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생물·생명
Q. 인플루엔자 바이러스가 유독 변이가 심한 이유는 무엇인가요?
인플루엔자 바이러스는 RNA 바이러스의 특징인 높은 변이율과 더불어 유전자 재편성이라는 독특한 특징 때문에 변이가 매우 심한 것입니다.이러한 변이는 크게 항원 소변이와 항원 대변이 두가지 방식으로 일어납니다.즉, DNA를 유전 물질로 쓰는 생명체와 달리, RNA를 복제할 때 오류를 교정하는 기능이 없어 복제 과정에서 점돌연변이가 자주 일어나는데, 이처럼 미세한 돌연변이가 누적되는 것을 항원 소변이라고 합니다.그리고 유전자 재편성으로 인해 완전히 새로운 유전자를 가진 바이러스가 탄생하는 것을 항원 대변이라고 합니다.특히 항원 대변이는 대유행을 일으킬 수 있을 만큼 파괴적인 변이이며, 이러한 이유 때문에 인플루엔자 바이러스는 매우 빠르게 변하고, 매년 새로운 백신을 맞아야 하는 것입니다.
생물·생명
Q. 식물조직배양 배지에서 한천 써도 되나요?
식품용 한천을 식물 조직배양 배지에 사용하면 안 됩니다.식물 조직배양에는 고순도의 전용 한천, 즉 말씀하신 plant agar을 사용해야 합니다.식품용 한천과 식물 조직배양용 한천은 둘 다 홍조류에서 추출되기는 하지만, 생산 공정과 순도에서 큰 차이가 있습니다.디른 이유도 있지만, 무엇보다 식품용 한천은 식용을 목적으로 하기 때문에 미네랄이나 다른 염분 등의 불순물이 제거되지 않은 경우가 대부분입니다. 이런 불순물은 식물 세포의 성장을 방해하는 것은 물론이고 배지 조성에 예기치 않은 영향을 줄 수 있습니다.반면, 식물 조직배양용 한천은 극도로 정제되어 불순물이 거의 없어 정확한 배지 조성 유지가 가능합니다.
생물·생명
Q. 인플루엔자 바이러스는 캡시드 단백질이 특이하게 이루어져 있다고 하는데요 어떤 특징이 있나요?
인플루엔자 바이러스는 일반적으로 바이러스의 가장 바깥쪽을 감싸는 단백질 껍질인 캡시드가 아니라, 뉴클레오캡시드라는 특이한 구조를 가지고 있습니다.다시 말해 대부분의 바이러스는 유전물질을 하나의 캡시드에 넣어 보호하지만, 인플루엔자 바이러스는 유전체가 8개의 조각으로 나뉘어 있습니다. 각각의 RNA 조각은 뉴클레오단백질(NP)과 결합하여 나선형의 뉴클레오캡시드를 형성하고, 이 여러 개의 뉴클레오캡시드가 바이러스의 외피 안에 들어있죠.이러한 분절된 유전체와 뉴클레오캡시드 구조는 인플루엔자 바이러스의 항원 대변이의 주된 원인이 됩니다.즉, 서로 다른 두 종류의 인플루엔자 바이러스가 한 세포에 동시에 감염될 경우, 이 8개의 유전체 조각들이 무작위로 재조합되어 새로운 형태의 바이러스를 만들 수 있기 때문입니다.
생물·생명
Q. 신종 코로나바이러스가 폐에 침투를 잘했던 이유는 무엇인가요?
결론부터 말씀드리면 바이러스 표면의 스파이크 단백질 때문입니다. 이 단백질은 우리 몸의 폐포 세포에 있는 ACE2 수용체에 상당히 강하게 결합합니다.물론 사스 바이러스도 같은 수용체를 이용하지만, 신종 코로나바이러스의 결합력이 훨씬 높습니다.반면, 메르스 바이러스는 다른 수용체(DPP4)를 이용해 폐보다는 상기도에 주로 침투합니다.이처럼 높은 친화력 덕분에 신종 코로나바이러스는 폐 깊숙한 곳까지 쉽게 도달하고, 감염된 후에는 매우 빠르게 증식하여 폐 세포를 파괴하게 됩니다. 그리고 이 과정에서 사이토카인 폭풍과 같은 과도한 염증 반응이 일어나 폐 기능 손상을 가속화되게 됩니다.결국, 스파이크 단백질의 높은 ACE2 결합력과 빠른 증식 속도가 신종 코로나바이러스가 폐에 치명적인 영향을 미치는 주된 원인인 것이죠.
생물·생명
Q. 닭이먼저냐 계란이 먼저냐 그것이 문제로다
명쾌하게 닭이 먼저, 알이 먼저 이렇게 단정하기는 어렵습니다.학자마다 다른 의견을 가지고 있으며, 그에 따른 결론도 달라집니다.하지만, 최근 기류는 알이 먼저입니다.닭의 오보클레디딘-17(OC-17)이란 단백질이 계란 껍데기 형성에 필수적이기 때문에 한때 닭이 먼저라는 주장의 근거가 되었습니다.하지만, 이 단백질은 닭 이전 조류에게서도 존재했을 가능성이 높고, 어느 순간 완벽한 닭의 유전자가 생긴 것이 아니라 닭과 비슷한 조류가 낳은 알 내부에서 유전적 돌연변이로 인해 최초의 닭 유전자를 가진 병아리가 태어났다는 것이 최근 주장이죠.
