀 바이러스)가 인간에게 널리 분포되어 있습니다. JC 바이러스는 인간 중추신경계의 진행성 퇴행성 질환의 원인균으로 의심됩니다. BK 바이러스는 면역억제제를 복용하는 개인의 소변에서 흔히 발견되지만, 아직까지 인간의 병리와 관련이 있는 것은 아닙니다. 인간 사마귀 바이러스는 동물 유두종 바이러스와 마찬가지로 표피의 양성 증식만을 유발합니다.
파폴로마 바이러스는 세포 배양에서 잘 번식하지 못하므로 지금까지는 물리적 특성만 연구되었습니다. 이들의 DNA는 SV40 및 폴리오마 바이러스의 DNA보다 다소 큰 것으로 확인되었습니다.
아데노바이러스
아데노바이러스 비리온은 파포바바이러스보다 608배 더 많은 DNA를 함유하고 있고 아데노바이러스 게놈은 이에 상응하는 더 많은 수의 단백질을 암호화하지만 이들 바이러스의 재생산 주기는 본질적으로 유사합니다. 따라서, 파포바바이러스와 같은 아데노바이러스는 초기 거대분자의 합성을 후기 거대분자 및 이들의 mRNA의 합성으로 전환하는 것을 제어하는 메커니즘을 가지고 있습니다. 또한 바이러스 DNA의 두 가닥 모두에서 판독됩니다. 그러나 아데노바이러스의 DNA는 선형 분자이므로 복제 메커니즘은 파포바바이러스의 DNA 복제 메커니즘과 달라야 합니다. 파포바바이러스의 DNA와는 대조적으로, 아데노바이러스 DNA의 재조합 빈도는 상당히 높기 때문에 후자는 공식적인 유전학 방법을 사용하여 연구될 수 있습니다.
아데노바이러스의 다양성
아데노바이러스는 다양한 동물 종에서 분리되었습니다. 더욱이, 이들 각각의 종으로부터 다양한 아데노바이러스가 분리되었습니다. 따라서 인간 아데노바이러스 중에서 31개의 혈청학적 유형이 확인되었습니다. 그러나 분자생물학적 측면에서 아데노바이러스는 매우 유사하므로 추가 논의에서는 이들을 구별하지 않겠습니다. 아데노바이러스는 주로 급성 호흡기 질환을 유발합니다. 인간 아데노바이러스의 일부 혈청형을 햄스터에 투여하면 종양이 발생합니다. 거의 모든 아데노바이러스 계통은 배양 시 쥐 섬유아세포의 변형을 일으킬 수 있지만 이들 바이러스 중 어느 것도 인간의 악성 종양과 관련이 없습니다. 위에서부터 아데노바이러스는 인간에게 호흡기 질환을 일으키는 감염체, 종양을 일으킬 수 있는 바이러스, 분자생물학적 연구의 대상 모두로서 관심을 끌고 있다는 것이 분명합니다.
아데노바이러스 비리온은 우아한 구조로 구별됩니다. 14가지 유형의 단백질이 바이러스 입자 합성에 관여합니다. 이 숫자에는 비리온 표면의 구성 요소인 헥손, 펜톤 및 원섬유를 구성하는 단백질도 포함됩니다.
헤르페스 바이러스
번식 특성은 매우 다르지만 형태학적으로나 DNA 함량은 매우 유사한 헤르페시바이러스는 생화학적으로 균질한 그룹의 일부를 형성합니다. 감염된 세포의 용해를 일으키는 헤르페스 바이러스가 가장 자세히 연구되었습니다. 여기에는 단순 포진 바이러스 유형 1 및 2와 빠르게 번식하는 다수의 동물 헤르페스 바이러스가 포함됩니다. 용해를 일으키지 않는 이 그룹의 바이러스 중에서 가장 많이 연구된 것은 감염성 단핵구증을 일으키는 Epstein-Barr 바이러스입니다. 이 바이러스는 버킷 림프종과 비인두 암종이라는 두 가지 유형의 인간 종양 세포에서 지속적으로 분리됩니다. 많은 세포의 배양에서 증식하여 용해를 일으키는 단순 포진 바이러스 유형 1 및 2와 달리 Epstein-Barr 바이러스는 영장류 B 림프구에만 감염되고 모든 세포에서 증식하지는 않습니다.
헤르페스 바이러스의 DNA는 적어도 49개의 서로 다른 단백질을 암호화하며, 이 단백질의 합성에는 바이러스 게놈의 거의 전체 암호화 능력이 사용됩니다. 그러한 복잡한 시스템의 생리학을 연구하는 것은 쉬운 일이 아닙니다.
폭스바이러스
위에서 논의한 모든 DNA 함유 바이러스의 경우 DNA는 감염된 세포의 핵에서 합성되고 그곳에서 비리온이 성숙됩니다. 폭스바이러스 번식의 모든 단계는 세포질에서만 발생합니다. 결과적으로 폭스바이러스의 번식은 "핵" DNA 바이러스와는 완전히 다른 조건에서 발생합니다. 다양한 폭스바이러스가 알려져 있습니다. 이들 중 인간에게 가장 중요한 것은 천연두 바이러스입니다. 그러나 우두 바이러스와 관련 토끼두창 및 우두 바이러스는 가장 자세히 연구되었습니다. 모든 폭스바이러스에는 공통 항원이 있습니다.
