【생물학】 30강. 주요 미생물의 예

30강. 주요 미생물의 예

 

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1. 바이러스 [본문]

2. 박테리아 [본문]

3. 고세균 [본문]

4. 균계 [본문]

5. 원생생물 [본문]

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a. 화생방 생물학 무기

b. 생물테러 대응체계

c. 생물학 작용제 유효 소독제

d. 연못 속 미생물

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1. 바이러스 [목차]

● 개요

○ 바이러스는 그람양성, 그람음성으로 분류할 수 없음

○ 그람염색은 펩티도글리칸을 가지는 박테리아에만 적용되는 개념

○ 바이러스 종류별 형태

 

출처 : 이미지 클릭

Figure. 1. 바이러스 종류별 형태

 

● 아데노 바이러스(AdV, adeno virus)

○ 36 kb, dsDNA virus, naked virus 

○ helper-dependent parvovirus

○ small (18-25 nm) icosahedral capsid

○ DNA 구조 : ITR - REP - CAP - ITR

○ ITR(inverted terminal repeat) : REP·CAP에 필요한, 유일한 cis element

○ REP : replication을 담당하는 부분

○ CAP : packaging을 담당하는 부분

○ 아데노 바이러스가 세포 내로 들어갈 때 clathrin-mediated endocytosis 기작이 일어남

● 코로나 바이러스(CoV, corona virus) : member of nidovirales

○ 특징 : 외피 바이러스

○ 유전물질 : positive-sense ssRNA

○ helical symmetry nucleocapsid

○ 메커니즘 : 인간에 감염시 호흡기에 감염

○ 증상 : 보통은 무증상이나 가끔은 심각한 증상을 유발

○ 분류 : alpha (Group Ⅰ), beta (Group Ⅱ), gamma (Group Ⅲ), delta (Group Ⅳ)

○ 예 1. 사스(급성 호흡증후군, SARS, severe acute respiratory syndrome)

○ 원인 바이러스를 SARS-CoV라고 함

○ 2002년 겨울, 중국에서 발생

○ 예 2. 메르스(MERS, middle east respiratory syndrome)

○ 새로운 코로나바이러스(novel corona virus, nCoV)에 의해 유발되는 질병

○ 비섬모상피세포에만 감염됨

○ 2012년 4월, 사우디아라비아에서 발생. 낙타 또는 박쥐가 매개체인 것으로 추정

○ 2015년 5월, 우리나라에서 첫 감염자 발생

○ 2018년 9월 17일, WHO의 메르스 종료 선언

○ 예 3. 신종 코로나 바이러스 : 아래 참고

● 보충 : 신종 코로나 바이러스 (2019-nCoV, 2019 novel corona virus; COVID-19, coronavirus disease 2019)

○ 개요

○ SARS-CoV-2(severe acute respiratory syndrome coronavirus 2)에 의해 발생

○ 2019년 12월, 중국 우한에서 최초 발생

○ 2020년 7월 9일까지 54만 명의 사망자가 발생함

○ 특징

○ 외피 바이러스

○ 80-120 nm

○ 약 40,000 kDa

○ 구성

○ 구성 1. spike (S) protein : ~ 100 copy

○ 20 nm 길이. S1 subunit과 S2 subunit으로 세분화

○ 코로나 바이러스 표면에 75개의 spike가 있음

○ 구성 2. envelop (E) protein : ~ 20 copy

○ 구성 3. membrane (M) protein : ~ 2000 copy

○ 구성 4. nucleocapsid (N) protein : ~ 1000 copy. 유전체를 둘러싸는 관 모양의 단백질 껍질

○ helical symmetry nucleocapsid

○ 1-1. S1 subunit : trimer

○ 숙주세포 특이적 결합을 수행함 : ACE2와의 결합의 K_d 값이 대략 15 nM 정도 (꽤 큰 편) 

