한 연구진이 코로나19를 일으키는 바이러스인 SARS-CoV-2의 돌연변이를 모니터링하고 예측하는 도구를 만들었다. 이 도구는 코로나19 약물 또는 백신 설계를 최적화하는 데 중요하게 활용될 수 있다.

호주 멜버른대학 연구진은 코로나 바이러스의 다양한 측면을 검사할 수 있는 이 도구에 ‘COVID-3D’란 이름을 붙였다. 연구 결과는 네이처 유전학 저널에 게재됐다.

현재 코로나 19와 관련된 연구가 다수 진행 중이다. 일부 연구는 백신을 개발하기 위한 연구이고, 또 다른 연구 중에는 SARS-CoV-2 바이러스에 대한 더 많은 통찰력을 얻기 위해 다른 방법을 모색하는 연구도 있다. 지난 8월 30일을 기준으로 임상 시험을 포함해 총 3,185건의 코로나 19 관련 연구가 클리니컬 트라이얼(ClinicalTrials.gov) 홈페이지에 등록돼 있다. 유럽 1,179건, 북미 823건, 중동 180건, 동아시아 180건, 아프리카 155건, 남미 153건, 남아시아 68건, 동남아시아 47건, 북아시아 55건, 태평양 지역 21건, 중앙 아메리카 10건 등이다.

현재로서는 코로나 19 백신이나 치료제를 개발하는 것이 지역 사회 전파를 효과적으로 통제할 최선의 해결책이지만, 바이러스가 돌연변이를 일으킬 가능성이나 백신의 안정성에 대해 우려를 표명하는 사람도 적지 않다.

COVID-3D 도구로 SARS-CoV-2의 돌연변이 모니터링

바이러스가 위험한 이유 중 하나는 돌연변이 능력을 갖추고 있기 때문이다. 바이러스는 또한 동물에서 인간으로, 혹은 그 반대로 이동하기도 한다. 그 사이 돌연변이가 발생하는데, 때때로 돌연변이가 발생하면서 감염률이나 사망률이 증가한다.

일부 바이러스는 돌연변이가 매우 빠르게 일어난다. 박테리아와 바이러스는 모두 특정한 환경적 힘에 노출됐을 때 돌연변이를 일으킨다. 박테리아는 특정한 속도로 진화할 수 있는 반면 바이러스는 살아있는 유기체를 감염시키면서 돌연변이를 일으킨다. RNA 바이러스는 돌연변이율이 가장 높은 바이러스인데, 여기에 속하는 것 중 하나가 인간 면역 결핍 바이러스, 즉 HIV다.

그 외에도 위나선균이라는 궤양 유발 박테리아, ssDNA 바이러스, 여러 박테리아, dsDNA 바이러스, 그리고 인플루엔자 및 코로나 바이러스가 빠른 돌연변이를 일으키는 바이러스로 꼽힌다. 반면 홍역을 일으키는 바이러스는 안정적인 구조로 인해 돌연변이 가능성이 낮기 때문에 백신이 잘 듣는다.

인간은 박테리아의 진화와 바이러스의 돌연변이를 촉진하는 유기체다. 이런 미생물은 사람 사이에 감염되고 순환하면서 점차 변한다. 박테리아와 바이러스는 사람 사이를 돌아다니며 인간을 빨리 파악하고 이에 적응해 변화한다.

멜버른대학 연구진이 개발한 COVID-3D는 SARS-CoV-2 바이러스의 게놈 변화를 모니터링할 수 있는 도구다. 이 도구는 약물 및 백신 제조업체가 코로나 19 바이러스의 돌연변이를 효과적으로 피하거나 극복하는 데 도움이 될 수 있다.

연구를 이끈 데이비드 아처는 "치료 약물의 설계 및 개발 단계에서 바이러스의 돌연변이와 단백질 구조 내에 축적되는 패턴 등을 알면 특정한 면역 반응을 생성하는 능력에 영향을 미칠 수 있다"고 설명했다. 과학자들이 바이러스를 통제하고 더 나아가 바이러스보다 한 발 앞서 치료약을 만들기 위해서는 바이러스 변화를 예측할 수 있어야 한다.

COVID-3D 도구는 12만 개 이상의 SARS-CoV-2 샘플에 대한 게놈 시퀀싱 데이터를 사용해 개발됐다. 샘플은 전 세계에서 코로나 19에 감염된 사람들로부터 수집됐다. 데이터에는 돌연변이 지점 또한 포함돼 있다. 다만 이런 돌연변이의 대부분은 실험 요법이나 백신의 효능과는 관련이 없다.

연구진은 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 단백질 구조에 대한 돌연변이의 영향을 분석 및 테스트했으며, 출력 데이터를 바이러스 게놈 내에서 발생 가능한 돌연변이의 모든 생물학적 영향을 계산하는 데 사용했다. 연구진은 향후 돌연변이를 예측하기 위해 SARS-CoV-2 및 Bat RaTG13과 관련된 다른 코로나 바이러스도 분석했다. 그 결과 향후 나타날 수 있는 돌연변이는 세포 복제 과정에서 자연적인 오류가 발생해 나타날 수 있다는 사실이 밝혀졌다.

자연적인 오류로 인해 SARS-CoV-2의 감염성, 생존성 및 독성이 향상될 수 있다. 다행히도 분석 결과 이번 신종 코로나 바이러스는 다른 알려진 바이러스에 비해 더 느린 속도로 변이하는 것으로 나타났다. 전문가들이 약물이나 백신에 변화를 주는 데 충분할 정도로 느린 속도다. 더 많은 환자의 샘플을 확인한다면 SARS-CoV-2의 변화에 대한 새로운 정보를 얻을 수 있을 것으로 기대를 모은다.