폭스바이러스 복제의 자율성
감염된 세포를 전자현미경으로 관찰한 결과 폭스바이러스의 증식은 세포질에만 국한되어 있는 것으로 나타났습니다. 이는 이 그룹의 바이러스의 거의 전체 재생산 주기가 사이토칼라신 B의 영향으로 인해 핵이 없는 세포에서 실현될 수 있다는 사실에 의해 가장 확실하게 입증됩니다. 이러한 단편의 감염은 바이러스 DNA의 합성으로 이어지며 그 안에 있는 많은 바이러스 단백질은 무핵 세포에서 합성되지 않습니다. 결과적으로, 폭스바이러스는 세포의 기능적 활동의 중심을 핵에서 세포질로 옮깁니다. 이를 위해서는 바이러스가 광범위한 특정 정보를 갖고 있어야 하며, 폭스바이러스는 그러한 정보를 갖고 있으며, 이는 암호화하고 합성하는 단백질의 수로 표현됩니다. 이에 따라 이러한 바이러스의 DNA 분자량은 다른 동물 바이러스보다 크며 이 바이러스의 번식은 다양한 효소의 활성 시작과 관련이 있습니다. 세포질에서 번식하는 폭스바이러스는 여러 면에서 "핵" DNA 바이러스보다는 RNA 바이러스에 더 가깝습니다. 실제로 일부 RNA 바이러스와 마찬가지로 폭스바이러스의 재생산은 비리온 자체에 포함된 RNA 중합효소에 의한 비리온 DNA의 전사로 시작됩니다. 비리온에는 전구체 RNA를 기능적으로 활성인 m RNA로 전환하는 데 필요한 모든 효소가 포함되어 있습니다.
레트로바이러스
레트로바이러스는 RNA 바이러스와 DNA 바이러스의 특성을 모두 가지고 있습니다. 레트로바이러스의 비리온에는 RNA가 포함되어 있지만 세포 내부에는 숙주 세포의 게놈과 통합된 DNA 형태로 존재합니다. 본질적으로, 이들 바이러스의 RNA는 세포에 들어가면 유전자로 변환되어 안정적인 통합 DNA 분자 형태로 후손에게 전달될 수 있습니다. 이러한 방식으로 유전되는 DNA 바이러스는 발견되지 않았습니다. 왜냐하면 모든 DNA 바이러스는 생산적인 감염을 일으키고 이들이 증식하는 세포를 죽이기 때문입니다. DNA 함유 바이러스는 "비생산적" 바이러스 감염의 경우에만 숙주 세포의 게놈에 통합될 수 있습니다. 반면에 레트로바이러스는 다른 많은 RNA 바이러스처럼 출아를 통해 번식하며 숙주 세포를 죽이지 않고 생산적인 감염을 유지합니다. 지금까지 말한 바에 따르면, 이러한 바이러스의 번식 메커니즘을 이해하는 것이 불가능한 문제를 해결하지 않고는 RNA 바이러스에서 DNA 유전자로 전환되는 방식이 핵심 문제라는 것이 분명합니다. 이 과정을 역전사라고 부르는데, 여기서 생물학적 정보의 흐름 방향이 바뀌기 때문입니다.
다양한 레트로바이러스가 발견되었습니다. 그들 중 일부는 악성 종양을 일으킬 수 있습니다. Rous 육종 바이러스와 닭과 생쥐에서 백혈병을 일으키는 바이러스는 다른 바이러스보다 더 잘 연구되었습니다. 알려진 모든 RNA 바이러스 중에서 레트로바이러스만이 악성 종양을 일으킬 수 있습니다. 많은 레트로바이러스가 악성 질환이나 기타 임상적으로 중요한 질병을 일으키지 않음에도 불구하고 일반적으로 이를 일반 용어로 "종양 RNA 바이러스"라고 부르는 이유는 바로 이 때문입니다. 따라서 재생산 방식에 의해서만 하나의 분류군으로 통합된다. 다른 바이러스 그룹과 마찬가지로 다양한 유형의 레트로바이러스도 비리온의 크기와 형태학적 특성, 단백질 수, 민감한 숙주의 범위가 서로 다릅니다.
세포 수준에서 바이러스 감염의 영향
동물 바이러스가 세포에 미치는 영향에는 세 가지 유형이 있습니다. 가장 쉽게 감지되는 것은 다양한 세포 소기관에 대한 광범위한 손상을 특징으로 하는 파괴적 또는 세포용해 효과입니다. 아마도 바이러스 특정 거대분자는 1차 손상을 유발하여 세포 자체의 대사 산물이 참여하는 일련의 2차 파괴 과정을 수반합니다. 가능한 결과 스펙트럼의 반대편에는 바이러스에 감염된 세포가 무한정 분열할 수 있는 능력을 획득하는 변형 현상이 있습니다. 분명히 이것은 바이러스 게놈 또는 그 일부가 세포 게놈과 안정적으로 통합되어 사망으로 이어지지 않은 결과입니다. 형질전환된 세포는 종종 세포 분열을 조절하는 메커니즘의 통제를 벗어나게 됩니다. 게놈이 세포의 염색체에 포함되지 않은 일부 바이러스의 작용은 뚜렷한 파괴 효과와 변형 효과 사이의 중간 위치를 차지합니다. 이러한 경우, 감염된 세포는 일정 기간 동안 계속 기능하며, 적어도 한 경우(파라믹소바이러스에 감염된 경우)는 바이러스를 생성하는 동시에 계속해서 성장하고 분열합니다(“지속적 감염”). 바이러스의 유도 효과에 대해 이야기할 수 있는 또 다른 범주의 세포 반응이 가능합니다. 많은 바이러스는 바이러스 게놈이 아닌 세포 게놈에 의해 암호화되지만 바이러스 감염에 반응하여 세포에 의해 명백히 합성되는 단백질을 감염된 세포에서 형성하도록 유도할 수 있습니다. 이러한 유형의 반응은 바이러스와 세포의 상호 작용의 최종 결과와 반드시 연관되는 것은 아닙니다.
