우세종 된 오미크론, 전파력이 센 구조적인 이유

이 기사는 2022년01월24일 15시34분에 팜이데일리 프리미엄 콘텐츠로 선공개 되었습니다.

[이데일리 김진호 기자]코로나19 변이 바이러스인 오미크론(Omicron)에 대한 국내 주간 검출률이 처음으로 50%를 돌파했다. 지난해 11월 처음 등장한 오미크론이 사실상 코로나19의 우세종으로 자리매김한 것이다. 최근 오미크론이 사람의 수용체에 결합하는 상호과정을 분자 수준에서 구조적으로 분석한 연구가 처음으로 나왔다. 이를 활용하면 더 강력한 오미크론용 백신을 만들 수 있다는 전망이 나온다

왼쪽부터 오미크론의 스파이크 단백질(보라색)과 사람의 안티오텐신전환효소(ACE)-2 수용체(파랑)가 결합한 구조의 앞면과 뒷면의 모습이다.(제공=브리티시컬럼비아대학교)

일부 돌연변이가 추가결합 형성해 전파력 높였다

지난 20일 시리암 수브라마니암 캐나다 브리티시컬럼비아대 교수 연구진이 오미크론에서 발생한 돌연변이가 사람 세포와 추가적인 화학결합 능력을 생성해 전파력을 높인다는 연구 결과를 국제학술지 ‘사이언스’에 발표했다.

코로나19를 일으키는 사스코로나바이러스(SARS-CoV)-2 표면에는 돌기 형태의 스파이크 단백질이 있으며, 그 위에는 퓨린 절단 부위가 위치한다. 스파이크 단백질은 감염시킬 숙주세포 표면에 있는 수용체 단백질인 ‘안티오텐신전환효소(ACE)-2’ 와 결합해 침투 여건을 조성한다. 이후 스파이크 단백질 위에 퓨린 절단 부위가 숙주세포의 퓨린 단백질을 자르면, 이 바이러스의 유전자가 숙주세포로 들어가 증식할 수 있게 된다.

연구진은 극저온전자현미경(cryo-EM)을 활용해 오미크론의 스파이크 단백질과 ACE-2와 결합하는 구조 등을 분석했다. cryo-EM은 바이러스나 단백질 등 생체 분자를 수용액에 넣은 뒤 영하 200도 이하의 극저온 상태로 얼려 관찰하는 기법이다. 이를 통해 오미크론의 스파이크 단백질에는 중국 우한에서 나타난 초기 SARS-CoV-2의 것과 다른 돌연변이 부위가 37개 존재하며, 이 중 15개는 ACE2와 결합하는 부위에서 발생한 것을 확인했다. 델타 변이가 가진 전체 스파이크 단백질 돌연변이 수(7개)와 ACE2 결합 관련 돌연변이 수(2개)보다 각각 약 5배, 7배씩 많은 것이다.

연구진은 특히 R493과 S496, R498 등이라 명명된 일부 돌연변이 부위는 기존 변이 바이러스에 없었던 것들이며, 이들이 사람의 ACE2와 강한 화학적 수소 결합을 형성하는 것을 확인했다. 수브라마니암 교수는 “몇 개의 돌연변이는 구조적 결합력을 낮췄지만, 그보다 많은 돌연변이가 사람의 수용체에 더 잘 붙도록 진화했다”고 설명했다.

김호민 KAIST 의과학대학원 교수는 “과거에 진행된 여러 구조적 연구는 코로나19 바이러스만을 대상으로 했다”며 “하지만 이번 연구는 오미크론의 스파이크 단백질과 사람의 ACE2가 상호작용하는 과정을 구조적으로 함께 확인해 의미가 있다”고 말했다.

오미크론의 스파이크 단백질 위에 있는 37개의 돌연변이다(왼쪽). 이중 사람의 수용체 단백질인 ‘안티오텐신 전환효소(ACE)-2’에 결합하는 부위에서 발생한 15개의 돌연변이다(오른쪽).(제공=브리티시컬럼비아대학교)

“구조 알아야 오미크론에 특이적인 백신 제작 가능해”

연구진은 오미크론의 항체 회피 능력을 측정하는 실험도 병행했다. ‘백신을 접종하지 않은 코로나19 확진자(68명)’와 ‘감염 이력이 없고 백신을 2차까지 접종한 사람(30명)’ 등 총 98명의 항체가 든 혈청을 오미크론과 기존 SARS-CoV-2 등에 처리해 그 회피하는 능력을 비교한 것이다.

그 결과 확진자로부터 얻은 항체가 오미크론을 중화하는 능력은 다른 코로나19 관련 바이러스 대비 평균 6.3배 낮았다. 2차 접종자에서 얻은 항체의 중화 능력 역시 오미크론에서 평균 4.4배 감소했다. 사람이 획득한 여러 항체에 대한 오미크론의 회피 능력이 다른 코로나19바이러스보다 향상됐다는 의미다.

김 교수는 “우리가 코로나19에 대항하기 위해 만든 항체를 회피하는 능력이 향상된 것도 오미크론이 우세종으로 자리잡을 만큼 크게 전파되는데 기여한 것으로 판단된다”고 설명했다.

한편 오미크론이 우세종으로 자리잡으면서 이에 대응할 백신 제작의 필요성도 점차 높아지고 있다. 지난해 12월 미국 제약사인 화이자나 모더나 등은 알려진 유전자 서열에 기반해 100일 안에 오미크론용 백신을 만들 수 있다고 자신한 바 있다.

김 교수는 “유전자 서열만 알고 있는 상태에서 만든 오미크론용 백신과 구조까지 알고 만든 것은 성능 면에서 차이가 크다”며 “결합 과정을 구조적으로 조명한 이번 연구 결과를 적용해 오미크론의 특이적인 백신을 만들 전략을 마련할 수 있을 것”이라고 말했다.