Isolation and Characterization of New Algicidal Viruses from Korean Coastal Waters

Abstract

약 20여년 전 처음으로 해양에 바이러스 혹은 바이러스 입자와 유사한 입자들(Virus Like Particles; VLPs)의 존재가 보고된 이후, 이들 해양 바이러스의 대부분은 해양 세균에 감염하는 박테리오파아지(bacteriophage)이지만 해양의 다양한 조류(algae)에서도 바이러스들이 존재하는 것으로 밝혀져 왔다. 현재까지 보고된 이들 조류(algae) 바이러스 혹은 바이러스 입자와 유사한 입자들(VLPs)은 약 50종이 보고되어 있으며 각각 Chlorophyceae, Prasinophyceae, Raphidophyceae, Bacillariophyceae, Dinophyceae, Pelagophyceae, Phaeophyceae, Haptophyceae 등 다양한 숙주에서 존재함이 밝혀져 왔다. 본 연구에서는 국내 연안에서 분리된 미세조류(microalgae)로부터 바이러스를 분리하여 광학현미경 및 투과전자현미경을 통하여 형태적 특징을 분석하였으며, MPN (The Most Probable Number) 법을 통하여 분리된 바이러스의 감염도를 분석하였다. 또한, 플랑크톤의 동일 종 내, 종간의 바이러스 감염도를 확인하여 숙주특이성을 분석하였다. 그 결과 규조류(diatom)에 속하는 Skeletonema costatum에서 1종, 와편모조류(dinoflagellate)에 속하는 Heterocapsa pygmaea와 Prorocentrum minimum에서 각각 1종씩 총 3종의 신규바이러스를 분리하였으며, 이들의 특성을 규명하였다. 각 종에 감염하는 바이러스의 형태와 각각의 숙주와 이들의 특이적인 바이러스와의 감염정도를 살펴보면, Skeletonema costatum infecting virus (ScosV)의 경우 크기는 약 100～110 nm 정도, 외막(outer membrane)과 꼬리가 없는 정이십면체(구형)이며 주로 숙주세포의 세포질에 감염되고, 성장실험 결과 숙주에 감염 시켰을 때 약 48～72시간 사이에 lysis가 일어나는 것을 알 수 있다. 종간 감염실험 결과, Skeletonema costatum 종에 숙주특이성을 가지고 있음을 확인할 수 있었다. Heterocapsa pygmaea infecting virus (HpygDNAV01)의 경우 크기는 160～170 nm, 외막(outer membrane)과 꼬리가 없는 정이십면체(구형)이며 주로 숙주세포의 세포질에 감염되고, 성장실험 결과 숙주에 감염 시켰을 때 약 76시간 사이에 lysis가 일어나는 것을 알 수 있다. Prorocentrum minimum infecting virus (PminDNAV01)의 경우 역시 크기는 175～185 nm, 외막 (outer membrane)과 꼬리가 없는 정이십면체이며 주로 숙주세포의 세포질에 감염되고, 성장실험 결과 숙주에 감염 시켰을 때 약 80시간 사이에 lysis가 일어나는 것을 알 수 있다. 이 두 종의 바이러스 역시 Skeletonema costatum infecting virus (ScosV)와 같이 종간, 종내에서 숙주특이성을 각각 가지고 있음을 확인하였다. 또한, 분리된 3종의 조류바이러스의 유전학적 분석을 수행하기 위해 각각의 바이러스를 대량으로 농축하여서 genome을 분리하여 DNase I, RNase A, S1 Nuclease, Exonuclease I, Endonuclease V의 5종류의 효소로 genome의 특징을 확인하였다. 모두 genome크기는 >10kb로 확인되었다. 분리된 3종의 바이러스는 DNase I에서는 band가 확인되지 않았으며, 나머지 RNase A, S1 Nuclease, Exonuclease I, Endonuclease V를 처리한 샘플에서는 band가 확인되는 것으로 보아 이들 바이러스의 genome은 linear-type의 double-stranded DNA (dsDNA) genome을 가진 것으로 확인된다. 이러한 결과로 보아 본 연구에서 분리된 3종류의 바이러스, Skeletonema costatum infecting virus (ScosV), Heterocapsa pygmaea infecting virus (HpygDNAV01)와 Prorocentrum minimum infecting virus (PminDNAV01)는 모두 double-stranded DNA(dsDNA) genome을 가지고 있으며 바이러스 입자가 숙주세포의 세포질에 주로 분포하는 바이러스의 크기가 >100 nm인 Nucleo- Cytoplasmic Large DNA Viruses (NCLDV)이며 거대 바이러스 (Giant Viruses)의 분류군에 속하는 Phycodnaviridae의 한 종류로 추정된다. 하지만 보다 정확한 바이러스의 분류 및 각각의 숙주와 바이러스의 연관관계를 밝히는 생태학적 접근, 바이러스 전체 게놈의 염기서열 분석, 이를 이용한 유용유전자(e.g. Enzyme 등)의 분리를 위해서는 좀 더 면밀한 연구가 필요할 것으로 보인다.