기획·칼럼

바이러스는 어디에서 왔을까?

[만화로 푸는 과학 궁금증] 바이러스의 유래와 진화

바이러스는 세균 크기의 10~100분의 1 정도밖에 되지 않는, 세상에서 가장 작은 생명체이다. 또한 세포 구조를 갖지 않고 단백질 껍질 안에 유전자인 RNA나 DNA만 있는 아주 단순한 구조이다. 바이러스는 이런 모양이기 때문에 먹이 섭취와 생리 대사 작용을 할 수 없고 숙주 생물의 세포 안에서 자신과 같은 모습의 후손을 복제해 낼 수만 있다. 그래서 일부 과학자는 바이러스를 생명체로 보지 않고 생물과 비생물의 중간형이라고 주장하기도 한다.

그런데 요즘 이 바이러스 때문에 전 세계가 고통을 당하고 있다. 바로 코로나19 바이러스 때문이다. 역사를 살펴보면 바이러스로 인해 인류는 많은 고통을 당해왔다. 20세기 초반 5000만 명의 목숨을 앗아간 스페인 독감도 있었고, 1981년 발견되어 그동안 수많은 사람의 목숨을 앗아간 에이즈 바이러스도 있다. 그리고 끝없이 인류를 괴롭혀온 독감, 감기, 간염 등의 질병도 모두 바이러스 때문이다. 이 바이러스는 세상에 어떻게 태어났을까?

바이러스는 세균 크기의 10~100분의 1 정도밖에 되지 않는 아주 작은 크기이다. ⓒ 윤상석

바이러스는 생물보다 먼저 탄생했을까?

생명체의 과거를 알기 위해서는 화석이 필요하다. 지금까지 발견된 가장 오래된 화석은 35억 년 전 생명체라고 추측되는 원핵생물인 남세균이 만든 화석이다. 남세균은 맨눈으로 볼 수 없는 아주 작은 단세포생물로 혼자서는 화석을 남길 능력이 전혀 없지만, 다행히 수많은 무리가 군집 생활하면서 만든 흔적이 화석으로 남았다. 그러니 세균보다 훨씬 작은 바이러스가 화석을 남겼을 리가 없다.

그래서 과학자들은 바이러스의 유래를 몇 가지 단서를 이용해 추리할 수밖에 없다. 바이러스의 유래에 대해서는 세포로 이루어진 생물보다 먼저 탄생했다는 설과 세포로 이루어진 생물보다 나중에 탄생했다는 설이 있다.

먼저 바이러스가 세포로 이루어진 생물보다 먼저 탄생했다는 설을 살펴보자. 현재 바이러스를 제외한 생물은 모두 세포로 이루어졌기 때문에 바이러스가 생물보다 먼저 탄생했다는 설로 볼 수 있다. 가장 단순한 생물인 원핵생물도 DNA를 유전자로 이용한다. 이렇게 생명체가 DNA를 유전자로 사용하기 전에 DNA보다 단순한 구조인 RNA를 사용해 자기 증식을 하는 원시 생명체가 있었다는 설이다. 이 원시 생명체가 RNA와 DNA를 동시에 가지고 있는 원시 생명체로 발전했다가 지금과 같은 생명체로 발전했다는 이야기다.

말하자면 지구 최초의 생명체인 원시 세포가 발전하는 단계에서 바이러스의 선조는 중간다리 역할을 했다고 볼 수 있다. 이런 과정에서 튀어나온 것이 지금의 바이러스라는 주장이다. 하지만 이 설에 대한 반론이 있다. 바이러스는 숙주 생물이 있어야 후손을 복제할 수 있기 때문에 세포로 이루어진 생물이 생기기 전에 바이러스가 존재할 수 없다는 반론이다.

바이러스는 세균의 진화 과정에서 탄생했을까?

다음은 바이러스가 세포로 이루어진 생물보다 나중에 탄생했다는 설이다. 어떤 세균 종류가 진화 과정에서 유전물질인 DNA나 RNA만 가진 형태로 진화하여 바이러스가 되었다는 주장이 있다.

