SARS-CoV-2 바이러스의 세포 감염 능력이 현재 개발되고 있는 치료제보다 뛰어난 이유가 밝혀졌다. 코로나바이러스는 탄수화물의 일종인 헤파란황산을 사용해 건강한 세포를 장악하고 있었다.

샌디에이고 캘리포니아대학 연구팀은 코로나바이러스가 건강한 세포를 감염시키기 위해 필요한 수용체, ACE2와 결합하기 위해 탄수화물을 사용하고 있다는 것을 밝혀냈다. 만약 탄수화물이 파괴된다면 병원균은 더 이상 수용체와 결합할 수 없게 된다. 즉, 탄수화물 분해로 코로나바이러스가 상기도관의 취약한 세포를 장악하는 것을 막을 수 있다는 의미다.

아직까지 코로나19와 관련한 구체적인 치료제나 백신이 개발되지 않았기 때문에 감염자와 사망자가 계속 증가할 것이라는 전망이다. 게다가 전문가들은 올해 안에 이용할 수 있는 기능성 백신을 개발하기 어렵다고 말하고 있다. 한 가지 백신이 개발돼 기능을 입증했다고 하더라도 100% 보호 기능을 제공할 수 없어 두 번째 예방접종이 필요할 수도 있다.

코로나19에 감염되는 의료인도 세계적으로 늘고 있다. 9월 3일 기준, 코로나19에 감염된 의료계 종사자가 가장 많은 국가는 멕시코로 1,320명에 달했다. 다음으로 미국(1,077명), 영국(649명), 브라질(634명), 러시아(631명), 인도(573명), 남아프리카(240명), 이탈리아(188명) 순이었다.

캘리포니아대학 연구팀에 따르면, SARS-CoV-2 바이러스는 건강한 세포를 감염시키기 위해 ACE2 수용체와 결합해야 한다. 이 수용체는 거의 모든 인간 세포에 들어있지만, 코로나바이러스는 상기도관의 세포를 가장 선호한다. 연구팀은 수용체의 결합 과정에서 흥미로운 사실을 발견했다. 코로나바이러스가 탄수화물을 활용해 수용체와 결합하고 있었던 것이다. 탄수화물이 없다면 코로나바이러스는 수용체와 결합할 수 없어 건강한 세포를 장악할 수 없게 된다. 이번 연구는 코로나19 치료제 개발 연구에 상당한 도움이 될 것이라는 분석이다. 코로나19 바이러스의 탄수화물 사용을 방해할 수 있는 약물이 개발된다면 병원균의 감염 능력을 무력화할 수 있다. 이에 대해 제프리 에스코 박사는 “ACE2는 이번 연구의 일부일 뿐”이라고 말했다.

공동 저자 토마스 맨델 클라우슨 박사는 돌기단백질과 헤파란황산이라는 탄수화물 간의 상호작용에 대해 제시한 다른 연구에서 아이디어를 착안했다. 연구팀은 1주일 내에 탄수화물과 돌기단백질의 상호작용 이론을 실험하고 의문의 탄수화물, 헤파란황산을 발견했다. 관찰 결과, 코로나바이러스는 헤파란황산을 사용해 건강한 세포를 성공적으로 감염시키고 있었다.

연구팀은 정확한 상호작용을 확인하기 위해 추가 조사를 진행했다. 그리고 혈전을 관리하는 데 주로 사용하는 치료제, 헤파린을 사용해 코로나19 바이러스와의 상호작용을 조사했다. 돌기단백질이 헤파린과 결합하면 수용체 결합 부위가 열리고 ACE2 수용체와의 결합 능력이 높아졌다. SARS-CoV-2는 세포를 장악하는 동안 세포 표면의 탄수화물과 ACE2 모두를 결합하고 있었다.

연구팀은 이후 바이러스의 결합 과정을 방해할 수 있는 방법을 찾기 시작했다. 결합 과정을 방해할 수 있다면, SARS-CoV-2의 감염 능력을 무력화시킬 수 있다. 연구팀은 세포 표면의 헤파란황산을 제거할 수 있는 특정한 효소를 발견했다. 이 효소는 코로나바이러스가 수용체와 결합하기 위해 필요한 필수 요소를 제거할 수 있었다. 이와 동일한 효과는 헤파린을 사용해서도 만들어낼 수 있었다.

연구팀은 헤파린에서 혈전을 예방하기 위해 고안된 혈액응고방지 부분만 제거했다. 현재 치료제 효능은 실험실 배양 세포에서만 관찰된 상태다. 동물 모델을 사용해 헤파린과 헤파란황산 억제제를 테스트해야 하며, 이 약물이 탄수화물을 성공적으로 분해할 수 있다면 1상 임상시험을 제안할 수 있다.

한편, 연구팀은 그 외에도 장내 미생물총과 헤파란황산 관계를 연구한 결과 장내 미생물이 탄수화물을 변형시키면 SARS-CoV-2에 대한 취약성을 강화하거나 약화시킬 수 있다는 것을 확인했다. 현재 이 연구는 효소나 미끼를 사용해 탄수화물을 제거할 수 있는 두 가지 방법을 입증했다. 두 가지 방법은 코로나나바이러스가 세포를 감염시키는 능력을 80~90% 낮출 수 있을 것으로 보인다.

샌디에이고 캘리포니아대학 연구팀의 이번 연구 결과는 코로나19에 대한 새로운 사실을 제시했다. 하지만 치료적 접근법은 아직 임상 전 테스트를 마무리하지 못해 현재로서는 헤파린 복용이 코로나19에 대한 예방책 또는 치료제가 될 수 있다고 할 수 없다. 즉, 의료적 지침 없이 헤파린을 복용하는 경우 출혈 위험을 높이고 헤파린 유도 혈소판 감소증 같은 합병증 위험을 낳을 수 있다. 드물긴 하지만 헤파린으로 인한 중증 알레르기 반응도 나타날 수 있다.