미생물, 식물,  동물, 바이러스

바이러스 기원 : 세포 퇴화, 탈출, 독립기원

바이러스
- 진화 : 바이러스 기원, 진화,  바이러스는 최초의 유전공학자
- 신종 ?
- 질환 : - 스페인 독감,  발암의 원인

글 정용석  경희대 교수

분자생물학과 유전자 분석기술의 발달로 과학자들은 바이러스의 과거를 일부 추적할 수 있게 됐다. 그래도 여전히 높고 두꺼운 벽이 하나 남는다. 세포를 이용해 유전정보를 복제하고 필요한 단백질을 만들어내 번식하는 바이러스의 고유한 생활사가 과연 언제 탄생했느냐에 대한 의문이다.

그런데 이 의문에는 바이러스는 물론 세포에 대한 근원적인 질문도 함께 얽혀있다. 태초에 세포라는 독특한 자가복제단위는 생명을 연속시킬 수 있는 유일한 방법이었을까. 아니면 세포는 그저 제2, 제3의 형태와의 경쟁과 자연선택 속에서 살아남은 결과물인걸까. 그리고 그 선택과정 속에서 뻗어 나온 또 다른 진화의 가지는 없을까. 이 모든 질문은 생명의 역사를 새롭게 더듬어가는 작업과도 맞닿아 있다.

세포는 바이러스의 아버지?
바이러스는 어떻게 탄생했을까. 바이러스의 다양성은 다른 세포 생물(미생물, 동물, 식물 등) 전부를 합한 것보다 크다. 개체 수도 지구상 다른 모든 생물을 합한 것보다 월등히 많다. 실제로 바닷물 1L 속에는 약 10억 개의 바이러스 입자가 존재 한다. 그리고 바이러스는 세균(박테리아)에서 귤나무, 곰팡이, 사람에 이르기까지 지구의 모든 생물을 감염시킬 수 있다. 어쩌면 이렇게 다양한 바이러스가 하나의 근원에서 출발했다고 보는 것이 잘못된 접근일 수도 있다. 그동안 과학자들은 ‘바이러스의 기원’이란 거대한 비밀에 닿기 위해 주로 유전정보 분석결과를 바탕으로 크게 세 가지의 가설을 세웠다.

먼저 세포퇴화설이다. 천연두를 일으키는 폭스바이러스, 대상포진을 일으키는 헤르페스바이러스의 전체(게놈)는 사람과같은 DNA 이중가닥으로 돼있고 80~100개의 유전자가 있다. 유전체 크기가 아주 작은 박테리아보다 큰 경우도 있다. 최근 밝혀진 미미바이러스의 유전체 크기는 세균인 마이코박테리아의 2배가 넘는다.

세포퇴화설은 이런 ‘정황 증거’를 바탕으로 탄생했다. 즉 정상적인 세포가 퇴화해서 세포라는 옷을 벗고 유전체와 껍질 단백질만 남은 바이러스로 바뀌었다는 것이다. 그러나 이 가설만으로는 전체 바이러스 종류의 절반을 넘는 RNA 바이러스의 기원을 설명하기 어렵다. 세포는 DNA만으로 유전정보를 저장하기 때문이다.

  
스바이러스의 전자현미경 사진. 오른쪽 사진은 확대 (막대가 100나노미터).

그래서 등장한 것이 세포탈출설이다. 이 가설은 세포퇴화설이 풀지 못하는 RNA 바이러스의 기원을 밝히는 데 좀 더 유리하다. 탈출 가설은 세포 유전체의 일부분이 세포를 벗어나 자기복제와 물리적 보호에 필요한 효소와 구조 단백질을 얻으면서 바이러스가 탄생했다고 설명한다. 주로 사람에 감염해 소아마비를 일으키는 폴리오바이러스, 콩과 식물을 숙주로하는 코모바이러스, 모기와 포유동물을 오가며 생활하는 신드비스바이러스 등은 숙주와 활동영역이 완전히 달라 보이지만 이들 모두 ‘피코나-수퍼패밀리’의 구성원으로서 각각의 유전체는 세포 속에 있는 전령RNA(mRNA)와 구조가 매우 닮았다. 또, 이 바이러스들은 RNA 유전체를 복제하기 위해 특별한 효소 유전자를 갖고 있는데, 세포에도 비슷한 유전자가 있어 탈출가설을 뒷받침한다. 더욱이 세포퇴화설로 설명하기엔 이들의 유전체 구성이 너무나 단순하고 간결하다.