바이러스의 세포작용: 생화학적 데이터.
많은 바이러스가 숙주 세포에 극적인 파괴적인 변화를 일으킨다는 사실을 알고 생화학자들은 모든 세포 단백질인 RNA와 DNA의 합성이 중단되는지 여부와 중단된다면 어떤 순서로 중단되는지에 대한 질문에 관심을 갖게 되었습니다. 대답은 다음과 같이 요약됩니다.
- 서로 다른 바이러스는 서로 다른 메커니즘을 사용하여 세포 단백질의 합성을 억제할 가능성이 높습니다. 이러한 억제의 정도와 시기도 다양합니다.
- 종종 바이러스는 세포 RNA의 축적을 차단하여 pre-r RNA 처리를 중단하지만 합성에는 영향을 미치지 않습니다. 세포 내 tRNA 생산은 종종 감소되지 않습니다. 많은 경우 세포 mRNA의 합성이 중단되지만 이러한 중단의 메커니즘은 완전히 불분명합니다.
- 세포 DNA 합성의 개시는 종종 억제되지만, 일부 바이러스 감염 중에는 이미 S기에 들어간 세포가 DNA 합성 주기를 완료할 수 있고, S기를 통과한 세포도 유사분열을 거칠 수 있습니다. 세포 DNA 합성의 억제는 아마도 단백질 합성 중단의 부차적인 결과일 것입니다. 왜냐하면 DNA 합성은 단백질 합성이 동시에 계속되는 경우에만 발생하기 때문입니다.
인터페론
여기서 인터페론을 바이러스 감염에 반응하여 세포에 의해 합성되고 다른 세포에 감염에 대한 저항성을 부여하는 단백질로만 간주하면, 이는 인터페론 발견의 역사와 오랫동안 알려진 바이러스 간섭 현상과의 연관성을 무시하는 것을 의미합니다.
동물은 동일한 바이러스의 덜 독성이 강한 변종이나 관련되지 않은 다른 바이러스에 동시에 또는 이전에 감염된 결과로 종종 한 바이러스의 독성 효과로부터 보호받는 것으로 오랫동안 알려져 왔습니다. 처음으로 이 현상은 신경성 균주의 재생산에 대한 인플루엔자 바이러스의 비신경성 균주의 억제 효과를 연구할 때 정량 분석을 거쳤습니다. 이 효과는 살아있는 바이러스뿐만 아니라 자외선을 조사한 인플루엔자 바이러스에 의해 닭 배아에 감염성 인플루엔자 바이러스가 형성되는 것에서도 나타납니다.
Isaacs와 Lindeman은 조사된 바이러스가 도입된 닭 배아의 요막액에도 간섭 활성이 있음을 발견했습니다. 이 활동을 담당하는 물질의 이름은 인터페론입니다. 이는 닭 배아와 세포 배양 모두에서 다양한 RNA 및 DNA 바이러스의 번식을 차단합니다. 인터페론은 또한 많은 동물의 몸에서도 생산됩니다. 또한 양은 매우 다르지만 정상 세포와 악성 세포 모두의 다양한 세포 유형을 시험관 내에서 합성합니다. 특히 인터페론의 좋은 생산자는 마우스 L 세포와 인간 섬유아세포의 특수하게 자란 계통일 수 있습니다. 또한 혈액 속을 순환하는 백혈구에서도 다량의 인터페론이 생성됩니다. 마지막으로, 박테리아 내독소와 같은 다양한 비특이적 독성 물질이 체내에 도입되면 바이러스의 증식을 억제하는 물질(인터페론일 가능성이 가장 높음)이 혈청에 빠르게 나타나기 때문에 일부 조직에서는 분명히 인터페론을 축적합니다. .
한때 인터페론은 물에만 특이적으로 작용한다고 믿었지만 이는 사실이 아니었습니다. 예를 들어, 인간과 원숭이 인터페론은 인간과 원숭이 세포를 모두 바이러스로부터 보호하며, 이는 인간과 다양한 설치류와 같이 서로 더 멀리 떨어져 있는 종의 인터페론에도 적용된다는 것이 나중에 밝혀졌습니다. 그러나 이종 인터페론의 효과는 매우 다양합니다.
특정 바이러스의 보호 정도는 인터페론이 아닌 세포 유형에 따라 결정됩니다. 인간 인터페론은 Semliki Forest 바이러스보다 수포성 구내염 바이러스로부터 인간 세포를 더 잘 보호하며, 유인원 인터페론이 인간 세포를 보호할 때에도 동일한 비율이 관찰됩니다. 대조적으로, 원숭이 세포는 두 인터페론 중 어느 것이 추가되는지에 관계없이 첫 번째 바이러스보다 두 번째 바이러스로부터 더 큰 보호를 받습니다.
