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[코로나19 연구속보] 코로나19 항체, 3D 시각화 성공

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[코로나19 연구속보] 코로나19 항체, 3D 시각화 성공

2020.10.30 12:10
과학자들이 코로나바이러스에 강력한 저항력을 보이는 항체 ′CV30′ 단백질을 3D 이미지로 구현하는데 성공했다. 이를 통해 코로나바이러스에 대한 항체의 메커니즘 연구가 한층 활발해질 것으로 전망된다.
과학자들이 코로나바이러스에 강력한 저항력을 보이는 항체 'CV30' 단백질을 3D 이미지로 구현하는데 성공했다. 이를 통해 코로나바이러스에 대한 항체의 메커니즘 연구가 한층 활발해질 것으로 전망된다.

미국의 과학자들이 코로나바이러스에 강력한 저항을 갖는 항체 구조를 3D 이미지로 시각화하는데 성공했다.

시애틀에 위치한 프레드 허친슨 암 연구 센터의 과학자들은 코로나바이러스감염증-19(코로나19) 생존자로부터 분리한 항체를 코로나바이러스의 스파이크 단백질(바이러스 표면에 배열돼 있는 돌기 구조물로, 세포막에 있는 단백질 수용체와 결합해 사람의 세포 속에 침투하는 역할을 한다)의 주요 작용을 방해하고 스파이크 단백질이 분리되도록 유도한다는 사실을 발견했다.

해당 항체는 Y자 모양의 단백질로, 연구팀은 코로나19 발생 초기 워싱턴의 환자 혈액 샘플로부터 이 항체를 분리하는데 성공한 바 있다. 책임 연구자는 ▲레오 스타마토스 ▲앤드류 맥과이어 ▲마리 판세라 박사 등으로, 이들은 과거 환자가 자연적으로 생성한 수십 개의 항체들 가운데에서도 ‘CV30’으로 명명한 항체가 530배 더 강력한 저항력을 갖는다는 연구결과를 발표했었다.

구조 생물학자인 판세라 박사와 니콜라스 헐버트 박사는 고에너지물리학(입자가속기를 통해 인공적으로 만든 소립자를 활용하는 연구 분야)에 쓰이는 장비를 사용해 ‘CV30’의 분자 구조를 시각화했다. 이 결과는 27일(현지시간) 온라인 학술저널인 <네이처 커뮤니케이션즈>에 게재됐다.

컴퓨터를 통해 3D 이미지로 구현된 CV30의 분자구조는 일반인의 눈에 그저 국수 면발 덩어리처럼 보일 수 있다. 그러나 과학자의 눈에 이 ‘국수 덩어리’는 항체의 표면 구조, 코로나바이러스의 스파이크 단백질, 사람 세포와 스파이크 단백질 사이의 결합 부위 등을 정밀하게 보여주는 모델이다. 이 모델은 3D 퍼즐 조각처럼 앞선 구조가 어떻게 서로 작용하는지를 보여준다.

판세라 박사는 “연구는 (CV30) 항체가 두 가지 메커니즘으로 바이러스를 약화시킨다는 사실을 알려준다”며 “항체는 사람세포의 바이러스 표적지와 겹쳐지며, 바이러스 스파이크 단백질이 사람 세포에서 분리되거나 분리되도록 유도한다”고 설명했다.

복잡한 항체 표면 끝에는 축 늘어진 Y자 모양의 팔이 존재하고, 이 매우 작지만 대량의 분자조각은 코로나바이러스의 스파이크 단백질이 갈고리처럼 사람세포에 부착되려는 것을 방해한다. 코로나바이러스의 스파이크는 사람의 폐 조직과 혈관을 이루는 세포 표면에서 발견되는 단백질인 ACE2 수용체와 결합하려 하는데, 만약 CV30 항체가 끼어든다면 바이러스의 결합 시도는 어려워지게 된다.

항체는 ‘S1’으로 알려진 스파이크의 일부 단백질을 분리시킨다. 맥과이어 박사와 연구팀은 실험을 통해 항체 존재 시 시간이 지남에 따라 항체 결합이 감소함을 증명했다. 이는 스파이크 표면에서 S1 단백질이 떨어져 나왔음을 증명하는 것.

참고로 S1 단백질은 코로나바이러스가 세포에 침투하는 데 결정적인 역할을 한다. 스파이크가 ACE2 수용체와 최초 결합한 후 S1 단백질이 바이러스에 붙잡힌 사람 세포 표면을 융합해 바이러스가 세포 안에 침입하는 것을 돕는다. 일단 바이러스가 침입에 성공하면, 세포내 유전자와 단백질 구성 요소를 감염시킨다. 이는 자신의 복제를 위한 과정으로, 이후 복제된 바이러스는 다른 사람 세포를 공격하게 된다.

항체 크기가 매우 작기 때문에 어떤 작용을 하는지 완벽히 알기란 쉽지 않다. 고배율의 현미경으로 보면 (CV30) 단백질은 마치 바이러스 주위에 모기처럼 몰려 있는 것처럼 보일 것이다. 그렇지만 구조 생물학자들이 CV30 단백질의 정확한 3D 이미지를 구현해 항체가 어떻게 작용하고, 항체의 구조가 어떤 상호작용을 하는지를 보여줄 수 있는 단계에 이르렀다.

나노 크기의 CV30 단백질을 3D로 시각화할 수 있었던 것은 X선결정학(결정 안으로 입사된 X선의 회절을 이용하여 결정의 원자, 분자 구조를 밝혀내는데 이용된다)의 활용 덕분이다. 구조 생물학자들은 CV30 단백질 분자를 얼린 후 강한 X선을 쪼여 단백질의 모양을 시각화할 수 있었다.

 

※ 참고자료

https://www.sciencedaily.com/releases/2020/10/201027143551.htm

 

※ 출처 : 한국과학기자협회 포스트 

https://post.naver.com/viewer/postView.nhn?volumeNo=29830898&memberNo=36405506&navigationType=push

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