코로나19 SARS-CoV-2 돌기 단백질의 돌연변이 때문에 일부 치료법이 효과가 없지만, 항체 요법과 병용하면 문제를 해결할 수 있다는 연구 결과가 발표됐다.
록펠러대학 연구팀은 코로나바이러스의 돌기단백질 돌연변이를 조사하기 위해 여러 가지 바이러스에서 돌연변이를 모의실험했다. 충분한 외부 영향을 가하면 SARS-CoV-2의 돌기 단백질이 돌연변이를 일으켜 선별 치료법을 회피할 수 있게 된다는 것을 확인했다.
바이러스의 진화와 돌연변이
바이러스도 진화와 돌연변이를 할 수 있다. 정체 상태에 있는 것처럼 휴지기를 가질 수도 있다. 하지만 바이러스가 일단 세포와 접촉을 하면 각성해 감염을 시작하게 된다. 생물학자 입장에서 바이러스는 살아있는 유기체가 아니며 안드로이드와 같다. 바이러스는 세포로 구성되지 않았으며 성장할 수 없고 자체적으로 에너지를 생성할 수 없기 때문이다.
대신 바이러스는 진화와 돌연변이를 통해 다양해질 수 있다. 인플루엔자, HIV, SARS-CoV-2 같은 인간 감염 바이러스에게 이 두 가지는 매우 중요하다. 일부 바이러스는 매우 느린 속도로 진화 및 돌연변이를 하지만 급속한 속도로 진행되는 바이러스도 있다. 바이러스 진화와 돌연변이 속도가 빠를수록 바이러스 치료 감염이 어려워진다.
바이러스는 감염된 숙주세포에 의해 성장한다. 숙주세포는 자연선택에 의해 모양이 결정된다. 예를 들어, 박테리오파지(bacteriophage)라는 살균바이러스는 박테리아를 감염시키며 바이러스 유형은 특정한 박테리아 유형만을 감염시킨다. 이 두 가지 바이러스가 세포를 동시에 감염시킨다면, 유전자 물질을 공유해 혼합 바이러스가 된다. 바이러스 중에서도 HIV 같은 RNA 유형은 돌연변이 속도가 가장 빠르다.
바이러스는 숙주세포 내에서 빠르게 진화할 수 있으며, 감염성과 내성은 치료제에 영향을 받는다. 때로 바이러스는 숙주보다 더 빠르게 진화할 수 있다. 진화의 기본 원인은 바이러스 간에 유전자 물질이 재결합되거나 교체되는 것이다. 돌연변이의 경우 복제 과정에서 유전자 물질의 변화가 일어난다.
세포와 유사하게 바이러스도 복제 시 오류가 발생할 수 있다. 이때 심각한 오류가 발생하면 심각한 돌연변이로 이어질 수 있다. 돌연변이는 바이러스에 유리할 수도 혹은 불리할 수도 있다. 불리한 돌연변이가 발생하면 병원균은 치료나 다른 외부 요인에 취약한 상태가 된다. 돌연변이가 발생하더라도 바이러스는 숙주 세포의 DNA 폴리메라아제를 통해 수정할 수 있다. 복제 프로세스에서 이 같은 교정물질 덕분에 오류가 거의 일어나지 않는다.
록펠러대학 연구팀은 최근 SARS-CoV-2 돌연변이와 향후 치료법 및 백신과의 연관성을 조사했다. 그리고 일부 치료법이 무용지물이 될 수 있다고 확신했다. 다시 말해, 바이러스가 항체 기반 치료법을 회피할 수 있다는 것이다. 돌기 단백질이 돌연변이하게 되면, 항체가 이에 들어맞지 않아 해체하지 못해 불능화를 시킬 수 없게 된다.
연구팀은 SARS-CoV-2의 돌기 단백질의 강점과 약점을 조사했다. 그리고 일련의 실험을 통해 여러 가지 바이러스를 분석했다. 그 후, 합성 샘플을 사용해 바이러스의 돌기 단백질을 조작하고 항체 및 건강한 세포에 적용시켰다.
또한, 합성 바이러스를 불능화시키기 위해 여러 가지 항체를 사용했다. 그중 일부는 항체로 성공적으로 막을 수 있었지만, 일부는 항체의 공격을 피하고 건강한 세포를 감염시켰다. 이 과정에서 살아남은 바이러스는 감염된 세포 내에서 효과적으로 번식했다. 이렇듯 생존 바이러스 분석 결과, 돌기 단백질의 돌연변이의 영향력을 확인할 수 있었다.
세계적으로 수집된 SARS-CoV-2 샘플에 염기서열 분석을 실시한 결과, 돌연변이 중 일부가 순환되고 있었다. 하지만 그 확률은 0.1% 미만이었다. 염기서열 한 샘플의 99.9% 이상이 치료와 백신으로 해결 가능했다. 게다가, 확인된 비정상적 상태는 다른 유전자 배경보다 우세하지 않다고 구조생물학자 크리스토퍼 바네스 박사는 설명했다. 바네스 박사는 “SARS-CoV-2의 교정물질이 실제 환경에서 돌연변이의 확률을 낮출 수 있다”고 덧붙였다.
이번 연구 결과는 돌기 단백질 돌연변이의 이론적 시나리오를 제시한 것이다. 연구팀은 충분한 외부 압력으로 변형된 골기 단백질을 유도할 수 있다고 지적했다. 예를 들어, 수십만 명의 사람이 동일한 항체 치료를 받는다면, 내성을 개발할 수 있게 된다. 일부 환자들도 SARS-CoV-2에 내성이 생겨 다른 사람에게 확산시킬 수 있다. 이는 항체 내성 박테리아와 비견할 만하다.
다행히도 두 가지 이상의 항체 치료를 병행하면 문제를 극복할 수 있다. HIV 치료에서는 바이러스 내성에 대처하기 위해 최대 5가지 항레트로바이러스 치료제를 처방할 수 있다. 이를 SARS-CoV-2에도 적용할 수 있다.
SARS-CoV-2에서 여러 가지 돌연변이가 한 번에 나타날 가능성은 극히 적다. 이 때문에 연구팀은 바이러스를 억제할 여지가 있다고 강조했다.