인터페론은 매우 활동적인 단백질입니다. 이미 10-11M 농도의 인간 인터페론은 인간 섬유아세포에서 수포성 구내염 바이러스의 증식을 예방합니다. 비교를 위해 인슐린, 글루카곤 등과 같은 폴리펩티드 호르몬은 5x10 -10 ~ 1x10 -8 M의 농도에서 생리학적으로 활성을 갖는다는 점을 상기해 보겠습니다.
인터페론을 완전히 정제하지 않고도 인터페론의 이질성을 입증할 수 있습니다. 인간과 같은 한 종의 세포에서 생성된 인터페론은 토끼와 같이 매우 먼 다른 종의 세포를 바이러스로부터 보호할 수 있습니다. Stewart와 Desmyter는 인간과 토끼 세포를 바이러스로부터 보호하는 인간 백혈구 인터페론의 분자량을 결정했습니다. 조제품에서 그들은 1mol의 두 가지 유형의 활성 분자를 발견했습니다. 비늘은 각각 약 21,000과 15,000입니다. 인간 세포에 대한 작은 분자의 활성은 토끼 세포에 대한 것보다 20배 더 컸으며, 두 경우 모두 더 큰 분자의 활성은 동일했습니다. 또한 부두와 인터페론. 무게가 15,000인 이 물질은 이황화물 다리를 파괴하는 B-메르캅토에탄올과 mol의 인터페론 활성에 의해 완전히 비활성화되었습니다. 21,000의 무게는 변하지 않았습니다. 따라서 많은 세포(대부분은 아닐지라도)는 인터페론 활성을 갖는 두 가지 유형의 폴리펩티드를 생산합니다. 인터페론 합성 유도와 인터페론에 의한 세포의 "항바이러스" 상태 유도는 밀접하게 관련되어 있지만 아마도 다른 현상일 것입니다. 바이러스에 저항성을 갖게 된 세포는 인터페론을 생산할 수 있습니다. 그러나 세포의 저항성을 담당하는 것은 인터페론 자체가 아니라 다른 단백질인 것이 거의 확실합니다. 왜냐하면 인터페론을 첨가한 순간부터 바이러스에 대한 저항성이 완전히 나타날 때까지 많은 시간이 걸리고 그 후에는 세포가 검출 가능한 단백질을 생산하지 못할 수 있기 때문입니다. 인터페론의 양. 그러나 인터페론으로 보호된 세포에 바이러스를 추가하면 해당 세포에서 인터페론이 추가로 생성될 수 있습니다.
바이러스에 대한 세포 저항성의 인터페론 유도
인터페론 합성이 사멸된 바이러스 또는 폴리뉴클레오타이드에 의해 유도되는 시험관 내 배양 세포도 바이러스에 대한 내성을 갖게 됩니다. 또한, 인터페론에 노출된 많은 세포는 바이러스에 감염되면 매우 많은 양의 추가 이 물질을 생성합니다. 그러나 일부 원숭이 세포는 원숭이 인터페론에 노출된 후 바이러스에 대한 저항성을 갖게 되었지만 검출 가능한 양의 인터페론을 생성하지 못하고 폴리(e)폴리(c) 및 기타 이중 가닥 RNA에 노출된 후 바이러스에 대한 저항성을 얻지 못합니다. 또한, 이 계통의 세포는 대부분의 다른 원숭이 신장 세포와는 달리 풍진 바이러스에 감염된 후에도 다른 많은 바이러스에 대한 내성을 가지지 않습니다. 또한 폴리(e)폴리(c)를 사용한 인터페론 유도와 배양물에 항인터페론 항체를 첨가하는 경우 세포가 바이러스 감염에 대한 저항성을 가지지 않는 것으로 나타났습니다.
이러한 모든 데이터는 바이러스에 대한 저항성을 생성하기 위해서는 소량의 인터페론이 세포 표면에 존재해야 함을 시사합니다. 폴리(e)폴리(c)에 의해 저항이 유발되면 인터페론이 먼저 형성되고, 이후 이 인터페론이 저항 상태를 유도할 가능성이 있습니다. 그러나 이 상태가 완전히 형성된 후에는 세포에 의한 인터페론의 형성을 감지할 수 없으며, 인터페론을 다시 첨가하지 않으면 저항성이 사라진다. 다른 여러 실험의 결과도 인터페론이 세포막과 상호작용하여 바이러스에 대한 세포 저항성을 유도한다는 가설을 뒷받침합니다.
바이러스에 대한 세포 저항성의 분자적 기초.
인터페론 유발 저항성은 다양한 DNA RNA 바이러스로부터 세포를 보호하지만 보호 정도는 바이러스마다 다릅니다. 또한, 서로 다른 바이러스로부터 동일한 배양액의 세포를 비슷한 수준으로 보호하려면 서로 다른 양의 인터페론이 필요합니다. 지질을 함유한 외피를 갖고 있는 Myxoviruses, togaviruses 및 vaccinia virus는 아데노바이러스 및 장내 바이러스보다 인터페론 작용에 더 민감합니다. 그러나 헤르페스 및 뉴캐슬병 바이러스를 포함한 다수의 외피 바이러스는 인터페론에 대한 내성이 더 강합니다. 가장 안정적인 작은 RNA 함량 정20면체 바이러스. 인터페론은 바이러스를 흡착하여 세포 내로 침투한 후 바이러스 감염을 차단합니다. 인터페론은 RNA와 DNA 바이러스의 복제를 모두 억제할 수 있으므로 모든 바이러스에 공통적인 과정인 세포 리보솜의 바이러스 mRNA 번역을 억제한다고 가정하는 것이 논리적입니다. 이러한 종류의 효과는 세포 mRNA와 바이러스 mRNA를 구별할 수 있는 항바이러스 단백질의 참여로 실현될 수 있다. 그러나 인터페론으로 처리된 세포 추출물의 단백질 합성을 연구할 때 이러한 시스템이 일반적으로 세포 mRNA를 번역하지만 바이러스 mRNA는 번역하지 않는다는 설득력 있는 데이터를 얻지 못했습니다. 따라서, 바이러스 mRNA 번역의 선택적 억제에 의한 인터페론의 효과를 설명하는 가장 간단한 가설의 매력에도 불구하고, 단일의 단순한 메커니즘이 바이러스 감염에 대한 세포 저항성에 대해 알려진 모든 데이터와 일치하지 않는다는 점을 인식해야 합니다.
