코로나19 바이러스인 SARS-CoV-2를 표적으로 하는 실험용 펩타이드가 고안됐다. 매사추세츠공과대학(MIT) 연구팀은 컴퓨터 모델링을 사용해 이 실험용 펩타이드가 병원균에 부착돼 바이러스를 무력화한다는 것을 확인했다.

MIT 연구팀의 컴퓨터 모델링 기법에 따르면, 펩타이드가 SARS-CoV-2에 부착된 뒤 결합해 병원균을 파괴했다. 펩타이드의 결합 속성은 ACE2 수용체 때문인데, 이는 바이러스가 인간 세포를 감염시키기 위한 필수 요건이다.

코로나19 억제할 수 있는 새로운 펩타이드

MIT 연구팀은 컴퓨터 모델과 효소를 활용해 바이러스를 무력화할 단백질을 구성했다. SARS-CoV-2 연구 핵심 중 하나는 스파이크 단백질이다. 스파이크 단백질은 인간 세포 표면에 있는 ACE2 수용체가 필요하다. 스파이크 단백질이 부착되면 숙주 세포 내부를 해제해 바이러스에 취약한 상태로 만든다. 이때부터 바이러스는 감염된 세포의 시스템을 장악해 더 많은 병원균을 만들 수 있게 된다.

MIT 연구팀은 항체와 같은 일을 하는 펩타이드를 고안했다. 연구팀은 효과적인 펩타이드를 만들기 위해 단백질의 상호작용을 시뮬레이션 할 수 있도록 훈련된 컴퓨터 모델을 활용했다. 또한, 유전자 편집도구인 크리스퍼(CRISPR)용 효소를 개선하는 데 적용되는 유사 컴퓨터 모델도 사용했다. 새로 개발된 효소는 DNA 염기서열 중 70%를 표적으로 삼을 수 있으며, 가장 일반적인 크리스퍼 효소의 기능보다 10% 이상 더 효과적인 것으로 확인됐다.

펩타이드 개발은 SARS-CoV-2가 결합하는 인간 ACE2 단백질부터 시작됐다. 인간 단백질을 미세하게 분해하기 위해 컴퓨터 모델을 사용했다. 이후, 스파이크 단백질과 분해된 인간 단백질의 상호작용을 분석했고, 그 결과를 확인한 후 펩타이드의 3가지 특성을 최적화할 수 있도록 컴퓨터 모델을 훈련했다.

첫 번째 최적화는 스파이크 단백질의 결합 친화도를 강화하는 것으로 SARS-CoV-2가 단단하게 결합할 수 있게 했다. 두 번째는 다른 코로나바이러스의 스파이크 단백질에 대한 결합 친화도를 강화하는 것이었다. 펩타이드를 임상 환경에서 적용할 경우, 기존에 알려진 코로나바이러스와 알려지지 않은 코로나바이러스를 해결하기 위해 사용할 수 있기 때문이다. 셋째, ACE2 수용체와 관련된 인간 단백질인 인테그린(integrin)과 펩타이드가 강력하게 결합되지 않도록 최적화했다.

3가지 최적화 작업 결과 25가지 펩타이드 후보군을 만들 수 있었으며, 25가지 모두 E3 유비퀴틴접합단백질(E3 ubiquitin ligase)과 결합됐다. 연구팀은 결합 펩타이드들을 인간 세포에서 테스트해 돌기 단백질의 일부인 수용체 결합 부위(RBD)에서 발현하게 했다. 펩타이드 중 최고 후보는 23 아미노산 펩타이드로 세포의 RBD 부위 중 약 20%를 분해했다. 하지만 효능은 본래 ACE2 단백질에 미치지 못했다. 기존 ACE2 단백질은 RBD 단백질을 30%까지 분해할 수 있다.

연구팀은 후보 펩타이드의 기능을 개선하기 위해 다시 컴퓨터 모델을 적용해 펩타이드의 23개 위치에 있는 다양한 아미노산을 대체한다면 그 효과를 얼마나 증대할 수 있는지 분석했다. 분석 결과, 돌연변이 펩타이드가 RBD 단백질 50% 이상을 분해할 수 있다는 것을 확인했다. 이 돌연변이 펩타이드의 또 다른 주요 특성은 그 크기에 있다. E3 유비퀴틴접합단백질과 결합하더라도 그 길이는 단지 아미노산 200개 정도일 뿐이었다. 또한, 이 펩타이드의 유전자 코드는 아데노 관련 바이러스를 사용해 인체에 무해하게 전달할 수 있다.

 

코로나바이러스를 사용하지 않더라도 직접 주입 방법을 통해 유전자 코드를 전달할 수도 있다. 펩타이드를 인체에 전달해 SARS-CoV-2의 스파이크 단백질과 결합하면, 바이러스는 불능화되고 세포는 바이러스를 이물질로 인식해 파괴할 수 있다.

MIT 연구팀은 현재 돌연변이 펩타이드를 SARS-CoV-2 감염자 세포에 테스트할 계획을 세우고 있다.  

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