폴리오 바이러스의 전자현미경 사진 , 폴리오바이러스의 컴퓨터그래픽. 바이러스 수용체(보라색)와 결합한 모습.


독립기원설은 바이러스와 세포가 각각 독립적으로 출발해 서로의 진화에 영향을 주며 오늘에 이르렀을 것으로 본다. 이 가설을 뒷받침하는 일례로 레트로바이러스가 자주 등장한다. 레트로바이러스는 예외 없이 ‘역전사효소’ 유전자를 갖고 있다. 역전사효소는 RNA의 유전자 정보를 DNA로 옮겨 담는 매우 특별한 효소다.

그런데 현존하는 세포성 생물에서는 역전사효소의 활동이 극히 제한적이며 그나마 레트로바이러스의 친척인 레트로트랜스포존1)에서 유래한 경우가 대부분이다. 또한 세포 속에서 모든 유전정보의 흐름은 ‘DNA→RNA→단백질’의 방향으로만 진행된다(이것이 1956년 프란시스 크릭이 제창한 분자생물학의 중심원리 ‘센트럴 도그마’다. 이를 거꾸로 하는 ‘역전사 현상’은 1970년에야 발견됐다). 여기에 RNA가 DNA에 앞서 생명현상의 매개분자로 사용되었음(RNA World)을 전제한다면 역전사효소 와 레트로바이러스의 기원은 적어도 현재의 세포 형태가 완성되기 이전으로 거슬러 올라가야만 설명이 가능하다.

레트로트랜스포존
트랜스포존이란 DNA 위한 곳에서 다른 곳으로 옮겨 다니는(전이) DNA 유전인자를 말한다. 그 중 레트로트랜스포존은 RNA 중간체로 전사된 다음, 이 RNA 가닥을 이중가닥의 DNA로 역전사하고 이것을 다시 유전체의 다른 위치에 삽입한다. 기존의 레트로트랜스포존은 그대로 남기 때문에 전이가 반복될수록 그 수가 늘어나지만 대부분은 돌연변이가 축적돼 이동능력을 상실했다. 전이과정에 필요한 역전사효소는 레트로트랜스포존이 가진 유전자로부터 만들어진다.
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레트로바이러스의 일종은 HIV(인간면역결핍바이러스)의 전자현미경 사진

그러나 세 가지의 기원 가설이 모든 바이러스의 탄생을 설명할 수는 없다. 예를 들어 홍역이나 광견병을 유발하는 바이러스는 음성가닥 RNA라는 또 다른 형태의 유전체를 갖고 있으며, 숙주의 종류가 그리 많지 않은 것으로 볼 때 진화 역사상 비교적 ‘젊은’ 바이러스로 추측할 수 있다. 한편, 곤충과 식물을 오가며 감염하는 제미니바이러스와 단일가닥 DNA 유전체를 가진 파보바이러스 등은 오늘날 세포에서 볼 수 있는 이중가닥 DNA 복제와는 매우 다른 복제기법을 사용하고 있어 이 바이러스들에 대한 기원도 또 다른 해석이 가능하다. 결국 현존하는 바이러스들의 기원은 한 가지 가설만 맞는 게 아니라 앞서 소개한 가설들이 모두 합해진 형태이거나 아직까지 생각하지 못한 가설까지 포함해 여러 계통의 기원이 각각 존재했을 가능성이 가장 크다.

인간 DNA의 8%는 바이러스의 것
과학자들은 이런 가설을 어떻게 생각하게 됐을까. 바이러스는 생활사 특성상 숙주와 떨어져 살아갈 수 없다. 그렇다면 바이러스는 그들의 집인 세포 속에 어떤 흔적들을 남겨놓지 않았을까. 몇몇 바이러스와 세포는 서로에게 흔적을 남겨왔다. 인간의 유전체 정보가 대부분 밝혀진 2000년 이후 과학자들은 이 흔적을 추적하기 시작했다.

