[코로나 사이언스]-바이러스의 구조적 특징과 침투경로를 차단하는 치료전략

중국 CDCC에서는 환자의 기관지 폐포세척액을 분석해 SAR-COV2를 발견하였고, 전자현미경 사진과 해독한 바이러스의 유전체 서열전체를 발표했다.

 

코로나 바이러스는 유행성 감기 유발 바이러스로, 2002년 SARS, 2015년 MERS의 원인으로도 잘 알려져 있다. 이번에 발현된 SAR-COV2는 빠른 전파와 심한 호흡기 증상을 나타내는 환자가 늘어나면서 전세계적으로 큰 문제가 되고 있다.

 

바이러스의 겉표면에는 스파이크단백질이 있는데, 이것이 숙주세포와 강하게 결합하여 빠르게 침투하게 도와준다.각 바이러스들마다 서로 다른 모양과, 서로 다른 수용체를 이용한다. SARS는 ACE2 수용체를, MERS는 DPP4수용체를 활용한다. 

 

극저온전자현미경(Cyro-EM) 분석을 통해 SAR-COV2의 입체구조를 밝혀내었다. 이는 SARS바이러스의 스파이크 단백질과 매우 비슷한 형태를 가지고 있었다. 따라서 SAR-COV2역시 ACE2수용체를 통해 숙주세포의 표면에 강하게 부착한다는 사실이 밝혀졌다. 

 

바이러스가 숙주세포와 결합하면 숙주세포 내에 존재하던 단백질 가위가 (SAR-COV2의 경우 호흡기 세포막에 존재하는 TMPRSS2) 스파이크 단백질의 일부분을 자르고, 바이러스가 세포내로 침투할 수 있게 된다.

 

SARS-COV2가 더 빠르게 전염, 확산되는 이유는 숙주세포의 ACE2에 더 강하게 결합하고, 스파이크 단백질의 일부분이 단백질 가위로 더 쉽게 잘리도록 변형되어 있기 때문이다. 

 

그렇다면 예방과 치료는? - 가짜 스파이크 단백질과 가짜 수용체를 이용한다.

백신, 초기 치료제로 연구되는 것이 이 SARS-COV2와 숙주세포의 결합을 억제하려는 것에 대한 것이다. 미국 제약회사 모더나가 2020년 2월 24일 개발했다고 발표한 SARS-COV2 백신 후보물질 mRNA-1273이 한 예시이다.

mRNA-1273 백신은 스파이크 단백질의 유전정보를 담은 mRNA로, 이것을 생체내에 주입시, SARS-COV2의 스파이크 단백질과 유사한 가짜 스파이크단백질이 생성되도록 한다. 이것을 이용해 우리 몸속 면역세포들이 바이러스와 싸울 수 있는 항체를 스스로 만들어내게 하려는 것이다. 외부에서 가짜 스파이크 단백질을 직접 제조해서 몸에 투여하는 것은 더 오랜기간이 요구되는데, 모더나는 25일만에 그리고 몇달내에 임상1상에 돌입한다고 밝혔다.

 

mRNA-1273이 가짜 스파이크단백질을 만드는 전략이라면, 가짜 수용체를 만드는 전략도 있다. 중국에서 재조합 ACE2를 초기 치료제 후보물질로 선정하였다. 외부에서 ACE2수용체를 제작한 뒤 몸속에 넣는 원리로, SARS-COV2를 중화한다는 의미에서 중화단백질의약품이라고도 한다. 이는 유입된 바이러스가 재조합 ACE2를 진짜 수용체로 인식해 결합하게 하여서 사멸되도록 한다. (숙주세포와 붙지 못하였으니 자연스레 사멸된다.)

 

SARS바이러스와 SAR-COV2의 스파이크단백질 구조가 유사하니까 기존에 개발되어있던 SARS바이러스 중화단백질 의약품 일부를 이번 코로나19치료제로 활용할 수 있지 않을까 하는 의견도 제시되었다. 국내연구진도 컴퓨터를 이용하여 분자구조 시뮬레이션을 통해서 기존 SARS중화항체 2개와 MERS중화항체 1개가 SARS-COV2와 결합할 수 있을 것 가다는 결과보고서를 2월 27일에 제출하기도 하였다. 

 

이렇게 SARS-COV2가 세포속으로 침투하는 첫번째 경로를 차단하는 효과적인 전략들을 여러나라에서 고민중이다. 하지만 바이러스가 이미 세포내부로 들어왔고, 충분히 증식했다면 이 전략으로는 터무니 없이 부족하다. 이후 바이러스의 세포내 증식원리에 기반을 둔 치료전략도 연구가 진행되게 되었다. 

 

출처- 코로나 사이언스, 기초과학연구원 기획, 동아시아 출판