본교 융합생명공학과 권대혁 교수팀, 

바이러스가 스스로 죽게되는 나노퍼포레이터 개발

- 국제학술지 네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications) 1월 15일 자 게재 -

본교 생명공학대학 융합생명공학과 권대혁 교수 연구팀이 바이러스의 외막(envelope)*을 구멍 내어 죽이는 항바이러스제 개발에 성공했다.

* 외막(envelope) : 바이러스의 핵산을 감싸는 인지질 이중막으로서 세포 침투에 필요한 바이러스 단백질이 표면에 배열되어 있고, 세포막으로부터 분리되어 나왔다.

많은 동물 바이러스(인플루엔자 바이러스를 비롯한, HIV, MERS, 에볼라 등)는 외막으로 감싸져 있는데, 외막은 바이러스의 핵산을 보호하는 역할을 할 뿐만 아니라 세포 내 침투와 세포에서 바이러스가 탈출할 때에도 매우 중요하다. 비누로 손을 씻는 것만으로도 매우 효과적으로 바이러스 감염을 막을 수 있는 것도 인지질로 이루어진 외막 구조가 비누에 매우 약하기 때문이다. 이러한 이유 때문에 바이러스 외막을 표적으로 하면 다양한 바이러스에 대해 적용 가능한 강력한 항바이러스제를 개발할 수 있을 것으로 여겨져 왔다.

이에 연구팀은 바이러스가 스스로 자기의 외막에 선택적으로 구멍을 뚫어 죽게되는 나노 구조를 개발하였다. 인플루엔자 바이러스(독감 바이러스)를 모델로 한 본 연구에서 연구팀은 나노디스크라는 지질이중막 나노 구조가 바이러스 표면에 부착된 후 바이러스 외막과 막융합(membrane fusion)을 통하여 바이러스 외막에 구멍을 낸다는 사실을 발견하였다. 외막을 가진 모든 바이러스는 세포 침투를 위하여 막융합 단백질을 가지고 있는데, 독감 바이러스는 헤마글루티닌(hemmagglutinin)이라고 하는 막융합 단백질을 가지고 있다. 이 헤마글루니틴은 세포질로 독감 바이러스의 유전물질을 내보내기 위해 바이러스 외막과 세포 내 엔도좀 사이의 통로를 만드는 단백질이다. 나노디스크는 바이러스 외막과 막융합을 하여 바이러스의 핵산이 세포질이 아니라 엔도좀 안으로 분비되도록 한다는 사실을 발견하였다. 바이러스의 핵산이 엔도좀 안에 갇히게 되면 바이러스가 증식을 못하게 되고, 결국에는 세포가 바이러스 핵산을 분해해 버릴 수 있게 된다. 즉, 바이러스가 세포로 침투하기 위해 가지고 있는 단백질을 역이용하여 바이러스 스스로를 죽게 하는 기술을 개발한 것이다.

나노디스크는 ‘좋은 콜레스테롤’로 알려진 HDL(high density cholesterol)을 만드는 단백질인 아포리포단백질 A1 유래 단백질과 인지질로 만든 평면형 막구조이다. 인체 내에 매우 풍부하게 이미 존재하는 단백질이기 때문에 나노퍼포레이터는 이미 안전성이 검증되어 있다. 이 나노디스크에 바이러스에 대한 수용체를 삽입하면 바이러스의 막융합 단백질이 나노디스크와 바이러스 외막과의 막융합을 통하여 스스로의 외막에 구멍을 뚫고 결국에는 바이러스 구조가 파괴되는 것이다. 연구팀은 이러한 이유로 본 기술의 이름을 ‘나노퍼포레이터’라고 이름 붙였다.

권대혁 교수는 “항바이러스제를 개발하는 것은 매우 어려운 일이다. 본 연구에서는 사람한테 질병을 유발하는 많은 바이러스에 대한 항바이러스제를 개발할 수 있는 원리를 개발하였다는 데에 큰 의의가 있다”라며 “현재 삼성미래기술센터의 지원을 받아 독감 바이러스에 대해 실제 임상적으로 적용 가능한 나노퍼포레이터 개발에 대한 후속 연구를 진행 중”이며, “향후, 독감바이러스 뿐만 아니라 다양한 외막 바이러스에 대한 항바이러스제의 개발에 적용될 수 있는 기술”이라고 연구의 의의를 설명했다.

본 연구는 성균관대학교 공병재 박사와 문석오 박사과정생이 각각 제1저자와 공동 제1저자로 활약하였으며, 성균관대학교 정우재 교수, 연세대학교 성백린 교수 연구팀과의 공동연구로 이루어졌다.

이 연구는 삼성미래기술센터의 지원으로 수행되었다. 연구 결과는 재료 분야 국제학술지 네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)의 1월 15일 자에 온라인 게재되었다.

[그림 1] 나노퍼포레이터 구조와 인플루엔자 바이러스 감염억제 및 천공

[그림 2] 나노퍼포레이터와 바이러스의 동위율 측정과 나노퍼포레이터에 의한 vRNP의

세포핵으로의 이동율 저해에 대한 결과