먼저 바이러스와 세포는 같은 유전정보 언어를 쓴다. 핵산은 바이러스와 세포 모두가 정보의 저장매체로 쓰는 물질이다. 세포 생명체가 DNA만을 쓴다면 바이러스는 DNA외에 RNA도 사용하고, 때론 둘 모두를 쓰기도 한다. 핵산 세 개의 배열(ATG, AUG 등)이 특정 아미노산을 지정하는 시스템 또한 똑같다.

같은 언어, 같은 말씨를 쓰는 두 사람은 동향(同鄕)일 가능성이 크다. 바이러스의 탄생 역시 같은 유전정보 언어를 쓰는 세포성 생물과 큰 연관이 있다고 추측해 볼 수 있다. 세포퇴화설, 세포탈출설 등은 이런 추측에서 나온 가설들이다.


레트로바이러스의 일종인 HIV 자신의 유전정보를 숙주의 DNA에 끼워 넣는 과정. <출처 : (cc) Raul654 at en.wikipedia>

하지만 다른 추정도 가능하다. 태초에 다양한 유전정보 언어를 쓰는 무수히 많은 ‘자가복제 단위’들이 있었다고 가정해보자. 과정은 알 수 없지만 세포는 자가복제능력의 결정판으로서 현재의 당당한 위치를 차지할 수 있었다. 그렇다면 바이러스가 오늘날까지 살아남기 위해서는 세포와 같은 언어를 쓰는 것은 당연하다. 바이러스는 세포를 이용해 증식하기 때문이다. 사실 바이러스 유전체가 가장 먼저 갖춰야 할 덕목은 세포의 유전정보 시스템과 같거나 비슷해야 하며, 적어도 세포의 유전자 발현 시스템이 인식할 수 있어야 한다는 것이다. 따라서 현재 우리 눈에는 세포를 닮은 바이러스만 보이는 것이다. 지금은 상상할 수도 없는 세포나 바이러스의 사촌들이 먼 옛날에는 존재했을지도 모른다.

바이러스의 유전정보와 그들이 숙주로 삼는 세포 속 유전정보의 교집합을 찾는 것도 서로에게 남긴 흔적을 찾는 방법이다. 실제로 바이러스와 숙주 생물은 많은 유전정보를 공유하고 있다. 인간의 DNA만 해도 전체의 8%가 레트로바이러스와 관련된 유전정보다. 인간이 생명활동에 활용하는 유전정보 전부를 합쳐도 불과 5% 정도라고 할 때 이는 실로 놀라운 양이다.

이렇게 인간 몸속에 바이러스 관련 유전정보가 많은 까닭은 레트로바이러스가 유전정보를 복제할 때 자신들의 RNA 유전체를 DNA로 바꿔 숙주의 유전체 틈에 끼워 완전히 통합시키기 때문이다. 바이러스의 유전체가 생식세포의 유전체에 통합된다면 시간이 흐르며 일부 파손되기도 하지만 상당 부분은 대대손손 숙주의 유전체 속에 계속 남아 ‘화석’ 유전자가 된다. 여기에 레트로트랜스포존 계열의 유전정보까지 더하면 인간 유전자에서 바이러스와 유사한 부분이 40%를 넘는다는 연구결과도 있다(사실 레트로바이러스의 유전체 구성이 레트로트랜스포존과 매우 닮았기 때문에 레트로바이러스는 종종 탈출 가설의 사례로 소개되기도 한다. 원래부터 세포 속에 있던 레트로트랜스포존이 탈출해 바이러스가 된 것인지, 아니면 레트로바이러스 유전체가 레트로트랜스포존이 돼 세포에 남은 것인지는 흥미로운 논쟁으로 남아 있다).

생물(숙주)의 유전체는 결국 바이러스 유전체의 ‘썩지 않는 무덤’이라고 할 수 있다. 이를 분석하면 과거의 바이러스가 어떤 유전정보를 가졌는지 알 수 있다. 또 여러 생물들의 유전정보를 분석하면 바이러스가 어떤 숙주들을 감염시키며 진화해왔는지도 추적할 수 있다.

바이러스의 활동구역이 뒤섞이고 있다.
1차 세계대전과 맞물려 유럽인구의 절반을 희생시킨 인플루엔자 바이러스는 지난 100년 사이에도 진화를 거듭했다. 지난 2011년 신종플루로 우리나라에서도 사망환자가 발생했고, 해마다 노로바이러스 식중독이 전 세계를 괴롭히는 한편, 고병원성조류 인플루엔자도 인간사회로 언제쯤 넘어올까 전전긍긍이다.

