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[어떻게 에이즈 바이러스가 인간의 세포를 공격 파괴하는가? 영국의 과학자들은 에이즈 바이러스(HIV)가 인간의 정상 세포들을 그들의 공장으로 전환시키는 과정을 밝혀, 바이러스들은 그들의 목적을 위해 세포들의 유전학적 기계 시스템을 탈취하는 능력이 있어, Nature 지 2006년 5월 11일자에 "프로그램된 리보솜의 구조변경 시에 나타나는 RNA 유사 매듭 기능의 기계적 설명(A mechanical explanation of RNA pseudoknot function in programmed ribosomal frameshifting)"이라는 논문으로 발표(How HIV can sabotage human cells. Scientists have learned more details of the process which turns human cells into factories for viruses such as HIV. It is known that viruses are able to hijack the genetic machinery of cells for their own ends(31/May/2006)]

인간의 면역 결핍을 유발하는 바이러스(HIV, Human Immuno-defeciency Virus)인 에이즈(AIDS) 바이러스들은 인간의 면역세포(Immunocytel)만을 공격하여 파괴한다. 결국 면역세포가 50% 이상 파괴되면 인간의 자율면역시스템(AIS)의 작동이 50% 이하로 떨어져 다양한 병원균에 쉽게 노출되어 각종 피부증 등 다양한 합병증에 걸려 죽게 된다. 그런데, 어떻게 에이즈 바이러스가 인간의 세포들을 공격하여 파괴하고, 어떻게 스스로 복제하는지 그 메커니즘이 2006년 5월 11일자 Nature지에 밝혀져 이를 소개 하기로 한다. 우선 다음의 기본적인 내용들을 알아야 본 메커니즘을 이해할 수 있다.
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[차원용의 매트릭스 비즈니스(2006)]

9장 인간의 매트릭스- 세포에서 영혼까지의 블루 오션 비즈니스 도출
1절 세포와 유전자의 메커니즘 - 세포는 기업이다, 분자 경제의 도래
      1-1. 세포, 유전자, 이중나선을 발견한 위대한 과학자들
      1-5. 자기복제란? 이중나선의 분리와 염기의 결합을 활용하는 비즈니스
      1-6. 세포분열-세포사멸, 유전자 명령에 따라 죽으면 정상, 안 죽으면 암세포
      1-7. 단백질을 만드는 방법, 세포와 유전자는 바로 기업이다
      1-8. 단백질의 사멸 과정, 품질관리 기능의 몸 안의 유비쿼터스인 유비퀴틴 발견(2004 노벨화학상)

5절 자율면역시스템(ANS)의 메커니즘에 도전(2400년) - 바이러스와 공존하기
      5-1. 항원, 항체, 항생이란?
      5-2. 면역(免疫, immunity)이란? 우리 몸 속의 자율방어군대
      5-3. 면역세포(免疫細胞, immunocyte)란?
      5-4. 면역의 종류
      5-5. 자율방어군대의 전투참가 계통
      5-6. 가장 큰 전쟁터는 바로 림프절(림프선, lymph node)
      5-7. 면역체계의 3단계 과정
      5-8. 면역시스템으로 보는 미래의 비즈니스 도출
             5-8-1. 바이러스 퇴치법의 비밀, 바이러스와 공존하기(2400년)
             5-8-2. AIDS 극복에 도전하는 과학자들(2010년)
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영국의 BBC 뉴스는 2006년 5월 10일, 어떻게 에이즈 바이러스가 인간의 세포를 공격 파괴(sabotage)하는가? 영국의 과학자들은 에이즈 바이러스(HIV)가 인간의 정상 세포들을 그들의 공장(factories)으로 전환시키는 과정을 밝혀, 바이러스들은 그들의 목적을 위해 세포들의 유전학적 기계 시스템(genetic machinery of cells)을 탈취(hijack)하는 능력이 있다고 Nature지에 발표된 논문을 바탕으로 보도하고 있다.

영국 Cambridge 대학과 Oxford 대학의 공동연구팀들은 이러한 에이즈 바이러스의 활동 프로세스들을 증빙해 냈으며 이 중요한 과정의 주요 요소들을 밝히는데 성공한 것이다. 이들의 연구 결과는 2006년 5월 11일자 Nature지에 "프로그램된 리보솜의 구조변경 시에 나타나는 RNA 유사 매듭 기능의 기계적 설명(A mechanical explanation of RNA pseudoknot function in programmed ribosomal frameshifting)"이라는 논문 제목으로, 그리고 편집자의 "유사 매듭 짓기(Tying the pseudoknot)"라는 요지 내용으로 발표되었다. 이 논문의 결과 조만간 HIV를 비롯한 다른 전염병 바이러스의 새로운 치료법이 개발될 것으로 기대되고 있다.

