KAIST, 계산적 항체 디자인을 통한 범용성 코로나바이러스 중화항체 개발
바이러스 항원에서 변이가 생기지 않는 부분에 강력하게 결합하는 항체 개발
신·변종 코로나바이러스에 즉각 대응할 수 있는 범용 코로나 치료항체 기대
계산적 항체 디자인, 실험적으로 얻기 어려운 항체를 개발하는 데 널리 이용될 것
[바이오타임즈] 전 세계적으로 오미크론 변이의 유행으로 확진자가 급증하고 있는 가운데, 변이의 지속적 출몰로 인한 공포감이 계속되고 있다.
실제 코로나19 오미크론 변이의 하위 유형 ‘BA.2’(오미크론 스텔스)가 기존 57개국에서 발견된 데 이어 아프리카 5개국에서 발견됐다고 세계보건기구(WHO)가 발표했다. 오미크론 스텔스는 기존 유전자 증폭(PCR) 검사에서 다른 변이와 잘 구별되지 않는 것으로 알려져 우려를 낳고 있다.
이같이 변이 바이러스가 계속 출몰하는 이유는 바이러스의 ‘스파이크(돌기) 단백질’ 때문이다. 스파이크 단백질은 바이러스 입자 표면에 돌기처럼 솟은 단백질로 바이러스가 체내 수용체와 결합하는 과정에서 핵심 역할을 수행한다. 즉, 체내 세포와 바이러스의 ‘도킹’을 돕는 단백질로 바이러스가 세포에 쉽게 침투할 수 있도록 돕는다
코로나19 감염을 유발하는 바이러스로 알려진 SARS-CoV-2 바이러스는 스파이크 당단백질 부위에 있는 수용체 결합 부위(이하 항원)를 인간 세포막에 붙어있는 hACE2(human Angiotensin Converting Enzyme2) 수용체에 결합해 세포 내로 침입하는 기전을 보인다.
이에 세계 유수의 제약회사들의 연구진은 수용체 결합 부위에 붙는 중화항체 에테세비맙(Etesevimab), 밤라니비맙(Bamlanivimab) 등을 개발했다.
문제는 이 항체들이 최초에 유행한 코로나바이러스에 효과적인 것과 다르게 알파, 베타, 델타 등과 같은 변이에는 중화능이 없거나 떨어지는 것으로 보고됐다는 것이다. 변이 바이러스의 등장으로 기존 항체들의 중화능이 떨어지는 이유는 바이러스의 항체 인식부위 서열에 변이가 생겨 항체가 더 이상 제대로 결합하지 못하게 되기 때문이다.
코로나19와 같은 RNA 바이러스는 DNA 바이러스처럼 돌연변이를 막는 교정 기능이 없어 변이가 많이 일어난다. RNA는 DNA와 다르게 염기서열이 한 가닥이라 변이가 쉽게 발생한다. 오미크론 역시 스파이크 단백질 내부에 32개의 돌연변이를 보유하고 있어 델타 변이보다 감염력이 강하다고 전해진다.
따라서 오미크론을 포함해 현재 유행 중인 모든 코로나19 변종 바이러스에 뛰어난 효과를 나타내는 범용 중화항체의 개발이 절실히 요구된다. 중화항체는 병원체가 신체에 침투했을 때 생화학적으로 미치는 영향을 중화하여 세포를 방어하는 치료용 항체를 말한다.
그런데 국내 연구진이 오미크론을 포함한 모든 코로나19 변이에 효과를 보이는 대응 항체를 개발했다.
계산적 단백질 디자인 기법을 이용한 항원 특정 부위를 인식하는 항체 발굴 개념도(사진=KAIST)
◇KAIST, 계산적 항체 디자인을 통한 범용성 코로나바이러스 중화항체 개발
한국과학기술원(KAIST)은 생명과학과 오병하 교수 연구팀이 계산적 항체 디자인을 개발하고 이를 적용해 모든 코로나19 변종 바이러스에 뛰어난 효과를 나타내는 중화항체를 개발했다고 밝혔다.
KAIST 생명과학과 정보성 박사과정이 제1 저자로 참여한 이번 연구 결과는 항체 전문 학술지 ‘mAbs’에 게재됐다. 이번 연구는 연세대학교 조현수 교수 연구팀과 한국화학연구소 김균도 박사 연구팀도 참여했다. (관련 논문명: Computational design of a neutralizing antibody with picomolar binding affinity for all concerning SARS-CoV-2 variants)
연구진은 계산적 단백질 디자인 방법으로 바이러스 항원에서 변이가 생기지 않는 부분에 강력하게 결합하는 항체를 개발했다.
돌연변이가 생기지 않는 항원 부위를 인식하는 항체의 모식도(사진=KAIST)
◇바이러스 항원에서 변이가 생기지 않는 부분에 강력하게 결합하는 항체 개발
이번 연구 성과는 아미노산 서열이 거의 바뀌지 않는 표면에 결합하기 때문에 향후 출현할 수 있는 신·변종 코로나바이러스에 즉각 대응할 수 있는 범용 코로나 치료항체가 될 수 있다는데 큰 의의가 있다는 설명이다.
연구진이 개발한 항체는 오미크론을 포함해 알려진 SARS-CoV-2의 모든 변이 바이러스뿐만 아니라 SARS-CoV-1, 천산갑 코로나 바이러스에도 강력한 결합력을 보이며 우수한 중화 능력 지표도 확인했다.
특히, 이번에 개발된 계산적 항체 디자인 기술은 항원의 특정 부위에 결합하는 항체를 발굴하는 새로운 방법으로서 그 응용성이 넓고 기술적 가치가 높다.
KAIST 오병하 교수는 “이번에 개발한 항체는 아미노산 서열이 거의 바뀌지 않는 표면에 결합하기 때문에 향후 출현할 수 있는 신·변종 코로나바이러스에 즉각 대응할 수 있는 치료 물질이 될 수 있다는데 큰 의의가 있다”라고 밝히며, “이번 연구를 통해 개발한 계산적 항체 디자인 방법은 실험적으로는 얻기 어려운 항체를 개발하는 데 널리 이용될 것으로 기대한다ˮ라고 밝혔다.
이번 논문 발표 후 오미크론이 새롭게 출현하였으며, 연구진은 개발한 중화항체가 이 변종에도 효과가 있음을 실험적으로 입증했다.
출처 : 바이오타임즈(http://www.biotimes.co.kr)
