우리 학교 생명과학과 오병하 교수 연구팀이 계산적 항체 디자인 기술을 통해 현재 유행 중인 모든 변종 코로나바이러스에 범용적으로 적용 가능한 중화항체를 개발했다. 개발된 중화항체는 미래에 출현할지도 모르는 새로운 코로나바이러스에 대응하는 치료항체 후보가 될 것으로 기대된다. 더불어 이번 연구에서 사용한 항체 디자인 기술은 원하는 항체를 개발하는 시간을 단축할 수 있고, 계산과 실험을 병행하여 그 정확도를 높였다는 데 의의가 있다.

코로나바이러스에 대응하는 중화항체

 코로나19를 유발하는 SARS-CoV-2 바이러스는 스파이크 당단백질*에 있는 수용체 결합 부위를 인간 세포의 hACE2 (human Angiotensin Converting Enzyme2) 수용체에 결합시켜 세포 내로 침입한다. 이렇게 세포 내로 침입한 바이러스는 숙주세포 내부의 여러 물질을 이용하여 증식한다. 중화항체는 병원체에 결합하여 병원체가 숙주세포의 수용체에 결합하는 것을 방지하거나, 생화학적 반응을 통해 세포 내로 침투하지 못하게 하여 감염을 막는다.
 이러한 기전에 착안해 코로나바이러스의 수용체 결합 부위에 붙는 중화항체가 개발되었다. 하지만 스파이크 단백질의 항체 인식 부위 서열에 변이가 생기면 항체는 바이러스에 제대로 결합하지 못한다. 따라서 기존에 개발된 중화항체들은 최초에 유행한 코로나바이러스에는 효과를 보이지만, 현재 유행하고 있는 알파, 베타, 델타, 오미크론 등의 변이에는 중화능이 없거나 효과가 감소한다.

계산적 항체 디자인 기술을 통한 코로나바이러스 중화항체 개발

 연구진은 항체를 계산적으로 디자인하여 문제를 해결했다. 시작점이 된 것은 SARS-CoV-1 바이러스에 결합하는 중화항체들이었다. 이 항체들은 SARS-CoV-2 바이러스의 스파이크 단백질과 반응하지 않지만, 구조를 변화시키면 SARS-CoV-2 바이러스에도 결합할 수 있게 된다. 따라서 연구진은 SARS-CoV-2 바이러스의 수용체 결합 부위를 모델링한 다음, 항체의 구조를 변화시키며 수용체 결합 부위에 맞는 후보 물질을 찾았다. 그 뒤, 선별된 후보 물질들을 대상으로 실험을 진행해 항체의 결합 친화도를 검증했다. 연구진은 변종 바이러스에 대해서도 계산과 실험을 거듭하며 디자인을 수정하여 결합 친화도가 높은 항체를 만들어냈다.
 이렇게 개발된 중화항체는 변종 코로나바이러스에 대해 강력한 결합 능력과 높은 중화능을 보였다. 특히, 개발된 중화항체는 논문 발표 후 새롭게 출현한 오미크론을 포함하여, 여러 변종 코로나바이러스들에 대해서도 효과를 나타냈다.

계산적 항체 디자인 기술과 개발된 중화항체의 응용 가능성

 연구 결과 개발된 중화항체는 아미노산 서열이 거의 바뀌지 않는 표면에 결합하기 때문에 향후 출현할 수 있는 신종, 변종 코로나바이러스에 즉각 대응할 수 있는 치료 물질이 될 수 있다. 더불어, 이번 연구에 이용된 계산적 항체 디자인 기술은 결합해도 중화 능력을 나타내지 않는 부분을 미리 배제하고 항체를 만들 수 있어 그 효율이 뛰어나다. 따라서 계산적 항체 디자인 기술은 항원의 특정 부위에 결합하는 항체를 발굴하는 새로운 방법으로서 실험적으로 얻기 어려운 항체를 개발하는 데 널리 이용될 것으로 기대된다.

 마지막으로 오 교수는 이번 연구에 제1저자로 참여한 정보성 박사과정의 노력을 칭찬하며, 이번 연구 결과를 토대로 코로나 예방 백신을 개발하기 위한 연구를 지속할 예정이라고 말했다. 또한, 확립된 계산적 방법으로 실험적으로는 얻기 어려운 면역 항암 항체의 개발 연구를 수행할 예정이라고 밝혔다.

스파이크 단백질(Spike Glycoprotein)*

바이러스 외피에서 바깥으로 돌출된 돌기형태의 단백질로, 바이러스가 숙주세포의 수용체와 결합할 때 이용됨