생물학, 통계학, 데이터 과학

Eukaryotes(진핵생물)중에서 fungi(균계), protozoa(원생동물), helminth (기생충) 등 질병을 일으킬 수 있는데요. 이번 포스팅은 Fungus (진균, 균류)에 대한 정리힙니다. 

FUNGUS

모든 fungi(균계, 곰팡이)는 진행생물입니다. 대부분의 균계는 chitin(키틴)이라는 성분의 세포벽으로 둘러쌓여있습니다. 참고로 박테리아의 세포벽은 peptidoglycan으로 되어있죠. 진균의 세포막은 (Fungal cell membrane)은 스테로이드 중 하나인 에르고스테롤 (ergosterol)로 이뤄져있습니다. 참고로 동물세포의 세포막은 콜레스테롤(cholesterol)로 이러줘있죠. 그래서 anti-fungal 약품은(항진균제) 에르고스테롤 합성을 이용해서 만들기도 합니다. 

균계는 여러 종류의 모습으로 하고 있는데요. 영양섭취하기위해서, 아니면 질병을 일으킬때 모습을 바꾸는 능력을 갖고 있습니다. single-celled yeast(하나의 세포인 효모), multi-celled filaments (여러개 세포로 이뤄진 필라멘트) - 보통 called hyphae(균사) 혹은 pseudohyphae(가성균사) 라고 부릅니다. spores(포자)로 존재해요. 특히 포자는 지구상 어디에도 있고요. 보통 사람이 숨쉴때 약 5개정도의 균계 포자를 흡입한다고 합니다. @_@ 

균계는 크게 세가지 경로로 질병을 일으키는데요. 1) 포자나 아니면 균계에 의한 알러지나 천식반응 2) 균계가 몸 안에 자라기도 하고요. 이걸 mycosis (진균증, 사상균병) 라고 합니다. 3) 진균이 배출하는 독소성분으로 인한 감염 . 이렇게 나눠볼 있어요. 치료법을 찾는데 힘든 이유는, 진균이 진행생물이다보니, 인간과 비슷한 organisms을 가지고 있어요. 인간 역시 진핵생물이거든요. 그래서 딱 균계만 타겟으로 하는 약을 만드는데 어려움을 겪고 있습니다. 

질병 예시 candidiasis (칸디다증)은 진균의 일종인 칸디다에 의해 발생하는 질병인데요. 칸디다 중에서 C. albicans 라는 진균이 보통 사람 몸 속 구강이나 질 위장에서 microbiota로 살고 있다가, 건강상의 이유나 아니면 어떤 약물치료를 받다가 이 균이 많아지게되면 질병 (질염, 구강 칸디다증)을 일으키게 됩니다. 

바이러스 감염 과정에 대한 내용은 : http://statnmath.tistory.com/138

바이러스 사이즈, 구조에 대한 내용은 : http://statnmath.tistory.com/137

바이러스 감염 종류로는 크게 급성감염(Acute Infection)과 지속감염(Persistent Infection)이 있는데요. 바이러스 중 일부는 급성과 만성 둘 다 해당하는 경우도 있습니다. 예를들어 HIV같은 바이러스가 그렇죠. 초기단계에는 급성 감염을 일으키다가 바이러스의 유전자 정보가 숙주세포의 유전자와 합쳐지게 되면서 지속감염으로 이어지게 됩니다. 

1. 급성 감염증 (Acute Infection) 

아래 그림보면 이해가 빠를거예요. 급성감염의 예로는 인플루엔자, mumps(볼거리), poliomyelitis(소아마비)가 있습니다. 증상이 굉장히 빠르게 나타납니다. 워낙 빠른속도로 감염시켜서, 보통 바이러스가 숙주세포를 감염시킨 뒤 이 숙주세포를 죽여서 새끼 바이러스들이 방출할 수 있도록 하는데요. 이런 세포 손상이 일어나 질병 증세가 나타나기도 합니다. 증세가 호전되고 회복하고 나면, 몸에서는 더이상 바이러스가 남아있지 않게 됩니다. 

