봉입체

세균을 현미경으로 관찰할 때 세포질의 다른 부분과 구분되는 굴절률을 나타내는 유기물 혹은 무기물로 구성된 과립(granules)으로 물질을 저장하거나 독립적인 공간으로 작용하는 세포내 덩어리를 말한다. 한편, 세균 또는 바이러스에 감염된 세포에서도 유사한 과립(granule)을 관찰 할 수 있으며, 감염체와 관련되는 것으로 보이는 이러한 성분 또한 봉입체(inclusions, inclusion bodies)라고 부른다. 감염된 숙주 세포의 경우에는 핵 또는 세포질에서 봉입체가 관찰되며 각각을 세포핵 내 봉입체와 세포질 내 봉입체로 구분한다. 감염되지 않은 정상 숙주 세포에서는 일반적으로 보이지 않는 크기와 모양으로 이루어져 있으나, 감염 숙주 세포 내부에서의 증식을 통해 형성되며, 감염 여부와 관계 없이 세균에서 관찰되는 봉입체는 이들이 특별한 목적으로 생산하는 과립형 입자를 통칭한다.

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그림 1. Cytomegalovirus에 감염되어 생성된 세포 내 봉입체 (출처: GettyimagesKorea)

그림 2. Chlamydia 속의 세균에 의해 형성된 세포 내 봉입체 (출처: GettyimagesKorea)

목차

봉입체는 1907년 트라코마(trachoma)를 연구하던 Stanislaus von Prowazek와 Ludwig Halberstädter에 의해 Chlamydia trachomatis 균에서 처음으로 발견되었으며, 바이러스감염에 의한 봉입체는 1892년에 G. Guarnieri가 우두 및 천연두 바이러스의 감염 때 피부, 각막 등의 상피 세포질에 대한 에오신(eosin) 염색을 통해 세포질 내부에 원형에 가까운 소체가 여럿 보이는 것을 발견하는 것을 시작으로 1903년에는 A. Negri에 의하여 광견병에 걸린 동물의 뇌신경 세포 중에서 위와 유사한 소체가 발견되었다. 그 후 많은 세균 및 바이러스 감염 세포에서 발견되었으며, 처음에는 이것이 병원체라고 생각하였지만, 시간이 흐른 후 봉입체는 기본 소체라고 불리는 작은 과립으로 구성되는 것을 알게 되었다.

세균성 봉입체는 부분적으로 접혀있거나 변형된 비용해성 재조합 단백질 분자, 숙주세포 단백질, 그리고 DNA 분자들이 하나로 응집된 복합체로 이루어져 있으며, 세균 세포질 환경의 감소 및 숙주세포의 chaperone 그리고 전사 후 조절 기구들의 부족 현상이 세균성 봉입체의 형성을 도모하는 것으로 알려져 있다. Alcaligenes lactus의 PHB 과립, Bacillus thuringiensis의 parasporal crystal, Anabaena viriabilis의 caroboxysomes, Beggiatoa alba의 황 과립(sulfur granules) 등이 기능을 가진 봉입체의 대표적인 예이다. PHB 과립, 황과립과 같은 저장 목적의 봉입체로는 cyanophycin (아미노산 과립), volutin (무기인산염 과립) 등을 들 수 있다. Caroboxysome은 이산화탄소를 고정하는 데 필요한 구획으로 작용하며, parasporal crystal은 곤충 독소로 사용된다. 그 외에 gas vacuoles이나 magnetosomes도 기능성을 가지는 세균성 봉입체에 포함된다.

바이러스성 봉입체는 캡시드(capsid) 단백질, 소량의 숙주 단백질, 리보솜 구성성분, 그리고 DNA/RNA로 구성되어 있는 것이 특징이다. 봉입체는 비단위 지질막과 잘못 접힌 단백질 구조들이 서로 응집체를 이루는 것이 일반적이며, 때때로 하나의 유기체가 다른 유기체 안에서 유전자가 발현될 때 봉입체를 형성하기도 한다.

그림 2. 세균이 만드는 중합체인 polyhydroxyalkanoate를 포함한 봉입체 (A), purple sulfur bacteria내부에 축적된 황 입자를 포함하는 봉입체 (B). (출처: 이영하, 충남대학교)

세균성 봉입체는 다양한 물질들의 결합을 통해 이루어지는 만큼, 세균의 생리적 환경을 조절할 수 있는 하나의 매개체로 작용할 수 있는 것이 특징이다. 또한, 과발현된 재조합 단백질이 적절한 folding을 이루지 못하는 경우 단백질의 봉입체를 이루는 경우가 많다. 자연 상태에서 관찰되는 세균성 봉입체와 바이러스성 봉입체를 구성하는 단백질 또한 대개 변성되어 있고 활성을 잃고 있는 경우가 많기 때문에 기능이 불명확한 경우가 많다고 알려져 있으나, 봉입체의 형성만으로 숙주 세포의 기능적 장애를 유도할 수 있으며, 질병의 발생과 관련이 있을 수 있다.

일반적인 세균성 봉입체는 주사전자현미경(scanning electron microscope)이나 투과전자현미경(transmission electron microscope)을 통하여 관찰이 가능하다. 바이러스성 봉입체는 세포조직검사에서 면역조직화학염색법(immunohistochemistry)을 이용하여 세포 내부의 바이러스 봉입체를 관찰하는 것을 통해 확인한다. 배양이 불가능한 바이러스이거나 바이러스의 핵산을 검출 할 수 없을 때 봉입체 진단을 통해 바이러스의 유무를 파악한다.

한승현/서울대학교

조유희/차의과학대학교

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