[오스트리아] “빈 인근 하수처리장서 신종 특이 거대 바이러스 발견”

오스트리아 빈대학 마티아스 혼·패트릭 아트호퍼 연구팀, ‘내글레리아 파울레리(Naegleria fowleri)’ 바이러스 발견

바이러스가 성공적으로 복제된 후에야 숙주 세포가 파괴되고 바이러스가 방출

연구진 “내글레리아, 물과 수영장에서 발견되기 때문에 예방적 목적 사용될 수 있어…추가 연구 필요”

프랑스 푸아티에대학·미국 기반 게놈연구소 등과 국제협력…국제학술지인 『네이처 커뮤니케이션(Nature Communications)』최근호에 발표

오스트리아 빈대학교의 미생물학 및 환경 시스템 과학센터(CeMESS)의 마티아스 혼(Matthias Horn)과 패트릭 아트호퍼(Patrick Arthofer) 연구원들이 발견한 내글레리아 바이러스(Naegleriavirus)를 전자현미경으로 본 모습. 별 모양의 스타게이트가 있는 바이러스 입자를 통과하는 단면이 표시된다. [그림출처(picture source) = 빈대학교(University of Vienna)]

 

단세포 생물인 내글레리아 파울레리(Naegleria fowleri)는 가장 치명적인 인간 기생충 중 하나이다. 오스트리아 국립종합대학교인 빈대학교(University of Vienna)의 미생물학 및 환경 시스템 과학센터(Center for Microbiology and Environmental Systems Science, CeMESS)의 마티아스 혼(Matthias Horn). 패트릭 아트호퍼(Patrick Arthofer) 등 연구원들은 국제적인 협력을 통해 이 해로운 미생물을 감염시키는 바이러스를 발견했다.

내글레리아 바이러스(Naegleriavirus)라는 이름의 이 바이러스들은 특이하게 큰 입자와 복잡한 게놈(genome)으로 알려진 그룹인 거대 바이러스(giant viruses)에 속한다. 이 연구팀은 권위 있는 국제학술지인 『네이처 커뮤니케이션(Nature Communications)』 최근호에서 연구 결과를 자세히 설명했다.

내글레리(Naegleria) 종은 전 세계적으로 수역에서 발견되는 단세포 아메바(amoebae)이다. 특히, 내글레리아 파울레리(Naegleria fowleri)라는 한 종은 30℃ 이상의 따뜻한 물에서 번성하고 드물지만 거의 변함없이 치명적인 뇌 감염인 ‘원발성 아메바성 수막뇌염(primary amoebic meningoencephalitis, PAM)을 일으킨다.

빈대학의 미생물학 및 환경시스템 과학센터(CeMESS)의 패트릭 아트호퍼(Patrick Arthofer)와 마티아스 혼(Matthias Horn) 연구원이 이끄는 연구팀은 이제 다양한 내글레리아 종을 감염시키는 거대한 바이러스를 분리했다.

과학적으로 뉴클레오사이토비리코타(Nucleocytoviricota)라고 불리는 거대 바이러스는 불과 20년 전에 확인된 바이러스 그룹으로, 주로 단세포 유기체를 감염시킨다. 이 바이러스는 크기 면에서 박테리아와 맞먹으며 이전에는 세포 생명체에만 국한된 것으로 생각되었던 독특한 구조와 유전적 특성을 자랑한다. 이들의 발견은 바이러스의 정의와 생명의 기원에 대한 논쟁을 촉발시켰다.

네글레리아 바이러스(Naegleriavirus)에 감염된 아메바 세포. 형광 현미경 이미지에서는 아메바 세포(보라색) 내에서 소위 바이러스 공장과 갓 생산된 바이러스(하늘색)를 볼 수 있다. [사진출처(Photo source) = 빈대학교(University of Vienna)]

 

비엔나대학의 미생물학 및 환경시스템 과학센터(CeMESS)의 패트릭 아트호퍼(Patrick Arthofer) 연구원은 “새로 발견된 내글레리아 바이러스는 빈 근처 클로스터네우부르크(Klosterneuburg)의 하수처리장에서 분리되었으며 ‘클로스네우바이러스(Klosneuviruses)’라고 불리는 그룹에서 분리된 네 번째 것에 불과하다”라고 말했다.

이번 발견과 내글레리아 바이러스의 특성 분석은 프랑스 푸아티에대학교(University of Poitiers), 카나리아제도대학(university of canary islands), 미국 기반의 공동게놈연구소(Joint Genome Institute) 연구진과의 국제 협력을 통해 가능했다.

내글레리아 바이러스는 먹이 공급원으로 잘못 받아들이지만, 불과 몇 시간만에 아메바 숙주를 파괴시킨다. 이들은 거대 바이러스에 익숙한 구조를 나타내며, 소위 스타게이트(stargate structure) 구조를 통해 숙주 세포를 감염시켜 DNA 진입을 용이하게 한다.