주목해야할 사실은 인간의 활동으로 바이러스의 ‘활동구역’이 점점 더 빨리 뒤섞이고 있다는 점이다. 오랜 진화 역사 동안 바이러스는 가급적 각자의 활동구역을 지키며 살아왔다. 박테리아, 고세균, 진균, 식물 등을 숙주로 하는 바이러스들 대부분은 지금까지도 큰 변화 없이 각자의 활동구역에서 벗어나지 않고 있다. 그런데 7억 년 전 등장한 곤충이 식물과 척추동물 사이를 오가며 바이러스의 활동구역을 뒤섞기 시작했다.

이처럼 활동구역이 뒤섞이자 바이러스의 진화가 복잡해지기 시작했다. 숙주가 자연선택을 받아 멸종하거나 진화하면서 바이러스에게도 자연선택이 다양하게 일어난 것이다. 신 변종 바이러스의 출현은 자연선택의 결과인 동시에, 숙주와 바이러스의 공진화의 결과이기도 하다. 그런데 오늘날 인간은 자연에선 서로 만나기 힘든 여러 숙주 종을 한 공간에 두거나, 인간 스스로 새로운 바이러스 활동구역으로 들어가면서 활동구역을 임의로 뒤섞기 시작했다. 분명한 것은 새로운 바이러스의 출현이 점점 더 잦아질 것이란 사실이다. 인류와 바이러스의 전쟁은 앞으로 더 치열해질 것이다.

바이러스는 어떻게 지구에 등장했을까

강석기 일러스트가 있는 과학에세이 141

본격적인 찬바람이 불지도 않았는데 벌써 감기에 걸렸다. 콜록거리면서 앞으로 긴 겨울을 날 생각을 하니 엄두가 나지 않는다. 감기는 바이러스 질병. 그 뿐인가. 지난 봄 우리나라 사람들을 긴장시켰던 메르스와 지난해 서아프리카를 초토화한 에볼라 등 무시무시한 바이러스들이 호시탐탐 우리를 노리고 있다.

30억 염기쌍에 유전자 21000여 개로 이뤄진 게놈을 갖고 있는 사람이 고작 수만 염기쌍에 유전자 10여 개가 전부인 바이러스에 번번이 당하는 게 속상하기는 하다. 바이러스는 사람 같은 숙주 없이는 증식을 할 수 없는 생물과 무생물의 경계에 있는 존재라고 한다. 그렇다면 바이러스는 언제 어떻게 지구에 등장했을까.

바이러스는 수백만 종이 있을 것으로 추정되지만 고작 수천 종만이 밝혀진 상태다. 그럼에도 굉장히 다양한 형태와 생활양식이 존재한다. 그림은 박테리아에만 감염하는 파지(왼쪽 위)와 껍질이 20면체 구조인 에이즈바이러스(왼쪽 아래), 끈 형태인 에볼라바이러스(가운데), 세균만한 피토바이러스(오른쪽)를 묘사하고 있다. ⓒJulie McMahon
바이러스는 수백만 종이 있을 것으로 추정되지만 고작 수천 종만이 밝혀진 상태다. 그럼에도 굉장히 다양한 형태와 생활양식이 존재한다. 그림은 박테리아에만 감염하는 파지(왼쪽 위)와 껍질이 20면체 구조인 에이즈바이러스(왼쪽 아래), 끈 형태인 에볼라바이러스(가운데), 세균만한 피토바이러스(오른쪽)를 묘사하고 있다. ⓒJulie McMahon
이 근본적인 질문에 대한 가장 유력한 가설은 세포생물의 게놈에서 떨어져나간 유전자 몇 개로 이뤄진 조각이 독자적인 개체로서 존재하게 진화했다는 시나리오다. 이 과정에서 추가로 유전자를 획득하면서 점차 복잡한 바이러스도 나타났다. 결국 바이러스는 우리가 뿌린 씨앗인 셈이다.

