인플루엔자바이러스

인플루엔자바이러스(독감바이러스)는 독감(influenza 또는 flu)를 일으키는 바이러스로 직경은 80-120nm 크기로 피막을 가지고 있고, 유전체는 8개의 음성 단일가닥 RNA로 구성된 분절유전체를 가지고 있다. 피막에는 적혈구응집소(Haemagglutinin, HA)과 뉴라민산분해효소(Neuraminidase, NA)가 있는데 인플루엔자바이러스의 종류를 분류하는데 이용된다. HA는 바이러스가 표적 세포를 인식하고 결합하는 데 핵심적인 역할을 하며, RNA를 세포에 감염시키는 역할을 한다. NA는 감염된 세포 내에서 생성 된 바이러스 입자의 연속적인 방출에 중요하다.

목차

감기(common colds)는 약한 호흡기 질환으로 주로 리노바이러스(Rhinovirus)나 아데노바이러스(Adenovirus)가 일으킨다. 반면에 독감은 인플루엔자바이러스가 일으키면 심한 호흡기 질환을 일으킨다. 독감은 성인에게는 심각한 질활을 일으키지 않지만 어린이와 노인에게 좀 더 심하며 치명적일 수도 있다. 독감의 증세는 고열, 콧물, 후두염, 근육통, 두통, 기침, 피로감 등이다.

인플루엔자바이럿는 A형, B형, C형, D형의 4 종류가 있는데 A형은 원래 조류에 많이 감염되는데 이들이 사람에게 감염되면 심각한 독감을 일으킨다. A형은 조류와 사람이외에도 돼지, 말, 박쥐에도 감염된다. 나머지 B형은 사람과 물개, C형은 사람, 돼지, 개에 감염되고, D형은 주로 돼지, 가축에 감염된다.

인플루엔자바이러스의 크기는 80-120nm로 피막을 가지고 있다(그림 1).

그림 1. 인플루엔자바이러스의 전자현미경 사진(출처: ) 

그림 2는 인플루엔자바이러스의 모식도를 나타내고 있다. 피막에는 여러 종류의 바이러스 단백질이 박혀 있는데 이중 대표적인 것이 적혈구응집소(Haemagglutinin, HA)과 뉴라민산분해효소(Neuraminidase, NA)가 있는데 인플루엔자바이러스의 종류를 분류하는데 이용된다. 피막 밑의 갭시드에는 8개의 음성 단일가닥 RNA가 있다. 이러한 형태를 분절유전체(segmented genome) 또는 분리유전체(split genome)라 하는데 바이러스 중에서 매우 드문 형태이다. 이중 6개의 RNA는 PB1, PB2, PA, HA, NP, NA와 같이 한 종류의 단백질을 만들고, M RNA는 스플라이싱을 이용하여 M1, M2 단백질을 NS RNA는 NS1, NEP/NS2의 두 종류의 단백질을 만든다.

그림 2. 인플루엔자바이러스의 모식도. 맨 바깥의 갈색 둥근 구형은 피막을 나타내고, 가운데 노란 막대는 RNA를 나타내다. (출처: )

인플루엔자바이러스 중에서 A형은 다양한 아형을 가지고 있는데 그 이유는 여러 종류의 HA와 NA가 조합을 이루어 다음과 같은 아형을 만든다: H1N1, H1N2, H2N2, H3N1, H3N2, H3N8, H5N1, H5N2, H5N3, H5N8, H5N9, H7N1, H7N2, H7N3, H7N4, H7N7, H7N9, H9N2, H10N7. 

인플루엔자바이러스의 이름은 바이러스가 발생한 연도, 장소, 타입에 따라 이름을 붙인다. 예를 들어 바이러스의 이름이 A/Hong Kong/401/2007(H3N2)이면, 이 바이러스는 A형으로 홍콩에서 채취 하였고, 균주 번호가 401번이고 2007년 발생하였으며, HA3형의 HA와 NA2형의 NA를 가지고 있다는 것이다. 

인플루엔자바이러스는 음성가닥 RNA 바이러스이므로 mRNA로 작용하지 않는다. 그러므로 바이러스가 숙주세포에 감염되면 먼저 (-) vRNA는 전사하여 (+) mRNA를 만들어야한다. 숙주세포는 RNA-의존성 RNA 중합효소(RNA-dependent RNA polymerase, RdRP)를 가지고 있지 않으므로 이 효소는 바이러스가 숙주세포에 감염될 때 가지고 들어가야 한다. RdRP는 PB1/PB2/PA RNA에서 만든다. 인플루엔자바이러스 RNA의 복제와 전사는 NP 단백질에 의하여 조절되는데 바이러스 감염초기에는 숙주세포 내에 NP 단백질이 많지 않아 vRNA는 주로 mRNA로 전사된다. 이후 NP RNA의 전사와 번역을 통하여 많은 NP 단백질이 생성되면 mRNA 합성은 억제되고, (+) cRNA, (-) vRNA 합성의 복제단계가 촉진된다(그림 3).

그림 3. 인플루엔자바이러스 RNA의 복제와 전사 (출처: 한국분자·세포생물학회) 

진핵세포의 번역에는 mRNA의 5‘ 말단에 있는 캡(Cap) 구조가 필수적이다. 그러나 인플루엔자바이러스는 캡을 만들 수 있는 시스템이 없어 숙주세포의 mRNA에 있는 캡을 이용한다. 이러한 과정을 캡 강탈(Cap snatching)이라 하며 인플루엔자바이러스에 있는 독특한 방법이다. 인플루엔자의 mRNA를 만들 때 그림 4와 같이 숙주세포 mRNA의 5’ 말단에 있는 캡에 바이러스의 RdRP인 PB1/PB2/PA 복합체가 결합한다. 그리고 가까이에 있는 아데닌(A) 다음을 절단하여 (-) vRNA를 주형으로 mRNA 합성의 프라이머로 이용한다. 새로 합성한 mRNA가 주형의 UUUUUUUU 염기서열에 도달하면 RdRP는 왕복운동을 통하여 mRNA에 폴리(A) 꼬리를 첨가한다. 이렇게 되면 바이러스의 mRNA가 완성된다. 인플루엔자바이러스에는 8개의 음성가닥 RNA가 있으므로 8개 RNA 모두에서 이 과정을 반복하여 바이러스 mRNA를 합성한다.

그림 4. 캡 강탈을 이용한 인플루엔자바이러스의 mRNA 합성. (출처: 한국분자·세포생물학회) 

인플루엔자바이러스는 8개의 RNA를 가지고 있는 분절유전체로 구성되어 있어 서로 다른 종류의 바이러스가 동일한 숙주에 감염되면 두 종류의 바이러스 RNA가 섞여 재조합된 새로운 종류의 인플루엔자바이러스를 생성할 수 있다. 이러한 과정을 유전적 재집합(Genetic assortment)이라 한다. 조류독감바이러스와 사람독감바이러스가 동일한 돼지에 감염되면 두 바이러스의 RNA가 재조합되어 돼지에서 새로운 종류의 인플루엔자바이러스가 나타날 수 있다. 이렇게 나타난 새로운 인플루엔자바이러스는 전세계적으로 유행하는 독감을 일으키기도 한다.

분절유전체(segmented genome), 분리유전체(split genome), RNA-의존성 RNA 중합효소(RNA-dependent RNA polymerase, RdRP), 캡 강탈(Cap snatching), 유전적 재집합(Genetic assortment).

Molecular Virology of Human Pathogenic Viruses (Ryu, Wang-Shik, Academic Press 2017)