인터페론에 노출된 후 백시니아 바이러스에 감염된 세포에서 비리온 DNA 의존성 RNA 폴리머라제에 의한 "초기" m RNA의 합성은 억제되지 않지만, 이러한 m RNA는 번역되지 않으며 초기 바이러스 단백질의 합성이 일어나지 않습니다. 세포가 레오바이러스에 감염되면 다량의 인터페론은 바이러스 m RNA의 합성을 아주 약간만 억제하고 그 번역을 훨씬 더 강력하게 억제합니다. 그러나 두 경우 모두 바이러스 m RNA가 적절하게 변형되었다는 사실은 나타나지 않았습니다. 메틸화된 RNA가 3-말단 "캡"에 부착되거나 (백시니아 바이러스의 경우) 폴리(A) 사슬이 3-말단에 추가되었습니다. 따라서 바이러스에 대한 저항성이 유도될 가능성은 번역 장치의 변화가 아니라 결함이 있는 바이러스 mRNA의 형성과 관련이 있습니다.
인터페론의 참여 없이 바이러스의 간섭
일부 바이러스 감염은 관련되지 않은 다른 바이러스, 경우에 따라 관련 바이러스의 동일한 세포에서 후속 복제 가능성을 배제합니다. 이 현상을 간섭이라고 불렀습니다. 인터페론의 작용과 달리 이는 바이러스 감염에 대한 세포 게놈의 반응과 관련이 없지만 첫 번째 바이러스는 동일한 세포에서 다른 바이러스의 번식을 방지하는 세포 내 특정 생성물을 형성한다는 사실과 관련이 있습니다. 서로 다른 바이러스의 많은 쌍별 조합이 연구되었습니다. 대부분의 경우 간섭은 두 번째 바이러스의 m RNA 번역 차단으로 인한 것 같습니다. 그러나 어떤 경우에는 첫 번째 바이러스가 두 번째 바이러스가 세포의 원형질막을 적절하게 침투하는 능력을 차단합니다.
원인이 되는 다양한 병원체와 질병
병원성 바이러스에 대한 간단한 분류 시스템을 구축하려는 시도는 아직까지 성공하지 못했습니다. 한 종류의 바이러스에 의해서만 발생할 수 있는 임상증후군은 없으며, 특정 조직에만 영향을 미치는 바이러스군도 없습니다. 예를 들어, 경미한 상부 호흡기 질환은 피코나바이러스(소위 감기를 유발하는 리노바이러스), 아데노바이러스, 점액바이러스(인플루엔자 바이러스), 파라믹소바이러스(호흡기 세포융합 바이러스) 및 기타 외피 레오바이러스(예: 코로나 바이러스)에 의해 발생할 수 있습니다. 간은 토가바이러스(예: 황열병 바이러스) 및 간염 바이러스(아마도 DNA와 지질을 포함하고 있음)의 영향을 받을 수 있습니다. 마비 및 사망으로 이어지는 신경계 질환은 토가바이러스(이 그룹에는 수십 가지의 다양한 뇌염 원인 물질이 포함됨), 랍도바이러스(예: 광견병 바이러스), 피코르나바이러스(소아마비 바이러스) 및 기타 여러 바이러스에 의해 발생할 수 있습니다. 심한 피부 발진을 동반하는 전신 바이러스 질환에는 아마도 가장 위험한 바이러스 감염인 천연두와 홍역, 수두, 풍진과 같은 흔하고 가벼운 질병이 포함됩니다. 최근까지 개발도상국에서 많은 사람의 목숨을 앗아간 천연두 바이러스는 폭스바이러스군을 대표하는 대표적인 바이러스다.
급속히 진행되는 질병의 원인균인 홍역 바이러스(때때로 중추신경계에도 영향을 주지만)가 파라믹소바이러스이고, 주로 발진으로 나타나는 경미한 질병인 풍진 바이러스가 토가바이러스이다. "수두"라고 불리는 질병은 실제로 천연두 바이러스와 전혀 관련이 없는 헤르페스 바이러스에 의해 발생합니다. Etol은 전염성이 매우 높은 바이러스로 거의 항상 임상적으로 명백한 질병을 유발합니다.
지속적인 감염
위에서 언급한 대부분의 바이러스 감염은 며칠 또는 최대 2~3주 내에 해당 증상이 나타납니다. 이 질병은 급성입니다. 그것은 어느 정도 갑자기 시작되어 상당히 짧은 시간 동안 지속됩니다. 그러나 다른 많은 경우에는 바이러스가 동물이나 인체와 매우 오랫동안 상호 작용합니다. 이러한 감염에는 다음과 같은 형태가 있습니다.
