인간과 바이러스의 끝없는 전쟁

기획·칼럼

인간과 바이러스의 끝없는 전쟁
[만화로 푸는 과학 궁금증] 바이러스의 복제와 변이, 그리고 백신과 치료약

2019.10.25 08:30 윤상석 프리랜서 작가

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.

아프리카 돼지열병은 바이러스에 의해 일어나는 질병이다ⓒ윤상석

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.

바이러스는 단백질 껍질 안에 유전자인 RNA나 DNA만이 들어 있는 아주 단순한 구조이다ⓒ윤상석

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 과정1- 바이러스가 숙주 생물의 세포에 침입한다. 바이러스 복제 과정2-바이러스가 침투에 성공하면 자신의 유전자를 방출한다.ⓒ윤상석

바이러스 복제 과정1- 바이러스가 숙주 생물의 세포에 침입한다.
바이러스 복제 과정2-바이러스가 침투에 성공하면 자신의 유전자를 방출하고 복제한다.ⓒ윤상석

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.

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