, 냉매로 사용되었던 프레온(Freon) 가스에 대한 내용은 염화 플루오린화 탄소 문서
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1. 개요
Prion
RNA와 DNA 없이 단백질로만 구성된 전염원으로 정의한다. 단백질로만 이루어져 유전물질이 없음에도 전염이 가능하며 생물이라고 부를 수는 없는 매우 특이한 경우의 병원체이다. 바이러스가 생물체니 아니니 하는 말이 많지만[1] 바이러스는 최소 DNA나 RNA라도 가지고 있으니 아예 단백질로만 이루어진 프리온에 비하면 생물과 가까운 셈.
'Prion'이란 단어는 발견자인 프루지너가 명명했으며, 'proteinaceous infectious particle'(단백질 감염성 입자)로 쓰는 것이 번거롭기 때문에 줄임말을 만든 것이다.[2] '프리온' 또는 '프라이온'이라고 읽는다. 영어 발음은 '프라이언'. 국립국어원에서 인정한 표준어는 프리온이 아니라 프라이온이다.
프리온이 발견될 당시, 자체 유전물질을 가지지 않는 감염원은 없다고 주장하는 교수들도 있었다. 이런 주장은 지금도 존재하는데, 하버드나 코넬의 1류 미생물학자가 이러한 논쟁 끝에 주류에서 밀려나 주립대 교수로 가는 경우도 왕왕 있다. 물론, 프리온은 그에 대한 연구가 노벨생리의학상을 2번이나 받은 '이론'이다. 1976년 칼턴 가이듀섹이 파푸아뉴기니의 식인풍속이 원인이 되어 발병하는 쿠루병의 특징을 발견한 공로로, 1997년 스탠리 프루지너가 프리온 단백질을 발견한 공로로 각각 노벨상을 수상하였다. 프리온이 감염원이 맞는가 하는 논쟁은 있으나, 이 논쟁에서도 양쪽 다 프리온을 생물학적 독성 물질, 즉, 병원체(Pathogen)로 본다.
현재도 몇몇 대학에서 주류 과제로 연구한다. 프리온의 병해는 의학 과제 중 인체 실험이 제일 효과적인 영역이지만 현실적으로는 윤리적 논란 뿐 아니라 실험해서 얻을 수 있는 이익이 전혀 없기 때문에 분자생물학적으로 접근한다.
2. 설명
원래 정상적인 알파-나선 구조인 단백질 PrPc[3]은 1960년대에 발견했으며, PRNP라는 유전자에서 비롯된다. 인간을 비롯한 고등 포유류의 뇌 속에 있는 것이 알려졌고 납산화에 특기된 성질을 보이며 장기 기억에 관련하는 것으로 드러났다. 프리온과 달리 Proteinase K가 쉽게 분해한다. 2010년 1월에 발표된 연구에 따르면, 정상적인 PrPc 단백질은 신경을 보호하는 미엘린 수초(말이집)를 유지시키는 데 중요한 역할을 하고 있다. 때문에 PrPc를 연구하면 현존하는 CJD 환자의 치료 방법에 발전이 있을 것으로 기대된다.이후 1982년 '감염이 가능한 단백질'로서 변형된 형태 PrPSc[4]가 보고되었다(1997년 노벨상 수상). 크로이츠펠트-야콥 병과 광우병의 원인으로 주목받았으나, 원래 정상적인 단백질에서 온다고 알려졌고 이후 버섯류나 이스트 등에서도 발견되고 온갖 단백질이 다 프리온일 것이라는 보고들이 나오면서 헷갈리게 되었다.
프리온이 생겨난 경위는 아직도 논쟁이 많으며, 확실한 이론은 없다. 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[5] 발견되었다. 즉, 우리 몸에서 자연스럽게 생산해내는 단백질 단위도 정의는 프리온 단백질이라고 하나 일반적으로 프리온이라고 하면 변성해 감염성을 가진 아밀로이드 구조를 이야기한다.
