Prior Bombyx mori latent virus exposure alters subsequent BmNPV infection in the silkworm, B. mori

자연계에서 동물들은 좀처럼 한 번에 하나의 위협에만 직면하지 않는다. 어떤 생물은 하나의 병원체를 만나 살아남은 뒤, 또 다른 병원체에 직면할 수도 있고, 혹은 두 종류의 서로 다른 침입자가 동시에 도착할 수도 있다. 과학자들은 감염의 이력이 동물이 새로운 위협에 어떻게 반응하는지를 변화시킬 수 있다는 사실을 오래전부터 알고 있었다. 때때로 이전의 만남은 면역 체계를 강화하여 미래의 공격에 대한 방패 역할을 하기도 한다. 반대로, 때로는 면역력을 약화시켜 숙체를 더 취약하게 만들기도 한다. 이러한 역동성은 침입자를 인식하고 파괴하기 위해 정교한 분자 도구 세트에 의존하는 곤충에게 특히 복잡하게 나타난다. 이 도구 중 하나는 바이러스의 유전 물질을 잘게 조각내는 시스템이며, 다른 하나는 신체에 위험을 알리고 광범위한 방어 기제를 촉발하는 신호 전달 경로를 포함한다. 여러 바이러스가 존재할 때 이러한 시스템들이 어떻게 상호작용하는지 이해하는 것은 기초 생물학뿐만 아니라 곤충을 이용해 의약품 및 기타 단백질을 생산하는 산업 분야에서도 매우 중요하다.

최근 일본의 연구진은 실크를 생산하기 위해 수천 년 동안 가축화된 나방인 누에를 사용하여 이 질문을 탐구했다. 그들은 이 곤충을 감염시키는 두 가지 특정 바이러스에 주목했다. 첫 번째는 Bombyx mori 핵다핵병 바이러스(BmNPV)로, 이는 실크누에의 주요 병원체이자 재조합 단백질 제조에 널리 사용되는 DNA 바이러스이다. 두 번째는 Bombyx mori 잠복 바이러스(BmLV)로, 이는 즉각적이고 눈에 보이는 질병을 일으키지 않으면서 종종 실크누에 세포 내부에 숨어 지내는 지속적인 RNA 바이러스이다. 과학자들은 이 두 바이러스가 세포 배양 내에서 상호작용할 수 있다는 점은 알고 있었지만, 이전에 잠복 바이러스를 경험한 실크누에가 이후에 더 공격적인 핵다핵병 바이러스에 노출되었을 때 어떻게 다르게 반응할지는 불분명한 상태였다. 연구진은 잠복 바이러스에 노출된 이력이 이후의 감염 결과에 영향을 미치는지 알고 싶었다.

답을 찾기 위해 연구팀은 다양한 바이러스 노출 시나리오를 모방한 실험을 설계했다. 그들은 접시에서 배양되는 실크누에 세포와 살아있는 실크누에 유충 모두를 대상으로 작업했다. 세포 배양에서는 잠복 바이러스의 장기적이고 지속적인 감염을 가진 세포와, 두 번째 바이러스가 도착하기 직전에 잠복 바이러스를 짧게 노출시킨 세포를 비교했다. 살아있는 유충의 경우, 핵다핵병 바이러스를 도입하기 24시간 전에 잠복 바이러스를 주입하여, 첫 번째 감염에 대해 곤충이 두 번째 감염을 마주하기 전 헤드 스타트를 가질 수 있는 상황을 만들었다. 또한 두 바이러스가 동시에 도입되었을 때 어떤 일이 일어나는지도 테스트했다.

