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코로나바이러스의 침투 무기 '스파이크 단백질', 모양 바꿔 면역 회피한다



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사스코로나바이러스-2(SARS-CoV2)가 세포에 침투할 때 활용하는 스파이크 단백질이 두 가지 형태를 갖고 있는 것으로 나타났다. 세포막에 침투하기 전(Pre-fusion)에는 끝이 뭉툭한 돌기 형태를 가지다가 세포막에 침투한 후(Post-fusion)에는 길쭉하고 단단한 형태로 바뀌는 것으로 나타났다. 사이언스 제공



신종 코로나바이러스 감염증(COVID-19·코로나19)을 일으키는 사스코로나바이러스-2(SARS-CoV2)가 세포에 침투할 때 활용하는 스파이크 단백질이 두 가지 형태를 띠는 것으로 나타났다. 이는 코로나바이러스가 외부 환경에 노출돼도 오래 살아남는 능력을 제공하면서 백신이나 면역체계를 회피하는 능력 또한 제공할 수 있는 것으로 분석됐다.

빙 첸 미국 하버드의대 소아과학부 교수 연구팀은 이같은 연구결과를 이달 21일 국제학술지 ‘사이언스’에 발표했다.

연구팀은 사스코로나바이러스-2가 인체 세포에 침입할 때 이용하는 돌기 모양의 스파이크 단백질을 극저온 전자현미경을 이용해 0.3나노미터(nm, 10억분의 1m) 해상도로 관찰했다. 코로나바이러스는 스파이크 단백질을 인체 세포의 안지오텐신변환효소-2(ACE2) 수용체와 결합시킨 후 세포 속으로 침투해 유전물질(RNA)을 밀어 넣어 자신을 복제하는 방식으로 인체를 감염시킨다.

분석 결과 스파이크 단백질은 바이러스가 세포막을 침투하기 전과 후에 다른 형태를 보였다. ACE2 수용체를 만나기 전 스파이크 단백질은 기존에 알던 끝부분이 더 두꺼운 돌기 형태를 보였다. 반면 결합 후에는 스파이크 단백질이 좀 더 길쭉하면서도 단단한 형태로 바뀌는 것으로 나타났다.

문제는 스파이크 단백질의 구조 변이가 ACE2 수용체와 결합하기 전에도 생겨날 수 있다는 점을 확인한 것이다. 연구팀이 바이러스를 관찰한 결과 인체 세포와 결합하지 않은 바이러스에도 모양이 변한 스파이크 단백질이 있는 것으로 나타났다.



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코로나바이러스(그림 위쪽)가 스파이크 단백질을 이용해 세포막의 ACE2 수용체와 결합한후 세포에 침투하는 과정이다. 이 과정에서 스파이크 단백질은 길쭉한 형태로 구조가 바뀐다. 사이언스 제공


연구팀은 스파이크 단백질이 변하면서 코로나바이러스가 더욱 안정적으로 생존할 수 있는 환경을 제공할 수 있다고 설명했다. 딱딱하고 긴 형태가 기존 스파이크 단백질보다 더욱 돌출돼 있어 외부 환경에 대한 보호 기능을 제공할 수 있다는 것이다. 이는 사스코로나바이러스-2가 물체 표면에서 오래 살아남는 이유가 될 수 있다. 첸 교수는 “대부분 바이러스는 숙주 외부에서 오래 생존하지 못한다”며 “스파이크의 단단한 구조가 바이러스를 보호한다고 생각한다”고 말했다.


달라진 구조는 바이러스가 면역과 백신을 회피하는 용도로도 활용할 수 있다는 지적이다. 인체 면역체계가 달라진 스파이크 단백질을 인식하고 항체를 만들면 실제 세포에 침투하는데 활용하는 스파이크 단백질을 막을 수 없어 바이러스를 중화하는 능력이 약해질 수 있다는 것이다. 여기에 구조가 달라진 형태는 스파이크 표면에 면역 반응을 피할 수 있는 다당류 분자가 노출되는 것으로 나타났다.


첸 교수는 “면역계를 자극해 스파이크 단백질용 항체를 만드는 현재의 백신들은 스파이크 단백질의 두가지 형태 때문에 효능이 제한될 수 있다”며 “백신이 임상 3상 단계에서 제대로 작동하지 않으면 스파이크 구조에 대한 새로운 이해가 필요할 것”이라고 말했다.