3. 감염, 복제와 전파
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 안정된 구조를 가져야 하는 단백질의 경우 베타-병풍 구조를 가지는데, 이는 각각의 아미노산들이 길게 이어진 스트랜드가 평행하게 겹쳐 만들어진 구조로 병풍을 닮았다. 주로 수용성 아미노산들로 이루어져 있다.관련 사이트 알파-나선 구조의 경우 바깥쪽은 수용성, 안쪽은 비수용성 구조이다.관련 내용
아밀로이드는 녹말[6]을 뜻하는 amylum에 ~을 닮은 것이라는 뜻의 접미사 -oid가 붙은 말로, 병리학의 아버지라 불리는 루돌프 피르호에 의해 조어되었다. 단백질이 7-13nm정도의 섬유모양 베타-병풍구조로 변형된 상태로 조직에 쌓여 조직의 정상기능을 방해하는 병적인 구조물을 말한다. 제대로 아밀로이드 구조를 사용하는 경우도 있으나, 일단 고등 동물에서는 아밀로이드는 굉장히 한정적인 용도로 사용하기에 대부분 한 면이 비수용성인 알파-나선이 오류로 베타-병풍으로 접힌 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 증식하게 되면, 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. 감염이 중추신경의 뉴런 쪽에서 일어나면 뇌를 구성하는 단백질들이 아밀로이드로 꽉 차서 기본 기능을 잃고 죽는다. 컴퓨터로 치면 회로의 금속이 거의 전부 절연체로 대체되는 것이나 마찬가지다.
- 프리온과 일반 단백질이 있다면 이 프리온이 정상 단백질의 베타-병풍의 구조변형을 유도해서 프리온으로 바꾼다. HSP(Heat Shock Protein)는 다른 단백질의 비정상적 접힘을 막아주고 제 할일 다 하면 떨어져나가며 자기 자신이 아닌 다른 단백질들에 영향을 주지만, 프리온은 같은 종류의 정상 단백질을 흡수하여 자란다.
- 당연히 PrPSc만이 prion이 아니다. 주로 진균 단백질에서도 전염성과 복제가 확인되는 경우들이 있다. 이스트에선 CPEB를 써서 실험했다. PRNP-PrPc가 가장 잘 연구된 예일 뿐.
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. 실제로 섭씨 120도 / 3기압에서 수십 분 정도 가열하면 소멸하지만 일반적인 가정에서 이러한 조건을 준수하는 것은 어렵다.[7]
프리온은 상당히 강한 저항력을 가지지만 일단은 단백질이라 강염기나 강산으로 잘 처리하거나 불로 지지거나 감염물째로 태우는 경우 소독 및 전염 방지가 가능하다. 강산과 강염기는 단백질을 화학 반응으로 분해하고, 불은 연소의 3요소(산소, 탈 물질, 발화점 이상의 열)를 충족하는 한 계속 태워버리므로 프리온도 불 앞엔 다른 단백질과 다를 게 없어 이산화탄소와 질산화물, 물 분자로 조각조각 분해된다. 다만 보통 바이러스나 박테리아와는 달리 세밀하고 꼼꼼하게, 그리고 좀 더 오래 독하게 소독해야 한다. 강산과 강염기, 불 앞에 쓰러지지 않는 유기물은 없다는 진리는 프리온에도 적용된다.
포르말린은 대부분의 병원체를 효과적으로 사멸시킬 수 있지만 프리온은 여기서 예외이다. 감염력이 거의 저하되지 않는 것은 물론이고 심지어 포르말린으로 고정된 변형 프리온은 썩지 않고 오래오래 감염성을 가진 채로 남게 되므로 고정액에 노출시키지 말라고 질병관리청의 크로이츠펠트-야콥병 관리지침(52페이지)에서 권고하고 있다.
불 다음으로 일상에서 가장 쉬운 방법은 락스를 이용하는 것이다. 불, 초강산, 초염기 다음으로 단백질을 잘 파괴하는 차아염소산나트륨의 수용액이기 때문. 대한의료관련감염관리학회에서는 1시간동안 담근뒤 섭씨 121도 혹은 134도의 고압 멸균기에서 30분~1시간 처리를 거치는걸 지침으로 내세우고 있다.#
이처럼 확실히 소독하기가 특히 까다로운 병원체이기 때문에, 임상적으로는 "소독 불가능"으로 취급한다. 그래서 프리온이 오염시켰을 가능성이 있는 물체는 소독 후 재사용하지 않고 바이오해저드로 분류해 폐기 처리하는 것이다. 예를 들어 어떤 환자에게 내시경 시술을 했는데 그 환자가 크로이츠펠트-야콥병 환자라면 내시경 기기를 바이오해저드로 분류해 폐기해야 한다. 혹시라도 소독이 덜 된 쪽에 남아있을지도 모르는 프리온에 감염되기라도 하면 절대 안 되기 때문이다.
