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‘코로나19’ 바이러스 3D 지도 완성...백신 개발 탄력 붙나

미 연구진, 사스보다 인간 세포 친화력 20배...백신 완성까지 18~24개월 예상

2020-02-21 12:00:19 김경민 기자 김경민 기자 kkm@kpanews.co.kr


美텍사스오스틴대 연구진이 완성한 코로나19 바이러스의 돌기단백질 입체 구조도.(출처=사이언스)

 
‘코로나19’ 바이러스 핵심 단백질의 입체 구조도가 첨단 현미경을 이용해 처음으로 작성돼 코로나19의 백신이나 항체 개발 속도가 빨라질 수 있을 것으로 기대된다.

美텍사스오스틴대와 국립보건연구소(NIH) 연구진은 지난 19일 과학학술지 사이언스에 코로나19 바이러스 표면에 뾰족하게 솟아 있는 ‘돌기 단백질’(스파이크 단백질, spike protein)의 3D 지도를 발표했다. 

이 돌기는 인간 세포 수용체에 달라붙어 바이러스가 세포 안으로 침투해 들어가 증식할 수 있게 해주는 안내자 역할을 하며 바이러스의 생존 열쇠를 쥔 단백질인 셈이다. 

돌기 단백질이 일단 인간 세포 수용체에 달라붙으면, 바이러스의 막과 인간 세포의 막이 융합해 바이러스 게놈이 세포 안으로 들어갈 수 있게 해준다. 이것으로 감염의 첫 단계가 완성된다. 백신의 목표는 이 돌기가 제 역할을 하지 못하게 하는 것이다.

그러나 이 단백질은 코로나바이러스 종류마다 모양이 서로 다르다. 이번 연구를 이끈 텍사스오스틴대 분자생화학 교수 제이슨 맥렐런(Jason McLellan)에 따르면 바이러스 공격 방법을 알아내려면 이 단백질의 구조를 파악하는 것이 핵심이라고 전했다.

연구진은 중국 연구진이 공개한 바이러스 게놈 서열을 토대로 돌기단백질을 만드는 유전자를 확인했으며, 이 유전자 정보로 유전자 샘플을 만든 뒤 포유동물의 세포에 주입해 돌기단백질을 생산했다. 

이어 저온전자현미경 (cryo-EM)이라 불리는 초정밀 현미경으로 돌기단백질 구조를 상세하게 분석해 3D 지도를 완성했다. 이 입체 지도엔 단백질 분자를 구성하는 원자들의 위치가 상세하게 그려져 있다.

연구진은 분석 결과 ‘코로나19’ 바이러스는 사스 바이러스와 구조는 비슷하지만 인간 세포에 결합하는 힘은 더 강력하며 사스 바이러스 항체는 이 바이러스에는 힘을 쓰지 못하는 것으로 보인다고 밝혔다. 또 돌기 단백질을 구성하는 3개 요소 가운데 하나가 나머지 2개보다 더 길쭉한 모양을 하고 있으며, 이것이 인간 세포와의 친화력을 높여주는 것으로 해석했다. 

또 인간 세포 표면의 단백질 수용체 ACE2에 대한 친화력이 사스 바이러스보다 10~20배 높다며, 이는 그만큼 전염력이 강하다는 걸 뜻한다고 밝혔다.

중국 연구진으로부터 게놈 정보를 받아 돌기 단백질 샘플을 생산하기까지 2주일, 이어 3차원 지도를 만들고 학술지에 원고를 내기까지 추가로 12일이 걸렸다. 이번 지도 작성은 과학자들이 전례없이 신속하게 서로의 정보를 공유한 데 따른 성과다. 

텍사스오스틴대 연구진 역시 백신과 치료제 개발에 나선 전 세계 연구진에게 이 지도를 보내주고 있으며, 미국 국립보건연구소도 이 돌기 단백질을 동물에 주입해 항체 실험을 할 예정이다.

맥렐런 교수는 “한 두달 안에 임상 1단계를 시작할 수 있을 것이지만, 백신 완성까지는 18~24개월이 걸릴 것”이라고 예상하며 “보통 10년 걸리는 백신 개발 기간에 비하면 이것도 기간이 크게 단축된 것”이라고 말했다. 
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