그러나 2000년대 초반 거대바이러스가 발견되면서 모든 게 뒤죽박죽이 됐다. 2003년 발표된 미미바이러스는 길이가 0.7마이크로미터, 게놈 크기가 118만 염기, 유전자 1000여개로 이뤄져 있다. 2013년 발표된 판도라바이러스는 길이가 1마이크로미터, 게놈 크기가 247만 염기, 유전자 2500여개로 이뤄져 있다. 웬만한 박테리아 크기다. 유전자 10여개로 이뤄진 바이러스가 주위 세포생물체에서 유전자를 획득해 이 정도로 커질 수가 있는 것일까.

아미노산 서열 대신 단백질 구조  비교

학술지 ‘사이언스 어드밴스’ 9월 25일자는 생명정보학 기법을 써서 바이러스의 기원을 추측한 논문이 실렸다. 24쪽에 이르는 긴 논문인데, 한 마디로 요약하면 바이러스의 기원은 세포로 이뤄진 미지의 생명체일 것이라는 주장이다. 즉 오늘날 세포생물는 고세균, 세균, 진핵생물 이렇게 세 역(domain)으로 나뉘는데, 지금은 사라진(또는 아직 발견하지 못한) 제 4의 역인 세포생물이 바이러스의 기원이라는 말이다.

미국 일리노이대 작물과학과 진화생명정보학실험실 구스타보 카에타노-아놀레스 교수팀은 바이러스 3460종과 세포생물체 1620종 도합 5080종의 단백질체 데이터를 분석해 단백질 접힘 패턴을 1995가지로 분류했다. 그리고 각 생물 역(고세균, 세균, 진핵생물, 바이러스)에 따라 접힘 패턴의 분포를 조사했다. 연구자들이 게놈 염기서열 또는 단백질의 아미노산서열 대신 단백질 구조(접힘 패턴)를 비교대상으로 삼은 건 바이러스는 게놈의 돌변변이 속도가 너무 빨라 진화과정을 추적하기 어렵기 때문이다. 반면 기능과 관련된 단백질의 구조는 염기(또는 아미노산)서열이 많이 바뀌어도 큰 변화가 없다.

분석결과 네 생물 역 모두에 존재하는 단백질 접힘 유형은 442가지였다. 반면 바이러스에만 존재하는 건 66종이었다. 한편 네 가지 모두에 존재하는 단백질 접힘 442가지는 그 유래가 굉장히 오래된 것으로 나왔다.

연구자들은 이를 바탕으로 지구에 가장 먼저 등장한 생명체가 바이러스와 세포생물의 공통조상으로 분화되었을 것으로 추정했다. 즉 이 공통조상이 바이러스의 조상과 오늘날 세포생물의 공통조상으로 먼저 갈라지고 그  뒤 세 가지 세포생물이 등장했다는 말이다.

따라서 바이러스의 조상은 지금은 존재하지 않는 또는 아직 발견하지 못한 세포생물이라는 얘기다. 연구자들이 ‘원시바이러스세포(proto-virocell)’라고 명명한 바이러스 조상은 어떤 이유에서인지 독립된 삶을 포기하고 다른 세포생물에 기생하게 됐고 그 뒤 불필요한 유전자들을 버려 오늘날 초경량급의 바이러스로 진화했다는 시나리오다.

2000년대 들어 발견된 거대바이러스는 기존 가설에 따르면 최근 진화된 바이러스여야 하지만(유전자를 잔뜩 갖고 있으므로), 새로운 가설에 따르면 원시바이러스세포에 가까운 바이러스인 셈이다. 실제 거대바이러스에는 번역(리보솜에서 단백질 합성)에 관련된 유전자도 다수 보유하고 있다. 기존 바이러스 진화 가설에 따르면 상상하기 어려운 사실이다.

한편 연구자들은 게놈의 구조와 복제방식에 따라 바이러스를 7가지로 분류했다. 즉 이중가닥DNA, 단일가닥DNA, 이중가닥RNA, 단일가닥RNA(+), 단일가닥RNA(-), 단일가닥RNA(역전사), 이중가닥DNA(역전사)다. 흥미롭게도 바이러스에만 존재하는 66가지 단백질 접힘은 대부분 7가지 가운데 하나에만 존재했다. 즉 바이러스가 분화한 뒤 나중에 독립적으로 진화한 구조라는 말이다. 이 가운데 다수는 바이러스의 감염성에 관여한다.

