박테리아 내부에서 핵을 만드는 거대 바이러스

 

(Cryo-electron tomography technology provides a view of a jumbo phage-infected bacterial cell (top left) with the nucleus-like compartment outlined in blue (top right). A close-up of the cell (bottom left) reveals the newly discovered chimallin protein and the chimallin protein's square lattice design (bottom right), with yellow highlighting an individual chimallin shell component. Credit: Villa Lab, UC San Diego)

(A cryo-EM depiction of jumbo phage compared with a T4 phage virus and a ribosome particle. Credit: Villa Lab, UC San Diego)

(A fluorescence microscopy image reveals a bacterial cell infected by jumbo phage revealing the bacterial cell membrane (red), phage nucleus shell (green) and phage DNA (blue). Credit: Pogliano Lab, UC San Diego)

(Twenty-four individual chimallin proteins assemble as a cube inside cells of infected bacteria. Thousands of chimallin components assemble into tiles that ultimately make up square sheets of the phage nucleus shell. Credit: Villa Lab, UC San Diego)

 바이러스와 박테리아는 인간 입장에서는 모두 위험한 병원체처럼 여겨지지만, 사실 둘 사이야 말로 수십 억 년 된 숙적 관계라고 할 수 있습니다. 더 복잡한 다세포 생물이 나타나기 한참 전부터 바이러스는 박테리아의 자원을 이용해 자기를 복제했고 박테리아는 이런 바이러스의 감염을 막기 위해 면역 시스템을 갖췄습니다.

 이 둘의 진화적 군비 경쟁은 과학자들의 관심을 끌었습니다. 바이러스나 박테리아의 진화를 이해하는데 도움이 될 뿐 아니라 새로운 치료법을 개발하는데도 도움이 될 수 있기 때문입니다. 

 캘리포니아 대학 샌디에이고 캠퍼스의 과학자들은 과거 알려지지 않은 바이러스의 박테리아 면역 회피 기전을 발견했습니다. 연구팀이 발견한 것은 거대 점보 바이러스(jumbo bacteriophage)가 박테리아 내부에 진핵 세포의 핵과 비슷한 구조물을 만드는 것입니다. 

 일반적으로 진핵 세포의 핵은 매우 중요한 유전 정보를 안전하게 보호하는 역할을 담당합니다. 그리고 거대 바이러스의 핵도 비슷한 목적으로 진화했습니다. 바로 바이러스의 DNA를 숙주의 공격으로부터 보호하는 일입니다. 

 연구팀은 바이러스의 핵 구조가 치말리 (chimalli)이라는 단백질이 여러 개 모인 단순한 구조이지만, 진핵 세포의 핵처럼 DNA를 잘 보호하고 물질 교환을 돕는 구조라는 점을 확인했습니다. 이 단백질은 실험실에서는 큐브 구조를 만들지만, 세포 내에서는 거대한 벽지 같은 구조로 바이러스 DNA를 보호했습니다. 

 이렇게 예상치 못한 바이러스의 자기 보호 능력은 수십 억 년에 걸친 진화적 군비 경쟁의 결과입니다. 숙주의 면역을 어떻게든 회피하고 자신을 방어하기 위해 독특한 거대 구조물까지 만드는 것입니다. 한편으로는 놀랍다는 생각이들면서도 섬뜩하기도한 바이러스의 진화입니다. 

 참고 

Thomas G. Laughlin et al, Architecture and self-assembly of the jumbo bacteriophage nuclear shell, Nature (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-05013-4

https://phys.org/news/2022-08-giant-viruses-cell-nucleus-surprisingly.html