- 잠복 감염은 신체에 포함된 바이러스가 가끔씩만 특징적인 병변을 일으키고 곧 저절로 사라지는 감염입니다. 바이러스는 영향을 받은 지역에서 분리될 수 있지만, 그 후에는 "잠복" 상태가 됩니다. 더 이상 격리할 수 없습니다.
- 만성 감염은 바이러스가 지속적으로 존재하는 장기적인 질병입니다. 증상은 전혀 없을 수도 있고, 바이러스-항체 복합체 또는 항바이러스 항체와 감염된 세포(대부분 세포막)의 상호작용으로 인해 발생할 수 있습니다.
- 느린 감염은 유난히 긴 잠복기를 가지며 서서히 진행되는 전염병이다.
면역 반응
물론 바이러스 감염에 대한 가장 구체적인 반응은 항체 생성입니다. 순환 항체는 일부 바이러스 감염을 예방하는 데 중요한 역할을 하는 것으로 보입니다. 예를 들어, 많은 바이러스로 인한 질병 후와 예방 접종 후 장기간 면역이 관찰되고 혈청에서 특정 항체가 검출됩니다. 다수의 바이러스 감염에서 순환하는 항체는 바이러스가 몸 전체로 퍼지는 것을 막는 장벽 역할을 할 가능성이 높습니다. 이는 홍역과 볼거리의 경우 글로불린을 조기에 투여하면 질병의 추가 발병을 차단한다는 사실로 알 수 있습니다. 자연적으로 발생하는 질병에서는 혈액 내 항체가 빠르게 출현함으로써 감염의 주요 원인인 바이러스의 확산을 막을 수 있을 가능성이 높습니다. 토끼에게 소아마비 바이러스를 주사한 후, 상당히 민감한 방법을 사용하면 이 바이러스에 대한 항체가 24시간 이내에 혈청에서 검출될 수 있습니다. 따라서 인간의 경우 대부분의 경우 목과 장에서 이 바이러스가 증식해도 몸 전체로 퍼지지 않는다는 사실을 담당하는 것이 바로 이러한 초기 항체일 가능성이 높습니다. 같은 이유로 아픈 동물에게 물린 사람에게 즉시 예방접종을 하면 광견병 바이러스에 의한 손상으로부터 중추신경계를 보호할 수 있다고 믿어집니다.
종양 바이러스
닭에서 바이러스성 육종이 발생한다는 사실이 처음으로 밝혀진 이후 수년에 걸쳐 수많은 연구자들이 서로 다른 척추동물 종의 두 그룹, 즉 DNA 함유 바이러스와 레트로바이러스에 속하는 발암성 바이러스를 발견했습니다. 발암성 DNA 바이러스에는 파코바바이러스, 아데코바이러스, 헤르페스바이러스가 포함됩니다. RNA 바이러스 중 레트로바이러스만이 종양을 유발합니다.
발암성 바이러스로 인해 발생하는 종양의 범위는 유난히 넓습니다. 폴리오마 바이러스는 주로 타액선 종양을 유발하지만, 그 이름 자체가 이 바이러스가 다른 많은 종양을 유발할 수 있음을 나타냅니다. 레트로바이러스는 주로 백혈병과 육종을 유발하며, 이는 종종 유방 및 기타 여러 기관의 종양을 유발합니다. 암은 유기체 전체의 질병이지만 형질전환이라고 불리는 본질적으로 유사한 현상이 세포 배양에서도 관찰됩니다. 이러한 시스템은 발암성 바이러스를 연구하기 위한 모델로 사용됩니다. 시험관 내에서 세포를 형질전환시키는 능력은 많은 발암성 바이러스의 정량적 측정 방법의 기초가 됩니다. 정상 세포와 종양 세포의 생리학 비교 연구에도 동일한 시스템이 사용됩니다.
형질전환세포란 무엇인가요?
형질전환된 세포 집단을 얻는 한 가지 방법은 Rous 육종 바이러스 또는 폴리오마 바이러스와 같은 발암성 바이러스로 정상 세포를 감염시킨 다음 형질전환된 세포의 집락을 분리하는 것입니다. 변화는 세포 형태(예: 반올림) 및 성장 패턴(단층 배양의 정상적인 성장과 달리 세포가 서로 겹쳐서 "크롤링"하거나 반고체에서 증식하는 능력 획득)과 관련될 수 있습니다. 정상세포가 증식하지 않는 배지).
형질전환된 세포를 선택하는 데는 다른 기준이 있습니다. 일반적으로 기준 중 하나에 따라 선택된 셀은 나머지 기준을 대부분 만족합니다. 대부분의 발암성 DNA 바이러스와 육종을 유발하는 레트로바이러스는 시험관 내에서 세포를 변형시키는 능력을 가지고 있습니다. 반대로 백혈병을 일으키는 레트로바이러스는 변형을 일으키지 않고 세포 내에서 증식합니다. 언급된 기준 중 하나에 따라 형질전환된 것으로 인식되는 세포 배양물을 얻은 후에는 여러 다른 매개변수에 따라 정상 세포와 비교해야 합니다. 이런 종류의 많은 책에는 변형 과정에서 발생하는 세포 속성의 변화가 나열되어 있습니다. 두 가지 큰 변경 그룹이 알려져 있습니다.
1) 성장과 수명 조절의 변화, 그리고
- 세포 표면(형질막)의 변화.
