독성(virulent) 박테리오파지

-. T-even 파지는 꼬리가 있으며 DNA를 박테리아에 주입시킨다. 

 박테리아를 감염하는 파지 중에서 먼저 T-even 파지에 대해 알아보자. 이들은 꼬리 달린 파지로서 서로 유사성이 높은 파지들이다. 약간 길쭉한 20면체 머리에 목이 연결되어 있는데, 목은 깃으로 쌓여 있고 여러 개의 감각모(whisker)가 달려 있다. 목에 꼬리가 연결되어 있는데, 꼬리 끝에는 여러 단백질로 이루어진 기저판(baseplate)과 여러 개의 꼬리 섬유가 부착되어 있다. 꼬리는 안쪽에 단단한 심(core)과 이를 감싸고 있는 탄력 있는 껍질(sheath)로 되어 있다.

 T-even 파지 DNA의 염기서열은 말단중복과 원형순환 특성을 보인다. '말단중복' 이란 말은 파지 DNA의 약 2%가 양쪽 말단에 중복되어 있다는 뜻이다. 이런 특성 때문에 실험실에서 3' -exonuclease를 써서 양쪽 말단의 단일가닥을 조금 제거해 주면 원형으로 될 수 있다. 말단중복은 각각의 T4 DNA 분자의 특성이다. '원형순환'이란 말은 이와 같은 말단중복을 보이는 부분이 각각의 T4 파지 입자마다 서로 다르다는 것이다. 이러한 차이는 심지어 하나의 파지 입자에서 생겨난 단일 플라크에서 떼어 낸 파지 집단에도 존재한다. 모든 파지에 있어서 DNA상의 유전자 순서는 동일하지만 개별 DNA들은 원형순환은 보인다. 즉 원형순환은 T4 파지 집단의 특성이다. 

 T4 파지 감염은 파지의 꼬리 섬유가 박테리아 표면의 특정한 외막 수용체 단백질에 접촉하는 것으로 시작된다. 곧이어 일련의 활성화되는 과정을 통하여 파지 DNA가 박테리아의 세포질 안으로 분사(injection)되어 들어간다. 주목할 것은 이런 과정들이 정해진 순서대로 진행된다는 것이다. 

 감염 직후 파지 DNA에 코드 된 단백질들은 박테리아의 성장에 필요한 박테리아의 기능들을 정지시킨다. 예를 들면, 박테리아의 RNA 중합효소는 변성되어 자기 유전자를 잘 전사하지 못하게 된다. 이에 더하여, 첫 번째로 만들어진 파지 mRNA로부터 DNase가 합성되어, 숙주 DNA를 신속하게 분해한다. 시간이 감에 따라 박테리아 DNA는 완전히 개별 뉴클레오티드로 분해되어 더 이상 복제되거나 전사되지 못하게 된다. 

 T-even 파지의 입자가 만들어지는 과정은 자동차 제조공정과 어느 정도 비슷하다. 부분별로 먼저 합성된 후에 합쳐져서 완전한 입자로 조립된다. 이는 크게 다음과 같이 4개 과정으로 나눌 수 있다. : 

 1. DNA 복제 : DNA가 복제되어 연쇄체(concatemer)라 부르는 긴 DNA가 되는데, 이것은 파지 DNA 여러 분자가 복제와 재조합 과정을 거쳐 길게 연쇄된 것이다. 이들의 복제 시스템은 다른 생물의 시스템과 비슷하다. 

 2. 머리와 꼬리 형성 : 파지의 머리와 꼬리는 따로따로 생성되는데, 이 점은 머리 형성을 못 하는 변이주도 꼬리는 정상적이고, 꼬리 형성에 문제가 있는 변이주도 정상적인 procapsid(머리 전단계 구조)를 만드는 것을 보면 증명된다. 

 3. DNA 봉입 : T-even 파지 DNA 봉입을 주도하는 종결효소라는 효소가 ATP의 화학적 에너지를 사용하여 파지 DNA를 procapsid 안에 채워 넣는다. 더 이상 들어갈 수 없을 정도로 머리가 가득 채워지면 종결효소가 DNA를 절단한다. 남은 DNA는 종결효소와 함께 새로운 prohead에 결합한다. 종결효소가 절단하는 부분은 특정한 염기서열이 아니다. 만약 특정 염기서열이 잘리는 거라면, T-even 파지 DNA가 원형순환을 갖게 되지 않을 것이다. 그게 아니라, 1개의 머리에 딱 들어갈 만큼의 크기에 해당하는 위치에 절단이 일어나는 것이다. 여기서 필수 요점은 파지 입자에 들어있는 DNA의 크기가 파지 단백질을 코드 하는 데 필요한 DNA의 길이보다 더 크다는 점이다. 입자에 가득 차는 길이의 DNA를 연쇄체로부터 잘라내는 과정에서, 절단되어 봉입되는 DNA의 마지막 부분은 이미 봉인된 첫 부분과 중복되게 되어 말단중복이 되는 것이다. 이제 두 번째로 봉입이 되는 DNA의 첫 부위는 첫 번째 파지의 첫 부분과는 다르다. 또한 이 두 번째 파지도 역시 말단중복이므로, 세 번째 파지의 DNA는 또 다른(제3의) 위치에서 시작되게 된다. 이렇게 되어 하나의 감염된 박테리아에서 한 세트의 원형순환 파지들이 집단으로 생산되는 것이다. 따라서 말단중복과 원형순환 현상은 DNA 봉입 과정의 이러한 머리 채우기 메커니즘 때문으로 설명된다. 

 4. 바이러스 입자 조립(virion assembly) :  T-even 파지의 조립은 세포 내부에서 일어나는데, 먼저 입자의 부분들이 합성되고 그들이 모여 완전한 입자가 형성된다. 

 T-even 파지 생활주기의 마지막 단계인 세포 용해는 급작스럽게 일어난다. 타이밍이 이처럼 정확히 조절되는 이유는 너무 일찍 용해가 일어나면 파지가 충분히 만들어지지 않고 너무 늦게 일어나면 신규 감염을 통해 폭발적으로 증식할 기회가 줄어들기 때문이다. T-even 파지의 세포 용해에는 파지 단백질 두 가지가 필요하다. 첫째는 박테리아 세포벽을 녹이는 endolysin이라는 효소이다. 둘째는 세포막에 통로를 형성하는 holin인데, holin 단백질 여러 개가 모여 형성한 통로를 endolysin이 통과하여 세포벽을 용해하는 것이다. 일단 세포벽이 용해되면 삼투압으로 인해 세포가 파괴된다.