유전자들은 스스로 복제(replicate)하는데 필요한 단백질을 제조하기 위해 세포들에게 하나의 유전자 코드를 제공한다. 최근의 논문들은 어떻게 HIV 같은 바이러스들이 이러한 정상적인 유전자 코드 복제 과정을 침식(undermine)시키는 지를 보여주고 있다. 그 결과 세포들은 유전자 코드(코돈, Codon)를 잘못 읽음로써(misread) 정상적인 건강한 새로운 세포들을 생산하는 것이 아니라 결국 바이러스의 세포들을 새롭게 복제하게 된다는 것이다.

왜 잘 못 읽게 되는가?

바이러스가 전개하는 이러한 과정을 리보솜의 구조변경(ribosomal frameshifting)이라고 하는데, 세포 내의 리보솜(ribosome)은 아미노산에 의한 단백질 조합(protein systhesis)이 일어나는 곳이다. mRNA에 의해 유전자(핵산)에서 전사된(transcription) 32억 개의 유전자 코드 염기들은 이곳 리보솜에서 3개의 염기 문자들로 번역(translation, reading)된다.

[그림 : 세포 내의 리보솜은 유전자 코드를 번역하는 곳이다. 사진 : BBC]

이번에 연구원들은 HIV같은 바이러스들이 리보솜으로 하여금 3개의 문자가 아니라 단지 하나의 문자만을 백업(back up by just one component)하도록 신호들을(signals) 보낸다는 사실을 밝혀 낸 것이다. 이 신호는 리보솜으로 강제로(force) 그렇게 하도록 하는 것이다. 그러므로 결국 완벽하게 다른 유전자 염기 코드를 생산하게 되는 것이다. 그 결과 바이러스들이 스스로 복제할 수 있는 별개의 단백질을 만들어 낸다는 것이다.  

연구원들은 이러한 일련의 구조변경(frameshifting) 과정을 저온전자현미경(Cryoelectron microscopic)을 이용하여 이미지들을 잡아내는데 성공한 것이다. Ian Brierley 박사는 말하기를 이번 연구 결과 조만간 이러한 파괴 과정을 전개하는 HIV같은 바이러스들을 퇴치하는 새로운 방법을 개발할 수 있을 것으로 내다봤다. 그는 "다른 연구원들은 이러한 구조변경의 억제(inhibition)는 바로 HIV의 복제를 차단할 수 있을 것으로 보고 있습니다. 이번 우리 연구의 이미지들은 이러한 구조변경 과정을 정확히 이해할 수 있으므로 이는 바이러스 대항 전략(antiviral strategies)을 디자인하는데 기여 할 수 있을 것으로 기대합니다"라고 말한다. 

이번 연구를 위해 부분적으로 연구기금을 제공한 바이오기술 및 바이오 과학 리서치 위원회(Biotechnology and Biological Sciences Research Council)의 Julia Goodfellow 교수는 "치료법이나 약의 개발들을 보면 지난 십 년간 이러한 과학자들의 일련의 연구 작업에 상당부분 의존하고 있습니다"라고 말한다. "이번 연구는 앞으로 20년 안에 잠재적인 생리 의학적 응용 치료법이 가능할 것으로 보입니다"라고 덧붙인다.

이번에 연구 대상은 토끼를 대상으로 HIV 가 아니라 사스(SARS, severe acute respiratory syndrome) 바이러스의 연구이지만, 그 과정은 궁극적으로 HIV의 새로운 약이 개발될 것으로 보고 있다. 지난 20년간 특허를 받은 20여 가지의 HIV 약들은 HIV 수명 사이클 중 오로지 3곳만을 타켓팅으로 하는 것들이다. 이번 연구는 또 다른 수명 주기를 공격할 수 있는 연구결과로 수년 내에 가능하겠지만, 전세계 모든 양성 에이즈 바이러스 환자(HIV-positive patients)들 모두에게 기회를 주려면 아직도 수년의 연구결과가 필요하다.

[FIGURE 3. A mechanical model for pseudoknot-induced -1 frameshifting. Excerpted from Letter]

[소스]

[Aids Map]
[BBC UK - How HIV can sabotage human cells(10/May/2006)]

키워드 : 어떻게 에이즈 바이러스가 인간의 세포를 공격 파괴하는가? 영국의 과학자들은 에이즈 바이러스(HIV)가 인간의 정상 세포들을 그들의 공장으로 전환시키는 과정을 밝혀, 바이러스들은 그들의 목적을 위해 세포들의 유전학적 기계 시스템을 탈취하는 능력이 있어, Nature 지 2006년 5월 11일자에 "프로그램된 리보솜의 구조변경 시에 나타나는 RNA 유사 매듭 기능의 기계적 설명, A mechanical explanation of RNA pseudoknot function in programmed ribosomal frameshifting)"이라는 논문으로 발표(How HIV can sabotage human cells. Scientists have learned more details of the process which turns human cells into factories for viruses such as HIV. It is known that viruses are able to hijack the genetic machinery of cells for their own ends.