성장과 번식을 결정하는 세포 특성의 변화.
대부분의 정상 세포는 증식 시 기질(용기의 유리 또는 플라스틱 벽)에 부착됩니다. 정상 세포는 영양 배지가 고갈되기 전에도 분열을 멈춥니다. 그들은 생존 가능한 휴면 세포로서 기질에 부착된 상태로 남아 있습니다. 그러한 세포가 기질에서 제거되어 인구 밀도가 감소된 조건에 놓이면 다시 분열하기 시작합니다. 언뜻보기에 성장이 멈춘 정상적인 배양 세포는 단층 형태로 배열되어있는 것처럼 보입니다. 그러나 실제로 그러한 배양에서는 세포의 가장 눈에 띄는 부분 만 겹치지 않습니다. 핵은 반면에 세포질은 매우 중요한 영역에 걸쳐 겹칩니다. 그럼에도 불구하고 그러한 작물은 일반적으로 단일 레이어라고 불립니다.
정상적인 세포와 달리 대부분의 형질전환된 세포는 휴지기 단계에 진입하지 않고 지속적으로 분열을 계속합니다. 이것이 형질전환된 세포의 가장 특징적인 특징인 것으로 보인다. 연속적으로 분열하는 세포는 이웃 세포와의 접촉에 반응하지 않습니다. 도중에 다른 세포를 만나도 분열을 멈추지 않습니다. 혼란스럽게 자라며 다른 세포 아래로 기어가거나 그 위로 기어가서 다층의 형태 없는 덩어리가 형성됩니다.
Cynthia Goldsmith 이 색상화된 투과전자현미경(TEM) 사진은 에볼라 바이러스 비리온이 나타내는 미세구조 형태의 일부를 보여줍니다. 이 이미지의 흑백 버전은 PHIL 1832를 참조하세요. 에볼라 바이러스는 자연에서 어디에서 발견되나요?
에볼라 바이러스의 정확한 기원, 위치, 자연 서식지(“천연 저장소”로 알려짐)는 아직 알려지지 않았습니다. 그러나 이용 가능한 증거와 유사한 바이러스의 특성을 토대로 연구자들은 이 바이러스가 인수공통성(동물 매개)이며 일반적으로 아프리카 대륙에 서식하는 동물 숙주에서 유지된다고 믿습니다. 유사한 숙주는 아마도 필리핀에서 미국과 이탈리아로 수입된 감염된 사이노몰구스 원숭이에서 분리된 에볼라-레스턴과 연관되어 있을 것입니다. 이 바이러스는 북미 등 다른 대륙에 고유한 것으로 알려져 있지 않습니다.
그들은 생명의 정의에 속합니다. 그들은 초분자 복합체와 매우 단순한 생물학적 유기체 사이의 중간 어딘가에 있습니다. 바이러스는 일부 구조를 포함하고 유기 생명체에 공통적인 특정 활동을 나타내지만 다른 많은 특성은 부족합니다. 그들은 전적으로 단백질 껍질에 싸인 유전 정보의 단일 가닥으로 구성됩니다. 바이러스에는 번식에 필요한 생합성 과정을 포함하여 "생명"을 특징짓는 내부 구조와 과정이 많이 부족합니다. (복제) 위해서는 바이러스가 적합한 숙주 세포를 감염시켜야 합니다.
연구자들이 처럼 행동하지만 훨씬 더 작고 광견병이나 구제역과 같은 질병을 일으키는 바이러스를 처음 발견했을 때 바이러스가 생물학적으로 "살아있다"는 것은 상식이 되었습니다. 그러나 이러한 인식은 1935년 담배 모자이크 바이러스가 결정화되면서 바뀌었고 입자에 대사 기능에 필요한 기계가 부족하다는 사실이 나타났습니다. 바이러스가 단백질 껍질로 둘러싸인 DNA나 RNA로만 구성된다는 사실이 확립되자 과학적 견해는 바이러스가 살아있는 유기체보다 더 복잡한 생화학적 기계라는 것이 되었습니다.
바이러스는 두 가지 다른 상태로 존재합니다. 숙주 세포와 접촉하지 않으면 바이러스는 완전히 휴면 상태를 유지합니다. 이때 바이러스 내에는 내부 생물학적 활동이 없으며 본질적으로 바이러스는 정적 유기 입자에 지나지 않습니다. 이 단순하고 무생물인 것처럼 보이는 상태의 바이러스를 "비리온"이라고 합니다. 비리온은 오랜 시간 동안 이 휴면 상태를 유지하면서 적절한 숙주와의 접촉을 참을성있게 기다릴 수 있습니다. 비리온이 해당 숙주와 접촉하면 활성 바이러스가 됩니다. 이 시점부터 바이러스는 환경에 반응하고 자가 복제를 향한 노력을 지시하는 등 살아있는 유기체의 전형적인 특성을 나타냅니다.
인생을 정의하는 것은 무엇입니까?
생물과 무생물을 구분하는 명확한 정의가 없습니다. 한 가지 정의는 주체가 자기 인식을 갖는 지점일 수 있습니다. 이런 의미에서 심각한 머리 부상은 뇌사로 분류될 수 있습니다. 신체와 뇌는 여전히 기본 수준에서 기능하고 있으며 더 큰 유기체를 구성하는 모든 세포에는 눈에 띄는 대사 활동이 있지만 자기 인식이 없으므로 뇌가 죽었다고 가정합니다. 스펙트럼의 반대편에서, 생명을 정의하는 기준은 유전 물질을 미래 세대에 전달하여 자신의 모습을 복원하는 능력입니다. 두 번째로 더 단순화된 정의에서는 바이러스가 의심할 여지 없이 살아 있습니다. 그들은 의심할 여지없이 유전 정보를 전파하는 데 지구상에서 가장 효율적입니다.
