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특별 범위 : 코로나 바이러스

코로나 바이러스 내부

세계를 감염시킨 병원체의 내부 작용에 대해 과학자들이 아는 것

으로 마크 Fischetti |베로니카 팔 코니 에리 헤이즈 그래픽 |컨설턴트 : 브릿 글 라운 싱어

남아있는 모든 신비에 소설 코로나 바이러스와 그것이 유발하는 COVID-19 질병에 대해 과학자들은 놀랍도록 짧은 시간에 엄청난 양의 세분화 된 지식을 만들어 냈습니다.

다음 그래픽에서 Scientific American6 월 중순 현재 SARS-CoV-2가 어떻게 인간 세포 내에서 몰래 들어가 자신을 복제하고 더 많은 세포에 침투하여 감염을 확대시키는 지에 대한 자세한 설명을 제공합니다. 우리는 면역계가 어떻게 정상적으로 바이러스 입자를 중화 시키려고 시도하는지와 CoV-2가 어떻게 그러한 노력을 차단할 수 있는지 보여줍니다. 우리는 바이러스를 파괴 할 수있는 돌연변이를 막기 위해 새로운 바이러스 사본을 교정하는 능력과 같은 바이러스의 놀라운 능력에 대해 설명합니다. 그리고 우리는 어떻게 마약과 백신이 여전히 침입자를 극복 할 수 있는지 보여줍니다. 바이러스 학자가 자세한 내용을 알면 웹 사이트 ( www.scientificamerican.com ) 에서 이러한 그래픽을 업데이트 할 것 입니다.

2020 년 7 월호에 나오는이 콘텐츠의 정적 버전 Scientific American, 여기를 클릭하십시오 .

유전자 기계

사람의 코나 입에 들어간 SARS-CoV-2 바이러스 입자는 직경이 약 100 나노 미터이며 전자 현미경으로 만 볼 수 있습니다. 지방 막 내부의 단백질 구 (단면)는 바이러스의 유전자 코드를 보유하는 분자 인 RNA의 꼬인 가닥을 보호합니다. "S"라 불리는 단백질은 표면으로부터 연장되어 수백 배 더 큰 인간 세포에 닿아 스파이크를 형성하므로 입자 또는 비리 온이 안으로 미끄러질 수 있습니다. 크라운 또는 코로나 모양으로 바이러스 이름이 지정됩니다. 구조 단백질 (N, M 및 E)은 세포 내부로 이동하여 새로운 비리 온이 형성되도록합니다.

바이러스가 침입하는 방법

SARS-CoV-2 입자는 사람의 코나 입으로 들어가서 표면에 ACE2 수용체가있는 폐 세포에 닿을 때까지기도에 뜹니다. 바이러스는 그 세포에 결합하고, 내부로 미끄러 져 들어가고 세포의 기계를 사용하여 스스로 복제합니다. 그들은 분해되어 세포를 죽은 채로 남겨두고 다른 세포에 침투합니다.

첫째, 폐 세포에 결합바이러스 스파이크 단백질이 ACE2 수용체에 걸리면 프로테아제 효소가 스파이크의 머리를 잘라냅니다. (ACE2는 일반적으로 혈압 조절에 도움이됩니다.)

다음으로 안으로 들어갑니다이것은 스프링과 같은 상태로 압축 된 스파이크 스템의 일부인 핵융합 기계를 방출합니다. 바이러스와 폐 세포막이 융합합니다. 스파이크 제거는 융합 기계가 전개 될 수있게한다.

기계 장치는 세포막과 채널 형태에 삽입되어 N 단백질과 RNA (유전 적 지시)가 폐 세포로 들어가게합니다.경과 시간 : 약 10 분

복제바이러스 RNA가 세포 내부에 있으면, 세포의 리보솜에 약 24 개의 유전자가 존재하여 유전자를 단백질로 변환합니다. 이러한 단백질 중 일부는 소포체를 확장하여 보호 소포 또는 주머니를 만듭니다.

이 바이러스는 폴리머 라제라고하는 자체 RNA 복사기를 사용하여 소포 내부에 RNA를 복제합니다. 일부 사본은 스파이크와 같은 더 바이러스 성 단백질을 만드는 데 사용됩니다. 다른 것들은 폐 세포에서 빠져 나오는 새로운 바이러스 입자로 포장됩니다.

N 단백질은 RNA를 연결하여 안정적으로 유지합니다.

추가 소포 (소포체 및 골지 복합체에서 유래)는 스파이크, M 및 E 단백질을 조립합니다.

마지막으로, 그것은 터진다새로 형성된 바이러스를 운반하는 소포는 세포막과 합쳐져 바이러스가 빠져 나갈 수있는 통로를 엽니 다.

