식물바이러스 역사

안녕하세요 니~킥입니다.

오늘은 치료제 없는 불치병! 되짚어 보는 식물바이러스 역사에 대해 알아보겠습니다.

 

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식물바이러스 역사

식물바이러스란?

식물바이러스는 식물에 감염하는 바이러스입니다. 다른 바이러스와 마찬가지로 식물바이러스는 생물의 세포 내에서만 증식 가능하고 단독으로 증식할 수 없는 기생체입니다. 최초로 발견된 식물바이러스는 담배모자이크바이러스(Tabocco Mosaic Virus, TMV)입니다.

 

식물바이러스병이 감염되었을 때 주요한 증상은 잎의 위축, 말림, 황화 등 식물 생육이 억제되고 심하면 죽어버리기도 합니다. 이것은 바이러스가 식물체내에서 증식하여 식물이 정상적으로 생육되지 않기 때문입니다. 농업생산 현장에서는 바이러스병에 의해 생산성 및 품질저하 등의 피해가 발생합니다.

 

식물바이러스병 대책은 예방뿐!

사람은 병원체를 인식하고 항체를 만드는 획득 면역 기능을 가지고 있으므로 체내에 들어간 바이러스를 공격할 수 있습니다. 그러나, 식물은 이 기능을 가지지 않기 대문에 일단 바이러스에 감염하면 치료가 되지 않습니다. 따라서 현재까지의 식물바이러스병 감염에 대한 대책은 바이러스 감염을 예방하는 것이 최선으로 알려져 있습니다.

 

대부분 식물바이러스 전염은 식물체에서 식물체로 또는 같은 식물 세포에서 다른 세포로 이동하는 기작이 동물바이러스와는 다르다고 알려져 있습니다. 다른 식물체로의 전염은 곤충과 같은 매개체를 필요로 하기도 하며, 딱딱한 세포벽으로 둘러싸인 식물세포 간 이동은 원형질연락사라는 기관을 통하여 바이러스 입자가 식물 세포 간을 이동합니다.

 

획득 면역 기능을 가지고 있지 않는 식물에서 바이러스에 대한 저항성 유전자의 존재가 밝혀지고 있으며 최근에는 이러한 유전자를 이용한 바이러스에 강한 토마토 등의 저항성품종이 개발되고 있습니다. 식물 바이러스 방제에 대한 기술의 진보가 기대되는 분야이기도 합니다. 여기에서는 식물바이러스의 발견, 개념 정립에 관한 내용을 시대별 주요한 연구성과를 도출한 과학자를 중심으로 기술해 보았습니다.

 

보이는 게 다가 이닌

식물바이러스의 개념(1020년대 이전)

19세기 말경에는 광학현미경의 발명으로 대부분의 전염병은 광학현미경으로 관찰 가능한 병원미생물에 의한 것으로 생각되었으나, 1892년 러시아 과학자 Iwanowski는 Mayer(1886년)에 의해 즙액전염성이 확인된 담배모자이크바이러스병의 병원체가 광학현미경으로는 보이지 않고, 생체 외에서는 배양되지 않고, 세균을 제거하기 위해 널리 사용되었던 여과기를 통과하여 감염성을 유지하고 있음을 발견하였습니다.

 

이것을 세균 독소와 같은 것으로 생각하여 새로운 병원체임을 인식하지 못하였습니다. 그러나 이러한 초기 개념은 바이러스의 정확한 정의와는 거리가 있었지만 이후 바이러스 연구가 지속되면서 현대적인 바이러스 개념을 이끌어내는 계기가 되었습니다.

 

그 후 1898년 Beijerinck는 세균여과기를 통과한 담배병의 즙액이 건전한 담배를 발병시키고 또 병원체가 세균이 확산되지 않게 제조된 한천 겔내를 확산하는 것을 발견하고 이 병원체를 전염성독소(Contagium Vivum Fluidum)로 명명하였습니다. 즉 1898년이 되어 처음으로 현재의 바이러스(virus)로 불리는 병원체의 개념에 도달하였습니다. 이 시대의 식물바이러스의 개념은 광학현미경으로 보이지 않고 생체 외에서 배양되지 않고 세균투과기에서 걸러지지 않는 병원체였습니다.

 

전자현미경과 기술의 발전으로 드러난 정체

식물바이러스의 개념(1930~1950년대)

20세기 초반, 일본의 Fukushi와 미국의 Stanley, 그리고 영국의 Bawden, Pirie 등은 현대적인 식물바이러스 개념을 제시하였습니다. Fukushi는 1933년에 벼오갈병(Rice dwrf virus, RDV)을 매개하는 끝동매미충에서 바이러스가 알로 전염됨을 발견하였습니다. 즉 식물바이러스가 곤충 체내에서 증식하는 경우도 있다는 것을 처음 발견하고 식물바이러스 기주에 대한 새로운 사실을 보고하였습니다.

 

1935년 Stanley는 TMV가 단백질과 비슷하다는 이론에 덧붙여 감염력을 가진 TMV 결정체를 발견하였습니다. 이후 바이러스의 결정구조 연구는 바이러스 학문의 발전을 이끌어내는 중요한 역할을 하였습니다.

 

1937년 Bawden과 Pirie는 TMV를 정제하여 TMV가 RNA를 포함한 핵단백질로 이루어져 있음을 밝혔습니다. 그러나 당시에는 유전자의 본질을 전혀 몰랐으며 따라서 TMV 감염성의 본체가 단백질인지 또는 핵산인지 몰랐었습니다.

