미국 마운트 시나이 아이칸의대 연구팀이 1000개가 넘는 항체의 3차원 구조를 통합 분석해 코로나19 변이의 면역 회피 원리를 보여주는 지도를 구축했다. 게티이미지뱅크 제공

인플루엔자가 10년 만에 가장 이른 시기에 유행하며 호흡기 감염병에 대한 우려가 커지는 가운데 신종 코로나바이러스 감염증(코로나19) 변이가 면역체계를 어떻게 따돌리는지 3차원 구조 단위에서 보여주는 '면역 지도'가 나왔다.

미국 마운트 시나이 아이칸의대 연구팀은 코로나19 바이러스( SARS-CoV-2 )가 체내에 침투하는 역할을 하는 스파이크 단백질과 결합한 1000개가 넘는 항체의 3차원 구조를 분석해 항체의 취약 지점을 밝혀냈다. 연구 결과는 국제학술지 '셀 시스템스( Cell   Systems )'에 21일(현지시각) 게재됐다.

연구팀은 전 세계에서 보고된 항체–바이러스 결합 구조 데이터를 모아 '항체 구조 아틀라스'를 구축했다. 분석 결과 항체는 스파이크 단백질의 수용체 결합 도메인( RBD ) 전역을 폭넓게 인식하는 것으로 나타났다. 하지만 오미크론을 비롯한 최신 변이의 돌연변이가 거의 모든 항체 결합력을 약화시키는 경향을 보였다.

특히 서로 다른 항체가 매우 유사한 방식으로 바이러스에 결합하는 '수렴적 결합( convergent   binding )' 현상도 확인됐다. 연구팀은 "항체가 바이러스를 무력화시키는 방법이 몇 가지로 한정돼 있어 바이러스가 돌연변이를 통해 항체의 공격을 피하기 쉽다"고 설명했다.

연구를 이끈 쉬이( Yi   Shi ) 마운트 시나이 아이칸의대 교수는 "전 세계 과학자가 수천 개의 항체–바이러스 구조를 규명해왔지만 데이터를 한 곳에 모아 전체 그림을 본 적은 없었다"며 "항체가 바이러스 표면을 얼마나 넓게 덮는지, 오미크론 같은 변이가 방어망을 어떻게 약화시키는지 분명하게 확인할 수 있었다"고 말했다.

쉬이 교수는 "현재 사용하는 항체들은 대단히 효과적이지만 바이러스는 계속해서 한계를 뚫는 방법을 찾아낸다"며 "변화를 앞서가려면 바이러스 여러 부위를 동시에 인식하는 차세대 항체가 필요하다"고 강조했다.

연구팀은 특히 기존 항체가 닿기 어려운 깊숙한 구조적 틈새를 인식하는 '나노바디( nanobody )'가 차세대 치료제 후보로 주목된다고 분석했다. 나노바디는 구조적으로 안정적이며 변이에도 잘 변하지 않는 스파이크 단백질 내부의 '보존 부위'를 표적할 수 있어 면역 회피 문제를 극복할 가능성을 보여준다.

다만 연구팀은 백신이나 자연면역이 무용해졌다는 뜻은 아니라고 강조했다. 스파이크 단백질의 단일 영역( RBD )만 분석했으며 면역계는 항체 반응 외에도 T세포 반응 등 다양한 방어 체계를 갖추고 있다는 설명이다.

아돌포 가르시아-사스트레 아이칸의대 글로벌보건·신흥병원체연구소( GHEPI ) 소장은 "면역계는 놀라울 만큼 적응력이 있지만 바이러스도 매우 영리하다"며 "항체가 어디에 결합하고 어디에서 한계를 드러내는지 이해하면 바이러스의 취약점을 더 정확히 파악할 수 있다. 변이에 흔들리지 않는 차세대 백신이나 치료제 설계로 이어질 수 있다"고 말했다.

연구팀은 항체 구조 데이터를 오픈액세스로 공개하고 상호작용형 웹 도구도 함께 발표해 향후 팬데믹 대비를 위한 장기 지속형·다중 표적 항체 개발을 가속화할 계획이다.

<참고자료>
-  www.cell.com / cell-systems / abstract / S2405-4712 (25)00285-6