하나의 세포는 수백 개의 바이러스 복제본을 방출 할 수 있습니다. 일반적으로 자원이 다 소모되었거나 면역계에 의해 사망하기 때문에 사망합니다. 일부 바이러스는 더 많은 세포를 감염시키기 위해 출발합니다. 다른 사람들은 공기로 내뿜어집니다.경과 시간 : 10 시간에 대해

면역 체계가 반응하는 방법

감염된 세포는 병원체를 중화 시키거나 파괴하기 위해 경보를 면역계에 보냅니다. 그러나 바이러스는 신호를 예방하거나 차단하여 사람이 증상을 나타 내기 전에 광범위하게 복제 할 시간을 벌 수 있습니다. 감염이 시작되면 선천 면역계는 폐 세포를 즉시 보호하려고 시도합니다. 적응 면역 체계는 더 큰 반응을 위해 준비합니다.

타고난 면역 체계가 먼저 작용합니다 : 감염된 세포는 인터페론 단백질을 방출하여 주변 세포에 바이러스 입자를 막으려는 분자를 생성하도록 경고합니다.빨간 점) 입력 또는 재생산 인터페론은 또한 바이러스 입자를 삼킬 수있는 혈류의 대 식세포와 같은 세포를 손상시킵니다.경과 시간 : 0 ~ 3 일

적응 면역 체계는 다음과 같습니다.인터페론은 또한 B 세포를 경고합니다. 이들은 스파이크 단백질의 일부를 인식하고 이에 결합하여 스파이크가 폐 세포에 걸리는 것을 방지 할 수있는 "중화 항체"를 생성합니다.

인터페론은 또한 바이러스를 파괴하고 감염된 세포를 바이러스가 파괴되기 전에 죽일 수있는 T 세포를 모집합니다. 일부 B 및 T 세포는 바이러스에 의해 미래의 침입을 신속하게 식별하고 싸울 수있는 메모리 세포가됩니다.경과 시간 : 6-11 일

바이러스는 대책을 취합니다SARS-CoV-2는 여러 가지 전술을 사용하여 면역계의 반응을 방해합니다.

전술 1 :바이러스 스파이크는 설탕 분자로 위장 될 수 있습니다. 그것들은 구부러지고 흔들어 항체가 바이러스에 부착되는 것을 막아 바이러스를 중화시킵니다.

일반적으로 센서 단백질은 들어오는 바이러스를 외래로 인식하고 메신저 RNA 분자를 만들기위한 유전자를 켜도록 세포핵에 지시합니다. 분자는 리보솜에 지시를 전달하여 면역계 세포를 경고하기 위해 세포를 빠져 나가는 인터페론 단백질을 만듭니다.

전술 2 : 몇몇 SARS-CoV-2 단백질은 센서 단백질이 리보솜에 대한 지시를 행동하거나 방해하는 것을 차단하는 것으로 생각된다.

약물 및 백신 중재

상업 및 대학 실험실은 SARS-CoV-2 바이러스가 일으키는 질병 인 COVID-19와 싸우기 위해 100 가지가 넘는 약물을 조사하고 있습니다. 대부분의 약물은 바이러스를 직접 파괴하지는 않지만 신체의 면역계가 감염을 제거 할 수있을 정도로 바이러스를 방해합니다. 항 바이러스 약물은 일반적으로 폐 세포에 바이러스가 부착되는 것을 막거나 바이러스가 세포에 침입하는 경우 바이러스가 재생되는 것을 막거나 면역 체계에 의한 과잉 반응을 완화시켜 감염된 사람들에게 심각한 증상을 유발할 수 있습니다. 백신은 면역 체계가 미래의 감염과 신속하고 효과적으로 싸우도록 준비합니다.

약물 목표 1바이러스가 세포에 침입하는 것을 방지합니다 :약물 또는 치료 용 항체는 스파이크 단백질에 고정되어 폐 세포의 ACE2 수용체에 결합하는 것을 방지 할 수 있습니다. 약물은 또한 프로테아제 효소에 부착되어 스파이크 단백질을 절단하는 것을 막아 바이러스가 세포와 융합 할 수 없게합니다.

약물 목표 2결함이있는 바이러스를 장려하십시오 : 약물은 바이러스 RNA 폴리머 라제 효소를 방해 할 수 있는데,이 바이러스 효소는 ExoN (표시되지 않음)이라는 다른 효소와 함께 작동하여 바이러스를 비활성화시키는 복제 된 바이러스의 실수를 수정하여 더 나쁜 복제본과 더 적은 복제 체로 이어집니다.

약물 목표 3바이러스 종료 : 약물은 바이러스 단백질을 만들거나 바이러스가 게놈을 복제하기 위해 바이러스를 사용하는 소포를 만드는 것과 관련된 바이러스와 같은 폐 세포 단백질을 방해 할 수 있습니다.

약물 목표 4과 면역 반응 감소 :면역 세포는 너무 많은 폐 세포를 파괴하여 폐를 질식시키기에 충분한 점액과 같은 폐기물을 생성하여 환자를 인공 호흡기에 강요 할 수 있습니다. 인터루킨 -6과 같은 경보 단백질 또는 사이토 카인의 과잉 생산은 면역 세포를 과잉 구동시킬 수 있습니다. 약물은 사이토 카인의 일부에 결합하여이를 억제 할 수 있습니다.

