세포 변성 효과
세포 변성 효과(Cytopathic effect, CPE)는 바이러스 감염으로 인해 숙주 세포에 발생하는 구조적 변화를 말한다. 바이러스가 숙주 세포에 이러한 형태학적 변화를 일으키면 세포병원성이라고 한다.[1] 흔히 볼 수 있는 CPE의 예로는 감염된 세포의 둥글게 변형, 인접 세포와의 융합으로 인한 합포체 형성, 핵 또는 세포질 봉입체의 출현 등이 있다.[2]
CPE와 세포 형태의 다른 변화는 세포 살상 바이러스에 의한 여러 효과 중 일부에 불과하다. 세포 살상 바이러스가 허용 세포를 감염시키면, 바이러스는 세포 형태, 세포 생리학 및 뒤따르는 생합성 사건의 변화를 통해 숙주 세포를 죽인다. 이러한 변화는 효율적인 바이러스 복제에 필요하지만 숙주 세포를 희생시킨다.[2] 궁극적으로 감염 바이러스는 숙주 세포의 용해를 유발하거나, 세포가 복제 불능으로 인해 용해되지 않고 죽을 수 있다.[3]
진단
[편집]CPE는 진단에서 바이러스 감염의 중요한 측면이다. 많은 CPE는 고정되지 않고 염색되지 않은 세포에서 광학 현미경의 저배율, 콘덴서를 내리고 조리개 다이어프램을 부분적으로 닫은 상태에서 볼 수 있다. 그러나 일부 CPE, 즉 봉입체의 경우 세포를 고정하고 염색한 다음 광학 현미경으로 관찰해야 한다.[1] 일부 바이러스의 CPE는 특징적이어서 바이러스학자들이 감염된 동물이나 인간을 진단하는 데 중요한 도구가 될 수 있다.[2] CPE 출현 속도 또한 바이러스학자들이 바이러스 유형을 식별하는 데 사용할 수 있는 중요한 특징이다. 낮은 감염 다중도에서 시험관 내에서 4~5일 후에 CPE가 나타나면 바이러스는 느리다고 간주한다. 낮은 감염 다중도에서 시험관 내에서 1~2일 후에 CPE가 나타나면 바이러스는 빠르다고 생각한다. 높은 감염 다중도에서는 모든 CPE가 빠르게 나타나기 때문에 접종은 항상 낮은 감염 다중도에서 이루어진다.[1]
일반적으로 바이러스 감염의 첫 징후는 세포의 둥글게 변형이다. 봉입체는 종종 숙주 세포의 세포핵 및 세포질에 나타난다. 봉입체는 환자의 혈액 도말 표본이나 감염된 조직의 염색된 절편에서 광학 현미경으로 처음 식별될 수 있다. 그러나 그 구성을 완전히 특성화하려면 전자현미경 검사를 수행해야 한다. 봉입체는 바이러스 복제 부산물의 축적 또는 변형된 숙주 세포 소기관이나 구조일 수 있다.[2]
일부 바이러스 감염은 이상한 CPE, 즉 합포체 형성을 유발한다. 합포체는 많은 핵을 포함하는 큰 세포질 덩어리이다. 일반적으로 감염된 세포의 융합에 의해 생성된다. 이 메커니즘은 바이러스가 감염된 세포에서 감염되지 않은 세포로 확산되도록 허용하여 바이러스에 유용하다.[2]
바이러스 감염은 임상적으로 관련된 표현형 CPE를 가질 수 있다. 예를 들어, C형 간염 바이러스(HCV)의 경우 간 지방증은 바이러스의 특징으로, 바이러스의 유전자형, 즉 바이러스의 유전적 구성을 식별하는 데 사용될 수 있다. HCV 유전자형 3 환자는 유전자형 1 환자보다 간 지방증이 발생할 가능성이 훨씬 더 높다.[4] 또한, CPE는 새로운 약물의 효능을 결정하기 위한 연구 중에 사용될 수 있다. 뎅기열 바이러스의 CPE를 스크리닝하여 세포 생존력을 평가하는 분석법이 개발되었다.[5]
