신종 코로나에서 '고도 네트워크화 에피토프' 53개 확인 돌연변이 안 생기고, CD8 양성 T세포가 식별…백신 표적 요건 갖춰 미국 하버드의대 연구진, 저널 '셀'에 논문
바이러스의 '고도 네트워크화 에피토프(Highly networked epitopes)'는 유전적으로 주택의 지주나 들보와 비슷한 역할을 한다. 에피토프(항원 결정기)는 면역계의 항체, B세포, T세포 등이 식별하는 항원의 특정 부위를 말한다.
고도 네트워크화 에피토프는 다른 여러 부위와 연결돼 바이러스의 구조적 안정성을 높인다.
이런 에피토프에 돌연변이가 생기면 바이러스는 감염과 복제, 나아가 생존 자체를 위협받는다. 그래서 고도 네트워크화 에피토프는 '돌연변이가 잘 일어나지 않는(mutationally constrained)' 영역으로 꼽힌다.
바이러스의 고도 네트워크화 에피토프는 또 서로 같거나 거의 일치하는 경우가 많다.
변이 바이러스 아종뿐 아니라 같은 계열의 가까운 바이러스 간에도 그렇다. 이런 관점에서 고도 네트워크화 에피토프는 중화항체를 생성하는 백신의 이상적인 표적이다.
최근의 코로나 변이 전파 과정에서 드러났듯이 항체가 제 기능을 하려면 가능한 한 표적에 변이가 생기지 말아야 한다.
표적에 변이가 생긴다는 건 화살을 쏠 때 표적이 바람에 흔들리는 것과 비슷하다. 그런데 세포면역의 중심인 T세포의 잠정적 표적이 될 수 있는 신종 코로나바이러스(SARS-CoV-2)의 고도 네트워크화 에피토프 수십 개가 한꺼번에 발견됐다.
이 발견이 주목받는 건 현재와 미래의 코로나 변이를 모두 막을 수 있는 T세포 백신의 개발에 도움이 되기 때문이다.
돌연변이에 저항하는 에피토프를 표적으로 하는 T세포 백신이 개발되면 요즘 확산 중인 주요 코로나 변이(variants of concern)는 물론, 앞으로 나타날 미지의 코로나 변이도 방어할 수 있을 거로 과학자들은 기대한다.
이 연구는 미국 라곤연구소(Ragon Institute)의 가우라브 가이하(Gaurav Gaiha) 박사 연구팀이 수행했고, 논문은 저널 '셀(Cell)'에 최근 실렸다.
라곤연구소는 미국 하버드의대와 최대 수련병원인 MGH(매사추세츠 제너럴 호스피털), MIT(매사추세츠 공대) 등의 전문가들로 구성된 다학제(multidisciplinary) 면역치료 연구기관이다.
6일 미국 과학진흥협회(AAAS) 사이트(www.eurekalert.org)에 공개된 논문 개요 등에 따르면 하버드 의대 조교수로서 논문의 수석저자를 맡은 가이하 박사의 주 관심 분야는 원래 에이즈 바이러스(HIV) 감염 치료다.
가이하 박사팀은 HIV의 빠른 돌연변이에 대응하는 방법을 찾다가 '구조 기반 네트워크 분석(structure-based network analysis)'이라는 기술을 개발했다.
이번 연구에 앞서 에이즈 감염자의 CD8 양성 T세포가 식별하고 돌연변이가 잘 생기지 않는 HIV 에피토프를 확인한 것도 이 기술 덕이었다.
이번엔 코로나19(신종 코로나바이러스 감염증)에 이 기술을 적용해, 신종 코로나의 고도 네트워크화 에피토프 311개를 일차로 추려낸 뒤 인간 면역계의 다수 구성요소가 식별하고 많은 양이 존재하는 53개를 확정했다.
이들 에피토프는 돌연변이가 잘 생기지 않을 뿐 아니라 CD8 양성 T세포가 잘 식별해 T세포 백신 표적의 요건을 두루 갖췄다.
연구팀은 먼저 코로나19 회복 환자에게 T세포 반응을 일으키는 에피토프와 대조해 봤다.
그랬더니 이번에 신종 코로나에서 찾아낸 것과 같은 에피토프에 반응한 경우가 전체 조사 환자의 절반에 달했다.
또 영국발 알파(B.1.1.7), 남아공발 베타(B.1.351), 브라질발 감마(P1), 인도발 델타( B.1.617.2) 등 주요 코로나 변이의 유전자 염기서열을 분석한 결과, 새로 발견된 에피토프에 영향을 미친 돌연변이는 단 3개에 불과했다.
게다가 이들 에피토프가 인간의 면역계와 상호작용하는 능력을 훼손한 돌연변이는 하나도 없었다.
이들 에피토프를 표적으로 개발된 T세포 백신은 지금까지 나타난 주요 코로나 변이에 효과가 클 것임을 시사한다.
또 mRNA 방식의 코로나19 백신 접종자의 경우 돌연변이 저항 에피토프에 대한 T세포 반응이 코로나19 회복 환자보다 약하게 나타난다는 것도 확인됐다. 가이하 박사는 "현재 접종 중인 코로나19 백신이 강한 항체 방어를 제공하는 건 맞지만, 주요 변이가 계속 확산해도 같은 효과를 낼지는 알 수 없다"라고 말했다.