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6시간안에 급속한 바이러스 증식···코로나19로 폐 망가지는 기전 알아내

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KAIST 등 국내외연구진, 인간 폐세포 모방 실험

단일 바이러스 입자로 감염···3일 내 고유기능 상실

생쥐·원숭이 실험 한계 극복···치료제 개발 가능성 높여

[이데일리 강민구 기자] 국내외 연구진이 작은 인공 장기 기술을 개발하고, 실험실에서 이를 활용해 코로나바이러스감염증-19(코로나19) 바이러스가 하나의 입자만으로도 사람을 감염시키고, 6시간안에 빠르게 증식해 폐세포를 파괴하는 것을 확인했다. 그동안 원숭이 세포를 활용해 실험해 온 것과 달리 사람과 가장 유사한 환경에서 감염기전을 파악해 치료제 개발에 적용할 가능성을 제시했다는 데 의미가 있다.

한국과학기술원(KAIST)은 주영석 의과학대학원 교수 연구팀이 영국 케임브리지대학, 국립보건연구원 국립감염병연구소, 기초과학연구원(IBS), 서울대병원, 지놈인사이트와 함께 이같은 연구결과를 내놨다고 26일 밝혔다.

주영석 교수는 “인간 폐세포를 모방해 줄기세포를 실험실에서 배양했다”며 “배양접시에 배양하는 세포들은 원래 갖던 폐포 세포 특성을 잃어 우리 몸에서 일어나는 작용을 잘 모방하지 못하는데 세포들을 구형처럼 3차원으로 만들어 장시간 배양하고, 폐세포가 망가지는 과정을 확인했다”고 설명했다.

이데일리

연구 요약도.(자료=한국과학기술원)




생쥐·원숭이 모델 한계 극복

코로나19 관련 질병 기전을 이해하고, 치료제를 효과적으로 개발하려면 사람을 모사한 모델을 사용하는 것이 필요하다. 코로나19 바이러스는 생쥐 모델에 감염시키기 어렵고, 원숭이 모델도 사람과 다르다는 특성이 있었다.

연구팀은 실험실에서 3차원으로 키운 사람의 폐포(허파꽈리)에 코로나19 바이러스를 6개월 이상 배양할 수 있는 모델을 만들었다. 이를 면역형광염색, 전자현미경 촬영, 전사체 분석을 통해 실험한 결과 코로나19 바이러스에 노출 시 6시간 내 폐포에 급속한 바이러스 증식이 일어나 세포를 감염시켰다. 이를 막기 위한 폐 세포의 선천 면역 반응 활성화에는 약 3일가량의 시간이 걸렸고, 세포 가운데 일부분은 고유 기능을 급격히 상실하는 것으로 나타났다.

주 교수는 “세포 하나에 1개 또는 100개 입자가 붙을 수 있는데 단일 입자만으로도 감염될 수 있다는 사실을 관찰했다”며 “폐세포에 단일 입자만 들어가도 6시간 내 수천개로 증식하면서 폐세포를 망가뜨린다”고 했다.

치료제 개발에도 활용 가능

연구팀은 이번 연구로 만든 3차원 인체 폐 배양 모델을 응용해 정확하고, 효율적인 치료제 개발에 활용할 수 있다는데 의미를 부여했다. 사람 대상 모델을 활용해 연구실에서 실험할 수 있도록 했지만, 앞으로 환자 개인별로 특성이 다른 폐세포 특성을 확대해 분석해야 한다. 약물 스크리닝 등 치료제 개발에 활용하기 위해 기업과의 협력도 요구된다.

주 교수는 “이번에 개발한 3차원 인체 폐 배양 모델 규모를 확대하면 코로나19 바이러스를 포함한 다양한 호흡기 바이러스의 감염 연구에 유용하게 사용할 수 있을 것”이라며 “동물이나 다른 장기 유래의 세포가 아닌 호흡기 바이러스의 표적 세포인 사람의 폐 세포를 직접적으로 질병 연구에 응용함으로써 효율적이고 정확한 기전을 알아내고, 치료제 개발에도 이용할 수 있다”고 했다.

연구 결과는 줄기세포 분야 국제 학술지 ‘Cell Stem Cell’에 지난 22일자 온라인판에 게재됐다.

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