 

그러나 식물바이러스 구성 성분의 대부분이 단백질이라는 것과 이것이 단백질 변성제나 분해 효소로서 바이러스의 감염성을 잃어버리는 것으로부터 식물바이러스 감염성의 주체는 단백질에 있다는 것이 일반적인 생각이었습니다. 이와 같이 식물바이러스의 화학적 성상 연구와 더불어 바이러스 형태에 관한 연구가 진전되었습니다.

 

X선 회절기술 이용으로 TMV는 긴 막대 구조 일 것이라고 추측한 사실들이 새롭게 개발된 전자현미경에 의해 막대형 형태를 확인하였습니다.(Kausche, 1939) 이 시대의 식물바이러스의 개념은 전자현미경에서 관찰되는 핵단백질형태로 감염성의 주체는 단백질에 잇다는 것이었습니다. 이러한 연구들을 통해 현대적인 바이러스 개념이 제시되었으며, 이후에는 전자현미경의 발전과 바이러스의 분리 및 순수화 기술의 발전으로 인해 식물바이러스에 대한 연구가 크게 발전하였습니다.

 

다섯 가지로 정리된 식물바이러스의 개념

식물바이러스의 개념(1950년대 이후)

1950년대 이후 Markham과 Smith, Gierer와 Schramm, 그리고 Fraenkel-Conrat과 Williams는 모두 바이러스 연구를 수행한 과학자들입니다. 1949년 Markham과 Smith는 Turnip yellow mosaic virus(TYMV)는 핵산을 가진 입자와 핵산이 없는 입자가 있으며 핵산을 가진 입자만이 감염성이 있는 것을 발견하였습니다. 이 연구는 단백질이 아닌 핵산이 감염성의 발현에 중요한 역할을 한다는 것을 간접적으로 증명한 최초의 실험이었습니다.

 

1056년에는 Gierer & Schramm과 Fraenkel-Corurat에 의해 정제된 TMV RNA의 감염성을 실험으로 증명하여 바이러스 유전정보의 화학적 본체가 핵산임을 확인하였습니다. 이와 같이 Stanley의 TMV 결정체 발견 이후 20년 경과하여 TMV 감염성의 주체가 핵산임이 명확해지고 여기서 현재의 식물바이러스의 기본적인 개념이 확립되었습니다.

 

1945년 제2차 세계대전 이후 세계 평화와 더불어 과학기술 전반에도 눈부신 발전이 이루어졌습니다. 예를 들면 1953년 DNA 이중나선의 Watson-Crick-모델, 1966년의 유전 코드표의 완성 등 생물학 연구는 분자 수준으로 발전하였으며 동시에 식물바이러스 연구도 분자 수준으로 발전하였습니다. 바이러스형태 연구도 전자현미경의 개량, 시료제작 기술의 발전에 의해 진전되었고 X선 회질분석에 의한 바이러스 구조 연구도 진행되어 1960년 Klug & Casper에 의해 구조가 확인되었습니다.

 

1955년 Fraenkel-Cornar와 Williams는 TMV를 핵산과 단백질로 분리한 후 시험관 내에서 혼합하면 감염성이 있는 TMV가 재구성된다는 보고를 하였습니다. 1967년 Diener & Raymer는 외피단백질이 없는 저분자 RNA 만으로 식물에 병을 일으키는 바이로이드(viroid)를 발견하였습니다.

 

1070년대에는 유전공학의 발전과 더불어 식물바이러스의 유전자 수준에서의 연구도 발전하였습니다. 1980년 DNA 바이러스로서는 Cauliflower mosaic virus(CaMV)가 1982년 RNA 바이러스로는 TMV vulgare 계통에서 식물바이러스로서는 처음 핵산의 염기서열이 결정되었으며 유전자 지도가 만들어졌습니다.

 

이러한 연구결과들을 바탕으로 1991년 Mattehews는 식물바이러스의 개념을 다음과 같이 정리하였습니다.

 

① 식물바이러스는 RNA 또는 DNA 중 하나의 핵산으로 1 또는 그 이상의 분자가 수종류의 단백질 또는 외피단백질에 싸여 있습니다.

② 식물바이러스는 기주식물 내에서만 복제가 가능합니다.

③ 식물바이러스 복제는 기주의 단백질 합성기구에 의존하고 이분법이 아닌 핵산과 단백질이 서로 다른 시가와 장소에서 합성된 후 바이러스 입자로 조립됩니다.

④ 식물바이러스는 각종 변이에 의해 변이주가 생성됩니다.

⑤ 식물바이러스는 전염성이 있고 적어도 1개 이상의 기주세포에 감염되고 대부분의 경우 병을 유발합니다.

 

과학기술이 진보하면 새로운 사실의 발견으로 이어지고 지금까지 가설에 대한 과학적인 근거 제시가 가능해지거나 잘못된 사실들을 수정할 수 있습니다. 식물바이러스의 개념도 과학기술의 진보에 의해 시대와 함께 변화를 계속하고 있습니다. 향후 과학기술은 보다 많이 진보할 것으로 생각되며 위에 기술한 식물바이러스의 개념도 미래에는 변화되어 갈 것으로 생각됩니다.

 

자료 = 농촌진흥청

 

 

 

 

 

 

그럼 여기까지 식물바이러스 역사를 알아보았습니다.

감사합니다.