세포 감염 '원천 차단' 효과, 코안 분사 투여·백신 개발도 가능

백신·치료제 겸용 '궁극적 치료법' 기대… 저널 '매터' 논문

  가짜 세포 수용체를 미끼로 신종 코로나바이러스를 유인해 면역세포로 파괴하는, 획기적 발상의 나노 입자 치료법을 미국 시카고대 과학자들이 개발했다.

'나노트랩(Nanotraps)'으로 명명된 이 나노 입자는 야생형 신종 코로나는 물론이고 변이 코로나에도 효과가 있을 거로 예상된다.

또 불편한 주사기 대신 코안에 분사하는 스프레이 방식의 치료제나 백신으로도 개발이 가능하다고 한다.

이 연구를 수행한 시카고대 프리츠커 분자공학대학원의 준 후앙(Jun Huang) 조교수 연구팀은 최근 저널 '매터(Matter)'에 관련 논문을 발표했다.

28일 미국 과학진흥협회(AAAS) 사이트(www.eurekalert.org)에 공개된 논문 개요 등에 따르면 연구팀은 처음부터 신종 코로나가 숙주세포에 침입하는 감염 메커니즘에 주목했다.

신종 코로나가 세포 내로 들어가려면, 바이러스 표면의 스파이크 단백질이 숙주세포의 ACE2 수용체와 결합해야 한다.

신종 코로나를 유인하는 미끼로 ACE2 단백질을 쓸 수 있겠다는 아이디어가 여기서 나왔다.

연구팀은 각각 고밀도 ACE2와 중화항체로 표면 처리한 2개 유형의 나노 입자를 디자인했다.

중화항체를 쓴 건 다양한 방법으로 신종 코로나와 결합하는 성질이 있기 때문이다.

이 나노 입자의 기본 소재는, 미국 FDA(식품의약국) 승인을 받은 중합체(polymers)와 인지질이다.

나노 입자의 지름은 500㎚(나노미터)로 인간의 세포보다 훨씬 작다. 인체 내 조직의 미세한 지점까지 구석구석 접근해 바이러스를 덫으로 유인할 수 있다는 뜻이다.

배양 조직에서 떼어낸 인간의 폐 세포를, 복제 능력이 없는 불활성 바이러스에 노출한 뒤 나노트랩을 주입했더니 바이러스의 세포 감염이 완전히 차단됐다.

나노트랩에 바이러스가 달라붙는 덴 10분밖에 걸리지 않았다.

일단 바이러스가 붙으면 곧바로 '나를 (바이러스와 함께) 집어삼켜 분해해'라는 분자 신호가 나노트랩으로부터 대식세포(macrophages)로 전달된다고 과학자들은 설명됐다.

물론 이런 신호가 없어도 외부 물질인 나노트랩은 대식세포의 제거 표적이 될수 있다.

하지만 나노트랩이 사용하는 신호 물질은 대식세포의 포식 과정을 훨씬 더 빠르게 가속했다.

실제로 감염 세포 내로 투입된 나노 입자는, 달라붙은 바이러스와 함께 48시간 이내에 완전히 분해됐다.

인공호흡기로 생체 기능을 유지한 기증자의 폐에 시험했을 때도 이 나노 입자는 바이러스 감염을 완전히 차단하는 효과를 보였다.

불활성 바이러스 대신 생바이러스(live virus)를 쓴 시험관(in vitro system) 테스트에선 더 놀라운 결과가 나왔다.

나노 입자는 중화항체나 용해성 ACE2를 각각 단독으로 썼을 때보다 10배 강한 바이러스 억제력을 보였다.

연구팀은 여러 유형의 바이러스 변이에 대한 생바이러스 테스트 등을 후속 연구 과제로 잡고 있다.

후앙 교수팀의 한 연구원은 "나노트랩의 최고 장점은 필요에 따라 표적을 조절할 수 있다는 것"이라면서 "새로운 변이 바이러스에 테스트한다고 해도 기존의 항체나 단백질 표적을 다른 면역세포로 쉽게 바꿀 수 있다"라고 설명했다.

표준적인 냉동 설비에 보관할 수 있고, 비강 내 분사를 통해 호흡계에 바로 전달된다는 것도 나노트랩의 장점이다.

아울러 최적의 배합만 찾아내면 나노트랩을 백신으로도 쓸 수 있을 거로 연구팀은 기대한다.

