연구성과

‘생명 장승기 교수팀’ 코로나19도, 새로운 전염병도 ‘15분 안에’ 진단한다

2020-03-19 1,853

– 압타머 이용 바이러스 감염 신속 진단기술 개발
– 코로나19 진단법 개발 시작…치료제 개발에도 활용될 것으로 기대

중국 우한으로부터 시작된 코로나19가 전 세계를 위협하며 세계보건기구(WHO)는 신종플루 이후 11년만에 팬데믹을 선언했다. 이처럼 전염성이 높고 치명적인 새로운 전염병이 발생하면, 바이러스의 감염자를 신속하게 찾아내 감염자를 다른 사람들로부터 분리하는 등 방역 조치가 필요하다. 여기서 무엇보다 중요한 것은 바이러스 감염 여부를 신속하게 진단하는 것이다.

POSTECH 연구팀이 ‘분자집게(molecular capture)’의 일종인 압타머(핵산물질)를 이용해 15분 만에 바이러스 감염 여부를 판별할 수 있는 진단법을 개발했다. 신종 바이러스에 모두 활용할 수 있는 이 방식은 검진뿐만 아니라 치료에도 활용할 수 있을 것으로 기대를 모은다.

생명과학과 장승기 교수, 권준영 박사 그리고 나라얀(Narayan)박사 연구팀은 ㈜압타머사이언스와 함께 새로운 압타머(aptamer) 발굴방법(viro-SELEX)을 개발하고, viro-SELEX를 이용하여 높은 민감도(sensitivity)와 특이도(specificity)로 15분 이내에 인플루엔자 바이러스의 감염 여부를 판별할 수 있는 신속 진단법을 개발했다. 이 연구성과는 관련 분야의 저명한 학술지인 ‘저널 오브 바이오메디컬 나노테크놀로지(Journal of Biomedical Nanotechnology)’와 ’Analyst (영국 왕립화학회지)‘에 잇달아 게재됐다.

바이러스 진단검사법에는 분자진단법, 항원/항체법, 세포배양법이 있다. 현재 사용되고 있는 코로나19 진단법은 분자진단법인데, 민감도가 매우 높지만 검체를 전문 분석기관에 보내 분석해야 하고, 6시간 이상의 분석시간이 걸리며, 비용도 상당히 높다. 세포배양법은 시간이 너무 오래 걸리고 (2~4주) 대용량 검사를 하기에는 적절하지 않다. 그리고 아직 항원/항체를 이용한 코로나19 바이러스의 진단법은 개발되어 있지 않다. 안타깝게도, 아직 코로나19의 경우 검체를 채취한 현장에서 바로 진단하는 실시간 진단법은 개발되어 있지 않다.

압타머는 DNA나 RNA로 이루어진 핵산물질로서 간단한 저분자 화합물에서 단백질 같은 고분자 물질에 이르는 다양한 표적에 대하여 높은 특이도(specificity)와 결합력(affinity)으로 결합하는 분자 집게의 일종이다. DNA 압타머는 안정성이 높아 운반과 보관이 쉽다. 그리고 염기서열만 알면, 저렴한 생산비용으로 대량으로 합성할 수 있어 항체를 대체할 소재로 여겨지고 있다.

압타머는 셀렉스(SELEX)*1라는 과정을 통해 발굴되는데, 바이러스의 경우 표적으로 사용되는 외피 단백질이 막단백질(membrane protein)이기 때문에 기존의 SELEX 방법으로는 압타머를 발굴하기 어려웠다.

연구팀은 막단백질을 따로 분리 정제하는 대신에, 배큘로 바이러스(baculovirus)*2를 재조합하여 이 바이러스의 외피에 표적 단백질을 가지도록 만들었다. 이렇게 재조합된 바이러스를 분리 정제하여 SELEX에 사용하는 ‘바이로-셀렉스(viro-SELEX)’ 방법을 개발했다.

이 방법을 기반으로 연구팀은 인플루엔자 바이러스의 외피 단백질(HA)에 작용하는 새로운 압타머를 발굴해냈다. 또한, 표적 단백질(HA)의 서로 다른 부위에 결합하는 압타머 쌍을 이용하여 임신 진단 키트처럼 색깔의 변화만으로 바이러스 감염 여부를 진단할 수 있는 진단 키트를 개발하는 데 성공했다. 이 장비를 이용하면 감염 여부를 확인하는 데 15분이면 충분하다.

장승기 교수는 “새로 개발한 viro-SELEX 방법을 이용하면 코로나19 바이러스의 표피 단백질(spike protein)에 높은 특이도와 결합력을 가진 압타머를 발굴할 수 있다”며 “이 압타머들을 이용하여 신속진단 키트를 곧바로 만들 수 있으며, 발굴한 압타머들이 코로나 바이러스의 외피 단백질에 결합하면 바이러스가 건강한 세포로 감염되는 것을 막을 수 있는데, 이처럼 압타머를 이용하면 치료제로도 사용할 수 있을 전망”이라며 기대감을 드러냈다.

한편, 연구팀은 세계 최초로 국가공인(KFDA 승인)된 압타머를 이용한 진단법(폐암)을 개발한 ㈜압타머사이언스와 공동으로 코로나19에 대한 진단법 개발을 시작했다. 그리고 코로나19는 물론 사스, 메르스와 같은 신종 바이러스에 대한 진단 및 치료제를 빠르게 개발할 수 있는 플랫폼 구축이 목표다.
 


1. 셀렉스(SELEX, Systematic Evolution of Ligands by EXponential Enrichment)
시험관 내 인공진화법(in vitro evolution)이라고도 한다. 단백질 표적 분자에 높은 친화력으로 결합할 수 있는 기능성 핵산을 얻기 위한 기법이다.

2. 배큘로 바이러스(baculovirus)
곤충에 감염하는 바이러스로써 인체에 무해하며, 단백질을 대량생산하는데 흔히 이용되는 바이러스이다.