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- 미국 동부 해안의 숲 바닥에서 발견
- 박테리아만큼 크고 비정상적으로 광범위한 게놈을 가지고 있어
- 일부 거대 바이러스는 세포 유기체가 단백질을 생산하는 거의 모든 장치를 지니고 있다
- 바이러스와 실제 생명체 사이의 경계를 모호하게 만든다
- 초신성, 거북과 고르곤 형태

거대한 바이러스는 연구원을 놀라게 한다.
새로 발견된 거대 바이러스는 이전에 본 적이 없는 형태를 보여준다.

놀라운 발견:
생물학자들은 숲 바닥에서 놀랍도록 풍부한 신종 거대 바이러스를 발견했다. 거의 박테리아 크기의 바이러스는 이전에 본 적이 없는 놀라운 모양을 가지고 있다. 일부는 별 모양이고 다른 일부는 거북이와 비슷하거나 긴 관 모양의 부속물을 자랑한다. 이러한 다양한 형태와 부속물의 기능은 명확하지 않다. 그러나 그들의 다양성은 팀이 보고한 바와 같이 이러한 환경권의 거인의 다양성에 대해 완전히 새로운 빛을 비춰준다. 

▲ 배양 원생 생물 바이러스의 음성 염색 전자 현미경 사진 참조. a) 피토바이러스 시베리쿰. b) 판도라바이러스 네오칼레도니아. c) 몰리바이러스 시베리쿰. d) 아칸트아메바 폴리파가 미미바이러스. e) 카페테리아 로엔베르겐시스 바이러스. f) 멜버른바이러스. g) 바이로파지 마바이러스. 모든 눈금 막대, 100nm. (추러: 관련논문 Amazing structural diversity of giant virus-like particles in forest soil / bioRxiv)

거대한 바이러스는 바이러스에 대한 거의 모든 일반적인 생각과 모순된다. 불과 몇 년 전에 발견된 미미바이러스, 메가바이러스, 판도라바이러스 및 클로뉴바이러스는 거의 박테리아만큼 크고 비정상적으로 광범위한 게놈을 가지고 있으며 일부 거대 바이러스는 세포 유기체가 단백질을 생산하는 거의 모든 장치를 지니고 있기 때문이다. 이 바이러스 거인들은 바이러스와 실제 생명체 사이의 경계를 모호하게 만든다. 지금까지 이러한 거대 바이러스는 주로 수생 아메바 또는 조류에서 발견되었다.

▲ 연구원들은 미국의 숲 바닥에서 이 새롭고 놀라울 정도로 다양한 거대 바이러스를 발견했다. 거대 바이러스 형태의 예: 미미바이러스형(a), 초신성형(b), 이발형(c), 거북형(d), 배관공형(e) 및 포인세티아(f).© Fischer et al./ bioRxiv, CC-by-nc-nd 4.0

숲 바닥에서 거대 바이러스 찾기

연구원들은 최근 미국 동부 해안의 숲 바닥에서 기괴한 모양을 가진 새로운 거대한 바이러스를 모두 발견했다. 하이델베르크에 있는 막스 플랑크 의학 연구소의 Matthias Fischer와 그의 동료들은 연구를 위해 하버드 근처의 숲에서 여러 토양 샘플을 채취했다. 그곳의 초기 DNA 분석은 이미 토양에 거대한 바이러스가 존재함을 나타냈다. "이러한 분석은 24억 개의 염기쌍 게놈을 가진 미미바이러스를 포함하여 거대 바이러스의 16개의 새로운 게놈을 밝혀냈다"고 팀은 보고했다.

이제 목표는 이 거대한 바이러스와 그 모습을 직접 관찰하는 것이었다. 이를 위해 Fischer와 그의 팀은 투과 전자 현미경을 사용하여 물에 떠 있는 토양 샘플을 조사했다. 그들이 찾고 있는 바이러스를 박테리아나 세포 파편과 같은 다른 물체와 구별하기 위해 연구원들은 바이러스 게놈을 둘러싸는 단백질 캡슐인 바이러스 캡시드의 일반적으로 각진 모양을 가이드로 사용했다.

"우리는 특히 규칙적인 표면 구조가 캡소머의 존재를 나타낼 때 오각형 또는 육각형 단면을 가진 입자가 바이러스 캡시드를 나타낸다는 것을 상당히 확신한다"고 과학자들은 설명했다. Capsomeres는 캡시드를 구성하는 단백질 단위다.

