바이오산업동향

사스·메르스·코로나19 바이러스 분석

코로나19를 일으키는 사스코로나바이러스-2(SARS-CoV-2)의 현미경 사진. NIAID 제공

인체에 치명적 영향을 미치는 코로나바이러스 3종이 인체와 반응하는 모든 정보를 담은 네트워크 지도가 개발됐다. 연구팀은 임상 결과와 네트워크망을 연계해 분석함으로써 약물 후보군을 찾아내는 예를 선보이며 어떤 코로나바이러스도 치료할 수 있는 약물 또한 발견할 수 있으리라고 기대했다.

미국 샌프란시스코 캘리포니아대와 프랑스 파스퇴르연구소, 영국 케임브리지대 유럽분자생물학연구소, 독일 프라이부르크대, 의료분석기업 에티언, 유전자분석기업 신테고 등 6개국 14개 기관 국제공동연구팀은 신종 코로나바이러스 감염증(COVID-19·코로나19)을 일으키는 사스코로나바이러스-2(SARS-CoV2)와 중증급성호흡기증후군(SARS)을 일으키는 사스코로나바이러스1, 중동호흡기증후군(MERS)을 일으키는 메르스코로나바이러스와 인체 세포 사이 상호작용을 모두 모아 이달 16일 국제학술지 ‘사이언스’에 발표했다.

이번 연구는 올해 7월 샌프란시스코 캘리포니아대 연구팀이 국제학술지 ‘네이처’에 사스코로나바이러스-2와 인간 세포 사이 유전자, 단백질, 분자 등의 상호작용 322개를 모두 담은 네트워크인 ‘상호작용체(인터랙톰)’를 발표한 것을 확장한 연구다. 여기에 사스코로나바이러스-1과 메르스코로나바이러스로의 상호작용체도 만들었다. 연구팀은 생화학, 단백질 분석, 유전 분석, 구조생물학, 생물정보학, 바이러스 분석, 영상 분석 등을 총동원해 사스코로나바이러스-2의 상호작용 389개와 1의 상호작용 366개, 메르스코로나바이러스 상호작용 296개를 확인했다.

예를 들어 연구팀은 세포에 에너지를 보내는 세포소기관인 미토콘드리아의 외막을 구성하는 단백질 ‘Tom70’이 사스코로나바이러스의 단백질 Orf9b와 상호작용하는 것을 확인했다. Tom70은 미토콘드리아 항바이러스 신호단백질(MAVS)을 활성화시켜 면역 반응을 일으킨다. Orf9b는 Tom70에 결합해 Tom70과 열충격단백질 Hsp90이 상호작용하는 것을 막았다. 두 단백질의 상호작용은 바이러스가 감염됐을 때 세포 사멸을 유도하는 핵심 경로다.

사스코로나바이러스-2와 1, 메르스코로나바이러스와 인간 세포간 상호작용을 모두 모아 정리한 인터랙톰이다. 사이언스 제공

연구팀은 이 중 73개 단백질 상호작용을 코로나19 약물 후보를 찾기 위한 목표로 추렸다. 여기서 나온 상호작용 조절에 쓰이는 약물이 실제 코로나19 치료에 활용된 사례가 있는지를 분석하기 위해 코로나19 환자 74만 명의 임상 정보와 이를 대조했다.

세 바이러스 모두에서는 인간 비구조단백질(Nsp)7과 프로스타글란딘 E 신타아제-2(PEGS-2)와 시그마 수용체1 등이 상호작용한다. 이중 PGES-2를 억제하는 비스테로이드 항염증제(NSAID)인 인도메타신을 투여한 환자들은 PEGS-2를 대상으로 하지 않은 NSAID인 셀렉시브를 투여한 환자보다 입원할 가능성이 낮았다. 또 시그마수용체 1 단백질에 반응하는 할로페리돌, 클로르프로마진 등과 같은 항정신성 약물을 복용한 환자는 다른 항정신성 약물을 복용한 환자에 비해 인공호흡기를 달 확률이 50% 낮았다.

네반 크로간 샌프란시스코 캘리포니아대 글래드스톤 연구소 선임연구원은 “이러한 화합물 각각을 복용하는 환자 수는 소규모라는 점이 중요하다”며 “분자에 대해 이해하면 어떻게 임상 가설을 빠르게 만들고 전향적 임상 시험 혹은 약물 개발을 위한 후보자 우선 순위를 결정하는 데 도움이 되는지에 대한 강력한 예”라고 말했다.

페드로 벨트라오 유럽생물정보학연구소 그룹리더는 “이러한 분석은 생물학 정보가 코로나19를 비롯한 바이러스성 질병 치료에 어떻게 실제 영향을 주는지를 보여준다”며 “바이러스 종을 살펴봄으로써 범 코로나바이러스 치료제를 예측할 뿐 아니라 미래 코로나바이러스에 대한 치료 가능성을 제공할 것”이라고 말했다.