CPE의 숙주 세포 특이성으로 인해 연구원들은 실험의 불일치를 테스트하는 데에도 사용할 수 있다. 많은 바이러스 감염의 경우, 다른 숙주 세포 균주가 특징적인 반응을 보일 수 있다. 현재 연구 커뮤니티 내에서는 세포 균주의 유효성과 순도에 대한 많은 우려가 있다. 실험실 내 및 실험실 간에 오염이 증가했다. CPE는 특정 세포주의 순도를 테스트하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, HeLa CCL-2는 다양한 연구 분야에서 사용되는 일반적인 세포주이다. 헬라 세포의 순도를 테스트하기 위해 콕사키바이러스 B형 접종 후 발생하는 CPE를 관찰했다. 이러한 CPE에는 형태 변화와 세포 사망률이 포함되었다. Carson 등은 이러한 불일치가 상업용 헬라 세포의 이질적인 특성과 실험실에서 여러 세대 동안 증식된 헬라 세포의 동질적인 특성 때문이라고 판단했다.[6]
일반적인 유형
[편집]전체 파괴
[편집]숙주 세포 단층의 전체 파괴는 가장 심각한 유형의 CPE이다. 이 과정을 관찰하기 위해 세포를 유리 표면에 접종하고 숙주 세포의 융합 단층을 형성한다. 그런 다음 바이러스 감염을 도입한다. 단층의 모든 세포는 빠르게 수축하고, 핵응축이라는 과정에서 밀집되어 3일 이내에 유리에서 분리된다. 이 형태의 CPE는 일반적으로 엔테로바이러스에서 볼 수 있다.[1]
아전체 파괴
[편집]숙주 세포 단층의 아전체 파괴는 전체 파괴보다 덜 심각하다. 전체 파괴와 유사하게, 이 CPE는 유리 표면에 숙주 세포의 융합 단층을 접종한 다음 바이러스 감염을 도입하여 관찰된다. 아전체 파괴는 특징적으로 단층 내 일부 세포는 분리되지만 전체가 분리되지는 않는다. 이는 일부 토가바이러스, 일부 피코르나바이러스 및 일부 유형의 파라믹소바이러스과에서 흔히 관찰된다.[1]
초점 변성
[편집]초점 변성은 숙주 세포 단층에 국소적인 공격을 유발한다. 이 유형의 CPE가 궁극적으로 전체 조직에 영향을 미칠 수 있지만, 초기 단계와 확산은 초점이라고 알려진 국소화된 바이러스 중심에서 발생한다. 초점 변성은 세포외 매체를 통한 확산보다는 바이러스의 직접적인 세포 간 전달 때문이다. 이 다른 전달 방식은 이를 전체 및 아전체 파괴와 구별하며 특징적인 국소 효과를 유발한다. 처음에는 숙주 세포가 커지고, 둥글게 되고, 굴절된다. 결국 숙주 세포는 표면에서 분리된다. 바이러스의 확산은 동심원적으로 발생하여, 떨어져 나가는 세포는 확대되고 둥근 세포로 둘러싸여 있고, 이들은 건강한 조직으로 둘러싸여 있다. 이 유형의 CPE는 헤르페스바이러스과 및 폭스바이러스과의 특징이다.[1]
부어오름 및 덩어리 형성
[편집]부어오름 및 덩어리 형성은 숙주 세포가 크게 부어오르는 CPE이다. 커진 후, 세포들은 덩어리로 모인다. 결국 세포들은 너무 커져서 분리된다. 이 유형의 CPE는 아데노바이러스의 특징이다.[1]
거품 변성
[편집]거품 변성은 공포화라고도 알려져 있다. 이는 크고/또는 많은 세포질 소포의 형성 때문이다. 이 유형의 CPE는 관련된 숙주 세포의 고정 및 염색을 통해서만 관찰될 수 있다. 거품 변성은 특정 레트로바이러스, 파라믹소바이러스과 및 플라비바이러스의 특징이다.[1]
합포체
[편집]합포체는 세포 융합 및 다핵 세포 형성이라고도 알려져 있다. 이 CPE에서 4개 이상의 숙주 세포의 세포막이 융합하여 적어도 4개의 핵을 가진 확대된 세포를 생성한다. 큰 세포 융합은 때때로 염색 없이도 볼 수 있지만, 이 유형의 CPE는 일반적으로 숙주 세포 고정 및 염색 후에 감지된다. 헤르페스바이러스과는 특징적으로 세포 융합뿐만 아니라 다른 형태의 CPE도 생성한다. 일부 파라믹소바이러스과는 오직 이 CPE만을 생성하므로 세포 융합 형성을 통해 식별될 수 있다.[1]
봉입체
