[바이러스학] 동물 바이러스 감염 과정

바이러스 구조, 모양, 유전자 정보에 관한 포스팅 : http://statnmath.tistory.com/137

아래 초록색으로 된 단어들은 위 포스팅에서 정리되어있으니 참고하세요. ^^ 

1. 바이러스 흡착 (Attachment, Viral Adsorption)

바이러스 겉에 있는 spikes가 숙주세포의 세포막(plasma membrane)에 붙습니다. 세포막에 붙기도 하고, 종종 세포 겉에 여러군데에 붙기도 합니다. 예를들어 HIV바이러스는 T 세포 표면단백질 CD4와 alpha4 beta7에 붙어요. 

2. 바이러스 침투 (Penetration)

바이러스 침투 과정은 두가지 방법이 있는데요. 바이러스가 Enveloped Virus(피막바이러스)냐, Naked Virus(외피가 없는 노출바이러스)냐에 따라 (1) Membrane Fusion(막융합)과 (2) Receptor-mediated Endocytosis(세포 내 섭취) 입니다. Endocytosis는 세포가 세포막을 이용해서 물질을 밖에서 안으로 삼키는 과정을 말합니다. 

피막바이러스는 막융합이나 세포 내 섭취 둘 다 이용해서 숙주세포에 들어가게 되지만~ 노출바이러스는 세포 내 섭취 방법으로만 숙주세포에 들어갈 수 있습니다. 

(1) Membrane Fusion(막융합)

피막바이러스의 침투 과정입니다. 숙주세포와 바이러스의 외피 모두 지질 이중층(Lipid bilayers)로 이뤄져있는데요. 이 둘의 세포막이 합쳐지면서 nucleocapsid는 세포질로 들어가게 됩니다. 외피(envelope)는 숙주세포의 세포막에 남겨지게되고 들어가진 세포질에 들어가진 않아요.  

(2) Receptor-mediated Endocytosis(세포 내 섭취) 

노출바이러스는 세포 내 섭취 방법으로만 숙주세포에 침입하는데요. 피막바이러스 역시 막융합으로 숙주세포에 들어가거나, 혹은 세포 내 섭취 방법으로도 침투할 수 있습니다. 

피막바이러스는 일단 숙주세포에 붙고나면 virion을 둘라싸고 있는 피막이 endocytic vesicle(세포 내 소포)를 형성합니다. 그리고나서 피막이 endosomal membrane(세포 내 소포의 막)과 융합하게 된는데요. 그러면 Virion이 숙주세포 안으로 들어가게 됩니다. 이때 바이러스의 세포막(외피)는 endosomal membrane (세포내 소포의 막)에 남아있게 됩니다. 

반면 노출바이러스의 경우, endocytosis (엔도사이토시스) 방법으로 숙주세포안으로 들어가게되면, 얘네들은 피막이 없잖아요. 그래서 피막바이러스처럼 세포내 소포의 막과 융합할 수 없다보니 바이러스가 소포를 직접적으로 손상을 가합니다. 그런다음 nucelocapsid가 세포질로 들어가게 되어요.   

3. Uncoating  

capsid에서 바이러스의 핵산 (nucleic acid)가 나오게 됩니다. 숙주세포에 들어오자마자 핵산이 나올수도 있고요. 아니면 세포 내에 최종으로 가고싶은 곳까지 도착해야 그제서야 핵산이 나오는 경우도 있습니다. 

4. Protein Synthesis(단백질합성) and Viral Genome Replication(바이러스 유전자 복제)

바이러스가 침투한건, 당연히 얘네들의 새끼 바이러스를 만드려는 목적인데요. 그러면 이제 단백질 합성과, 바이러스 유전자 복제 과정이 일어나게 됩니다. 

바이러스가 어떤 바이러스냐에 따라 (DNA Viruses, RNA Viruses, Reverse transcribing Viruses) 바이러스 유전자 복제 방법이 달라집니다. 

(1) DNA replication

DNA polymerase는 DNA 중합효소로, DNA 이중나선 중 하나의 선을 주형(template)해서 새로운 DNA 선을 만들어내도록 촉매하는 효소입니다.

이중나선가닥을 가지고 있는 DNA 바이러스는 바로 mRNA를 만들어서 세포질에서 단백질을 만들 수 있겠죠. 하지만 DNA 가닥이 하나만 가지고 있는 경우, 이게 음성이 됐든 양성이 됐든 먼저 상보할 수 있는 다른 가닥을 만들어내는게 우선입니다. 음성가닥 DNA 바이러스는 양성가닥을 만들어야하고, 양성가닥 DNA 바이러스는 음성가닥을 만들어야합니다. 그리고나서 mRNA를 만들고 세포질에서 단백질이 만들어집니다.

(2) RNA replication

양성 RNA가닥( + ss RNA)을 가진 바이러스는 양성가닥을 이용해서 단백질을 만들어내고(translation), 그리고 상보적인 음성가닥의 RNA를 만들어냅니다.  

하지만 음성가닥만 있는 경우, 이를 주형으로 해서 바이러스가 가지고 있는 replicase라는 RNA polymerase (RNA 중합효소, RNA합성을 촉매하는 효소)효소의 도움으로 상보적으로 양성가닥의 mRNA를 만들어내고요. 그리고나서 단백질을 만들어내죠.

흔한 케이스는 아니지만, 음성 양성 다 가지고 있는 double stranded RNA인 경우, 바이러스가 가지고있는 replicase 효소의 도움으로 먼저 양성가닥의 mRNA를 만들어낸 후 단백질을 만들어냅니다.

(3) Reverse-transcribing virus replication

레트로바이러스는 양성가닥만 가지고 있는 RNA 바이러스인데요. reverse transcripase효소를 이용해서 RNA에서 DNA를 만들어냅니다. 일단 음성 단일가닥 RNA를 가지고있는 바이러스가 숙주세포에 들어가게되면 RNA가 mRNA의 역할을 해서 단백질을 만듭니다. 그리고 reverse transcriptase 를 이용해서 double stranded DNA를 만들어서, 숙주세포의 유전자정보와 합쳐집니다. 그리고 바이러스의 유전자정보는 숙주세포 밖으로 나오진 않아요.

4. Assembly (조립)

바이러스가 새로운 새끼바이러스를 만들 수 있는 구성요소를 다 만들어내면 핵산과 껍질 단백질이 합쳐져야겠죠(조립). 그래서 유전자정보랑 효소들이 capsid라고 패키지를 이룹니다. 처음엔 비어있는 procapsid (단백질 입자)가 만들어져서 아래 그림처럼 성숙화됩니다. 

5. Release (방출)

간단히 말해 숙주세포로부터 방출하는 단계입니다. 피막 바이러스는 아래 그림처럼 budding (돌기처럼 나오는것) 하는 식으로 방출이 됩니다. 이렇게 아래그림처럼 새로운 바이러스가 나오게 될 경우, 보통 숙주세포는 죽지 않는데요. 그러면 손상된 숙주의 세포막이 다시 고쳐지게 되는데 그러면 또 다른 바이러스가 와서 이 세포를 감염시킬 수 있어요. 

하지만 노출바이러스는 아래그림과 다르게 숙주 세포가 죽어야 방출이 됩니다. 그래서 숙주세포나 아니면 바이러스에 의해 자살유도(apoptosis)를 해서 숙주세포가 죽게됩니다. 이렇게 방출된 바이러스는 또 다른 숙주세포를 찾아서 들어가게 되어요.