바이러스 유전체의 구성
바이러스 유전체의 구성은 세균이나 동물계 등에서 볼 수 있는 것보다 훨씬 다양하게 나타납니다. 유전체를 구성하고 있는 핵산은 단일가닥 또는 이중가닥의 형태로 되어있으며 선형이나 고리형 등으로 나타납니다. 단일가닥으로 구성된 바이러스의 경우 positive sense이거나 negative sense 방향으로 구성되어 있는 두가지가 혼합된 양극성의 특징을 나타냅니다. 바이러스의 유전체 크기는 작게는 3500뉴클레오타이드 크기에서부터 큰 경우 약 120만 염기쌍에 이르는 경우도 있듯이 그 크기가 매우 다양하게 나타납니다. 120만 염기쌍 크기의 바이러스의 경우 세균의 유전체보다도 커 바이러스라고 무조건 크기가 매우 작은것은 아니라는 것을 보여줍니다. 바이러스의 유전체는 DNA이거나 RNA일 수 있는데 어떤 것으로 구성되어있건 간에 이들은 다음의 조건을 만족해야 합니다. 그 조건은 바이러스의 유전체가 바이러스가 기생하고 있는 숙주세포에 의해 인식되고 해석될 수 있는 형태로 갖고 있어야 숙주의 시스템을 이용해서 증식하고 생존할 수 있습니다. 이것이 바이러스가 가져야 하는 필수적인 구성 요소입니다.
바이러스 유전체 분석의 역사
처음으로 전체 염기 서열이 밝혀진 것은 1977년 밝혀진 세균의 바이러스인 박테리오파지입니다. 이 박테리오파지의 경우 5386nt 크기로 매우 작아 전체 서열을 밝혀내기 용이한 상태였으며 많은 양의 박테리오파지가 대장균에서 쉽게 생산되고 분리될 수 있는 조건을 갖추고 있었습니다. 또한 이 박테리오파지의 경우 DNA 사슬 종결법에 의해 염기서열의 직접 분석이 가능하다는 특징이 있어 처음으로 바이러스의 전체 유전체 분석이 이루어지게 되었습니다. 이후 M13과 같은 박테리오 파지가 연구의 목적으로 개발되기도 했습니다. 몇 종의 간단한 박테리오파지들 외 반대로 헤르페스 바이러스나 폭스바이러스와 같이 이중가닥 DNA의 바이러스의 경우 현재 염기서열이 많이 밝혀지고 있지만 완전한 해석이 어려울 정도로 매우 복잡한 구조를 나타냅니다. 그래서 바이러스의 전체 유전체 분석을 하려면 복제와 증식이 용이한 바이러스 중 염기서열이 짧은 경우가 분석에 용이합니다.
바이러스의 유전체 크기 최소화 전략
모든 바이러스는 유전체의 크기를 최소화하려는 특징을 보입니다. 그 이유는 숙주세포와 함께 최대한 빠른 시간 내에 증식을 하여야 하기 때문입니다. 구조가 복잡하고 복제가 어려울수록 바이러스의 생존에는 악영향을 미칠 수 밖에 없습니다. 그러나 이러한 기본 규칙에도 예외는 존재합니다. 예를 들어 T4와 같은 myoviridae에 속하는 박테리오파지들은 170kb에 해당하는 상대적으로 매우 큰 유전체를 갖고 있습니다. mimivirus와 같은 경우 1.2Mbp에 달하는 매우 큰 크기에 1200개의 ORF를 포함하는 경우도 있습니다. 또한 진핵생물 바이러스의 경우 헤르페스와 폭스 바이러스는 235000bp의 크기를 자랑하기도 합니다. 이렇게 큰 바이러스들의 생존전략은 숙주세포의 생화학적 제한을 회피하면서 살아남습니다. 무조건 작은 사이즈라서 빠르게 증식하거나 큰 사이즈여도 숙주세포의 방어기작을 회피하여 살아남는 전략을 택하는 경우도 있습니다.
바이러스 유전체 연구의 도구들
바이러스 유전체 연구를 수행하기 위해서는 RNA 또는 DNA가 단일가닥인지 이중가닥인지 또는 선형인지 고리형인지를 파악하는 구성 분석이 선행되어야 합니다. 그 이후 크기와 분절의 개수를 파악하고 말단 구조와 염기서열을 파악할 수 있는지 분석이 시행됩니다. 또한 ORF의 숫자를 파악하는 것도 바이러스의 특성을 파악하는데 큰 도움이 됩니다. 바이러스가 숙주세포에서 복제되는 과정에서 관여하는 enhancer나 promoter, terminator를 파악하는 것도 바이러스 유전체 분석에 필요한 도구입니다. 바이러스 유전체에 대한 분자 수준의 분석은 두 종류로 나뉘어집니다. 하나는 구조와 염기서열에 대해 물리적 분석을 수행하는 것으로 이 과정은 주로 in vitro에서 수행됩니다. 두번째는 전체 바이러스 유전체와 각 개별적인 유전요소간 상호작용을 알아보는 in vivo 실험이 수행됩니다.