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코로나19, 6시간만에 감염 완료… 면역 반응은 3일 걸려

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국내 공동연구진, 3차원 폐포 세포 만들어 실험
코로나19 바이러스에 의한 폐 세포 파괴과정 규명


파이낸셜뉴스

연구진이 배양한 인간의 3D 폐포 세포(왼쪽)와 코로나19 바이러스 감염후 3일이 경과한 모습(오른쪽)이다. 사진 속의 파란색은 세포의 핵을 나타낸 것이고 빨간색은 E카데린이라는 단백질로 이 세포가 폐포 세포 자라고 있다는 것을 뜻한다. 녹색으로 표시된 부분은 코로나19 바이러스가 만들어내는 단백질로 폐포 세포들이 바이러스에 감염됐다는 것을 보여준다. KAIST 주영석 교수 제공

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[파이낸셜뉴스] 코로나19 바이러스가 인체에 들어온 뒤 6시간이면 감염이 완료되는 것으로 밝혀졌다. 반면 바이러스의 공격을 방어하는 폐 세포의 선천 면역반응 활성화는 약 3일이 걸렸다. 이 기간동안 세포 가운데 일부분이 고유의 기능을 급격히 상실했다.

한국과학기술원(KAIST)은 의과학대학원 주영석 교수 연구팀이 인간의 3차원(3D) 폐포 세포를 만든 뒤 코로나19 바이러스에 의한 폐 세포 파괴 과정을 정밀하게 규명했다고 26일 밝혔다.

이번 연구는 영국 케임브리지대학 이주현 박사를 비롯해 국립보건연구원 국립감염병연구소 최병선 과장, 기초과학연구원(IBS) 고규영 혈관연구단장, 서울대병원 김영태 교수, KAIST 교원창업기업인 ㈜지놈인사이트와 공동으로 진행됐다.

연구진은 먼저 인체의 폐포 줄기세포를 실험실에서 3차원적으로 6개월이상 장기간 배양해 실험할 수 있는 배양 조건을 세계 최초로 확립했다. 연구진은 이 3D 인간 폐 배양 모델이 인간의 폐와 구조적, 기능적으로 유사한지 면역형광염색, 전자현미경 촬영, 전사체 분석 등을 이용해 비교 분석했다.

주영석 교수는 이날 "코로나19 바이러스에도 중요하지만 이후에 새로운 호흡기 바이러스가 나온다고 하더라도 여기에 감염시켜 실험하거나 약물을 개발할 수 있다"고 말했다.

이후 연구진은 3차원 폐 배양 모델에 코로나19 바이러스를 노출 시킨 후 바이러스 감염이 잘 일어나는지 살펴봤다. 바이러스 플라크 분석, 면역형광염색, 전자현미경 분석을 통해 세포내 소기관 변화를 확인했다. 또 전사체 분석을 통해 폐포세포의 선천 면역반응을 관찰했다.

연구진은 이번 실험을 통해 하나의 바이러스만으로도 하나의 폐 세포를 충분히 감염시킬 수 있다는 것을 밝혀냈다.

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주영석 교수 연구팀이 인간의 폐포 줄기세포를 이용해 실험실에서 배양한 3차원 폐포 세포. 세포 안의 검은색 부분은 폐포에 공기가 들어가 있는 것을 나타내고 있다. 파란색은 폐 세포의 핵, 빨간색은 단백질 'HT2-280'으로 폐 세포가 자라고 있다는 것을 보여준다. 녹색은 ACE2라는 단백질을 표시하고 있는데 이것은 코로나19 바이러스가 세포로 침투할때 필요로 하는 물질이다. KAIST 주영석 교수 제공

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주 교수는 "빠르게 모델을 확립하고 감염 연구 결과를 해석, 공개하기 위해 한국과 영국의 줄기세포, 바이러스, 유전체, 이미징 전문가들이 공동연구팀을 구성, 연구 시작 후 약 5개월 만에 성과를 올릴 수 있었다."고 말했다.

김영태 교수팀은 환자 동의 후 폐 세포를 확보했다. 확보한 폐 세포를 바이러스에 감염시키는 실험을 하기 위해서는 질병관리청의 안전한 실험실이 필요했고 최병선 연구관의 참여로 안전하고 효율적 감염 연구를 진행할 수 있었다.

이번 연구 결과는 줄기세포 분야 세계적 학술지 '세포 줄기세포(Cell Stem Cell)' 온라인판에 지난 22일(미국시간) 게재됐다.

monarch@fnnews.com 김만기 기자

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