하지만 CWD 프리온을 제외한[8] 프리온 병원체가 팬데믹을 일으키기에는 한계가 있다. 프리온은 다른 단백질 기반 감염원들과 달리 자체적인 유전자를 가지지 않는다는 것이다. 즉, 프리온 스스로 감염을 위한 동력을 만들지 못하므로 프리온에 감염되려면 그것이 부패하거나 변성, 분해되는 등의 이유로 감염성을 잃기 전에 경구로 섭취되거나 상처에 유입되는 등 직접적인 접촉이 있어야만 한다.
4. 전염성 해면상뇌증
전염성 해면상뇌증(transmissible spongiform encephalopathy)은 프리온에 의한 만성적 질병으로, 언제나 예외 없이 치명적이다:- 사람에게 나타나는 질병
- 크로이츠펠트-야콥병(CJD)
- 치명적 가족성 불면증(FFI)
- 쿠루병 - 흔히 웃으면서 숨을 거두는 병으로 알려졌다.
- 게르스트만 슈트로이슬러 샤인커 증후군 - Gerstmann Straussler Scheinker Syndrome, 약칭 GSS증후군.
- 포유류 발병은 확실하나, 인간 감염은 명확히 보고되지 않은 질병
- 스크래피 - 광우병의 원형(?)이라 할 수 있는, 양에게서 발견되는 질병. 늦어도 1732년에 처음 알려졌다.
- 전염성 밍크뇌증 - 광우병의 밍크 버전. 약칭 TME. 1947년 처음 보고되었으며, BSE로부터 유래되었다는 추측이 있다.#
- 광우병(BSE)
- 만성 소모성 질병(CWD, Chronic wasting disease) - 사슴과에서 나타나는 질병. 인간 감염 추정 사례가 연달아 발견되었다.
- 낙타 프리온증(CPD) - Camel Prion Disease. 2018년 알제리의 도축장에서 도살된 단봉낙타에게서 보고되었다. PDF(다운로드)
- 고양이 해면상뇌증(FSE) - BSE로부터 유래된 것으로 추정된다.
프리온의 경우 감염시 천천히 진행되며, 비정상 프리온이 일정 이상으로 늘어나면 질병이 된다. 또한 현재 의학기술로는 프리온의 치료체가 없고 발병하면 반드시 사망하며, 대개 1년 이내에 사망한다. 변형 프리온이나 아밀로이드 생성을 방해하는 물질이나 변형 프리온을 타깃으로 하는 단일클론항체 등을 이용하려는 시도가 있으나 가시적인 성과는 없는 상태이다.
하지만 2019년 8월 미국 국립보건원(NIH) 산하 국립 알러지 및 감염병 연구소(NIAID)와 록키마운틴 연구소(RML), 브로드 연구소 등이 참여한 공동 연구에서 미국 연구진이 실험쥐에서 프리온 질환의 일종인 스크래피의 진행을 늦춰 잠복기간과 생존기간을 늘리는데 성공했다. 생존기간이 98% 늘어났다. 연구진은 스크래피와 유사한 인간 광우병(크로이츠펠트-야코프병ㆍCJD)에도 관련 연구를 적용할 계획이다.관련 링크
프리온에 대해 최근에 학계에서 밝혀진 사실들 1 2[9]
5. 프리온 질환의 발병 종류
산발성: 알려진 이유 없이 자연적으로 발생되며, 대부분 이 경우이다.가족성: 자신의 가족 내에서 발생한다
후천성: 오염된 물질에 의하여(섭취 등), 감염되는 경우이다.[10] 의인성[11], 변이성이 이에 해당한다.