○ S1 subunit 중 S1-NTD와 S1-CTD는 수용체 결합 도메인

○ S1-CTD : ACE2, APN(aminopeptidase N), DPP4(dipeptidyl peptidase 4)와 결합

○ 1-2. S2 subunit

○ S1 unit과 바이러스 세포막을 연결하는 기둥 역할

○ 1-3. 코로나 바이러스의 S1 subunit과 S2 subunit은 숙주세포의 단백질분해효소로 인해 분리됨

○ cathepsin family와 TMPRSS2(transmembrane protease serine 2)가 관여함

○ 생활사 (Hartenian et al., 2020)

○ 1단계. binding and viral entry via membrane fusion or endocytosis 

○ 2단계. translation of polypeptide 

○ 3단계. autoproteolysis and co-translational cleavage of polypeptide to generate nsps

○ 4단계. (-sense) subgenomic transcription and RNA replication 

○ 5단계. (+sense) subgenomic transcription and RNA replication 

○ 6단계. translation of subgenomic mRNA into structural and accessory proteins 

○ 7단계. nucleocapsid buds into ERGIC studded with S, E, and M proteins 

○ 8단계. formation of virion 

○ 9단계. exocytosis 

○ 유전물질 : positive-sense ssRNA

○ 유전체의 크기 : 30 kb

○ 5' cap과 3' poly A tail이 있음

○ 메커니즘 : 인간에 감염시 호흡기에 감염

○ entry into cell : ~ 10 min

○ eclipse period : ~ 10 hr

○ burst size : ~ 1000 virion

○ 진단

○ 종류 1. RT-qPCR

○ 정확성과 민감성이 높아 gold standard로 사용되고 있음

○ 특허권이 소멸되어 저렴함

○ 종류 2. droplet digital PCR

○ 종류 3. LAMP-based test

○ 단일가닥 viral RNA template 말단이 루프가 되도록 한 뒤 PCR을 수행

○ 변성 과정을 요하지 않으므로 상온 하에서 할 수 있음

○ 종류 4. NEAR-based test

○ 제한효소와 유사한 nicking endonuclease enzyme을 사용

○ 가장 빠른 진단 방법 : ID NOW 제품의 경우 15분 미만만 소요됨

○ 종류 5. COVID-19 immunoassay : 항원-항체 반응을 이용함

○ 5-1. antigen test : 항체를 붙임

○ 5-2. antibody detection : antigen test와 비슷. 항원을 붙임

○ 5-3. neutralization

○ SARS-CoV-2와 SARS-CoV를 구분하지 못한다는 단점이 있음

○ 종류 6. recombinase polymerase amplification

○ 종류 7. CRISPR-based detection

○ CO-RADs (COVID-19 reporting and data system)