백신과 치료제를 겸하는 궁극적인 바이러스 치료법이 될 수도 있다는 뜻이라고 과학자들은 강조한다.

후앙 교수는 "지금은 거의 출발선에 서 있는 것과 같지만, 언젠가는 세상에 도움이 되는 일을 하고 싶다"라고 말했다.

주민 75% 감염된 '집단면역'도 브라질 변이엔 속수무책

전염력 최고 2.4배 증강, 발원 도시 마나우스 7주 만에 점령

감염 면역 46%까지 무력화…저널 '사이언스' 논문

  인도발 변이와 함께 가장 위협적인 변이 코로나로 꼽히는 브라질발 변이는 아마조나스주의 주도(州都) 마나우스(Manaus)에서 퍼지기 시작했다.

이 브라질 변이의 돌연변이 유형과 전염력 변화, 면역 회피 능력 등을 분석한 연구 결과가 나왔다.

'P.1'으로 불리는 브라질 변이의 전염력은 앞서 등장한 다른 코로나바이러스(non-P.1 coronavirus)보다 1.7배 내지 2.4배 강했다.

이 변이는 또 다른 코로나바이러스 감염으로 생긴 면역력의 10~46%를 무력화하는 것으로 분석됐다.

이렇게 강해진 전염력 덕에 브라질 변이는 불과 7주 만에 마나우스 지역의 확진자 87%에 퍼진 것으로 추정됐다.

덴마크 코펜하겐대 과학자들이 주도한 이번 연구 결과는 최근 저널 '사이언스'(Science)에 논문으로 실렸다.

29일 미국 과학진흥협회(AAAS) 사이트(www.eurekalert.org)에 공개된 논문 개요 등에 따르면 마나우스는 지난해 1차 코로나 팬데믹(대유행) 기간에 전체 주민의 75%가 감염될 만큼 막대한 피해를 봤다.

그렇게 많은 주민이 감염되다 보니, 세계의 다른 몇몇 지역과 함께 감염에 따른 '집단 면역'이 형성된 것으로 추정되기도 했다.

그러나 작년 11월과 12월에 걸쳐 P.1의 확산이 시작되면서 집단 면역의 기대감은 일거에 무너졌다.

현재 브라질은 전체 인구 대비 코로나19(신종 코로나바이러스 감염증) 사망자와 확진자 수가 세계 최상위권이다.

코펜하겐대 연구팀은 마나우스 지역에서 나온 여러 가지 유형의 데이터를 활용해 P.1 변이의 특성을 분석했다.

이 가운덴 180건의 유전자 샘플 시퀀싱(염기서열 분석) 데이터도 들어 있었다.

유전학적 관점에서 P.1은 이전의 야생형 코로나나 변이한 코로나 아종(亞種·strain)과 확연히 달랐다.

신종 코로나의 스파이크 단백질에 생기는 중요한 '돌연변이 3종'(K417T, E484K,N501Y)을 포함해 무려 17개의 돌연변이가 발견됐다.

P.1은 작년 11월께 마나우스에서 처음 출현한 것으로 최종 확인됐다.

그런데 전체 확진자 샘플에서 P.1의 점유율이 87%까지 올라가는 덴 7주밖에 걸리지 않았다.

이는 P.1이 처음 나타난 지 두 달도 안 돼 마나우스 지역의 주도적 코로나 아종이 됐다는 뜻이다.

P.1의 증강된 전염력과 면역 회피 능력에 대한 추정치는 전염병학 모델(epidemiological model) 분석에서 나왔다.

연구팀은 이 모델로 치명률이나 유전자 서열 같은 데이터 소스를 종합해, 두 개의 바이러스 아종 가운데 어느 것이 마나우스의 대유행을 더 잘 설명하는지 분석했다.

여기에서 '보통 코로나바이러스'(normal coronavirus)의 비교 대상이 된 바이러스는, 기계 학습 알고리즘을 이용해 브라질의 실제 상황과 가장 잘 부합하게 보정한 가상의 모델이다.

논문의 수석 저자인 사미르 바트(Samir Bhatt) 기계 학습 교수는 "세계의 다른 지역에 이 연구 결과를 적용할 수 있다고 추론하는 건 주의해야 한다"라면서 "중요한 사실은, 현재의 팬데믹을 완전히 통제하려면 많은 나라에서 변이 바이러스 감염 등에 대한 감시를 강화해야 한다는 것"이라고 말했다.