코로나바이러스의 침투 무기 '스파이크 단백질', 모양 바꿔 면역 회피한다

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사스코로나바이러스-2(SARS-CoV2)가 세포에 침투할 때 활용하는 스파이크 단백질이 두 가지 형태를 갖고 있는 것으로 나타났다. 사이언스 제공

사스코로나바이러스-2(SARS-CoV2)가 세포에 침투할 때 활용하는 스파이크 단백질이 두 가지 형태를 갖고 있는 것으로 나타났다. 세포막에 침투하기 전(Pre-fusion)에는 끝이 뭉툭한 돌기 형태를 가지다가 세포막에 침투한 후(Post-fusion)에는 길쭉하고 단단한 형태로 바뀌는 것으로 나타났다. 사이언스 제공

신종 코로나바이러스 감염증(COVID-19·코로나19)을 일으키는 사스코로나바이러스-2(SARS-CoV2)가 세포에 침투할 때 활용하는 스파이크 단백질이 두 가지 형태를 띠는 것으로 나타났다. 이는 코로나바이러스가 외부 환경에 노출돼도 오래 살아남는 능력을 제공하면서 백신이나 면역체계를 회피하는 능력 또한 제공할 수 있는 것으로 분석됐다.

빙 첸 미국 하버드의대 소아과학부 교수 연구팀은 이같은 연구결과를 이달 21일 국제학술지 ‘사이언스’에 발표했다.

연구팀은 사스코로나바이러스-2가 인체 세포에 침입할 때 이용하는 돌기 모양의 스파이크 단백질을 극저온 전자현미경을 이용해 0.3나노미터(nm, 10억분의 1m) 해상도로 관찰했다. 코로나바이러스는 스파이크 단백질을 인체 세포의 안지오텐신변환효소-2(ACE2) 수용체와 결합시킨 후 세포 속으로 침투해 유전물질(RNA)을 밀어 넣어 자신을 복제하는 방식으로 인체를 감염시킨다.

분석 결과 스파이크 단백질은 바이러스가 세포막을 침투하기 전과 후에 다른 형태를 보였다. ACE2 수용체를 만나기 전 스파이크 단백질은 기존에 알던 끝부분이 더 두꺼운 돌기 형태를 보였다. 반면 결합 후에는 스파이크 단백질이 좀 더 길쭉하면서도 단단한 형태로 바뀌는 것으로 나타났다.

문제는 스파이크 단백질의 구조 변이가 ACE2 수용체와 결합하기 전에도 생겨날 수 있다는 점을 확인한 것이다. 연구팀이 바이러스를 관찰한 결과 인체 세포와 결합하지 않은 바이러스에도 모양이 변한 스파이크 단백질이 있는 것으로 나타났다.

코로나바이러스(그림 위쪽)가 스파이크 단백질을 이용해 세포막의 ACE2 수용체와 결합한후 세포에 침투하는 과정이다. 이 과정에서 ㅅ파이크 단백질은 길쭉한 형태로 구조가 바뀐다. 사이언스 제공

연구팀은 스파이크 단백질이 변하면서 코로나바이러스가 더욱 안정적으로 생존할 수 있는 환경을 제공할 수 있다고 설명했다. 딱딱하고 긴 형태가 기존 스파이크 단백질보다 더욱 돌출돼 있어 외부 환경에 대한 보호 기능을 제공할 수 있다는 것이다. 이는 사스코로나바이러스-2가 물체 표면에서 오래 살아남는 이유가 될 수 있다. 첸 교수는 “대부분 바이러스는 숙주 외부에서 오래 생존하지 못한다”며 “스파이크의 단단한 구조가 바이러스를 보호한다고 생각한다”고 말했다.

달라진 구조는 바이러스가 면역과 백신을 회피하는 용도로도 활용할 수 있다는 지적이다. 인체 면역체계가 달라진 스파이크 단백질을 인식하고 항체를 만들면 실제 세포에 침투하는데 활용하는 스파이크 단백질을 막을 수 없어 바이러스를 중화하는 능력이 약해질 수 있다는 것이다. 여기에 구조가 달라진 형태는 스파이크 표면에 면역 반응을 피할 수 있는 다당류 분자가 노출되는 것으로 나타났다.

첸 교수는 “면역계를 자극해 스파이크 단백질용 항체를 만드는 현재의 백신들은 스파이크 단백질의 두가지 형태 때문에 효능이 제한될 수 있다”며 “백신이 임상 3상 단계에서 제대로 작동하지 않으면 스파이크 구조에 대한 새로운 이해가 필요할 것”이라고 말했다.