놀라울 정도로 다양한 모양

사실, 연구원들은 그들이 찾고 있던 것을 예상치 못한 양으로 발견했다. Fischer와 그의 동료들은 "놀랍게도 우리는 이전에 알려진 모든 거대한 바이러스를 합친 것보다 단지 수백 그램의 삼림 토양에서 더 다양한 바이러스 캡시드 형태를 발견했다"고 보고했다. 그들은 이미지를 사용하여 직경이 220~1,200나노미터인 최소 350개의 거대한 바이러스를 식별했다. 그중에는 kosneuvirus, tupanvirus 또는 pandoravirus와 같은 알려진 거대 바이러스 유형에 할당될 수 있는 타원형 및 각진 모양이 있다.

"그러나 우리는 놀랍게도 이전에 기술된 적이 없는 많은 캡시드에서 구조적 변형을 발견했다."라고 팀은 보고했다. "아이소메트릭 바이러스 입자는 종종 꼬리와 변형된 모서리, 캡시드의 이중층, 내부 구조 또는 관 모양의 부속물을 보여주었다." 이러한 거대한 바이러스 중 다수에서 단백질 캡슐은 다양한 모양의 섬유질 부속물로 덮여 있다.

▲ 새로 발견된 고르곤형 거대 바이러스. 캡시드 모서리의 길고 튜브 모양의 확장이 인상적이다. © Fischer et al./ bioRxiv, CC-by-nc-nd 4.0

초신성, 거북과 고르곤

이전에 알려지지 않은 거대 바이러스 형태 중 하나는 "초신성" 유형이다. 이 거대 바이러스는 둥근 외부 캡시드 외피가 있는 내부의 각진 캡슐로 구성되며, 여기에서 약 135나노미터 길이의 규칙적으로 배열된 바늘이 방출된다. 이것은 이 거대한 바이러스를 작은 별이나 태양과 비슷하게 만든다. "이발" 유형은 비슷해 보이지만 비대칭적으로 분포된 섬유 부속물을 가지고 있다고 Fischer와 그의 팀은 보고했다.

훨씬 더 특이한 것은 "거북이" 유형이다. 이 거대한 바이러스에서는 상대적으로 큰 엽 모양의 부속물이 캡시드 표면에서 돌출된다. "그러나 가장 특이한 거대 바이러스 유사 입자 중에는 긴 관 모양의 부속물을 가진 '고르곤' 형태가 있었다"고 연구원들은 썼다. 이 500~650나노미터 길이의 직선형 튜브는 각각 바이러스 캡시드의 모서리에서 연장되어 끝에 구멍이 있다.

새로운 관점

연구원들에 따르면, 이러한 발견은 바이러스 청사진의 다양성을 새롭게 조명할 것이다. "바이러스 형태의 풍부한 뿔은 바이러스권과 그것의 구조적 이질성에 대한 우리의 전통적인 개념에 도전한다"고 그들은 썼다. "우리의 이미지가 이 샘플에서 바이러스 다양성의 극히 일부만을 포착했다는 점을 고려할 때 우리의 관찰은 더욱 놀랍다.“

Fischer와 그의 팀은 그들의 방법을 사용하여 샘플링된 숲 바닥에 총 몇 개의 거대한 바이러스가 있는지 확인할 수 없었다. 그럼에도 불구하고 그들이 발견한 풍부함을 감안할 때 그들은 상대적으로 높은 밀도를 가정한다. "우리가 이러한 거대한 바이러스 형태 중 일부를 여러 번 발견했다는 바로 그 사실은 이러한 샘플에서 공통적이라는 것을 나타낸다"고 그들은 설명했다. 이러한 일반적인 형태에는 "Gorgons"와 "Poinsettia"라고 불리는 "Supernova" 유형의 변형이 포함된다.

아직 답변되지 않은 많은 질문

이전에 알려지지 않은 많은 형태의 거대 바이러스의 발견은 또한 이 특별한 다양성이 토양에 거주하는 거대 바이러스에 고유한 것인지 또는 그러한 부속물과 캡시드 모양을 가진 수생 종도 존재하는지에 대한 질문을 제기한다. 지금까지 물과 수중 생물에서 발견된 거대 바이러스는 대부분 단순한 타원형이나 정십면체 모양이었다. 또한 거대 바이러스가 처음에 왜 그러한 부착물을 개발했는지, 그리고 그것들이 무엇을 위해 사용되는지는 여전히 불분명하다.

"토양 바이러스의 복잡한 세계에 대한 이 매혹적인 창은 거대한 바이러스의 높은 유전적 다양성이 똑같이 다양하고 이전에는 상상할 수 없었던 풍부한 바이러스 구조를 동반한다는 데 거의 의심의 여지가 없다"고 Fischer와 그의 동료들은 썼다. "이러한 다양성의 기원과 기능은 이제 더 많은 연구가 필요하다."
(Preprint bioRxiv, 2023; doi: 10.1101/2023.06.30.546935)
출처: bioRxiv

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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