[편집]봉입체(세포핵 또는 세포질 내의 불용성 비정상 구조)는 숙주 세포 내 염색 변화 영역을 나타내므로 염색을 통해서만 볼 수 있다. 일반적으로 이는 바이러스 단백질 또는 핵산이 합성되거나 비리온이 조립되는 숙주 세포의 영역을 나타낸다. 또한 일부 경우, 활성 바이러스 없이도 봉입체가 존재하며 바이러스 흉터 영역을 나타낸다. 봉입체는 바이러스 균주에 따라 다르다. 단일 또는 다수, 작거나 크고, 둥글거나 불규칙한 모양일 수 있다. 또한 핵내 또는 세포질내이며 호산성 또는 호염기성일 수 있다.[1]
같이 보기
[편집]각주
[편집]- ↑ 가 나 다 라 마 바 사 아 자 차 Suchman, Erica; Blair, Carol. “Cytopathic Effects of Viruses Protocols”. 《ASM Microbe Library》. American Society for Microbiology. 2 June 2012에 원본 문서에서 보존된 문서. 20 November 2014에 확인함.
- ↑ 가 나 다 라 마 Baron, Samuel (1996). 〈Effects on Cells〉 4판. 《Medical Microbiology》. TX: University of Texas Medical Branch at Galveston. ISBN 9780963117212. PMID 21413282. 2014년 11월 19일에 확인함.
- ↑ The Editors of Encyclopaedia Britannica (2023년 3월 20일). 〈Cytopathic Effect (CPE)〉. 《Encyclopædia Britannica》. 2025년 9월 3일에 확인함.
- ↑ Rubbia-Brandt, Laura; Quadri, Rafael; Abid, Karim; Giostra, Emiliano; Male, Pierre-Jean; Mentha, Gilles; Spahr, Laurent; Zarski, Jean-Pierre; Borisch, Bettina; Hadengue, Antoine; Negro, Francesco (2000). 《Hepatocyte steatosis is a cytopathic effect of hepatitis C virus genotype 3》. 《Journal of Hepatology》 33. 106–115쪽. doi:10.1016/S0168-8278(00)80166-X. PMID 10905593.
- ↑ McCormick, Kevin; Liu, Shufeng; Jacobs, Jana; Marques, Ernesto; Sluis-Cremer, Nicolas; Wang, Tianyi (2012). 《Development of a Robust Cytopathic Effect-Based High-Throughput Screening Assay to Identify Novel Inhibitors of Dengue Virus》. 《Antimicrobial Agents and Chemotherapy》 56. 3399–3401쪽. doi:10.1128/AAC.06425-11. PMC 3370735. PMID 22391547.
- ↑ Carson, Steven; Pirruccello, Samuel (2013). 《HeLa cell heterogeneity and coxsackievirus B3 cytopathic effect: Implications for inter-laboratory reproducibility of results》. 《Journal of Medical Virology》 85. 677–683쪽. doi:10.1002/jmv.23528. PMID 23408555. S2CID 11280469.