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코로나19 바이러스는 외피가 있는 구 형태의 바이러스 입자구조를 가지며 지름은 약 120 nm 이다. 바이러스 유전체는 뉴클레오캡시드 단백질 (Nucleocapsid protein, N) 에 의해 형성된 나선형의 캡시드 (capsid) 안에 들어있다. 바이러스 유전체와 나선형의 뉴클레오캡시드는 지질 이중층에 둘러싸여 있으며 지질 이중층에는 S (spike), E (envelope), M (membrane) 단백질이 존재한다.
코로나19 바이러스의 전체 유전체는 29,903 nt 로 구성되어 있으며 Positive-sense 단일가닥 RNA (ssRNA(+))를 유전자를 가진다. 바이러스 입자 (Virion)을 만드는 4개의 구조단백질 (Spike, Envelope, Membrane, Nucleocapsid) 발현 ORF (Open reading frame) 와 8개의 비구조단백질 발현 ORF(ORF1a, 1ab, 3a, 6, 7a, 7b, 8, 10) 로 구성된 총 12개의 ORF로 구성되어 있다. 사스 바이러스의 Spike 단백질은 사람의 ACE2 (angiotensin-converting enzyme 2) 수용체와 결합하여 세포내 감염을 가능하게 하고, 중화 항체를 형성하며 바이러스의 유전적 진화와 관련되어 있다.
코로나19 바이러스의 스파이크 단백질 (Spike protein) 은 S1과 S2로 이루어져 있는데 숙주세포의 수용체인 ACE2 (angiotensin-converting enzyme 2) 에 S1 이 상호작용하여 달라붙는다. 수용체에 결합한 후 숙주세포의 막과 융합 (fusion) 하게 되는데 이 때 산-의존적 단백질분해효소 (acid-dependent protease) 인 furin, cathepsin, trans-membrane protease, serine2 (TMPRSS2) 를 매개로 한 S1, S2 분해 (proteolysis) 과정을 거쳐 이루어진다. 이후 바이러스 유전체가 방출되면 바이러스 중합효소에 의해 복제효소 (replicase) 를 번역하고 복제가 이어지며, 두 개의 polyproteins 인 pp1a와 pp1ab를 번역한다. 이어서 비구조 단백질을 암호화하여 바이러스 복제-전사 복합체 (replication-transcription complexes, RTC) 의 조립이 함께 이어져 RNA 복제와 sub-genomic RNA의 전사(transcription) 를 한다. 바이러스 막결합 구조단백질 (S, E, M)가 번역되고 소포체-골지 중간 구획으로 이동하여 바이러스가 조립되면 세포의 기본분비경로를 통해 운반되어 세포 외부로 방출된다.
