[사이언스샷] 뉴욕 코로나가 시애틀보다 독한 까닭은? - 뉴스플러스

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입력 2020.06.13 08:59

스크립스 최혜련 박사, 감염력 높이는 돌연변이 첫 규명

코로나 바이러스 모델. 표면에 있는 붉은색 스파이크(돌기) 단백질을 숙주세포에 결합시켜 침투한다. 재미 한국인 과학자가 바이러스의 돌연변이로 이 스파이크가 훨씬 유연해지면서 감염력이 급증했음을 밝혀냈다./CDC

뉴욕과 밀라노의 코로나 바이러스가 시애틀, 워싱턴보다 훨씬 빨리 퍼진 이유가 유전자 돌연변이에 있었다는 사실을 재미(在美) 한국인 과학자가 처음으로 밝혀냈다.

미국 스크립스연구소 면역학·미생물학부의 최혜련 교수와 마이클 파르잔 교수 연구진은 12일(현지 시각) “코로나 바이러스의 표면에 있는 스파이크(돌기) 단백질이 유전자 돌연변이를 거쳐 유연해지면서 세포 결합력이 급증했다”고 밝혔다.

◇바이러스 돌기 유연해지면서 감염력 급증

코로나 바이러스는 표면에 스파이크 단백질들이 돋아 있다. 그 모습이 마치 왕관과 같다고 해서 코로나(corona, 왕관)라는 이름이 붙었다. 바이러스는 스파이크 단백질을 인체 세포의 ACE2 수용체 단백질에 결합시키고 침투한다.

최 교수는 “세포 실험에서 유전자에 돌연변이가 생긴 바이러스는 인체 세포에 달라붙는 스파이크의 수를 눈에 띄게 증가시켜 감염력이 훨씬 강해졌다”며 “바이러스에서 결합력을 가진 스파이크 단백질의 수는 돌연변이를 통해 4~5배 증가했다”고 말했다. 그만큼 감염력도 증가한다. 연구진은 “세포 실험에서 돌연변이 바이러스는 감염력이 거의 10배까지 증가했다”고 밝혔다.

코로나 바이러스의 스파이크(돌기) 단백질 구조. S1(녹색)과 S2(보라색)으로 나뉜다. 기존 바이러스는 두 부분이 불안정했다. 뉴욕과 이탈리아에서는 돌연변이를 거쳐 두 부분이 안정되면서 감염력이 증가한 것으로 나타났다./스크립스연구소

파르잔 교수는 D614G라는 유전자 돌연변이가 스파이크 단백질의 ‘뼈대’를 훨씬 유연하게 변화시켰다고 밝혔다. D614G 돌연변이는 유전자가 바뀌면서 돌기 단백질을 구성하는 아미노산 중 아스파르트산을 글라이신을 바꾼다. 이로 인해 바이러스의 돌기가 훨씬 부드러워진다는 것이다.

바이러스의 돌기가 딱딱하면 인체 세포에 가기 전에 다른 곳에 부딪혀 부러져 제 기능을 하지 못한다. 반면 돌기가 유연하면 부딪혀도 휘어질 수 있어 온전한 상태를 유지한다는 것이다. 단단한 나뭇가지가 태풍에 부러지지만, 갈대는 바람 따라 휘어지면서 제모습을 유지하는 것과 유사하다.

최 교수가 대표저자로 등재된 이번 연구 논문은 현재 국제 학술지의 논문 심사를 받고 있으며, 논문 사전 출판 사이트인 바이오아카이브(bioRxiv)에 먼저 공개됐다.

◇지역마다 바이러스 전파 속도 다른 이유 설명

코로나 팬데믹(세계적 대유행병)이 발생하면서 지역마다 바이러스의 감염력이 달라 과학계의 논쟁을 불렀다. 이탈리아 밀라노나 미국 뉴욕에서는 바이러스가 처음부터 엄청난 속도로 퍼져 보건시스템을 압도했지만, 시애틀이나 워싱턴에서는 그래도 최소한 초기에는 관리가 가능할 정도였다. 지역마다 대응 방식이 달라서인지, 아니면 바이러스 자체가 다른 것인지 논란이 분분했다.

최 교수는 바이러스의 돌연변이 가능성에 주목했다. 모든 바이러스는 시간이 지나면서 유전자에 돌연변이가 생긴다. 처음에 퍼진 코로나 바이러스는 D614G 돌연변이가 덜했는데 지금은 대부분의 바이러스가 같은 돌연변이를 갖고 있다고 연구진은 밝혔다.

연구진은 지난 2월부터 감염 환자에서 분리한 코로나 바이러스의 유전자 정보를 추적했다. 2월에는 D614G 돌연변이가 보이지 않다가 3월이 되면 환자 시료 4개 중 1개꼴로 나타나다가 5월이 되면서 70%에서 발견됐다.

연구진은 인체에 해가 없는 바이러스에 D614G 돌연변이 유전자를 끼워 넣어 세포 감염력을 시험했다. 예상대로 돌연변이 유전자를 가진 바이러스가 훨씬 감염력이 높아졌다. 다만 실제 인체에서도 같은 효과가 일어나는지는 추가 역학조사가 필요하다고 최 교수는 밝혔다.

◇백신·항체치료제의 바이러스 차단 가능성은 확인

다행히 연구진은 D614G 돌연변이를 가진 바이러스든 그렇지 않은 바이러스든 완치 환자의 혈청에는 모두 무력화되는 것을 확인했다. 이에 따라 현재 개발 중인 백신이나 항체 치료제가 돌연변이를 일으킨 바이러스에도 효과가 있다고 기대할 수 있다고 연구진은 밝혔다.

미국 스크립스연구소의 최혜련 교수. 이번 코로나와 같은 계열인 사스 바이러스의 숙주세포 결합과정을 처음으로 규명한 바 있다./스크립스 연구소

최 교수는 서울대에서 학사와 석사를 마친 뒤 미국 펜실베이니아 주립대에서 박사학위를 받았다. 하버드대 의 대 교수를 거쳐 2012년 스크립스연구소로 왔다. 2014년부터는 미국 뎅기열 정복 프로젝트를 총괄하고 있다.

최 교수와 파르잔 교수는 20년 가까이 이번 코로나와 같은 계열인 사스(SARS·중증급성호흡기증후군)를 연구하고 있다. 지난 2003년 사스 바이러스가 표면의 돌기를 인체 세포의 ACE2 수용체에 결합시켜 침투한다는 사실을 처음으로 밝혀냈다.

June 13, 2020 at 06:59AM
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