오스트리아 빈대학교의 미생물학 및 환경 시스템 과학센터(CeMESS)의 연구원들과 프랑스 푸아티에대학교(University of Poitiers), 카나리아제도대학(university of canary islands), 미국 기반의 공동게놈연구소(Joint Genome Institute) 연구진과의 국제 협력을 통해 빈 인근 하수처리장서 특이한 신종 거대 바이러스 네글레리아 바이러스(Naegleriavirus) 발견했다. 사진은 빈하수처리장. [사진출처(Photo source) = WTE Group]

 

몇 시간 안에 바이러스 공장으로 알려진 구조가 아메바 세포 내부에 형성되어 핵 외부에서 바이러스 유전 물질을 복제하고 수백 개의 새로운 바이러스 입자를 조립한다.

이 과정에서 숙주 세포를 살아있게 유지하기 위해 내글레리아 바이러스는 세포의 자연 면역 반응을 억제하여 조기 세포 사멸을 방지하는 특수 단백질을 사용할 가능성이 높다. 성공적인 바이러스 복제 후에만 세포 파괴 및 바이러스 방출이 발생한다.

비엔나대학의 미생물학 및 환경 시스템 과학 센터(CeMESS)의 마티아스 혼(Matthias Horn) 연구원은 “바이러스는 박테리아 병원체와 싸우기 위해 파지 치료(phage therapy)에 사용된다”라면서 “새로 확인된 네글레리아 바이러스는 감염이 발생하는 뇌의 접근이 어려운 점을 고려할 때 네글레리아 감염을 치료하는 데 적합하지 않을 수 있다”고 말했다.

그러나 마티아스 혼 연구원은 “이 발견은 수영장 물 처리와 같이 위험에 처한 수역을 예방적으로 처리할 수 있는 가능성을 열어주지만 이를 위해서는 먼저 추가 연구가 필요하다”라면서 “그럼에도 불구하고 이러한 바이러스의 발견은 내글레리아 생물학과 이를 감염시키는 바이러스에 대한 우리의 이해를 향상시킬 것”이라고 강조했다.

네글레리아 바이러스(Naegleriavirus) 복제주기의 특징. 동결 치환으로 처리되거나 실온에서 화학적으로 고정된 냉동고정 시료의 투과전자현미경(*로 표시). 숫자는 감염 후 시간(hpi)을 나타낸다. [그림출처(picture source) = 『네이처 커뮤니케이션(Nature Communications)』]

 

[원문보기]

New unusual giant virus discovered in wastewater treatment plant near Vienna

 

The single-celled organism Naegleria fowleri ranks among the deadliest human parasites. Researchers around Matthias Horn and Patrick Arthofer from the Center for Microbiology and Environmental Systems Science at the University of Vienna, in an international collaboration, have discovered viruses that infect this harmful microbe. 

Named Naegleriavirus, these belong to the giant viruses, a group known for their unusually large particles and complex genomes. The team details their findings in the prestigious journal, Nature Communications. 

Naegleri species are single-celled amoebae, found globally in water bodies. Notably, one species, Naegleria fowleri, thrives in warm waters above 30°C and causes primary amoebic meningoencephalitis (PAM), a rare but almost invariably fatal brain infection. 

A research team led by Patrick Arthofer and Matthias Horn from the University of Vienna's Center for Microbiology and Environmental Systems Science (CeMESS) has now isolated giant viruses that infect various Naegleria species. 

Giant viruses, scientifically termed Nucleocytoviricota, are a virus group identified just two decades ago, primarily infecting single-celled organisms. These viruses rival bacteria in size, boasting unique structures and genetic traits previously thought exclusive to cellular life. Their discovery sparked debates over the definition of viruses and the origins of life.

"The newly discovered Naegleriaviruses were isolated from a waste water treatment plant in Klosterneuburg near Vienna and represent only the fourth isolate from a group called Klosneuviruses," says Patrick Arthofer. 

This discovery and the characterization of Naegleriaviruses were made possible through international collaboration with researchers from the universities in Poitiers, the Canary Islands, and the US-based Joint Genome Institute.

Naegleriaviruses are taken up mistakenly as a food source but destroy their amoeba hosts within just few hours. They exhibit a structure familiar in giant viruses, infecting host cells via a so-called stargate structure that facilitates DNA entry. 

Within hours, a structure known as a virus factory forms inside the amoeba cell, replicating viral genetic material outside the nucleus and assembling hundreds of new virus particles. 

To keep the host cell alive during this process, Naegleriaviruses likely use special proteins that suppress the cell's natural immune response, preventing premature cell death. Only after successful viral replication does cell destruction and virus release occur.

Viruses are employed in phage therapy to combat bacterial pathogens. "The newly identified Naegleriaviruses may not be suitable to treat Naegleria infections, given the challenging accessibility of the brain, where infections occur. 

However, this discovery opens the door to the possibility of preventative treatment of at-risk water bodies, such as during swimming pool water treatment, but this would first require further research. Regardless, the discovery of these viruses will enhance our understanding of both Naegleria biology and the viruses that infect them," says Matthias Horn.

[출처 = 오스트리아 빈대학교(University of Vienna)(https://medienportal.univie.ac.at/en/media/recent-press-releases/detailansicht-en/artikel/giant-viruses-infect-deadly-parasite/) / 2024년 4월 24일]

[연구논문 출처 = 『네이처 커뮤니케이션(Nature Communications)』(https://www.nature.com/articles/s41467-024-47308-2) / 2024년 4월 24일]