연구자들은 바이러스 사이의 관계를 조사한 결과 이들의 공통조상, 즉 원시바이러스세포가 RNA조각들로 이뤄진 게놈을 갖고 있었을 것으로 추측했다. 오늘날 인플루엔자 바이러스 게놈이 보이는 구조다. 한편 이중나선DNA 바이러스가 게놈퇴화 진화의 영향을 가장 덜 받은 걸로 나타났다. 거대바이러스도 이중나선DNA 바이러스다.

연구자들은 “바이러스의 기원은 여전히 미스터리”라면서도 “단백질 구조와 기능 데이터를 바탕으로 한 이번 연구결과는 바이러스 진화가 오늘날 세포생물이 아니라 원시 세포에서 시작됐다는 가설에 더 부합한다”고 결론 내렸다. 현재 몇몇 연구자들은 지구상 어딘가에 존재할지도 모르는 원시바이러스세포를 찾고 있다고 한다. 만일 이런 세포(물론 기존 세포생물 3역에 속하지 않는)가 정말로 발견된다면 놀라운 사건이 될 것이다.

“바이러스도 생물체로 봐야”…첫 진화계통도 등장

오철우 2015. 10. 02

유전자 염기서열 대신에 단백질 접힘구조 기준으로 분류
“바이러스는 원시세포 시기부터 세포들과 공존하며 진화”

지상 생물종의 진화계통도에는 바이러스가 빠져 있다. 바이러스는 여전히 생물체로 분명하게 분류되지 않기 때문이다. 일부에서는 바이러스도 생물체 분류에 포함해야 한다는 주장이 제기되지만, 바이러스가 자체의 번식(생식) 메커니즘을 갖추지 못하며 세포에서 얻은 아르엔에이나 디엔에이 조각들의 입자에 불과해 생물체로 정의하기 어렵다는 견해는 여전히 우세하다. 특히 100만 종 이상으로 추산될 정도로 바이러스의 종이 워낙 많은데다가, 쉽게 변이를 일으켜 계통발생학적 추적이 어렵다는 점도 바이러스를 진화의 그림에서 생물종으로 분류하기 어렵게 만드는 요인이 된다.
이런 가운데, 최근에 바이러스를 생물체로 봐야 한다고 주장하는 연구진이 바이러스까지 담은 생물 진화계통도를 작성해 제시했다. 이는 바이러스를 생명체의 일부로 받아들여야 한다는 주장의 근거를 정식으로 제기한 것으로 받아들여져, 눈길을 끈다.
미국 어바나-샴페인의 일리노이대학교 소속 구스타보 카에타노-아놀레스(Gustavo Caetano-Anoll's) 연구진은 과학저널 <사이언스 어드밴시스>에 낸 “바이러스의 기원과 진화에 대한 계통발생학적 데이터 중심의 탐구” 제목의 논문에서, 바이러스의 계통발생을 분류할 수 있는 새로운 방법을 개발해 바이러스와 세포의 진화 역사를 하나의 통도에 담은 새로운 분류 체계를 제시했다.
연구진이 제시한 새로운 방법은, 쉽게 바뀌는 유전자 염기서열 정보 대신에 단백질 접힘 구조(fold)를 기준으로 그 진화의 과정을 바이러스와 세포의 역사에서 살피자는 것이다. 연구진의 셜명에 따르면, 염기서열 정보에 비해 단백질 접힘 구조는 쉽사리 바뀌지 않다는 점에 착안해, 단백질 접힘이라는 구조 요소들이 바이러스와 세포 유기체에서 어떻게 공유되고 분기하며 변화했는지를 추적할 수 있으며 그 관계를 진화계통도에서 작성할 수 있다는 아이디어인 셈이다.

