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- 비정상적으로 크고 복잡하고 질병 일으키는 원생동물인 Naegleria fowleri를 공격
- 거대 바이러스는 116만 염기쌍의 비정상적으로 긴 이중 가닥 DNA를 가지고 있다.
- 질병을 일으키는 단세포 유기체를 숙주 세포로 사용
- 아메바편모충은 주로 따뜻한 물과 수영장에서 발생하기 때문에 이 거대한 바이러스는 물 처리에 예방적으로 사용될 수 있다.

이 거대한 바이러스가 치료제가 될 수 있을까?
하수 처리장에서 새로 발견된 거대 바이러스, 인간에게 치명적인 아메바 감염시켜

적의 적:
새로 발견된 거대 바이러스는 치명적인 질병에 맞서는 예상치 못한 조력자가 될 수 있다. 비엔나 근처의 하수 처리장에서 발견된 바이러스 유형은 비정상적으로 크고 복잡할 뿐만 아니라 질병을 일으키는 원생동물인 Naegleria fowleri를 공격한다. 이 아메바편모충(ameboflagellate)은 뇌염을 유발하는데, 이는 인간에게 거의 항상 치명적이며 아직까지 치료법이 없다. 새로 발견된 Naegleria 바이러스가 이제 이것을 바꿀 수 있다. 

▲ 비엔나 인근 하수처리장에서 새로 발견된 거대 바이러스인 네글레리아 바이러스(Naegleria virus)의 모습과 구조. © Stefan Pommer / photopic.at, CC-by-nc-sa 4.0

거대 바이러스는 바이러스 세계의 거인이다. 거대 바이러스는 거의 박테리아만큼 크며 놀라울 정도로 광범위한 게놈을 갖고 있으며 일부 거대 바이러스는 심지어 단백질 생합성을 위한 거의 전체 유전자 기반을 갖고 있다. 이 거대 바이러스는 바이러스와 세포 생명의 경계에 서 있다. 대부분의 거대 바이러스는 바다, 담수 또는 하수 처리장에서 발생하며 아메바 또는 단세포 조류를 공격한다. 미생물학자들은 최근 숲 바닥에서 놀라울 정도로 다양한 형태의 바이러스성 거대 생물체를 발견했다.

하수 처리장의 바이러스 거인

이제 또 다른 거대한 유형의 바이러스가 추가되고 있으며 이는 우리 인간에게 귀중한 서비스가 될 수 있다. “현재 일반적인 이름인 Naegleriavirus로 발견된 거대 바이러스는 비엔나 근처 클로스텐노이주르그(Klosterneuburg)의 하수 처리장에서 분리됐다”고 수석 저자인 비엔나 대학의 패트릭 아르트호퍼(Patrick Arthofer)가 보고했다. 새로운 발견은 이 하수 처리장에서 나온 네 번째 거대 바이러스 종이며 Klosneuviruses의 mimivirus 아과에 속한다.

더 면밀한 분석을 통해 새로운 거대 바이러스는 116만 염기쌍의 비정상적으로 긴 이중 가닥 DNA를 가지고 있는 것으로 나타났다. 여기에는 실제로 세포 유기체의 번역 기계에 속하는 최소 59개의 바이러스 단백질과 최소 31개의 유전자에 대한 유전적 지침이 포함되어 있다. 일부 단세포 유기체의 게놈과의 유사성을 토대로 Arthofer와 연구팀은 거대 바이러스가 이전 숙주로부터 이러한 유전자를 채택했다고 의심한다.

▲ 네글레리아 바이러스에 감염된 아메바 세포(청록색). 커다란 청록색 구조는 거대한 바이러스가 새로운 비리온을 생산하는 바이러스 공장이다. © P7atrick Arthofer 및 Florian Panhölzl

질병을 일으키는 단세포 유기체를 숙주 세포로 사용

특히 흥미로운 점은 새로 발견된 바이러스 종이 누구에게 영향을 미치는가이다. 연구팀은 "뇌를 먹는 아메바"인 Naegleria fowleri 속인 Naegleria 속의 아메바와 유사한 원생동물로부터 거대 바이러스를 분리했다. 이 질병을 일으키는 기생충은 인간에게 수막염과 뇌염을 일으킬 수 있으며, 이는 거의 항상 치명적이고 현재 치료법이 없다. 초기 테스트에서 거대 바이러스는 Naegleria fowleri를 포함하여 Naegleria 속의 모든 구성원을 감염시켜 죽였다.