○ category 0 : not interpretable. 기술적 결함이 있음

○ category 1 : very low. 정상 또는 비감염

○ category 2 : low. 전형적인 감염. 그러나 COVID-19 아님

○ category 3 : equivocal/unsure. COVID-19일 수도 있고 아닐 수도 있음

○ category 4 : high. COVID-19가 의심됨

○ category 5 : very high. COVID-19에 전형적인 증상

○ category 6 : proven. RT-PCR을 통해 COVID-19 입증

○ 치료제 : 치료제 중 유일하게 렘데시비르가 성공했으나 사망률 감소에 기여를 하지 못함

○ arbidol : spike와 ACE2 상호작용 및 membrane fusion을 억제

○ bamlanivimab + etesevimab : S protein의 RBD와 결합

○ camostat mesylate : TMPRSS2를 억제

○ chloroquine : membrane fusion을 억제

○ EK1C4/HR2P : membrane fusion을 억제

○ dexamethasone : 항염증반응

○ favipiravir : RNA dependent RNA polymerase를 억제

○ hydroxychloroquine : membrane fusion을 억제

○ lopinavir : 3CLpro라는 replicase-transcriptase complex를 억제

○ recombinant ACE2 : ACE2 대신 COVID19과 결합

○ remdesivir : ATP 유사체. RNA dependent RNA polymerase를 억제

○ ribavarin : RNA dependent RNA polymerase를 억제

○ ritonavir : 3CLpro라는 replicase-transcriptase complex를 억제

○ sarilumab : IL-6와 특이적으로 결합하여 IL-6 신호전달을 억제

○ tocilizumab : IL-6와 특이적으로 결합하여 IL-6 신호전달을 억제

○ 보충 : 코로나 바이러스에 에이즈 치료제가 잘 듣는 이유

○ RNA 바이러스의 본질

○ 인간은 DNA로부터 RNA를 만들고, RNA로부터 단백질을 만듦. 단백질이 실질적인 생체기능을 수행함

○ 바이러스의 증식이라 함은 바이러스의 유전정보를 가지는 DNA를 인간의 DNA에 삽입하는 데 있음

○ 따라서 RNA 바이러스는 RNA로부터 DNA를 생성시키는 역전사 효소를 항상 필요로 함

○ AIDS 바이러스와 코로나 바이러스

○ AIDS 바이러스와 코로나 바이러스는 모두 ssRNA 바이러스임

○ 코로나 바이러스 또한 에이즈 치료제로 인해 치료할 수 있음을 유추하는 것은 어렵지 않음

○ 2002년 사스 당시 대한민국이 코로나 바이러스의 일종인 사스 바이러스를 에이즈 치료제로 치료한 바 있음

○ 보충 : 코로나 바이러스와 집단면역

○ 집단 면역의 공식 : 한 숙주 당 퍼트릴 수 있는 숙주의 수 n에 대하여 집단면역을 위한 감염자의 비율

 

 

○ 코로나 바이러스의 경우 n = 3 정도이기 때문에 1 - 1/3 = 66.6%의 인구가 코로나 바이러스에 걸려야 함

○ 치사율을 1%라고 가정하면 0.67%의 인구가 사망해야 한다는 결론

● coxsackievirus

○ 7.1 kb, positive-sense ssRNA virus, naked virus

● 에볼라 바이러스(ebola virus)

○ negative-sense ssRNA virus

● HBV(hepatitis B virus)

○ dsDNA virus

○ 간암, IFG-2(인슐린유사 성장인자)의 발현 증가

● HCV(hepatitis C virus)

○ positive-sense ssRNA virus

● HPV(human papillomavirus) 

○ DNA virus

○ HNSCC, OPSCC와 같은 암을 일으킬 수 있음

○ 200여 종 이상의 세부 종류가 있음

○ low-risk genotype : HPV 6, 11

○ high-rish genotype : HPV 16, 18, 31, 33, 35, 39, 45, 51, 52, 56, 58, 59

○ HPV 16 

○ 가장 흔한 high-risk genotype 중 하나

○ 바이러스 게놈에 8개의 유전자가 있음 : E5를 가장 많이 발현하고, 그 다음으로 E1을 발현함 

○ E6와 E7은 주요 발암 유전자 : 각각 종양 억제 단백질인 p53, Rb를 억제함 

● 헤르페스 바이러스(HSV, herpes simplex virus)

○ 154 kb, dsDNA virus, enveloped virus 

○ 림프종, 카포시 육종 등, 종양세포의 MHC I에 항원제시 억제

○ 인체의 면역력이 떨어졌을 때 구내염 등을 일으킴 

○ 수두대상포진 바이러스와 굉장히 유사

○ HSC-1 : 가장 흔한 herpes virus 

● HIV 바이러스(human immunodeficiency virus)

○ positive-sense ssRNA virus

○ 치료제 : 역전사효소 억제제, crixsivan (AIDS 치료제로 쓰이는 HIV protease 저해제 중 하나)

● human T-leukemia virus

○ T세포 림프종, T세포에 감염되어 사이토카인의 과다분비

● H1-PV

○ 5 kb, ssDNA virus, naked virus  

● 인플루엔자 바이러스(influenza virus)

○ negative-sense ssRNA virus

○ 사실 한 종류가 아님

● NDV

○ 14 kb, negative-sense ssRNA virus, enveloped virus 

● MV

○ 16 kb, negative-sense ssRNA virus, enveloped virus  

● 파르보바이러스(parvovirus)

