왜 변이 코로나엔 백신 효과가 떨어질까

스파이크 단백질의 돌연변이 영역에 '항체 쏠림' 현상

오스틴 텍사스대 연구진, 저널 '사이언스'에 논문

신종 코로나의 전송 전자현미경 이미지 [미국 NIAID(국립 알레르기 감염병 연구소)/ 재판매 및 DB 금지]

(서울=연합뉴스) 한기천 기자 = 코로나19(신종 코로나바이러스 감염증) 회복 환자에게 생긴 항체는 스파이크 단백질의 어떤 영역에 주로 작용할까.

이 문제는 코로나19 백신과 치료제 개발에 매우 중요한 포인트가 될 수 있다.

신종 코로나의 스파이크 단백질은 숙주세포의 ACE2 수용체와 결합해 바이러스가 세포로 들어가는 길을 연다.

지금까지 코로나19 관련 연구는 대부분 스파이크 단백질의 수용체 결합 도메인(RBD)에 초점을 맞췄다.

ACE2 수용체와 직접 결합하는 RBD가 인체 면역계의 주요 표적이 될 거로 추정했기 때문이다.

그런데 코로나19 회복 환자의 혈중 항체 가운데 약 84%가 스파이크 단백질의 RBD 이외 영역에 작용하는 것으로 나타났다.

특히 전체 항체의 40%는, 돌연변이가 생기기 어려운 스파이크 단백질의 특정 영역을 표적으로 삼았다.

이 연구를 수행한 미국 오스틴 텍사스대(UT Austin) 의대 과학자들은 4일(현지 시각) 저널 '사이언스(Science)'에 관련 논문을 발표했다.

스파이크 단백질 구조와 항체 표적 영역 [미국 오스틴 텍사스대 / 재판매 및 DB 금지]

논문의 공동 수석저자인 그레그 이폴리토 종양학 조교수는 "우산과 비슷해 보이는 스파이크 단백질에서, (빗방울을 받는) 아크와 우산대에 해당하는 영역 전체가 항체의 표적이 됐다"라면서 "인체 면역계가 스파이크 단백질 전체에 대해 중화를 시도한다는 의미"라고 말했다.

연구팀은 코로나19에 걸렸다가 회복한 환자 4명의 혈장을 분리해 분석했다.

스파이크 단백질의 RBD 이외 영역을 향하는 항체의 다수는, NTD(N-말단 도메인)를 겨냥함으로써 강력한 바이러스 공격 무기로 작용했다.

NTD 겨냥 항체는 배양 세포 실험에서 신종 코로나를 중화했고, 치명적인 생쥐 버전(vesion)으로 조작된 바이러스의 감염도 차단했다.

그런데 브라질, 인도, 남아공 등에서 출현한 주요 변이 코로나는 예외 없이 스파이크 단백질의 NTD에서 돌연변이가 많이 발견됐다.

이번 연구 결과는 변이 코로나가 면역계 공격을 잘 피하는 이유를 부분적으로 설명한다.

스파이크 단백질의 NTD에 돌연변이가 생기면, 가장 흔하면서도 강력한 항체의 표적 식별이 어려워지는 것이다.

연구팀은 현 상황을 인체 면역계와 신종 코로나 사이의 진화적인 '군비 경쟁(arms race)'에 비유했다.

인간이 선택적 '면역 압력(immune pressure)'을 가하면 바이러스는 진화적 에너지를 회피 변이에 집중한다는 것이다.

남아공 변이의 스파이크 단백질 돌연변이 남아공 변이 신종 코로나의 스파이크 단백질(PDB: 7a94)에 생긴 돌연변이 위치가 적색으로 표시돼 있다. 흐린 청색과 녹색은 각각 N-말단 도메인(NTD)과 수용체 결합 도메인(RBD)이다. 흑색은 인간 세포의 ACE2 수용체, 회색은 스파이크 단백질의 나머지 부분이다. [ UC Riverside Godzik lab / 재판매 및 DB 금지 ]

다행스러운 건, 혈액을 타고 순환하는 항체의 약 40%가, 스파이크 단백질의 '우산대'에 속하는 S2 하위 영역(subunit)을 표적으로 삼는다는 것이다.

S2는 돌연변이가 잘 생기지 않는 것으로 알려져 있다.

이는 부스터 백신, 변이 코로나 백신, 미래의 변종 코로나 백신 등을 연구하는 데 중요한 통찰이 될 수 있다고 과학자들은 말한다.

이포리토 교수는 "변이 코로나에 쓸 차세대 백신이나 모든 코로나에 듣는 '범 코로나(pan-coronavirus)' 백신을 개발해야 할 이유가 충분하다"라고 강조했다.

오스틴 텍사스대는 신종 코로나를 비롯한 모든 코로나바이러스에 효과가 있는 백신 개발을 목표로 연구 중이다.

이런 연구 기관은 전 세계에서도 몇 곳 되지 않는다.

cheon@yna.co.kr



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