바이러스가 생명체로 간주될 수 있는지에 대한 배심원단의 판단은 아직 나오지 않았지만, 유전 정보를 미래 세대에 전달하는 능력은 바이러스를 진화의 주요 주체로 만듭니다.
바이러스 우세
거대분자가 생명체의 원시 수프에서 조립되기 시작한 이후로 조직과 복잡성이 천천히 증가했습니다. 더 높은 조직으로의 진화를 이끄는 두 번째 원리와 정반대되는 설명할 수 없는 원리의 존재에 대해 생각해야 합니다. 바이러스는 자신의 유전 물질을 전파하는 데 매우 효율적일 뿐만 아니라 다른 유기체 사이의 유전 코드의 막대한 이동과 혼합에도 책임이 있습니다. 유전암호의 변화가 원동력일 수 있습니다. 변수의 표현을 통해 유기체는 변화하는 환경 조건에 적응하고 더욱 효율적이 될 수 있습니다.
최종 생각
아마도 관련 질문은 바이러스가 살아 있는지 여부가 아니라 오히려 오늘날 우리가 인지하고 있는 지구상 생명체의 이동과 형성에서 바이러스의 역할이 무엇인지일 것입니다.
어떤 현상이 생명의 특징인지 묻는 질문에 생물학자들은 각 살아있는 유기체가 개별 기관의 전문화와 관련된 특정 모양과 크기, 외부 및 내부 조직을 가지고 있다고 대답합니다. 살아있는 유기체는 움직임, 외부 자극에 대한 반응, 성장, 대사 과정, 그리고 마지막으로 번식 능력과 같은 살아있는 유기체의 중요한 특징이 특징입니다. 번식은 유전적 변화의 가능성과도 관련이 있습니다.
그러나 나열된 생명 기준 중 일부는 무생물에서도 찾을 수 있습니다. 우리는 그 안에서 어느 정도의 조직화, 움직임, 자극에 대한 반응, 성장을 발견하게 될 것입니다. 식탁용 소금 결정에는 외부 조직과 내부 조직이 있습니다. 그들에서 일어나는 화학 반응은 자극에 대한 반응, 즉 민감성의 일종의 징후입니다. 수정과 빙하가 자랍니다. 모든 신체는 실제로 움직이고 있습니다. 비록 그러한 움직임이 명확하게 나타나지 않더라도 분자와 원자는 끊임없이 움직이고 있습니다.
그러나 무생물은 번식을 할 수 없으므로 유전적 변화가 없습니다. 따라서 생물은 주로 세대에서 세대로 번식하고 변화할 수 있다는 점에서 무생물과 다릅니다.
이러한 관점에서 바이러스를 살펴보고 그것이 생물인지 무생물인지 알아내도록 노력해 봅시다. 화학자에게는 결정화가 가능한 큰 분자와 유사합니다. 그들은 또한 살아있는 유기체와 공통된 특징을 가지고 있습니다. 즉, 번식할 수 있고(그러나 살아있는 세포 내부에서만) 최근 입증된 바와 같이 유전적 변화를 겪습니다. 존재와 물질의 속성의 조합인 이 이중성은 T. Rivers가 이를 "소기관" 또는 "분자"(단어: 유기체와 분자의 조합)라고 부를 때 강조했습니다.
그렇다면 바이러스는 생물과 무생물로 어디에서 분류되어야 할까요? Stanley는 이 질문에 이렇게 대답했습니다.
“그들이 살아 있든 무생물이든 본질적으로 제기된 질문에 대한 만족스러운 대답을 얻지 못한 채 이 광고에 대해 무한히 논쟁할 수 있습니다. 어떤 측면에서 바이러스는 살아있는 유기체와 유사하고, 다른 측면에서는 일반 화학 분자와 유사하지만 전자와 후자와는 다릅니다. 우리가 이미 어느 정도 자세히 연구할 수 있는 그들의 이중적 성격과 상대적으로 원시적인 구조는 우리에게 그들 안에서 생명체를 볼 수 있는 기회를 제공하고, 다른 한편으로는 생식이 가능한 화학 분자를 볼 수 있는 기회를 제공합니다. 따라서 우리는 다른 모든 생명체에서 발생하는 번식 과정의 화학적 본질을 이해하는 데 점점 더 가까워지고 있습니다. 또한 바이러스에 대한 연구는 우리에게 새로운 관점을 열어줍니다. 왜냐하면 우리는 뚜렷하게 분리된 것으로 추정되는 두 그룹이 아니라 점점 더 복잡해지는 그룹을 볼 수 있기 때문입니다. 구조의 관점에서 우리는 원자에서부터 단순한 분자, 거대분자, 바이러스, 박테리아를 거쳐 물고기와 포유류를 거쳐 인간에 이르기까지 밀접하게 상호 연결된 일련의 물체를 추적할 수 있는 기회를 갖게 됩니다. 기능적인 관점에서는 다양한 분자의 무작위적인 움직임에서부터 가장 미세한 생물학적 리듬의 이상적인 조화까지 에너지를 사용하는 과정을 관찰할 수 있습니다.”
