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델타 변이는 어떻게 월등한 전염력을 갖게 됐을까

송고시간2021-11-06 15:57

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인간의 세포는 원래 신종 코로나의 감염을 억제하는 기제를 갖고 있는데 스파이크 단백질에 돌연변이가 생기면 이 시스템이 제대로 작동하지 않는다는 연구 결과가 나왔다.

연구진은 알파 변이와 델타 변이의 전염력이 원래의 야생형 바이러스보다 월등히 강한 이유도, 이 시스템을 고장 내는 돌연변이가 생겼기 때문이라고 설명한다.

미국 국립 보건원(NIH) 산하 국립 치과ㆍ두개안면 연구소(NIDCR) 과학자들이 수행한 이 연구 결과는 이달 3일(현지 시각) 미국 국립과학원회보(PNAS) 온라인판에 논문으로 실렸다.

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스파이크 돌연변이로 세포의 바이러스 차단 장치 고장

미국 국립 보건원 연구진, 국립과학원회보에 논문

끝없이 진동하는 신종 코로나의 스파이크 단백질 이미지
끝없이 진동하는 신종 코로나의 스파이크 단백질 이미지

[미국 MIT(매사추세츠 공대) Markus Buehler & Yiwen Hu / 재판매 및 DB 금지]

(서울=연합뉴스) 한기천 기자 = 신종 코로나바이러스(SARS-COV-2)의 표면을 덮고 있는 스파이크 단백질이 감염 경로를 여는 열쇠 역할을 한다는 건 익히 알려진 사실이다.

실제로 스파이크 단백질이 인간 세포의 ACE2 수용체와 결합해 막(膜) 융합이 일어나야 신종 코로나 입자가 대량 복제될 수 있다.

그런데 인간의 세포는 원래 신종 코로나의 감염을 억제하는 기제를 갖고 있는데 스파이크 단백질에 돌연변이가 생기면 이 시스템이 제대로 작동하지 않는다는 연구 결과가 나왔다.

연구진은 알파 변이와 델타 변이의 전염력이 원래의 야생형 바이러스보다 월등히 강한 이유도, 이 시스템을 고장 내는 돌연변이가 생겼기 때문이라고 설명한다.

미국 국립 보건원(NIH) 산하 국립 치과ㆍ두개안면 연구소(NIDCR) 과학자들이 수행한 이 연구 결과는 이달 3일(현지 시각) 미국 국립과학원회보(PNAS) 온라인판에 논문으로 실렸다.

2020년 초 코로나 팬데믹(대유행)이 터진 이후 전염력이 더 강해진 변이들이 꼬리를 물고 등장했다.

그 가운데 올해 초 미국을 휩쓴 게 알파 변이이고, 델타 변이는 현재 전 세계에 가장 많이 퍼진 지배종으로 부상했다.

이처럼 전염력을 높이는 변이 코로나의 돌연변이는 주로 스파이크 단백질에 집중된다.

스파이크 단백질로 덮인 신종 코로나바이러스
스파이크 단백질로 덮인 신종 코로나바이러스

[미국 국립 보건원 NIDCR(국립 치과ㆍ두개안면 연구소) 제공 / 재판매 및 DB 금지]

신종 코로나의 스파이크 돌기가 인간 세포와 결합하려면 먼저 일련의 활성화 과정을 거쳐야 한다.

이 과정을 촉발하는 게 숙주 세포의 단백질 분해 효소인 퓨린(furin)이다.

퓨린은 비활성 상태로 생성된 단백질의 표면에서 미세 조각들을 제거해 활성 상태로 바꾸는 작용을 한다.

그런데 퓨린이 조각을 떼어낸 지점 주변에 큰 설탕 분자가 추가되면 퓨린의 이런 작용이 약해지는 것으로 나타났다.

설탕 분자가 추가되는 과정엔 GALNT라는 효소가 관여했다.

연구팀은 초파리와 포유류 동물 세포를 모델로 이 효소가 스파이크 단백질에 어떤 영향을 미치는지 실험했다.

변이 출현 이전에 퍼졌던 야생형 신종 코로나의 스파이크 단백질에도 GALNR 1 효소가 설탕 분자를 추가하는 것으로 밝혀졌다.

예상대로 이런 야생형 신종 코로나도 퓨린의 분할 작용이 약해졌다.

GALNT 1이 야생형 신종 코로나의 퓨린 분할, 다시 말해 스파이크 단백질의 세포 결합을 부분적으로 억제했다는 걸 시사한다.

알파 변이와 델타 변이는 그 반대 작용이 일어난 경우였다.

이들 변이의 스파이크 단백질에 생긴 돌연변이가 GALNT 1의 활성도를 떨어뜨려 퓨린의 분할 작용이 되레 강해진 것이다.

스파이크 단백질의 돌연변이가, 정상이라면 상당한 방어 효과를 냈을 퓨린 분할의 고삐를 완전히 푼 셈이다.

스파이크 단백질의 막 융합
스파이크 단백질의 막 융합

스파이크 단백질이 ACE2 수용체와 결합한 뒤 바이러스 입자의 외막과 숙주 세포막이 융합하는 과정을 보여주는 그래픽.
[미국 보스턴 아동병원 천 빙 박사팀의 2020년 7월 저널 '사이언스' 논문 캡처 / 재판매 및 DB 금지]

이런 결합 성향의 차이는 세포 실험에서도 확인됐다.

각각 야생형 코로나와 변이 코로나의 스파이크 단백질이 발현하게 조작한 다수의 배양 세포를 관찰한 결과, 변이 성향의 세포가 다른 세포와 더 잘 결합하는 성질을 보였다.

또 야생형 성향의 세포도 GALNT 1 효소가 존재할 때 더 드물게 결합하는 패턴을 보였다.

논문의 교신저자인 NIDCR의 텐 헤이건(Kelly Ten Hagen) 박사는 "GALNT 1의 활성화가 신종 코로나바이러스 감염을 직접 제어한다는 걸 시사한다"라면서 "알파 변이와 델타 변이의 스파이크 단백질 돌연변이가 어떻게 작용하는지에 대해서도 새로운 통찰을 갖게 됐다"라고 말했다.

이 발견은 장차 새로운 백신이나 치료법 개발에 중요한 프레임(골격)이 될 거로 연구팀은 기대한다.

cheon@yna.co.kr

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