韓연구팀, 세계 첫 '코로나 유전자지도' 완성…치료 타깃 명확해졌다

사스코로나바이러스-2(SARS-CoV-2)의 생활사사스코로나바이러스-2의 스파이크단백질이 숙주세포의 수용체에 결합하면 바이러스가 세포 내로 진입하며, 이후 외피가 벗겨져 유전체RNA가 세포질 내에 존재하게 된다. 유전체RNA의 ORF1a/ORF1b는 pp1a와 pp1ab 단백질으로 번역되며, 이들은 단백질절단효소에 의해 절단되어 총 16개의 비구조적 단백질을 만든다. 일부 비구조적 단백질은 복제효소-전사효소 복합체(RNA 중합효소, RdRp)를 형성하여 (+)가닥에 해당하는 유전체RNA가 복제 및 전사되도록 한다. 복제 과정을 거쳐 나온 (+)가닥 유전체RNA는 추후 증식된 바이러스의 유전체가 된다. 전사 과정을 거쳐 나온 하위유전체RNA는 각각 바이러스 입자 구조를 이루는 단백질(S:스파이크단백질, E:피막단백질, M:막단백질, N:뉴클레오캡시드단백질)로 번역된다. 스파이크단백질, 피막단백질, 막단백질은 소포체 막에 들어가고, 뉴클레오캡시드단백질은 (+)유전체RNA와 합쳐져 핵단백질체가 된다. 이들은 소포체-골지체 중간 구획에서 바이러스 형태로 합쳐지고, 골지체와 소낭을 거쳐 세포 외로 배출된다/자료=IBS

국내 노벨과학상 수상 후보자로 꼽혀온 김빛내리 서울대 생명과학부 교수(51)가 이끄는 한국 연구팀이 세계 최초로 신종 코로나 바이러스 RNA(리보핵산) 전사체를 분석해 공개했다. 향후 코로나 19(신종 코로나 바이러스 감염증) 치료법 개발에 결정적인 단초를 제공할 것으로 기대된다.

김빛내리 IBS RNA 연구단장/사진=IBS

기초과학연구원(IBS)은 RNA 연구단 김빛내리 단장과 장혜식 서울대 생명과학부 교수 연구팀이 질병관리본부와 공동연구로 신종 코로나 바이러스 감염증 원인인 ‘사스-코로나바이러스-2’에 대한 고해상도 유전자 지도’를 개발했다. 이 연구결과는 9일 국제학술지 ‘셀’에 실렸다.

연구팀은 질병관리본부로부터 코로나19 바이러스 샘플을 제공받아 두 종류의 염기서열(유전정보) 분석법을 동시에 실시, 코로나 바이러스가 숙주세포에 침투한 후 생산한 RNA 전사체를 모두 분석했다. 전사체는 숙주세포 안에서 생산된 RNA의 총합을 말한다.

연구팀은 이번 연구를 통해 기존 진단 분석법으로는 확인되지 않았던 RNA들을 모두 찾았고, 바이러스 RNA에 화학적 변형이 일어나고 있다는 사실도 발견했다. 향후 바이러스 진단 및 새로운 코로나10 치료 전략을 세우는 데 필요한 단서다. 이를테면 바이러스 내부 유전자 1번과 10번 사이에 8번이 변이를 일으킨 유전자로 확인되면 이를 타깃으로 한 진단시약과 치료약물을 개발하면 된다.

연구팀은 “바이러스 분석 과정에서 지금까지 알려지지 않은 수 십여 종의 RNA를 추가로 발견했으며, 최소 41곳에서 RNA 변형을 발견했다”면서 “바이러스가 세포 내에서 융합, 삭제 등 다양한 형태의 유전자 재조합을 빈번하게 일으켰음을 확인했다”고 밝혔다. 바이러스 RNA의 화학적 변형은 이 바이러스의 병원성을 이해하는 데 도움이 될 전망이다.

김 단장은 새로 발견한 RNA들이 바이러스 복제와 숙주의 면역 반응을 조절하는 지를 알아보는 후속 연구를 이어갈 예정이다. 김 단장은 “RNA 변형은 바이러스 생존과 면역 반응과 관련이 있을 것”이라며 “이번에 발견한 RNA들과 RNA 변형은 바이러스 치료제를 개발할 때 표적으로 삼을만한 후보군이 될 것”이라고 말했다. 이어 “이번 연구를 통해 바이러스 RNA들의 각각의 위치와 양을 정확하게 파악했다”면서 “이는 진단용 유전자증폭기술(PCR)을 개선하는 데에도 도움이 될 것”이라고 덧붙였다.

한편, 연구팀은 바이러스 RNA 분석의 신뢰도를 높이기 위해 ‘나노포어 직접RNA 시퀀싱’, ‘나노볼 DNA 시퀀싱’ 등 두 가지 염기분석법을 함께 썼다. RNA 염기서열 분석은 DNA로 변환하는 과정을 거친 후 분석하는 것이 일반적이지만, ‘나노포어 직접RNA 시퀀싱’은 RNA 염기를 있는 그대로 읽을 수 있다. 즉, 원어를 번역하지 않고 직독직해하는 것과 같다. ‘나노볼 DNA 염기분석법’은 염기서열을 대용량으로 분석할 수 있다는 장점이 있다. 이를 통해 적은 용량을 분석하는 나노포어 직접RNA 시퀀싱의 약점을 보완했다.