2. 지속감염(persistent infection) 

지속감염은 만성감염(chronic infection)과 잠복감염(latent infection)으로 또 나눌 수 있습니다. 

(1) 만성감염 

만성감염의 예로는 hepatitis B(B형 간염 바이러스)가 있고요. 우선 질병이 나타나고 다 나았어도 바이러스는 평생동안 몸에 남아있게 되어요. 하지만 대부분 재발병하지 않고, 대신 낮은 수치로 바이러스가 계속 만들어지게 됩니다. 이렇게 몸에 바이러스가 남아있게되면 다른 사람에게 전염시킬수도 있어요. 예를들어 Hep. B는 혈액이나 body fluids (오줌, 침 등..)으로 전파됩니다. 

(2) 잠복감염 

잠복감염의 대표적인 예가 바로 구순 포진(cold sore, 입술 헤르페스)인데요. 처음에는 급성감염과 비슷한 증상입니다. 갑자기 증상이 나타났다가, 병이 호전되면 몸이 나아지죠. 하지만 다시 또 바이러스가 활동하기 시작하면 다시 질병 증세가 나타나죠. 왜냐하면 병이 다 나아도 바이러스가 숙주세포의 silent 상태로 남아있어서 숙주 세포에게 해를 끼치지 않다가 (이걸 provirus) 다시 바이러스가 활동하면 질병이 나타나거든요. 

숙주 몸에서 이런 바이러스를 제거할 수 없는 이유는 보통 바이러스의 유전자 정보가 숙주세포의 유전자 정보와 합쳐져서 그래요. 합쳐져있지 않더라도, 숙주 세포 안에 바이러스가 있어서 plasmid 세포처럼 계속 바이러스 세포를 방출하죠. 

구순 포진(cold sore, 입술헤르페스)는 herpes simplex type 1 (HSV-1) 바이러스에 의해 감염되었을때 나타나는 질병입니다. 초기 감염은 구강 점막 상피세포에 acute lytic infection이 일어납니다. 그리고 바이러스가 차신경절(trigeminal ganglia)가 만들어지는 sensory cranial nerve (감각 뇌 신경)으로 이동하게 됩니다. 숙주세포에서 바이러스가 살 수 있을 정도로, 차신경절에서 바이러스 일부 유전자가 만들어지고 발현되어서 됩니다. 

아직 정확하게 입술포진이 재발하는 이유는 밝혀지진 않았지만, 스트레스받았거나, UV에 많이 노출되었거나 면역능력이 떨어지게되면 바이러스가 완전히 활성화되어서 sensory neurons에 있던 바이러스가 얼굴로 이동해 재발하게 됩니다.

수업 노트를 기반으로 작성한 용어정리입니다. 

Sterilization (살균, 멸균) 

:모든 미생물(microorganism)을 파괴해서 증식이나 살 수 없는 무균상태를 말합니다. Sterile은 endospore(내생포자)나 virus(바이러스)가 없는 무균을 말하는데요. 하지만 바이러스처럼 전염력이 있는 단백질 입자인 프리온(Prion)은 있을 수 있습니다. 보통 살균할때 프리온은 없어지지 않거든요.  

Disinfection (소독, 살균)

: 모든 병원체, 아니면 대부분의 병원체를 죽이는걸 말합니다. 그래서 병원체가 아닌 viable microbes는 있을 수 있어요. 이 Disinfection은 biocides(살생물제), germicides(살균제), bactericides(살세균제, 살균제)라고 부르기도 하고요. antiseptics(방부제)은 손이나 구강에 사용하는 소독제를 말합니다. 

예를들어 Chlorine(염소)는 물을 소독하는 소독제 입니다. 하지만 내성이 있는 생물이 있는데요. 예를들어 Cryptosporidium parvum은 설사를 일으키는 원생동물입니다. 그래서 안전 규제가 필요하죠. 

Pasteurization (저온살균, 파스퇴르살균) 

: 음식물을 손상시키는걸 방지하기 위해 저온살균법으로 병원체를 죽이는걸 말합니다. 