포레족에는 사람이 죽으면 그 사람을 기리기 위해서 가족들이 고인의 시신을 먹는 풍습이 있었는데, 이때 뇌도 섭취했고, 그래서 그 마을에는 쿠루병 환자가 많았다. 이 경우가 대표적인 후천성 경우이다. 또한 여자와 어린이의 발병률이 높았는데, 그 이유는 여자와 어린이들이 뇌 같은 내장 기관을 먹었기 때문이다. 현재는 식인 풍습을 금지시켜 눈에 띄게 낮아졌다. 그나마도 2015년 이후에는 발병자가 나오지 않고 있다.출처
6. 기타
위에 단락에서 "프리온 질환에 대한 인체 실험이 제일 효과적이지만 얻을 수 있는 이익은 거의 없다"라는 모순적인 문장엔 프리온의 특성 때문이기도 하다. '극도로 어려운 발병 초기진단+긴 잠복기+치료 및 호전 방법 없음'의 환장의 조합이라 인체 실험을 하려면 죽을 병 걸리게 만들 인체 실험 자원자를 모아놓곤 고작 그 병에 걸렸는지 안 걸렸는지 확인하려고 수십년동안 통제군으로 관찰하는- 극도로 비효율적인 인권유린만 된다.그리고 레트로 바이러스와 다르게 센트럴 도그마를 완벽히 깨버린 사례인데. 센트럴 도그마에선 단백질을 형성할려면 전사(DNA)와 번역(mRNA)의 과정을 거쳐야 하지만, 프리온은 그런 과정을 한번에 건너 뛰고 정상 단백질을 변형 시키는 즉 정보 전달 과정을 단백질도 가능하다는 사례를 보여줬다.
Plague Inc.에 등장한다. 실제 특성을 반영해서 치료제 개발이 어렵다는 것 자체를 특성으로 삼는다. 다만 치사율 증가 속도가 그만큼 느리기 때문에[12] 굉장한 슬로우 플레이를 요구하는 병원체이다. 실제 프리온은 DNA가 없지만 DNA 포인트를 쌓아 레벨업을 하는 게임의 구조 때문에 DNA 시스템이 적용되어 있다. 치료 모드에도 나오는데, 치사율 변동성이 15배나 되며, 초기 치사율이 매우 높고, 시간이 지날수록 치사율은 계속 증가한다. 잠복기가 길지만 감염된 환자가 회복될 가능성이 0에 가깝다. 어떻게든 바이러스를 빨리 발견해서 치료제를 빨리 개발하고 사망자가 더 늘어나지 않도록 버텨야 한다.
2022학년도 수능특강 국어영역에 프리온을 주제로 한 지문이 있다. 해당 지문에서는 프라이온이라고 소개되었다.
정상 프리온과 변형 프리온이 접촉하면 정상 프리온이 변형 프리온으로 변하므로 변형 프리온이 정상 프리온보다 더 안정한 것을 알 수 있다.
[1] 바이러스는 생물의 특징과 무생물의 특징을 모두 갖고있기때문.[2] 단백질을 의미하는 protein에 입자란 뜻의 접미사 '\-ion'을 합친 것이다. 간혹 단백질과 바이러스 입자(virion)의 합성어로 보는 견해도 있다.[3] PRion Protein Common 또는 Cellular. CD230[4] PrP SCrapie. scrapie는 양에서 발생하는 질병으로, TSE를 일으키는 감염원이다.[5] 자체인자가 아닌, 서열 번역 대응.[6] 염색기법의 한계로 처음에는 녹말 같은 성분인 줄 알았었다.[7] 이렇게 가열하면 프리온 뿐 아니라 고기 자체가 녹아버리거나 탄다. 즉, 이 방법은 프리온을 포함한 거의 모든 단백질 구조를 해체해 아미노산 덩어리로 만드는 것이다.[8] 해당 프리온은 사실상 없는 종간장벽으로 인해 중간숙주가 매우 많으며, 전염성이 극도로 높아서 단기간 내로 유행을 억제하지 못할 경우 팬데믹을 일으킬 가능성이 매우 높다.[9] 2023년 글[10] 출처. 프랑스에선 인간 프리온이 삽입된 쥐의 뇌세포를 만진 핀셋에 찔려 9년 뒤에 사망한 적이 있었다.[11] 의료행위로 인해 발생했다는 뜻으로, 이식 조직이나 기구를 통해 감염되거나 수혈등을 통해 옮는 것을 말한다.[12] 잠복기가 길어서 그런 듯. 1년이면 잠복기가 매우 긴 편에 속한다.