그러나 과학계에서 많은 지지를 받는 것은 진핵생물의 세포 안에 매우 높은 비율로 존재하는 ‘역위 트랜스포존’에서 바이러스가 유래되었다는 가설이다. 염색체의 DNA 서열 중에는 한 부분에서 다른 부분으로 옮겨갈 수 있는 움직이는 유전자가 있다. 이것을 트랜스포존이라고 한다. 이 트랜스포존 중에는 ‘역위 트랜스포존’라는 것이 있다. 역위 트랜스포존은 자신의 DNA 유전정보를 복사해서 RNA를 만들고, 이 RNA를 이용해 다시 자기 자신과 같은 DNA 조각을 만든다. 이 복제된 DNA 조각이 염색체의 DNA 서열 중 원래 자기 자리에서 벗어나 다른 자리에 삽입된다. 이런 방식으로 역위 트랜스포존은 자기 DNA의 복제품을 게놈 안에 증식해 갈 수 있다.

역위 트랜스포존은 자신의 DNA를 복사해서 RNA를 만들고, 이 RNA를 이용해 자기 자신과 같은 DNA 조각을 만들어 염색체의 DNA 서열에 다시 들어간다 . ⓒ 윤상석

이러한 역위 트랜스포존이나 여기서 나온 RNA가 우연히 막에 싸여 세포 밖으로 나가게 되면서 바이러스의 선조가 탄생했다는 설이다. 일부 바이러스는 숙주세포 안에 들어가서 자신의 RNA를 이용해 DNA로 만들고 숙주세포 염색체의 DNA 서열에 삽입시키는데, 이 과정이 역위 트랜스포존과 공통점이 많다.

역위 트랜스포존이나 여기서 나온 RNA가 우연히 막에 싸여 세포 밖으로 나가게 되면서 바이러스의 선조가 탄생했을 가능성이 있다. ⓒ윤상석

다른 한편에서는 앞에서 소개한 지구 최초의 생명체인 원시 세포가 발전하는 단계에서 바이러스의 선조는 탄생했다는 설과 역위 트랜스포존 기원설 등 기존의 세균에서 진화를 통해 바이러스가 탄생했다는 설을 모두 받아들여 바이러스의 종류에 따라 그 기원이 다르다는 주장도 있다.

바이러스는 생물 진화에 어떤 영향을 끼쳤을까?

인간 게놈의 해독이 완료되고 다양한 생물의 게놈이 밝혀지면서 흥미로운 사실이 알려졌다.

다른 생물종 사이에서 DNA 이동이 자주 일어났음을 암시하는 증거들이다. 이러한 다른 생물종 간의 DNA 이동은 바이러스 때문에 가능하다. 같은 바이러스가 여러 종의 생물을 감염시킬 수 있다.

예를 들어 인플루엔자 바이러스는 조류와 포유류 모두를 감염시킨다. 그러면서 바이러스는 양쪽의 DNA를 이동시킬 수 있다. 숙주세포에 들어간 바이러스는 증식하는 과정에서 숙주의 유전물질 일부를 자신의 유전물질에 끼워 넣을 수 있다. 그리고 이 바이러스가 다시 다른 종의 생물을 감염시키고 증식하는 과정에서 이전 숙주에서 온 유전 물질을 다른 종의 유전 물질에 끼워놓을 수 있기 때문이다. 이러한 과정을 통해 바이러스는 생물의 진화에 큰 영향을 끼쳤을 가능성이 있다.

다른 생물 종 간의 DNA 이동은 바이러스 때문에 가능하다. ⓒ윤상석

 

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전체 댓글 (1)

  • 박한얼 2020년 9월 23일4:00 오후

    DNA를 유전자로 사용하기 전에 DNA보다 단순한 구조인 RNA를 사용해 자기 증식을 하는 원시 생명체가 있었다는 가설이 일리가 있습니다. 김 빛내리교수가 강의 하는걸 들으면 RNA에 더 관심이 생깁니다.

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