신종 코로나바이러스(코로나19 바이러스)가 어떤 과정을 거쳐 인체 세포에 침입하기 좋은 형태가 되는지 분자 수준으로 규명됐다. 코로나19는 스파이크 단백질을 이용해 인체의 안지오텐신 전환 효소2(ACE2)에 결합해 침투한다는 것은 감염병 유행 초기부터 알려졌다. 하지만, 당 사슬 정도의 비교적 작은 단위에서 구체적으로 어떻게 침투가 시작되는지 연구 중이다.
국제 학술지 네이처 화학(Nature Chemistry) 19일자에 이 과정을 단백질 분자의 구조 변화 수준에서 규명한 연구가 발표됐다. 이 연구의 제1저자는 안철수씨의 자녀 안설희 박사후 연구원과 테라 슈타인(Terra Sztain) 박사다.
이번 연구는 슈퍼컴퓨터를 이용한 시뮬레이션(모의실험 연구로 안설희 연구원과 테라 슈타인 박사가 속한 미국 캘리포니아대학 샌디에이고(UCSD)에서 이뤄졌다. 이후 연구진은 실험을 통해 시뮬레이션 결과를 확인했다.
논문의 교신 저자로 참여한 로미 아마로(Rommie E. Amaro) 교수는 "우리는 스파이크가 실제로 어떻게 변하고 감염되는지 본질적으로 알아냈다"며 "당 사슬이 없으면 바이러스는 기본적으로 감염될 수 없다"고 설명했다.
코로나19 바이러스의 스파이크 단백질은 당 사슬(글리칸)이 코팅되어 있는데, 이 글리칸이 지렛대처럼 작용해 스파이크 단백질의 구조를 바꿔, 인체의 수용체에 결합하기 좋은 형태로 만들어 주는 것이다.
이 당 사슬은 아주 희귀한 것은 아니기 때문에 인간의 면역체계를 속이는데 도움을 줄 수 있다. 이러한 구조는 과거 정지 상태의 사진으로만 밝혀졌지만, 연구진은 영상으로 이를 구현했다.
평소에는 스파이크 단백질이 인체의 ACE2에 결합하는 부위(수용체 결합 도메인·RBD)가 숨겨져 있다가 당 사슬(N343)이 지렛대처럼 단백질을 들어올린다. 이렇게 구조가 바뀐 단백질은 인체 세포에 붙어있는 ACE2에 결합하기 좋은 상태가 된다. 평소에는 닫아놨다가 당 사슬 게이트가 열리며, 바이러스의 스파이크가 인체세포에 결합하기 좋은 상태가 되는 것이다.
또 이번 연구에 참여한 텍사스 오스틴 대학(UT Austin)의 연구진은 시뮬레이션을 넘어 실제 당 사슬의 역할을 실험으로 살폈다. 오스틴 대학의 부교수인 제이슨 맥렐란(Jason McLellan) 연구팀은 스파이크 단백질의 변이체를 만들어 당 사슬 게이트가 부족할 때 어떤 일이 일어나는지 살폈다. 맥렐란 교수는 "당 사슬 게이트가 없으면 스파이크 단백질의 RBD가 세포를 감염시키는 데 필요한 형태를 취할 수 없음을 확인했다"고 설명했다.
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