저온전자현미경으로 원자 3D-구조 알아내, 스파이크-단백질은 SARS 및 MERS 병원체의 구조와 매우 유사하지만 다르게 반응한다는 것이 밝혀졌다. 사스보다 더 잘 결합하고 기존 해독제 효과없어.

새로운 코로나 바이러스 ”결합 단백질 해독“
연구원들, 주요 SARS-CoV-2 도킹 단백질을 해독했다

해독제 개발의 시작

연구원들이 처음으로 새로운 코로나 바이러스가 인간 세포에 도킹되는 결합 단백질의 구조를 해독했다. 원자 3D-구조 및 실험으로, 이 스파이크-단백질은 SARS 및 MERS 병원체의 구조와 매우 유사하지만 다르게 반응한다는 것이 밝혀졌다. 이 지식은 이제 SARS-CoV-2에 대한 백신 및 항바이러스제의 개발을 촉진 할 수 잇을 것으로 기대된다.

▲ 연구원들은 이제 새로운 코로나 바이러스 (SARS-CoV-2)가 어떻게 세포와 결합하고 중요한 단백질이 어떻게 보이는지 알아냈다. © NIAID-RML

신종 코로나19 바이러스 SARS-CoV-2는 동물에서 인간으로 뿐만 아니라 사람에서 사람으로 비교적 쉽게 건너 갈 수 있다. 의사들은 바이러스가 독감만큼 전염성이 있다고 추정한다. 병원체가 증상을 유발하지 않고 배양기간 동안 전이 될 수 있기 때문에 전염병을 억제하기가 어렵다. 그래서 전 세계의 연구원들은 바이러스에 대한 백신과 항바이러스제를 찾기 위해 심혈을 기울이고 있다.

결합 단백질을 눈으로 보다.

이러한 해독제를 위한 중요한 출발점은 코로나 바이러스의 특정 표면 단백질이다.
이 단백질로 인간 세포의 수용체에 결합해 침투 할 수 있다. "코로나 바이러스의 스파이크-당 단백질은 긴요한 백신, 치료용 항체 및 진단의 해결 목표다"라고 텍사스 오스틴 대학의 다니엘 랩(Daniel Wrapp)이 말했다.

결합을 작동하기 위해 코로나 바이러스는 자신의 스파이크-단백질 형태를 바꾼다.
이들은 세포 수용체에 맞도록 적합한 형태로 열고 들어간다. 그러나 문제는 이러한 형태가 불안정하여 쉽게 매핑하거나 구조적으로 분석할 수 없다는 것이다. 이를 피하기 위해 연구원들은 아미노산을 교환하는 이 바이러스성 단백질의 유전자 청사진에 돌연변이를 삽입했다. 이 변화는 스파이크 단백질을 더 안정적으로 만든다.

텍사스 대학 (University of Texas)의 선임 저자 제이슨 맥레난(Jason McLellan)은 “우리는 여러 다른 코로나 바이러스로 이것을 시도했기 때문에 어떤 돌연변이를 사용해야 하는지 정확히 알고 있었다. 이것은  Cryo-Elektronenmikroskopie(저온 전자 현미경)을 사용해
SARS-CoV-2의 스파이크 단백질을 이미지화하는 것이 가능했다.

▲ SARS-CoV-2 코로나 바이러스의 스파이크 단백질의 3D 구조. © Jason McLellan/Univ. of Texas at Austin

SARS보다 더 잘 결합

이미지는 세포에 3 차원으로 그리고 원자 분해능으로 세포에 결합하는 데 중요한 단백질의 일부를 비활성 및 결합 가능한 활성 형태로 보여준다. 3D 구조는 이 단백질이 밀접하게 관련된 SARS 및 MERS 병원체의 단백질과 거의 다르지 않다는 것을 알 수 있게 해준다.
“우리는 또한 스파이크 서브 유닛이 오프닝-움직임을 어떻게 수행했는지 관찰할 수 있었다. 이것은 다른 코로나 바이러스와 동일한 트리거 메커니즘을 가지고 있음을 나타낸다."고 연구원이 보고했다.

중요한 차이점, 신종 코로나19 바이러스는 이전 모델보다 인간 세포에 더 잘 적응한다.

"놀랍게도 ACE2 수용체는 SARS-CoV보다 10-20 배 높은 친화력으로 신종 코로나19 바이러스의 스파이크 결합 부위에 도킹을 한다.”

이 바이러스가 왜 ​​사람마다 쉽게 확산되는지 설명 할 수 있다고 연구원이 말했다.

기존 해독제가 작동하지 않아

그리고 새로운 코로나 바이러스의 다른 점이 있다.
추가 실험에 따르면 스파이크 단백질이 두 가지 관련 바이러스 유형 SARS-CoV 및 Mers-CoV에 대한 기존 항체에 반응하지 않는 것으로 나타났다.
연구원들은 “Sars에 대한 3개의 단일 클론 항체를 사용한 테스트에서 Sars-CoV-2의 스파이크 단백질에 대한 결합은 감지되지 않았다. 따라서 새로운 코로나 바이러스에 대해 SARS 전염병에 대해 생산된 해독제를 사용하려는 시도는 의미가 없다.

랩핑 박사는 “스파이크 단백질의 원자 구조에 대한 지식으로 백신과 항바이러스제를 보다 정확하게 설계하고 의료 대책의 개발을 촉진할 수있다”고 밝혔다.

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Science / University of Texas at Austin

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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