“단백질 접힘구조 공유와 분화…껍질(캡시드) 정교화 감염력 진화”

논문과 일리노이대학의 보도자료, 그리고 해외매체의 관련 보도들을 보면, 연구진은 바이러스 3460 종을 포함해 총 5080개 생물종의 단백질 접힘 정보를 비교하고 분석했으며, 그 결과 442가지 접힘 구조가 세포와 바이러스에서 공유되며, 66가지는 바이러스만의 접힘 구조에서 나타났다고 밝혔다. 이는 세포와 바이러스가 아주 오랜 동안 단백질 접힘 구조를 공유했으며, 또한 바이러스는 나름대로 자기만의 접힘 구조를 진화시켜왔다는 근거로서 제시되었다.
연구진은 연구를 통해 몇 가지 흥미로운 추론을 제시했다. 가장 큰 주장은 “바이러스도 (진화계통도인) 생명의 나무 안에 포함될 만한 자격을 갖추고 있다(Viruses merit inclusion in the tree of life)”는 것이다. 바이러스는 세포 생물체들의 공통조상과 공존했다는 주장도 제시됐다.
“계통발생학적 분석은 보편적인 생명의 나무를 드러내어 주며, 현생 바이러스들이 RNA 조각 유전체들에 깃들었던 여러 가지 먼 과거 세포(ancient cells)에서 유래한 것이며 현생 세포들의 공통 조상들과 공존했음을 보여주었다.” (논문 초록)
연구진이 논문에서 제시한 만물의 진화계통도를 보면, 바이러스는 진화의 길에서 가장 긴 역사를 지니고 있음을 보여준다. 또한 연구진은 바이러스만의 염기서열도 발견했으며, 이런 발견은 바이러스의 유전 정보가 그저 세포들에서 유래한 것일 뿐이라는 기존의 인식과 달리 나름의 진화 경로를 거쳐왔음을 보여주는 근거라고 주장했다.

바이러스의 유전물질을 감싸고 있는 일종의 외투인 캡시드(capsid) 단백질은 바이러스의 진화에서 중요한 것이었다. 연구진은 비교 분석을 통해 얻은 데이터로 볼 때에 현생 세포 생명체가 출현한 지 얼마 안 돼 대부분의 바이러스가 자신의 유전 물질을 보호하는 단백질 외투 '캡시드'를 갖추기 시작했던 것으로 추정했다. 캡시드의 구조를 갖추면서 바이러스는 세포 바깥에서도 오래 유지될 수 있어 더욱 더 확산할 수 있었다. 연구진은 “이런 캡시드가 점점 더 정교화했으며 그러면서 바이러스는 이전에는 접근할 수 없었던 세포들도 감염할 수 있는 능력을 획득할 수 있었다”면서 “이것이 [바이러스] 기생 생활의 현저한 특징(hallmark)이 되었다”고 말했다.

“바이러스-세포 공통조상인 원시바이러스세포에서 유래” 추정

연구진은 바이러스와 세포 생물체에 대한 비교 연구를 통해 얻은 데이터 결과물로 볼 때에, 바이러스가 세포보다 먼저 출현하지 않았으며 공통조상에서 유래했을 가능성이 크다는 ‘과감한 추정’도 제시했다.
“우리의 비교 계통발생학 데이터는 바이러스의 기원과 관련해 [바이러스가 세포에 앞서 먼저 출현했다는] ‘바이러스 선행’ 가설 또는 세포 선행 시나리오를 반박하는 것이다. 바이러스 선행 가설은 세포의 기원보다 앞서서 자기복제를 하는 바이러스의 복제단위(replicon)가 생겨났다고 제시한다. 그렇지만 이 가설은 불충분한데, 왜냐하면 바이러스가 […] 후손을 증식하려면 세포 내부 환경에서 복제를 해야만 하기 때문이다. […] 그러므로 우리의 데이터는 ‘탈출’ 가설(excape hypothesis)이나 ‘축소’ 가설(reductive hypothesis)과 더 잘 조화될 수 있을 것이다.[…]
자연사의 관점에서 볼 때, 우리의 과감한 추정은 원시바이러스세포(proto-virocell), 즉 현생 세포와 바이러스의 마지막 보편조상(universal ancestor)의 세포성 후손들이 존재했다는 생각을 바로 불러일으킨다. 이 원시바이러스세포가 축소해 현생 바이러스가 되는 가운데, 다른 원시바이러스세포의 후손은 고세균(Archaea), 박테리아(Bacteria), 진핵생물(Eukarya)로 분화했다. [물론] 이때의 원시바이러스세포는 오늘날 바이러스세포와는 다른 존재로 구분해야 한다.” (논문에서)
바이러스도 생물체로 분류할 수 있다는 견해는 2000년대 들어 일부 박테리아보다도 더 큰 몸집과 더 큰 유전체 정보를 갖춘 거대 바이러스(giant virus, megalovirus)가 잇따라 별견되면서 더욱 큰 관심을 끌었다. 연구진은 일리노이대학 보도자료에서 모든 생물종은 다른 생물에 기생하거나 의존하여 생존하는데, 이런 점에서 보면 바이러스가 독특한 증식 전략을 취하기는 하지만 마찬가지로 기생하는 생물체로 볼 수 있을 것이라며 ‘바이러스 생물론’을 강조했다.
한편, 바이러스를 분류하는 국제 바이러스 분류 위원회(ICTV)의 최근 분류에 의하면, 바이러스는 크기, 유전정보 규모, 증식 전략 등에 따라 모두 일곱 가지로 분류하고 있다. ◑

