프리온

1 개요

단백질로만 이루어진 병원체임에도 [1], 전염이 가능하다. 현재는 RNA와 DNA 없이 단백질로만 구성된 전염원으로 정의한다. 현재 고등 생물 서적에는 프라이온이라고 기재. [2]

한창 프리온이 발견될 당시, 자체 유전물질을 가지지 않는 감염원은 없다고 주장하는 교수들도 있었다. 심지어 지금도 종종 있어서, 한창때 하버드나 코넬에서 1류 미생물학자로 이름을 날리다가 논쟁 끝에 주류에서 밀려난 반대파 과학자가 현재 주립대 교수직을 맡는 경우가 아직도 꽤 있다.[3] 주로 당시 반대 의견을 개진했던 과학자들. 그러나 현재 프리온은 노벨생리의학상을 2번이나 받은 정설이다.

가만 따져보면 프리온을 감염원으로 보냐마냐는 논쟁은 프리온의 존재 자체를 부정하는 것으로 여겨지는 경향이 상당히 많다. 하지만, 이건 오해에 가깝다. 설령 프리온이 감염원이 아니라고 처도, 어쨌든 생물학적 독성물질이므로 병원체(Pathogen)인 사실은 그대로다! 그 독극물이 증식까지 하니 문제지. 이게 바로 현실의 타이베리움

현재도 몇몇 대학에서 주류 과제로 연구한다. 사실 재밌는 사실이 있는데, 프리온의 병해는 의학 과제중에서도 인체 실험(...)이 제일 효과적인 영역이다. 하지만 이런 정신나간 짓을 못하므로, 분자생물학적으로 오랜 연구가 필요할 듯하다. 현재 이 부류의 최첨단을 달리는 모 아이비리그 대학조차 이러한 긴 방식에 이렇다할 뚜렷한 성과가 없다. 어차피 근본적인 병의 근절엔 분자생물학적 연구가 필요하다.

2 설명

원래 정상적인 알파-헬릭스 구조인 단백질(PrPc, PRion Protein Common 또는 Cellular. CD230)은 1960년대에 발견했으며, PRNP라는 유전자에서 비롯된다. 인간을 비롯한 고등 포유류의 뇌 속에 있는 것이 알려졌고 납산화에 특기된 성질을 보이며 최근 장기 기억에 관련하는 것으로 드러났다. 프리온과 달리, Proteinase K가 쉽게 분해한다. 2010년 1월에 발표된 연구에 따르면, 정상적인 PrPc 단백질은 신경을 보호하는 미엘린 수초를 유지시키는데 중요한 역할을 하고 있다. 때문에 PrPc를 연구하면 현존하는 CJD 환자의 치료 방법에 진일보가 있을 것으로 기대받는다.

이후 1982년 '감염이 가능한 단백질'로서 변형된 형태(PrPsc, PrP SCrapie. scrapie는 양에서 발생하는 질병으로, TSE를 일으키는 감염원이다.)가 보고되었다(1997년 노벨상 수상). 크로이츠펠트-야콥 병과 광우병의 원인으로 주목받았으나, 원래 정상적인 단백질에서 온다라 알려졌고 이후 버섯류나 이스트 등에서도 발견되고 온갖 단백질이 다 프리온일 것이라는 보고들이 나오면서 헷갈리게 되었다.

프리온이 생겨난 경위는 아직도 왈가왈부이며, 확실한 이론은 없다.(심한 경우 질병과 연관되지 않았다고 주장하는 사람도 있지만 주류는 아니다.) 다만 DNA와 RNA가 나오기 이전, DNA와 RNA의 기능을 대신했다는 이론과 RNA의 바로 이전 단계라는 설은 많은 설득력이 있다. 게다가 장기 기억과 연관한다는 보고들도 나왔고, 정상적인 PrPc는 기억 전달을 한다는 실험(사람 말고 이스트에서)도 보고되었다. 자체는 PRNP라는 유전인자에 대응함이[4] 발견되었다. 즉, 우리 몸에서 자연스럽게 생산해내는 단백질 단위도 정의는 프리온 단백질이라고 하나 일반적으로 프리온이라고 하면 변성해 감염성을 가진 아밀로이드 구조를 이야기한다.

3 아밀로이드 감염

아미노산이 여럿 합쳐지면 일단 사슬 꼴의 긴 아미노산 구조를 이루고, 이것이 화학적 포텐셜이 낮은 안정한 상태(state)로 접혀서 단백질을 형성한다. 아미노산 하나가 펩타이드 사슬에 추가될 때마다 형성 가능한 단백질 모양은 팩토리얼급으로 늘어나지만, 최소 에너지 상태는 어쨌든 하나뿐이니 그 모습이 자연계에서의 모습이다. 단백질은 다시 분해되고, 아미노산이 되고, 다시 단백질이 되는 등 자연적인 순환을 계속한다.

