30강. 주요 미생물의 예
추천글 : 【생물학】 생물학 목차, 【생물정보학】 생물 라이브러리
a. 화생방 생물학 무기
b. 생물테러 대응체계
d. 연못 속 미생물
1. 바이러스 [목차]
● 개요
○ 바이러스는 그람양성, 그람음성으로 분류할 수 없음
○ 그람염색은 펩티도글리칸을 가지는 박테리아에만 적용되는 개념
○ 바이러스 종류별 형태
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 Kd 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. 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
● 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
● 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
○ 2세트 28개의 염색체를 가짐
입력: 2019.03.17 11:55
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