○ 특징 : ssDNA virus. 노출바이러스

○ 종류 : 세 종류. Kilham's rat virus(KRV 또는 RV), Toolan's H-1, rat parvovirus(RPV, ROPV, rat orphan parvovirus)

● poliovirus

○ 7.5 kb, positive-sense ssRNA virus, naked virus

● reovirus

○ 23 kb, dsRNA virus, naked virus 

● rotavirus

○ dsRNA virus

● SV40(simian virus40)

○ 원숭이 림프종, SV40의 T-항원에 의해 pRb, p53의 억제

● VACV

○ 190 kb, dsDNA virus, enveloped virus 

● VSV

○ 11 kb, negative-sense ssRNA virus, enveloped virus 

● 수두대상포진 바이러스(VZV, varicella zoster virus)

○ 전 세계 인구의 90%가 감염 : 전염력이 매우 높음

○ 수두와 대상포진을 유발 

○ 소아기에 감염되면 수두가 발생함 

○ 감염 이후 신경 주위에 무증상으로 남아 있다가 면역력이 떨어질 때 대상포진으로 다시 나타남

○ 헤르페스 바이러스(herpes virus)와 매우 유사 

 

 

2. 박테리아 [목차]

● 초산균(acetobacter)

○ 균막 형성. 호기성

● 근두암종균(Agrobacterium tumefaciens)

○ Ti 플라스미드를 가지고 있음

○ 식물에게 근두암종(crown gall)이라는 종양을 유발

● 아조박터(azotobacter)

○ 토양에서 질소 고정

● 탄저균(Bacillus anthracis)

○ 그람양성

● 바실러스균(Bacillus subtilis)

○ 그람양성

● Chlamydophila pneumoniae

○ 폐렴 유발

○ 세포벽 없음

● Corynebacterium diphtheria

○ diphtheria toxin을 분비 

● 대장균(E. coli; Escherichia coli)

○ 그람음성

○ 무아포간균

○ 61종의 E. coli genome이 20개의 유전자를 공유함 (Lukjancenko et al. 2010)

○ 종류 1. E. coli K12

○ 4.6 Mb genome. 일반적인 실험실 균주

○ 종류 2. E. coli O157

○ 5.6 Mb genome. 병원성 균주. Shigella와 유사함 

○ Shigella : E. coli의 subgenus로 간주되고 있음 

○ 종류 3. Escherichia coli DH5α

○ 제1위험군에 속하는 세균

○ K-12 strain에서 유래한 인정숙주로 안전함

○ 유전형 : fhuA2 alc(del)U169 phoA glnV44 φ80' lacZ(del)M15 gyrA96 recA1 relA1 endA1 thi-1 hsdR17

○ 유전자 cloning에 사용

● Haemophilus influenzae

○ 폐렴 유발

● 헬리코박터 파일로리(Helicobacter pylori)

○ 그람음성

● Legionella pneumophila

○ 폐렴 유발

○ 세포벽 없음

● 리스테리아 균(Listeria monocytogenes)

○ 그람양성

○ 몇 개의 편모를 가짐, 세포 내 기생 세균

○ 동물이나 조류에 널리 병원성이 있음

○ pore-forming hemolysin으로 잘 알려진 LLO(listeriolysin)를 생성

○ 리스테리아증(listeriosis)

○ 사람 또는 동물에게 리스테리아 균이 감염된 경우

○ 대부분 패혈증, 수막염, 뇌수막염

○ 감염되면 단구의 수를 증가시키기 때문에 'monocytogenes'라고 함

● 결핵균(MTB, Mycobacterium tuberculosis)

○ 그람양성

○ 펩티도글리칸 층이 얇고 지질층이 많아 염색이 빨리 없어짐

● Mycoplasma pneumoniae

○ 세포벽이 없음

○ 폐렴 유발

● Prochlorococcus marina 

○ phototroph 중 가장 크기가 작음 

○ 바다에서의 밀도 : ~10⁵ / ml

○ 지구 전체 광합성의 ~25% O₂를 생성 (ref)