Decontamination (오염물질제거)

: 안전한 수준으로 병원체를 어느정도 줄이는걸 말합니다. 

Sanitization (위생처리, 살균처리)

: 안전기준치까지 미생물의 수(microbial population)를 줄이는걸 말해요. 특별한 기준치는 없습니다.

Preservation (보존)

:음식물에서 상하는걸 연기하는걸 말해요. 보통 미생물의 성장이 느려지도록 조건을 만드는거예요. 보통 보존제로 bacteriostatic (세균발육억제, 제균, 정균)을 넣기도 하는데요. 이건 박테리아를 죽이는게 아니라 자라는걸 막는겁니다. bactericidal은 살균이고, 그러니까 죽이는거라서 단어에 주의하세요~ 

Nosocomial infection (원내감염, 병원감염) 

: 병원 내에서 일어나는 모든 미생물의 감염을 말합니다. 병원에는 온갖 종류의 환자도 있고, 수술기구, 의료기구 등등  있다보니 여러 미생물들이 많은데요. (microbial population)의 수를 최대한 줄이는게 제일 중요합니다. 왜 중요하냐면, 병원에는 우선 몸이 약한, 면역 시스템이 약한 환자들이 대부분이라서 쉽게 감염될 수 있습니다. 그리고 수술을 하게 되면, 수술기구를 통해 병원체에 감염되기도 하고요. 그리고 병원 안에서 이뤄지다보니, 공간이 좁잖아요. 그래서 병원체가 집중해있을 수밖에 없어요. 모든 의료기기는 반드시 살균(sterilized)되어야 합니다. 

Containment Level (봉쇄레벨) - Bio Safety Level 

: Bio Safety Level이 1에서부터 4까지 있습니다. BSL4는 인구밀집지역과 멀리 떨어진 랩에 위치해있고요. 그리고 관련해서 일할때는 안전 수트를 입고 일합니다.  자세한 내용은 아래 이미지 참고하세요. 

동물 바이러스 감염 과정에 대한 포스팅 : http://statnmath.tistory.com/138

바이러스 구조 모양에 대한 포스팅 : http://statnmath.tistory.com/137

내용 중, 초록색으로 되어있는 글씨는 링크되어있는 포스팅 참고하세요 :) 

이번 포스팅은 바이러스 Quantitating에 관한 내용입니다. Plaque Assays, Quantal Assay (ID50 or LD50), Direct Counts, Hemagglutination 등의 방법이 있는데요. Direct counts와 Hemagglutination에 대해 정리하겠습니다. 

[1] Direct Counts 

너무 쉬운 방법이라 정리하기에도 민망할 정도인데요ㅎㅎ 말 그래도 전자현미경을 통해 바이러스 개수를 세는 겁니다. 바이러스 사이즈는 굉장히 작은데요. 그래서 Light 현미경으로는 관찰할 수 없고, 전자현미경을 통해 볼 수 있습니다. 아래 그림보면 표시되어있는데 empty capsid인데요~ 아직 바이러스 유전정보가 채워진게 아니기때문에 개수 셀 때 empty capsid는 포함되지 않습니다. 

[2] Hemagglutination (적혈구 응집반응) 

Hemagglutination은 적혈구가 응집하는 현상을 말합니다. 대표적인 예로 오소믹소바이러스 (orthomyxovirus)는 적혈구 응집반응을 일으켜요. 아래 그림처럼 적혈구가 Virions을 만나게되면 뭉치게 되어요. 이렇게 뭉치게되면 적혈구가 희석되는것처럼 보입니다. 단위는 hemagglutination units (HU)입니다. 

아래 그림에서 환자 C를 예를들어볼게요. 1/512에는 빨갛게 되어있고, 1/1024에서는 빨간 점이 되어있습니다. 이렇게 동그라미가 전체 빨간 경우를 적혈구 응집현상이 일어났다고 하는거고요. 원 안에 조그만 빨간점은 적혈구 응집현상이 일어나지 않은 경우를 말합니다. 그래서 환자 C의 바이러스는 512HU 가지고 있습니다. 

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.