백신 옵션백신은 면역 체계를 바이러스의 안전한 버전에 노출시켜 병원체를 막고 운동을 기억시키는 항체를 만들어서 감염 동안 실제 바이러스와 싸울 수 있도록합니다. 백신 제조업체는 백신을 조제하고 대량 생산하기위한 다양한 전략을 추구하고 있습니다.

백신 작동 방식항체 준비 :SARS-CoV-2 바이러스의 백신 버전은 실제 바이러스에 속하는 항원이라고하는 다양한 분자를 나타냅니다. 항원 제시 세포는 그들을 잡아서 T 세포와 B 세포를 돕는다.

T 세포는 B 세포가 실제 바이러스에 결합 할 수있는 항체를 생산하도록 돕습니다.

헬퍼 T 세포는 또한 킬러 T 세포에게 감염된 폐 세포를 파괴하는 방법을 고안하도록 지시한다.

B 및 헬퍼 T 세포 중 일부는 감염 동안 B 및 T 세포를 신속하게 작동시킬 수 있도록 설명서를 저장하는 메모리 세포로 바뀝니다.

SARS-CoV-2 백신 개발 전략전문가들은 바이러스의 백신 버전을 만들기위한 6 가지 이상의 전략을 모색하고 있습니다. 그들 중 세 명은 수정 된 버전의 바이러스를 사람들에게 주입하는 것과 관련이 있습니다.

3 개는 스파이크 단백질에 대한 것과 같은 바이러스로부터 유전자를 맵핑하고, 청사진을 DNA, RNA 또는 안전한 바이러스에 삽입하고 사람들에게 주입하는 것을 포함한다.

놀랍고 신비한 코로나 바이러스 게놈

SARS-CoV-2 게놈은 약 29,900 염기 길이의 RNA 가닥으로 RNA 바이러스의 한계에 가깝습니다. 인플루엔자는 약 13,500 개의 염기를 가지고 있으며 감기를 유발하는 코뿔소 바이러스는 약 8,000 개입니다. (염기는 RNA와 DNA의 구성 요소 인 한 쌍의 화합물입니다.) 게놈이 너무 크기 때문에 복제하는 동안 바이러스를 손상시키는 많은 돌연변이가 발생할 수 있지만 SARS-CoV-2는 교정 및 교정이 가능합니다. 이 품질 관리는 인간 세포와 DNA 바이러스에서는 흔하지 만 RNA 바이러스에서는 흔하지 않습니다. 긴 게놈은 또한 완전히 이해되지 않은 보조 유전자를 가지고 있으며,이 중 일부는 면역 체계를 방어하는 데 도움이 될 수 있습니다.

교정SARS-CoV-2 게놈은 너무 길기 때문에 방대한 양의 정보를 인코딩하여 새로운 코로나 바이러스가 더 많은 단백질을 생성하고 다른 RNA 바이러스보다 더 정교한 복제 전략을 수행 할 수 있습니다. 이들 유리한 단백질 중 하나는 엑소 뉴 클레아 제 (ExoN) 라 불리는 효소로, 바이러스가 만들어 질 때 바이러스를 교정하고 교정 할 수 있도록 도와줍니다. 약 20,000 개 이상의 염기를 가진 바이러스 만이 효소를 만듭니다.

SARS-CoV-2 바이러스가 폐 세포에 감염되면 중합 효소 (polymerase) 라 불리는 효소가 RNA를 복제하기 시작하고 다른 효소 인 ExoN은 무작위 돌연변이를 찾아서 이러한 유전자 실수를 복제합니다.

액세서리 유전자보조 유전자라고 불리는 특이하고 짧은 비트의 게놈은 구조 단백질 유전자와 함께 군집되어 있습니다. 연구원들은 아직 자신이 무엇을하는지 확실하지 않습니다. 몇몇은 바이러스가 면역계를 회피하는 것을 돕는 단백질을 암호화하는 것으로 생각된다.

• 편집자: 마크 피 샤티
• 예술가: 베로니카 팔 코니 에리 헤이즈
• 컨설턴트: Britt Glaunsinger , 캘리포니아 대학교 버클리 분자 및 분자 바이러스 학자, 하워드 휴즈 의료 연구소
• 그래픽 편집기 : 젠 크리스천 센
• 애니메이션 및 모션 그래픽 : 제프리 델 비시오
• 디자인 및 프론트 엔드 개발 : 제이슨 미슈카
• 출처 : Lorenzo Casalino, Zied Gaieb 및 Rommie Amaro, UC San Diego (글리코 실화가있는 스파이크 모델);
• 김동완 등의 "SARS-CoV-2 전 사체의 구조" 세포, Vol 181, 2020 년 5 월 14 일 (게놈)

https://www.scientificamerican.com/interactive/inside-the-coronavirus/?utm_medium=10today.ad3li.20200623.421.1&utm_source=email&utm_content=article&utm_campaign=10-for-today---4.0-styling