결과는 실험실 접시와 살아있는 곤충 사이에 극명한 차이가 있음을 보여주었다. 세포 배양에서 잠복 바이러스의 장기적인 존재는 핵다핵병 바이러스의 증식을 약화시키기보다는 완만하게 지연시키는 효과를 냈다. 그러나 세포 내에서의 짧고 일시적인 잠복 바이러스 노출은 이러한 효과를 만들어내지 못했다. 이야기는 연구진이 살아있는 유충을 관찰했을 때 바뀌었다. 여기서는, 본 감염 전 단 24시간의 짧은 잠복 바이러스 노출만으로도 핵다핵병 바이러스의 복제를 유의미하게 촉진하기에 충분했다. 잠복 바이러스에 사전 노출된 유충은 두 번째 바이러스에만 감염된 유충보다 훨씬 더 많은 양의 두 번째 바이러스를 생성했으며, 더 높은 수준의 바이러스 단백질을 만들어냈다. 이 효과는 다양한 유전적 계통의 실크누에 전반에서 일관되게 나타났으며, 이는 특정 혈통의 우연한 현상이 아니라 견고한 생물학적 현상임을 시사한다.

연구진은 왜 이런 일이 발생하는지 조사했다. 그들은 잠복 바이러스가 초기 24시간 동안 유충 내부에서 실제로 활성화되어 증식하고 있는지의 징후를 찾았다. 원래의 바이러스 유전 물질과 바이러스에 의해 새로 만들어진 복제본을 구별할 수 있는 기술을 사용한 결과, 활발한 복제의 증거를 발견했다. 잠복 바이러스는 그저 가만히 머물러 있는 것이 아니었다. 그것은 장, 실크샘, 그리고 곤충의 주요 대사 및 면역 기관 역할을 하는 지방체를 포함한 여러 조직에서 스스로를 복제하고 있었다. 이 활발한 복제가 후속 감염을 위한 무대를 마련한 것으로 보인다.

연구팀이 유충의 면역 반응을 조사했을 때, 사전 노출과 약화된 방어 사이의 명확한 연결 고리를 발견했다. 유충의 지방체에서 항바이러스 공격을 시작하는 데 책임이 있는 유전자들이 작동해야 할 만큼 강력하게 켜지지 않았다. 구체적으로, 바이러스 RNA를 절단하는 핵심 단백질과 신체에 위험을 알리는 신호 분자의 생성이 사전 노출된 유충에서 노출되지 않은 유충에 비해 현저히 낮았다. 이러한 면역 반응의 억제는 핵다핵병 바이러스가 번성할 수 있게 만든 메커니즘으로 보였다. 흥미롭게도, 이러한 억제는 지방체에서 가장 두드러졌으며, 혈액 속을 순환하는 면역 세포들은 다른 패턴을 보였다. 이는 바이러스가 자신의 이점을 위해 곤충의 특정 신체 부위를 조종하고 있음을 시사한다.

본 연구는 바이러스 노출의 이력이 실크누에가 새로운 감염과 싸우는 방식에 있어 결정적인 요소라는 결론을 내린다. 지속적이고 조용한 바이러스와의 이전 만남은 곤충의 생리적 상태를 변화시켜, 이후의 더 공격적인 바이러스에 더 취약하게 만들 수 있다. 이는 첫 번째 바이러스가 눈에 띄는 질병 증상을 일으키지 않더라도 마찬가지이다. 연구 결과는 노출의 시기와 지속 시간이 매우 중요하다는 것을 시사한다. 살아있는 곤충에서 잠복 바이러스에 대한 짧은 노출조차도 두 번째 바이러스에 의한 더 심각한 감염을 위해 몸을 준비시키는 역할을 할 수 있다. 실크누에를 이용해 단백질을 생산하는 과학자들에게 이는, 세포주나 곤충 재고 내에 잠재된 잠복 바이러스의 존재가 의도치 않게 원하는 단백질 생산을 촉진할 수 있음을 의미하는 동시에, 곤충의 면역 체계에 존재하는 복잡한 취약성을 강조한다. 이 연구는 바이러스 상호작용의 미시 세계에서 과거는 결코 지나간 것이 아니며, 현재를 형성하고 미래의 전투 결과를 결정한다는 점을 분명히 하고 있다.