[만화로 푸는 과학 궁금증] 바이러스의 복제와 변이, 그리고 백신과 치료약
요즘 아프리카 돼지열병 때문에 수많은 돼지들이 살처분되고 있다. 감염이 의심되는 돼지들을 죽이는 방법 외에 다른 방법이 없을 정도로 우리는 아프리카 돼지열병에 속수무책이다.
또한 환절기만 되면, 동네 병원마다 감기 환자들로 넘쳐난다. 감기는 오랫동안 인류를 괴롭혀온 질병 중 하나임에 불구하고 과학이 발달한 지금도 여전히 확실한 치료 방법을 못 찾은 채 많은 사람들이 감기에 시달리고 있다. 아프리카돼지열병이나 감기는 바이러스에 의해 생기는 질병이기 때문이다.
바이러스는 무엇인가?
하나의 세포로 이루어진 박테리아와 달리 바이러스는 단백질 껍질 안에 유전자인 RNA나 DNA만이 들어 있는 아주 단순한 구조이다. 대부분 생물의 유전자는 DNA이지만, 바이러스 유전자는 RNA 형태가 훨씬 더 많다. 크기는 박테리아보다 50배 이상 작기 때문에 광학현미경으로는 볼 수 없고 전자현미경으로만 그 모습을 볼 수 있다.
그런데 바이러스는 생명체의 특징인 먹이 섭취와 생리 대사 작용을 하지 않고 일반적인 환경에서는 무생물처럼 지낸다. 하지만 다른 생명체의 세포 안에서 자신과 같은 모습의 후손을 복제해 낼 수 있다. 이러한 성질 때문에 과거에는 바이러스가 생물과 무생물 사이에 있다고 보는 시각이 많았는데, 현재는 생명체로 인정받고 있다.
바이러스의 복제
바이러스가 후손을 복제하려면 다른 생명체 세포 안으로 들어가야 하는데, 아무 세포에나 침입할 수 있는 건 아니다. 바이러스 표면의 구조와 세포 표면의 구조가 열쇠와 열쇠 구멍처럼 일치해야만 바이러스가 세포 내부로 침입할 수 있다.
지금까지 알려진 바이러스의 수가 5000여 개가 넘는데, 그 바이러스들은 종류에 따라 감염시킬 수 있는 숙주 생물이 다르다.
앞에서 이야기한 아프리카 돼지열병 바이러스는 사람에게 전염되지 않고 돼지에게서만 전염되고, 개가 아무리 인간과 밀접하게 생활한다고 하더라고 인간에게 전염되는 감기 바이러스는 개에게 전염되지 않는다. 하지만 개는 인간의 감기와 비슷한 증상을 일으키는 다른 바이러스에 감염된다.
바이러스는 세포 안으로 침투에 성공하면, 자신의 단백질 껍질을 숙주세포의 단백질과 합쳐 버리고, 단백질 껍질 안에 있던 자신의 유전자인 RNA나 DNA를 방출한다.
그다음, 숙주세포의 효소를 이용하여 자신의 RNA나 DNA를 다량 복제하고, 이 유전자의 유전 정보를 이용하여 자신의 단백질 껍질을 합성한다. 이 과정을 통해 같은 모습의 새로운 바이러스들이 만들어져 세포 밖으로 방출되고, 숙주세포는 파괴된다. 방출된 바이러스는 새로운 세포 안으로 침투하여 같은 방법으로 후손을 퍼뜨리고 세포를 파괴한다.
바이러스 복제 과정3-복제된 유전자의 유전 정보를 이용하여 바이러스 단백질 껍질을 합성한다.
바이러스 복제 과정4-새로운 바이러스들이 만들어져 세포 밖으로 방출되고, 숙주세포는 파괴된다. ⓒ윤상석
바이러스에 대한 방어와 바이러스 변이
바이러스가 침투했다고 우리 몸은 아무런 대책 없이 당하지만은 않는다. 바이러스가 침투하면 우리 몸의 면역체계가 바이러스를 퇴치하기 위해 노력한다. 그래서 면역력이 강한 사람은 감기에 잘 걸리지 않는다. 또한 침투가 예상되는 바이러스의 백신을 우리 몸에 미리 접종한다면 우리 몸의 면역 체계는 손쉽게 그 바이러스를 퇴치할 수 있다.
백신은 질병을 일으키는 바이러스의 위력을 약화시켜 만드는데, 이 백신이 우리 몸에 들어오면 면역 체계에 의해 항체가 만들어진다. 이 항체 덕분에 나중에 같은 바이러스가 몸에 들어와도 면역 체계가 쉽게 퇴치할 수 있다. 또한 바이러스의 증식을 방해하는 항바이러스제도 개발되어 치료제로 사용되고 있다.
하지만 감기나 아프리카 돼지열병처럼 관련된 바이러스의 종류가 매우 많은 경우에는 백신과 치료제의 개발이 무척 어렵다. 게다가 바이러스 유전자인 RNA는 DNA보다 안정성이 낮기 때문에 숙주 세포 안에서 복제될 때 구조가 바뀌는 경우가 많다. 그 결과 자손 바이러스는 어미 바이러스와 다른 능력과 형태를 갖는 변이가 쉽게 일어난다. 우리가 해마다 새로운 독감 바이러스 백신을 접종 받는 이유도 독감 바이러스가 쉽게 변이를 일으키기 때문이다. 또한 변이가 일어나면 바이러스가 원래 감염시키지 못했던 생물종까지 감염시킬 수도 있다.