Arthofer와 그의 팀은 “이렇게 해서 우리는 아메보편모충류인 Naegleria를 감염시키는 최초의 거대 바이러스를 발견했다”고 썼다. 따라서 그들은 이 발견을 Naegleria 바이러스라고 명명했다. 이 바이러스는 아메바가 음식으로 잘못 섭취한 후 몇 시간 내에 파괴된다. 네글레리아 바이러스는 먼저 숙주 세포에 유전자를 삽입하고 그 안에 새로운 바이러스를 생산하기 위한 공장을 건설한다.

"이 기간에 숙주 세포를 살아있게 유지하기 위해 Naegleria 바이러스는 아마도 아메바 세포의 자연적인 면역 반응을 억제하여 조기 세포 사멸을 방지하는 특수 단백질을 사용하는 것 같다"고 공동 저자인 비엔나 대학의 Florian Panhölzl은 설명한다. “바이러스가 성공적으로 증식한 후에야 숙주 세포가 파괴되고 바이러스가 방출된다.”

▲ 동결 치환으로 처리되거나 실온에서 화학적으로 고정된 냉동고정 시료의 투과전자현미경(*로 표시). 숫자는 감염 후 시간(hpi)을 나타낸다. 식세포 컵을 형성하고 식세포에 두 개의 비리온을 포함하는 N. clarki 영양체(박스형 직사각형); 잠재적으로 식균작용을 하는 비리온은 화살촉으로 표시돼 있다. b 상부 비리온의 스타게이트(검은색 화살표 머리)를 연다. 아래의 Virion은 스타게이트 개방의 시작을 표시. 여분의 막낭이 보인다. c NiV 내부 막과 식세포 막의 융합(검은색 화살표 머리). d 포식체 내의 다층 구조로 둘러싸인 바이러스 코어가 없는 두 개의 비리온. e 완전히 성장하고 생산적인 바이러스 공장. f 숙주 세포질에 축적되는 대규모 바이러스 공장과 비리온을 보여주는 감염된 아메바. 막으로 둘러싸인 비리온은 진행 중인 식세포작용(흰색 화살촉)을 나타낸다. ELS = 세포외 층상 구조. EMS = 추가막낭. MF = 막 융합. MLS = 다층 구조. N = 핵. NL = 핵소체. PC = 식세포 컵. SG = 스타 게이트. VC = 바이러스 코어. VF = 바이러스 공장. (출처:관련논문 Published: 24 April 2024 A giant virus infecting the amoeboflagellate Naegleria / nature communications)

치명적인 뇌 염증에 대한 도우미

새로 발견된 거대 바이러스는 Naegleria 원생동물을 감염시킴으로써 치명적인 병원균인 Naegleria fowleri와 싸울 수 있는 첫 번째 기회를 제공한. "나의 적의 적은 나의 친구이다"라는 모토에 따르면, 네글레리아 바이러스는 특히 병원성 원생동물에 대한 해독제로 사용될 수 있다. “이 바이러스는 Naegleria fowleri에 대한 바이러스 해독제를 향한 첫 번째 단계를 나타낼 수 있다”고 과학자들은 설명했다.

치명적인 아메바편모충은 주로 인간의 영향을 받는 따뜻한 물과 수영장에서 발생하기 때문에 이 거대한 바이러스는 물 처리에 예방적으로 사용될 수도 있다. Arthofer의 동료인 Matthias Horn은 "그러나 이를 위해서는 먼저 추가 조사가 필요하다"고 말했다. "어쨌든 현재 발견된 바이러스는 Naegleria의 생물학과 바이러스와의 상호 작용을 더 잘 이해하는 데 도움이 될 것이다.“
(Nature Communications, 2024; doi: 10.1038/S41467-024-47308-2)
출처: 비엔나 대학교

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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