자연상태에서 특정한 안정한 구조를 가져야 하는 단백질의 경우 베타-시트 구조를 가지는데, 이는 각각의 아미노산들이 길게 이어진 스트랜드가 평행하게 겹쳐 만들어진 구조로 병풍을 닮았다. 주로 수용성 아미노산들로 이루어져 있다.참조 알파-헬릭스 구조의 경우 바깥쪽은 수용성, 안쪽은 비수용성 구조이다.참조

수용성이어야 할 베타-시트 구조들이 아미노산들이 접히는 과정이나 유전적 오류 때문에 비수용성이 된 경우를 아밀로이드라고 한다.[5] 제대로 아밀로이드 구조를 사용하는 경우도 있으나, 일단 고등 동물에서는 아밀로이드는 굉장히 한정적 용도이기에 대부분 한 면이 비수용성인 알파-헬릭스가 오류로 베타-시트로 접힐 경우이다. 이 경우 아밀로이드 구조가 나오면 제 기능을 못한다고 봐야 한다. 설상가상으로 이렇게 형성된 뒤 최악의 경우에는 세포의 자체 파괴과정에 쓰이는 유비퀴틴이 붙지 못하는 구조가 된다. 이 상황까지 오면 한 면은 수용성, 한 면은 비수용성이기에 다른 단백질에 붙어 문제를 일으킨다. 그리하여 변성으로 다른 단백질의 구조들과 결합하여 증식할 경우, 전염성 단백질인 프리온이 된다.

이러한 형태로 변형된 초기 베타 아밀로이드 구조는, 주변의 정상적인 단백질까지 끌어들여서 성장하며, 빽빽하게 밀집된 베타 병풍 구조의 특성 때문에 단백질 분해효소가 접근할 수 없어 세포 내에 지속적으로 쌓인다. 이러한 형태의 퇴행성 뇌질환의 대표적인 예가 알츠하이머 병.

  • 간단히, 프리온과 일반 단백질이 있다면 이 프리온이 정상 단백질의 베타-시트의 구조변형을 유도해서 프리온으로 바꾼다. HSP(Heat Shock Protein)은 다른 단백질의 비정상적 접힘을 막아주고 제 할일 다 하면 떨어져나가며 자기 자신이 아닌 다른 단백질들에 영향을 주지만, 프리온은 같은 종류의 정상 단백질을 흡수하여 '자란다'. 타이베리움 단백질 버전
  • 당연히 프리온은 PrPsc만이 아니다. 온갖 종류의 단백질들이 프리온으로 바뀔 수 있으며, 실험적인 조건에서 이러한 변형된 단백질들은 주변의 정상적인 동료들을 끌어모아 자란다. 이스트에선 CPEB를 써서 실험했다.설마 이스트에 PrPc가 있어서 사람들이 프리온 기억 전달 실험을 했겠나? PRNP-PrPc가 가장 잘 연구된 예일 뿐.

아밀로이드 감염이 중추신경의 뉴런 쪽에서 일어나면 뇌를 구성하는 단백질들이 아밀로이드로 꽉 차서 기본기능을 잃고 죽는다.[6]

프리온의 일반적인 '감염'은 체액으로 일어난다. 프리온은 그 구조상 상당한 저항성이 있으며, 양의 스크래피는 프리온이 림프계를 따라 돌아다니다가 상처-풀에 묻음-다른 양의 상처 부위에 접촉-감염 혹은 풀에 묻음-섭취 과정을 거쳐서, 쿠루병이나 BSE의 경우는 섭취를 통한 프리온을 체내 축적으로 전염한다. 따라서 쿠루병은 식인 풍습이 사라지면서 없어졌고 BSE의 경우 육골분 사료를 공급하지 않으면서 사라져가고 있다. 정부 발표에 따르면 삶으면 소멸한다고 한다. [7]

프리온은 상당히 강한 저항력을 가지지만, 표백제/양잿물/강산으로 잘 처리할 경우 소독 및 전염 방지가 가능하다. 다만 보통 바이러스나 박테리아와는 달리 세밀하고 꼼꼼하게, 그리고 좀더 오래 독하게 소독해야 한다. 강산과 강염기 앞에 쓰러지지 않는 유기물은 없다는 진리는 프리온에도 적용된다.다만 시간이 걸릴 뿐 흡수/방열/방습이 되지 않는 물질에 묻은 경우, 섭씨 131도 2기압 정도의 압력으로 1M KOH용액을 통해 25분 이상 소독하는 것을 권장한다.[8] 보통 세균이나 바이러스 처리할 때 섭씨 121도 1기압 압력으로 15분 소독하는 것에 비하면 좀 더 독한 놈이다.그냥 오토클레이브하자

이처럼 확실히 소독하기가 까다로운 병원체이기 때문에, 임상적으로는 "소독 불가능"으로 취급하는 것이 원칙이다. 즉 프리온이 오염시켰을 가능성이 있는 물체는 소독해서 재사용하는 것이 금지되며 바이오해저드로 분류해 폐기 처리해야 한다. 예를 들어 어떤 환자에게 내시경 시술을 했는데 알고 보니 그 환자가 크로이츠펠트-야콥병 환자였다? 그럼 3천만원짜리 내시경 버려야 한다.