예를 들어 조류 인플루엔자 바이러스는 원래 조류에만 감염되었는데, 이 바이러스에 변이가 일어나 조류뿐만 아니라 포유류도 감염되기 시작했다. 결국 사람에게도 전염되어 2003년부터 중국을 비롯한 동남아시아와 아프리카 지역에서 이 바이러스 때문에 수백 명이 목숨을 잃기도 하였다.
과학자들은 변이를 일으키는 바이러스에 맞춰 새로운 백신과 치료제들을 꾸준히 개발하고 있다. 바이러스도 계속해서 변이를 일으켜 살아남을 것이다. 이렇게 인간과 바이러스의 끝없는 전쟁은 계속되고 있다.
(13361)
로그인후 이용 가능합니다.
잉여 영양분을 세포 안에 축적해 살이 찌게 하는 '백색 지방세포'를 영양분을 태워 없애는 '갈색 지방세포'로 바꾸는 방법을 국내 연구진이 찾아냈다. 울산과학기술원(UNIST)은 생명과학과 고명곤 교수팀이 전북대 안정은 교수팀과 공동으로 TET(Ten-eleven translocation) 단백질을 억제하면 백색 지방세포가 갈색 지방세포화 되고, 기존 갈색 지방세포는 더 활성화돼 열량 소비를 촉진한다는 사실을 발견했다고 26일 밝혔다.
'유유상종'(類類相從)이라는 말처럼 몸에서 나는 냄새가 비슷한 사람끼리 서로 알아보고 친구가 될 가능성이 높다는 과학 연구 결과가 나왔다. 또 친구를 맺은 사람들이 낯선 사람들보다 체취가 비슷할 가능성이 높으며, 냄새 판별 기기인 전자코(eNose)를 통해 체취를 확인하면 서로 낯선 두 사람이 친구가 될 수 있는지도 예측할 수 있는 것으로 나타났다. 흔히 '케미가 맞는다'라는 말을 많이 해왔는데 실제로 후각 차원에서 화학(chemistry)이 작용하는 셈이다.
기후변화로 대기 중 오존 농도가 짙어지고 있으며 앞으로도 그럴 것이라는 보고서가 나왔다. 국립환경과학원은 기후변화와 오존을 주제로 한 현안 보고서를 27일 홈페이지(www.nier.go.kr)에 공개한다. 보고서는 그간 나온 국내외 논문·통계자료·기사 등을 종합 것이다. 보고서에 따르면 우리나라 연평균 오존 농도는 1989년 0.011ppm에서 2020년 0.03ppm으로 상승했다.
한국천문연구원은 우주물체 전자광학 감시 시스템(OWL Net)으로 누리호 탑재 위성들을 포착했다고 24일 밝혔다. 누리호가 성능검증 위성과 더미 위성을 궤도에 무사히 올려놓은 것을 확인한 것이다. 천문연은 누리호 발사 당일인 지난 21일 오후 8시 20분부터 모로코에 있는 OWL Net 2호기로 추적을 시작해 22일 낮 12시 52분 3초와 오후 1시 3분 26초 사이에 발사체 3단과 더미 위성을 관측했다.
노화는 인간을 비롯해 모든 동물의 피할 수 없는 운명처럼 받아들여지고 있지만 '장수'의 상징이 돼온 일부 거북 종은 놀라울 정도로 적은 노화 현상만 보이는 것으로 나타났다. 과학 저널 '사이언스'(Science)는 최신호에서 이런 증거를 제시한 두 편의 논문을 나란히 다뤘다. 미국과학진흥협회(AAAS) 등에 따르면 펜실베이니아주립대학 생태학 부교수 데이비드 밀러 박사 등이 참여한 국제 연구팀은 거북은 물론 양서류와 뱀, 악어 등을 포함한 사지 냉혈동물 77종의 노화와 수명을 비교했다.
유방암은 흔한 암 유형 가운데 하나다. 세계보건기구(WHO)에 따르면 매년 전 세계에서 유방암 진단을 받는 사람이 약 230만 명에 달한다. 유방암도 초기에 찾아내면 대체로 치료 효과를 볼 수 있다. 하지만 이미 다른 부위로 전이된 상태에서 발견되면 훨씬 더 치료하기 어렵다. 암의 전이는, 원발 암에서 떨어져 나온 '순환 종양 세포' 클러스터(CTCs)가 혈류를 타고 다른 기관으로 이동해 새로운 종양을 형성하는 것이다.
화성 탐사 후발주자인 중국이 미국보다 2년 앞서 화성 암석시료를 지구로 가져올 것이라고 중국 우주탐사 관계자가 밝혔다. UPI 통신과 우주 전문 매체 '스페이스뉴스' 등에 따르면 중국의 화성탐사 미션 '톈원(天問)1'을 설계한 쑨쯔어저우 연구원은 지난 20일 난징대학 개교 120주년 세미나에 참석해 우주선 두 대를 활용해 화성 암석 시료를 지구로 가져오는 '톈원3호' 계획을 공개했다.