감기 유발 바이러스의 구조와 특징

리노바이러스와 코로나바이러스

리노바이러스의 구조적 특성

리노바이러스는 피코르나바이러스(Picornaviridae) 과에 속하는 엔테로바이러스(Enterovirus) 속의 양성 단일 가닥 RNA 바이러스입니다. 리노바이러스의 크기는 약 300Å(30nm) 직경을 가지며, 정이십면체 구조의 캡시드로 둘러싸여 있습니다. 이 캡시드는 VP1, VP2, VP3, VP4라는 네 가지 캡시드 단백질로 구성되어 있으며, 각각 60개씩 존재합니다. VP1, VP2, VP3는 유사한 단백질 구조를 공유하며 캡시드 표면에 거의 평행한 두 개의 네 가닥 β-시트로 구성되어 있습니다. 작은 VP4 폴리펩타이드는 캡시드 내부 표면을 가로질러 확장되어 있습니다. 리노바이러스의 유전체는 약 7,200~8,500 뉴클레오티드 길이의 단일 가닥 양성 RNA로 구성되어 있으며, 5' 말단에는 바이러스가 인코딩한 단백질이 있고, 3' 말단에는 폴리-A 꼬리가 있습니다. 구조 단백질은 유전체의 5' 영역에 인코딩되어 있고, 비구조 단백질은 3' 말단에 인코딩되어 있습니다.

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코로나바이러스의 구조적 특성

코로나바이러스는 크고 대략 구형인 입자로, 독특한 표면 돌기를 가지고 있습니다. 그 크기는 평균 직경이 80~120nm로 매우 다양하며, 극단적인 경우 50~200nm 직경을 가질 수 있습니다. 코로나바이러스의 총 분자량은 평균 40,000kDa입니다. 바이러스 입자는 여러 단백질 분자가 박혀 있는 지질 이중층 외피로 둘러싸여 있습니다. 이 외피에는 막(M), 외피(E), 스파이크(S)라는 구조 단백질이 고정되어 있으며, 지질 이중층에서 E:S:M의 몰 비율은 약 1:20:300입니다. E와 M 단백질은 지질 이중층과 결합하여 바이러스 외피를 형성하고 크기를 유지하는 구조 단백질입니다. S 단백질은 숙주 세포와의 상호작용에 필요하며, 바이러스 표면에서 가장 두드러진 특징인 왕관 모양의 스파이크를 형성합니다. 이 스파이크는 바이러스에 태양 코로나와 같은 모양을 부여하여 '코로나바이러스'라는 이름의 유래가 되었습니다.

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리노바이러스의 감염 메커니즘

리노바이러스의 주요 진입 경로는 상부 호흡기(입과 코)입니다. 리노바이러스 A와 B는 호흡기 상피세포의 "주요" ICAM-1(세포간 접착 분자 1)을 수용체로 사용하여 결합합니다. A와 B 하위 그룹 중 일부는 "부" LDL 수용체를 대신 사용합니다. 리노바이러스 C는 CDHR3(cadherin-related family member 3)를 사용하여 세포 진입을 매개합니다. 바이러스가 복제되고 확산됨에 따라 감염된 세포는 케모카인과 사이토카인이라는 신호를 방출합니다. 감염은 바이러스가 호흡기에 들어간 후 15분 이내에 표면 수용체에 부착하면서 빠르게 발생합니다. 리노바이러스는 33°C(91.4°F)에서 우선적으로 성장하는데, 이는 평균 인체 온도인 37°C(98.6°F)보다 낮기 때문에 호흡기 기류가 (더 차가운) 외부 환경과 지속적으로 접촉하는 상부 호흡기에 감염되는 경향이 있습니다.

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코로나바이러스의 감염 메커니즘

코로나바이러스의 감염 과정은 스파이크 단백질이 숙주 세포의 수용체에 결합하면서 시작됩니다. 스파이크 단백질은 S1과 S2라는 두 개의 기능적 소단위로 구성되어 있습니다. S1 소단위는 N-말단 도메인(NTD)과 수용체 결합 도메인(RBD)으로 구성되어 있으며, 숙주 세포의 수용체에 결합하는 기능을 합니다. S2 소단위는 융합 펩타이드(FP), 헵타드 반복 1(HR1), 중앙 나선(CH), 커넥터 도메인(CD), 헵타드 반복 2(HR2), 막관통 도메인(TM), 세포질 꼬리(CT)를 포함하고 있습니다. S2 소단위의 기능은 바이러스와 숙주 세포의 막을 융합시키는 것입니다. 숙주 단백질 분해효소는 S2' 절단 부위에서 스파이크 당단백질을 절단하여 바이러스와 숙주 세포의 막을 융합시키는 데 중요한 단백질을 활성화합니다. 이 과정은 비가역적인 구조 변화를 통해 이루어집니다.

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감기 바이러스의 진화와 다양성

감기는 200개 이상의 다양한 바이러스에 의해 발생하는 상부 호흡기 감염입니다. 이 중 가장 흔한 원인은 라이노바이러스로, 전체 감기의 약 30~80%를 차지합니다. 라이노바이러스는 A, B, C 세 종으로 분류되며, 총 169개의 혈청형을 포함합니다. 모든 RV-B 유형과 대부분의 RV-A 유형은 ICAM-1을 수용체로 사용합니다. 다른 RV-A 유형은 저밀도 지단백질 수용체를 통해 세포에 부착하고 진입하며, RV-C 유형은 CDHR3를 수용체로 결합합니다. 코로나바이러스는 감기의 약 10%를 차지하며, 다양한 종류가 존재합니다. 이러한 바이러스의 다양성은 감기에 대한 효과적인 백신 개발을 어렵게 만드는 요인 중 하나입니다. 바이러스의 구조와 특성에 대한 이해는 새로운 치료법과 예방법 개발에 중요한 기초를 제공합니다.

 

 

출처: Nature, Wikipedia, PubMed Central, Scripps Research, Frontiers in Cellular and Infection Microbiology