단세포 유기체의 DNA에 숨어있는 수천 개의 알려지지 않은 바이러스

인스부르크 대학에서 과학자들은 고성능 컴퓨터 클러스터 “레오”와 정교한 탐정 작업을 사용하여 30,000개 이상의 바이러스를 발견했습니다. 바이러스는 단세포 유기체의 DNA에 숨어 있습니다. 어떤 경우에는 미생물 DNA의 최대 10%가 내장된 바이러스로 구성됩니다.

복잡한 단세포 미생물에 대한 대규모 연구에서 인스브루크 대학교 생태학과의 Christopher Bellas 박사, Marie-Sophie Plakolb 및 Ruben Sommaruga 교수는 예상치 못한 발견을 했습니다. 미생물의 게놈에 내장된 그들은 이전에 알려지지 않은 30,000개 이상의 바이러스의 DNA를 발견했습니다. 이 “숨겨진” DNA는 숙주 세포에서 완전하고 기능적인 바이러스의 복제를 허용할 수 있습니다.

Bellas는 “이 분석을 통해 얼마나 많은 바이러스를 발견했는지 매우 놀랐습니다.”라고 말했습니다. “어떤 경우에는 미생물 DNA의 최대 10%가 숨겨진 바이러스로 구성되어 있는 것으로 밝혀졌습니다.” 이러한 바이러스는 호스트에 해를 끼치지 않는 것으로 보입니다. 오히려 일부는 그들을 보호할 수도 있습니다. 많은 것이 소위 바이로파지와 유사한 것으로 보입니다. 이러한 바이러스는 숙주 세포를 감염시키는 다른 유해한 바이러스를 감염시키고 파괴합니다.

오스트리아 과학 기금(FWF)의 자금 지원을 받은 이 연구는 저널에 게재되었습니다. PNAS(National Academy of Sciences) 회보 Max Planck Institute for Medical Research 및 University of Groningen의 연구원들과 협력하여 수행되었습니다.

보호자로서의 바이러스

박테리아에서 인간에 이르기까지 모든 생명체는 지속적으로 바이러스에 감염됩니다. 일부는 지속적으로 존재하지만 때때로 사람의 헤르페스 바이러스와 같은 증상을 유발합니다. 다른 것들은 더 깊이 숨어서 숙주의 DNA의 일부가 됩니다. 이 연구는 지구의 풍부한 단세포 진핵(복잡한) 유기체 중 다수가 바이러스로 가득 차 있음을 발견했습니다. 이 유기체는 모든 곳에서 발견되며 호수와 바다의 풍부한 조류, 토양의 아메바, 인간 기생충을 포함합니다.

“왜 그렇게 많은 바이러스가 미생물의 게놈에서 발견되는지는 아직 명확하지 않습니다.”라고 Bellas는 말합니다. “우리의 가장 강력한 가설은 그들이 위험한 바이러스에 의한 감염으로부터 세포를 보호한다는 것입니다.” 많은 진핵 단세포 유기체는 박테리아만큼 클 수 있는 바이러스 그룹인 “거대 바이러스”에 감염됩니다. 이러한 감염은 거대한 바이러스의 새로운 사본을 생성하면서 호스트를 죽입니다. 그러나 바이로파지가 숙주 세포에 상주하면 거대 바이러스를 ‘재프로그래밍’하여 바이로파지를 구축합니다. 결과적으로 거대한 바이러스는 때때로 방어될 수 있고 숙주 세포 집단은 파괴로부터 구해집니다.

새로 발견된 바이러스의 DNA는 바이로파지 DNA와 유사하다. 따라서 숙주 미생물은 이러한 내장 바이러스를 통해 거대 바이러스로부터 자신을 보호할 가능성이 높습니다.

고산 호수의 DNA

이 연구 프로젝트는 원래 Bellas와 Sommaruga가 2021년 오스트리아 Tyrol의 Gossenköllesee 물에서 발견한 새로운 바이러스 그룹을 기반으로 합니다. 우리 연구”라고 Bellas는 설명합니다. “그러나 우리는 어떤 유기체가 이 바이러스에 일반적으로 감염되는지 알지 못했습니다. 그래서 DNA 염기서열이 알려진 모든 미생물을 테스트하는 대규모 연구를 수행했습니다.”

연구원들이 조사한 거대한 데이터 세트에는 DNA 서열, 즉 모든 유전자가 암호화되는 문자 ATGC의 서열만 포함되어 있습니다. 그럼에도 불구하고 데이터 세트는 수백 기가바이트로 구성됩니다.

이처럼 작은 바이러스의 염기서열은 최첨단 기술 덕분에 이렇게 많은 양의 데이터에서만 찾아낼 수 있었습니다. 인스부르크 대학의 고성능 컴퓨터 클러스터 “Leo”를 사용하면 데이터 세트를 빠르게 분석할 수 있습니다. 미생물의 DNA 서열도 새로운 Oxford Nanopore 기술을 사용하여 판독했습니다. 이 기술을 통해 DNA는 멤브레인의 작은 구멍을 통해 전달됩니다. 각 염기(A, G, C 또는 T)는 전류를 차단하여 DNA 서열을 읽을 수 있는 신호를 생성합니다.

결국 연구원들은 그들이 찾고 있던 바이러스보다 훨씬 더 많은 것을 발견했습니다. 이 예상치 못한 발견은 이러한 바이러스가 수행하는 역할을 연구하기 위한 더 많은 연구에 영감을 줄 것입니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2023/04/230411105915.htm