● Pseudomonas aeroginosa 

○ 세 개의 도메인으로 구성된 단일 체인 exotoxin인 exotoxin A를 생성

○ 이중 도메인 II은 endosomal escape를 촉진함 

● 살모넬라(Salmonella enteritidis)

○ 장내 감염을 일으킴

● 살모넬라(Salmonella typhimurium)

○ 간균 중 flagellate rods

○ 돌연변이원에 민감하여 에임즈 테스트에 주로 사용

○ 일반적으로 에임즈 테스트에 사용되는 시험계

○ Salmonella typhimurium TA98 

○ Salmonella typhimurium TA100 

○ Salmonella typhimurium TA1535 

○ Salmonella typhimurium TA1537 

○ Escherichia coli WP2 uvrA (pKM101) 

○ siderophore의 합성

○ siderophore는 철과 결합

○ 37℃ 이상에서 반응속도 감소하기 시작

○ 40.3℃가 되면 반응이 중단

● Shigella 

○ 이질 유발 

○ E. coli의 subgenus로 간주되고 있음 

● Staphylococcus aureus (포도상구균)

○ 그람양성

○ 폐렴 유발

● Streptococcus penumoniae

○ 그람양성

○ 구균들이 실같이 분포

○ 폐렴을 유발

● 콜레라균(Vibrio cholerae)

○ 콜레라균은 소장의 상피세포의 CFTR 수용체를 활성화하여 소장으로 Cl^-를 다량 방출시킴

○ 삼투현상에 의해 다량의 물이 배출되어 설사병을 유발

○ 콜레라 독소가 소장 상피에 부착하는 데 소단위체 B가 관여

○ 콜레라 대유행(pandemic)은 주로 O1 혈청형에 의해 유발

○ 일반적으로 콜레라 환자의 배설물로 오염된 물을 통해 전파

○ 그람음성세균에 속하고 편모를 가지고 있음

 

 

3. 고세균 [목차]

● 메탄생성고세균(methanogen)

○ 에너지를 얻는 대사과정에서 메탄을 생성

○ 일부는 소와 같은 초식동물의 장에 서식

● 극호열균(Thermus aquaticus)

○ 고열의 온천수에 서식

○ 최초의 발견은 1960년대 옐로스톤 국립공원에서 이루어짐

○ Taq 중합효소를 합성

 

 

4. 균계 [목차]

● Blastomycosis

○ 미국 기준 동부에 분포

○ 폐렴 유발

● Coccidioidomycosis

○ 미국 기준 캘리포니아와 southwest 등지에 분포

○ 폐렴 유발

● Cryptococcus

○ 미국 기준 어디에나 분포

○ 폐렴 유발

● Histoplasmosis

○ 미국 기준 오하이오와 미시시피 강에 분포

○ 폐렴 유발

● Penumocystis jiroveli

○ 폐렴 유발

○ 면역 결핍자에게 특히 주의

● Saccharomyces 속

○ 포도즙을 발효시킬 대 가장 많은 알코올을 생산하는 효모

○ 포도주 생산에 이용됨

 

 

5. 원생생물 [목차]

● 네글레리아 파울러리(Naegleria fowleri)

○ 호수나 강에서 서식

○ 사람 몸에 들어와 뇌수막염을 일으킬 수 있음

● Nannochloropsis oculata

○ 질소 부족(nitrogen deficiency) 시 지질을 축적하는 녹조류

● 짚신벌레(Paramecium caudatum)

○ 짚신벌레는 섬모를 이용하여 전진운동과 후진운동으로만 움직임

● Plasmodium vivax

○ 말라리아를 유발

○ 인간과 모기가 숙주이고 유성생식과 무성생식을 모두 거치는 복잡한 생활사를 거침

 

출처 : 2013 MEET/DEET I

Figure. 2. 말라리아의 생활사^]

 

○ 2세트 28개의 염색체를 가짐

 

입력: 2019.03.17 11:55