3D원자크기 이미지가 코로나바이러스 백신으로 이어진다
3D원자크기 이미지가 코로나바이러스 백신으로 이어진다
  • 김대현 기자
  • 승인 2020.03.03 17:34
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[퓨처타임즈=김대현 기자] 3D원자크기 이미지가 코로나바이러스 백신으로 이어진다. 과학자들은 노벨상 수상 기술인 극저온 전자현미경을 사용하여 SARS-CoV-2에 의해 세포에 접근하는데 필요한 필수 단백질의 원자 수준 이미지를 생성했다. 이 3D이미지는 전 세계에 퍼져있는 바이러스 감염에 대한 치료법을 더 빨리 찾는데 도움이 될 수 있다.

오스틴 텍사스대학교(University of Texas)와 국립보건원(National Institutes of Health)의 연구원들은 2019년 새로운 코로나바이러스 백신개발에 결정적인 돌파구를 마련했다. 그들의 연구는 인간세포에 부착하고 감염시킨 바이러스의 일부인 "스파이크 단백질(spike protein)" 최초의 3D원자 규모 지도를 만들어 냈으며, 이는 전세계 의료시설이 백신과 항 바이러스 약물을 보다 신속하게 개발할 수 있게 한다. 같은 팀이 이미 이 연구에서 비롯된 잠재적 백신 후보를 연구하고 있다.

 

이 연구를 이끌었던 오스틴 텍사스대학교의 부교수인 Jason McLellan과 그의 동료들은 SARS-CoV 및 MERS-CoV를 포함한 다른 코로나바이러스를 연구하는데 수년을 보냈다. 그들은 이미 코로나 바이러스 스파이크 단백질을 분석하기 쉬운 형태로 잠그는 방법을 개발했으며 이 경험으로 인해 다른 연구팀에 비해 이점이 있었다.

 

"이것이 코로나 바이러스라는 것을 알게 되자마자, 우리는 이 구조를 얻는 최초의 돌연변이체 중에 하나 일 수 있기 때문에 뛰어 들어야 한다고 느꼈다. 우리는 이미 어떤 돌연변이가 있는지 보여주었다. 이러한 돌연변이는 다른 많은 코로나바이러스에 작용한다"고 McLellan은 설명했다.

 

이 연구의 대부분은 연구의 공동저자 연구원인 Nianshuang Wang (오른쪽 참조)과 박사 과정생 Daniel Wrapp (왼쪽)이 오스틴 텍사스대학교에서 수행했다.

Nianshuang Wang(오른쪽)과 Daniel Wrapp (왼쪽)은 2020년 2월 17일 Sauer Structural Biology Laboratory에서 cryo-EM 이미지를 검토한다. 이미지출처: Vivian Abagiu / 오스틴 텍사스대학교
Nianshuang Wang(오른쪽)과 Daniel Wrapp (왼쪽)은 2020년 2월 17일 Sauer Structural Biology Laboratory에서 cryo-EM 이미지를 검토한다. 이미지출처: Vivian Abagiu / 오스틴 텍사스대학교

중국 연구자들로부터 바이러스의 게놈 서열을 받은지 2주 만에 연구팀은 안정화된 스파이크 단백질의 샘플을 디자인하고 생산했다. 스파이크 단백질의 분자구조를 완전히 재생산한 후 과학 저널에 논문을 제출하는데 약 12일이 더 걸렸으며, 이는 동료의 검토과정을 빠르게 하였다. 이 프로세스와 관련된 많은 단계는 일반적으로 달성하는데 몇 개월이 걸린다.

 

그들의 성공에 중요한 것은 대학의 새로운 구조 생물학을 위한 Sauer Laboratory에서 사용된 극저온전자현미경(cryo-EM)으로 알려진 최첨단 기술이었다. Cryo-EM을 통해 연구원들은 세포구조, 분자 및 바이러스의 원자규모 3D모델을 만들 수 있다. Cryo-EM 개발자는 "용액 내 생체분자의 고해상도 구조결정을 위한 냉동전자 현미경 개발로 2017년 노벨화학상을 수상했다." 이 과정에는 분자를 신속하게 고정한 다음 전자로 충격을 가하여 3,000개가 넘는 2차원 투영을 생성한 다음 결합하여 단백질의 3D 재구성을 만든다. 이것은 최근에 설치된 3백만 달러의 전자현미경 덕분에 가능해졌다.

 

McLellan은 "우리는 Sauer Lab의 인프라 때문에 첫 번째 회사가 되었다. 기본 연구시설에 대한 자금지원의 중요성을 강조한다."라고 설명한다. 연구팀이 생산하고 3D구조를 얻은 분자는 스파이크 단백질의 세포 외 부분만을 나타낸다. 그러나 사람들의 면역반응을 이끌어내기에 충분하므로 백신역할을 한다.

 

다음으로, McLellan의 팀은 분자를 사용하여 COVID-19를 유발하는 바이러스에 대한 또 다른 공격 라인을 추구하고, 분자를 "프로브(probe)"로 사용하여 성공적으로 회수된 신규 코로나바이러스에 감염된 환자로부터 자연적으로 생성된 항체를 분리한다. 충분한 양으로, 이들 항체는 노출 직후 코로나 바이러스 감염을 치료하는데 도움이 될 수 있다.


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