해파리에서 퇴화한 점액포자충(myxozoan)

[출처] 기생충인지 알았는데... 사실은 해파리였다? |작성자 고든

생물학의 역사에서 종종 분류가 잘못되는 경우는 드물지 않은 일입니다. 나중에서야 새로운 속이나 과로 분류된다거나 같은 동물의 유충을 별개의 종으로 잘못 알거나 혹은 아예 큰 집단 자체의 분류가 잘못되었던 경우도 드물지 않습니다.
하지만 캔자스 대학의 파울린 카트라이트 교수(Paulyn Cartwright, associate professor of ecology and evolutionary biology at KU )가 이끄는 연구팀의 발견은 이 중에서도 가장 기괴한 것에 속하는 것 같습니다.
이들은 미세한 크기의 기생충인 점액포자충(myxozoan)이 유전자를 연구하던 중 놀라운 사실을 발견했습니다. 왜냐하면, 이 10 마이크로미터 크기의 작은 기생충이 사실은 해파리의 유전자를 가지고 있었기 때문입니다. 좀 더 전문적으로 이야기하면 이들은 자포동물(cnidarians)에 속했던 것입니다.
카트라이트 교수는 이를 동물 몸 구조의 극단적인 퇴화(extreme degeneration of an animal body plan)라고 이야기했는데, 진화가 얼마나 극단적으로 진행될 수 있는지를 보여주는 좋은 사례라고 하겠습니다.
사실 기생은 매우 흔한 생존 전략 가운데 하나입니다. 보통은 기생을 하는 동물은 매우 작은 무척추동물이나 세포 단위의 작은 생물체입니다. 이런 작은 동물들은 기생이라는 생존 전략을 통해 모든 동물의 체내에서 번성하고 있습니다.
하지만 본래는 그렇게 작지 않던 동물이 크기를 축소해서 이런 생존 전략을 택할 수도 있습니다. 이번에 연구된 사례는 그 극단으로써 본래 해파리 같은 강장동물에 속했던 점액포자충이 세포 몇 개 수준까지 퇴화해 기생이라는 목적에 최적화된 형태로 변한 것입니다.
재미있는 것은 몸의 크기를 줄이면서 필요없게된 DNA 도 대거 축소를 했다는 사실입니다. 이들의 DNA 염기쌍은 2,000만 개에 불과한데, 이는 평균적인 강장 동물이 적어도 3억개 이상의 염기쌍을 가진 것에 비해 상당히 축소된 것입니다.
그러나 오랜 세월 크기를 축소했음에도 버리지 않은 부분도 있습니다. 자포(nematocyst)가 그것으로 이 세포는 먹이를 찔러 독액 등을 주입하는 역할을 합니다. 놀랍게도 점액포자충은 아직 자포를 버리지 않았다고 합니다.
이 연구 결과는 매우 놀라운 사실을 우리에게 알려주고 있습니다. 진화는 꼭 더 크고 복잡한 생물을 만드는 것이 아니라 어떤 방향으로도 일어날 수 있다는 사실이죠. 다만 모든 점액포자충이 실제로 강장동물인지는 앞으로 더 연구가 필요할 것 같습니다.
이 연구는 PNAS에 실렸습니다.  

 

(Left, myxozoan spores from Kudoa iwatai. Each spore is approximately 10 micrometers in width. Right, the jellyfish Aurelia aurita (moon jelly). The bell is approximately 25 centimeters wide or 2,500 times larger than a myxozoan spore. Credit: Left photo: A. Diamant. Right photo: P, Cartwright )