Gun들지마의 Bioinformatics 생명정보학

이 글은 2017년 2월 Bioinformatics 저널에 실린 "Changes associated with Ebola virus adaptation to novel species"를 요약 및 번역한 것입니다.

에볼라 바이러스 (Ebola virus)는 원래 쥐 등의 설치류에게 전염되지는 않지만 유전자 변형으로 감염되어 질병을 일으킬 수 있습니다. 불과 몇년 전에 아프리카에 있었던 대규모의 발병은 수많은 희생자를 낳았습니다.

현재까지, 에볼라 바이러스는 5개의 종류로 구분이 됩니다. 이 중 4개는 (Ebola virus, Sudan virus, Bundibugyo virus, Tai forest virus) 인간을 숙주로 삼지만, 나머지 하나 (Reston virus)는 사람을 제외한 유인원에게 감염이 됩니다.

이러한 숙주의 특정성때문에, 과학자들은 바이러스에 유전자 변형을 일으켜서 쥐 등의 설치류에게 감염시키는 연구를 해왔고, 몇몇의 연구는 성공적으로 감염시킬 수 있었습니다.

이 논문은 그러한 성공적인 사례들을 종합하고 분석하여서, 어떠한 인자가 바이러스에게 새로운 숙주를 감염시킬 수 있는 능력을 가지게 하는지 조사했습니다. 특히 기니피그에게 감염시킨 유전자 변형 바이러스 세 종류 (Cross et al., 2015; Dowall et al., 2014; Vochkov et al., 2000)와 쥐에게 감연시킨 한 종류 (Ebihara et al., 2006)의 바이러스를 분석하였습니다.

이들을 종합한 결과, 단백질의 성질을 변화시키는 33개의 특정한 돌연변이를 발견할 수 있었습니다.

(사진 출처: Table 1. Pappalardo et al., Bioinformatics 2017) 세로줄은 돌연변이가 발견된 단백질의 종류이고, 가로줄은 각각 독립된 연구논문입니다. 숫자는 발견된 돌연변이의 수입니다.

NP: nucleoprotein, GP: glycoprotein, VP: viral protein

NP와 GP, 그리고 VP24의 돌연변이가 모든 바이러스에서 발견됩니다. 그리고 일부의 케이스에서 공통된 돌연변이도 발견할 수 있습니다. (L, VP35)

여기서 NP (nucleoprotein)은 VP30, VP35, L 등과 함께 바이러스의 복제 매커니즘을 담당하고 있습니다. NP는 또한 바이러스가 숙주의 면역체계에 의해 발견되지 못하게 하는 역할도 합니다. GP (glycoprotein)은 숙주세포에 바이러스가 침입할 수 있도록 도와줍니다. 

또한 VP24는 바이러스의 nucleocapsid를 형성하고, 바이러스의 복제를 돕고, 숙주의 면역전달을 막는 등의 역할을 합니다.

이러한 돌연변이들을 종합하여 본 결과, 바이러스가 유전자 변형을 일으켜서 새로운 숙주를 감염시키기 위해서는 아주 적은 수의 돌연변이로도 가능하다고 합니다. 특히, VP24에 일어난 돌연변이는 새로운 숙주 감염에 결정적인 역할을 함으로써, 단지 5개이하의 돌연변이 만으로도 전혀 다른 종의 생물을 감염시킬수 있게합니다.

결론적으로, 바이러스가 새로운 숙주를 감염시킬 수 있는 능력은 아주 쉽게 일어날 수 있으며 실제로 위에서 언급한 5가지 종류의 에볼라 바이러스에서 마지막인 Reston virus는 지금은 사람을 제외한 유인원만을 감염시킨다고 알려져있지만, 이 변종이 돼지에 감염되고 거기서 다시 사람에게 공기를 통하여 감염될 수도 있다는 연구가 나와있습니다.

만약 조금의 변형으로 이 바이러스가 인간과 밀접한 반려동물들, 즉 개나 고양이 혹은 가축들을 감염시킬 수 있게 된다면 그 여파는 걷잡을 수 없이 커질 것으로 보입니다.