어떠한 이유로 소의 프리온이 인간에게 영향을 미치는지는 모르고, 동종의 프리온이 동종에게 영향을 미치는 것은-그나마 직접 주사하는 연구를 통해- 파악되었으나 그 이상은 못 알아냈다.사람갖고 실험할 수도 없고

BSE의 원인으로 잘 알려져 있고, vCJD의 원인이기도 하나, 두 질병이 같은 감염원인 병인가는 좀 애매한 부분이 있다. 실험 과정이 기술적으로 매우 어려운 데다 사람갖고 실험할 수도 없고 역학조사 결과가 일반적인 감염 경로보다는 섭취를 통한 경로라는 정황을 보이기 때문에 프리온이 vCJD의 원인인가 아닌가는 불확실하다... 또한, 영국에서는 일단 소부터 다 잡아죽였기에 샘플 자체가 없다. 그리고 이제 소를 갈아 소에게 먹이는 일을 거의 대부분 그만뒀고, 프리온 자체가 20세기 후반에서나 발견해 아직 연구가 적다.

4 프리온으로 인한 질병

이 질병에 걸린 개체는 대부분 빠른 시일 내에 사망한다. 사망 후 부검을 해보면 많은 수의 개체들의 뇌에서 해면성 병변을 확인할 수 있다.[9]

5 기타

Plague Inc.에서도 등장. 그 특성을 반영해서 치료제 개발이 어렵다 자체를 아이덴티티로 삼는다. 다만 감염속도나 치사율 증가 속도도 그만큼 느리기 때문에 굉장한 슬로우 플레이를 요구하게 되는 노잼 병원체.
  1. ↑ 즉, 생물학적 독성물질(핵산이 없다)
  2. ↑ 프리온의 명명이 미국인에 의해 되었다는 이유로 주로 영국쪽에서 프라이온이라 부른다.
  3. ↑ 당연히 이들 교수는 자신의 생각을 전하기 이전에 노벨상을 2번이나 받았던 사실, 그리고 기전을 모두 설명하고 사견을 짪게 붙이는 일이 많다. 한때나마 일류 과학자였던 만큼 학자와 교육자의 역할의 차이를 잘 아는 것.
  4. ↑ 자체인자가 아닌, 서열 번역 대응.
  5. ↑ 실크가 대표적인 아밀로이드 구조이다.
  6. ↑ 이걸 컴퓨터에 비유하면 반도체에 들어간 금속들을 싸그리 비전도체로 바꿔버린다고 보면 좋다.
  7. ↑ 이건 사실이다. 섭씨 120도 3기압에서 수십분 정도 가열하면 소멸한다. 다만 일반적인 가정에서 이러한 조건을 준수하는 것은 어렵다. 밥솥이 있지만 고기를 밥솥에 넣고 보면 이게 고기인지 죽인지 못 구분할 것이다(...) 그러니까 여러분은 고기구이를 멀리하고 밥솥으로 동파육이나 만들어 먹는 게 낫습니다 어차피 압력밥솥이 120도 2기압이라 조건이 부족하다
  8. ↑ 당연하지만 의료용에서는 100%에 가까운 파괴를 지향하기 때문이다. 강염기는 그저 보너스일 뿐, 섭씨 121도에서 2기압이면 일반적으로 파괴된다.
  9. ↑ 뇌가 스폰지(해면)처럼 병변이 일어나는 것. 광우병 파동때 사람들이 주장한 미국산 소고기를 먹으면 뇌에 구멍이 뻥뻥 뚫려서 죽는다 의 근원이라면 근원이다. 하지만 vCJD와 BSE의 상관관계는 거의 없다는 것이 중론이다. 애초에 vCJD는 나름 희귀병인데다가(혹자는 vCJD에 당장 걸려죽을 확률보다 그 자리에서 벼락맞아 죽을 확률이 더 높다 한다) "인간 광우병"이란 단어는 찌라시에서나 쓸 법한 명칭이다. 그만큼 한국 사람들이 소고기를 좋아한다는 뜻인 걸까