생물·생명
Q. 람다 파지는 어떻게 용균성 생활사로 전환이 가능한가요?
말씀하신 것처럼 람다 파지는 숙주 세포의 생존 환경이 열악해지면 용원성 생활사에서 용균성 생활사로 전환합니다.그리고 이 전환은 숙주 DNA에 삽입된 람다 파지의 DNA에서 cI 유전자와 cro 유전자라는 두 핵심 유전자의 발현 비율에 의해 조절됩니다.평상시에는 숙주 세포의 DNA에 삽입된 람다 파지의 DNA에서 cI 단백질이 우세하게 발현됩니다.이 cI 단백질은 OR이라는 특정 조절 부위에 결합하여, 용균성 생활사를 유도하는 Cro 유전자의 발현을 억제하여 용원성 상태를 유지합니다.그러나 숙주 세포가 자외선 조사와 같은 스트레스를 받으면, RecA 효소가 활성화되어 cI 단백질을 분해합니다. cI 단백질이 사라지면 Cro 유전자의 발현에 대한 억제가 풀리고, Cro 단백질이 대량으로 생성됩니다.Cro 단백질은 cI 유전자 자체의 발현을 억제하고, cI 단백질의 농도를 더욱 낮추게 되는데, 이로 인해 용균성 생활사에 필요한 파지 증식 및 세포 용해 관련 유전자들이 활성화되어, 람다 파지는 용원성 상태에서 용균성 상태로 전환하게 되는 것입니다.
생물·생명
Q. 바이러스의 집락 단위와 세균의 집락단위의 크기는 어느 정도 되는 것인가요?
사실 바이러스나 세균 모두 기하급수적으로 증식하는 특성 때문에 실제 개체 수를 직접 세는 대신, 특정 조건에서 형성된 집락의 수를 세어 농도를 추정합니다.플라크는 플라크 형성 단위(PFU)라고 불리며, 보통 1mL당 바이러스의 수를 나타냅니다. 바이러스 입자 하나가 살아있는 숙주 세포를 감염시켜 파괴함으로써 투명한 원형의 구멍을 만드는데, 이 구멍 하나를 1 PFU로 봅니다.콜로니는 콜로니 형성 단위(CFU)라고 하며, 1mL당 세균의 수를 나타냅니다. 세균 한 개가 영양분이 풍부한 고체 배지 위에서 증식하여 육안으로 볼 수 있는 덩어리를 만드는데, 이 덩어리 하나를 1 CFU로 계산합니다.즉, 이 단위들은 실제 개체 수보다는 생물학적 활성을 가진 입자의 농도를 간접적으로 측정하는 데 사용되는 것입니다.
생물·생명
Q. 용원성 파지는 어떻게 프로파지를 형성할 수 있나요?
용균성 파지와 달리 람다 파지는 코헤시브 말단이라는 독특한 DNA 구조 덕분에 자신의 선형 DNA를 숙주세포의 환형 염색체에 통합시킬 수 있습니다.람다 파지가 숙주세포에 DNA를 주입하면, 이 선형 DNA의 양 끝에 있는 단일 가닥의 코헤시브 말단이 서로 상보적으로 결합합니다. 이 결합으로 인해 파지 DNA는 자연스럽게 환형으로 변하게 됩니다.이렇게 환형이 된 파지 DNA는 인테그라아제라는 효소의 작용으로 숙주세포의 염색체에 특정 부위와 결합하여 삽입됩니다. 이 과정을 통해 파지 DNA는 숙주 염색체의 일부가 되어 프로파지 상태로 존재하게 됩니다.즉, 선형 DNA가 직접 삽입되는 것이 아니라, 숙주세포 안에서 환형으로 변형된 후에 삽입되는 것입니다.
생물·생명
Q. 바이러스의 피막의 유무는 어떻게 결정되나요?
결론부터 말씀드리면 숙주 세포를 탈출하는 방식에 의해 결정됩니다.피막을 가진 바이러스는 숙주 세포의 세포막이나 핵막을 출아 방식으로 탈출하면서 숙주 세포의 막 성분을 획득합니다. 이때, 숙주 세포의 인지질 이중층 막이 바이러스를 감싸면서 피막을 형성하는데, 피막에는 바이러스 유전자에 의해 암호화된 당단백질이 박혀 있으며, 이 당단백질은 다음 숙주 세포에 부착하고 침투하는 데 중요한 역할을 합니다.반면 피막이 없는 바이러스는 숙주 세포를 파괴하고 터뜨리는 용해 방식을 통해 탈출합니다. 이 과정에서 숙주 세포의 막을 획득하지 않기 때문에 피막이 없는 것이죠. 이 바이러스들은 캡시드 단백질만으로 구성되어 있으며, 캡시드가 외부 환경에 직접 노출되어 있어 피막 보유 바이러스보다 환경에 더 강한 저항성을 가지는 특징이 있습니다.
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Q. RNA 바이러스는 어떻게 유전 물질을 복제할 수 있나요?
RNA 바이러스는 크게 두 가지 효소를 이용해 유전 물질을 복제합니다.먼저 RNA 의존성 RNA 중합효소(RdRp)는 DNA가 아닌 RNA를 주형으로 삼아 새로운 RNA를 합성하는 효소입니다. 대부분의 RNA 바이러스는 이 효소를 이용해 유전자를 복제하는데, 양성 가닥 RNA 바이러스는 숙주 세포에서 이 효소를 직접 만들어내고, 음성 가닥 RNA 바이러스는 바이러스 입자 내에 이 효소를 이미 가지고 있습니다.두번째 역전사 효소는 RNA를 주형으로 DNA를 만드는 효소입니다. 주로 레트로바이러스가 이 효소를 가지고 있으며, 바이러스 RNA를 DNA로 바꾼 후 숙주 세포의 DNA에 끼워 넣어 증식하게 됩니다.그래서 RNA 바이러스는 숙주 세포의 DNA 복제 시스템을 사용하지 않고, 자체 효소를 이용해 유전 정보를 복제하고 증식할 수 있습니다.