국내 연구진이 코로나19 치료제 개발에 핵심 단초가 될 유전자 지도를 완성했다. 주인공은 국내 과학자 중 노벨상 수상 가능자로 자주 거론되는 김빛내리 서울대 생명과학부 교수가 단장을 맡은 연구팀이다.

10일 기초과학연구원(IBS) RNA연구단에 따르면 김빛내리 단장・장혜식 연구위원(서울대 생명과학부 교수) 연구팀은 질병관리본부 국립보건연구원과의 공동 연구를 통해 코로나바이러스감염증-19의 원인인 사스코로나바이러스-2(SARS-CoV-2)의 고해상도 유전자 지도를 완성했다.

◆ 코로나19 바이러스의 비밀 풀 지도 완성…치료제 개발 가속 기대

연구팀은 두 종류의 차세대 염기서열 분석법(나노포어 직접 RNA 시퀀싱, 나노볼 DNA 시퀀싱)을 활용해 사스코로나바이러스-2가 숙주세포 내에서 생산되는 RNA전사체를 모두 분석했다. 사스코로나바이러스-2의 전체 구성, 유전자 위치 등 전반적인 것을 파악할 수 있는 지도를 그려낸 셈이다.

사스코로나바이러스-2는 DNA가 아니라 RNA 형태의 유전자를 지니고 있다. 바이러스는 숙주세포에 침투해 유전정보가 담긴 RNA(유전체 RNA·genomic RNA)를 복제하는 한편 유전체RNA를 바탕으로 다양한 '하위유전체 RNA(subgemomic RNA)'를 생산(전사)한다.

이 하위유전체는 바이러스 입자구조를 구성하는 여러 단백질(스파이크, 외피 등)을 합성하며 복제된 유전자와 함께 숙주세포 안에서 바이러스 완성체를 이룬다. 이후 세포를 탈출하여 새로운 세포를 감염시킨다. 숙주세포 안에서 생산된 RNA의 총합을 '전사체(Transcriptome)'라 한다.

기존 연구에서도 바이러스의 유전체 정보가 보고되기는 했다. 하지만 유전체RNA 정보를 기반으로 유전자의 위치를 예측하는 수준에 머물렀다.

반면 이번 김 단장 연구팀은 유전체RNA로부터 생산되는 하위유전체RNA를 실험적으로 규명하는 한편, 각 전사체의 염기서열(유전정보)을 모두 분석해 유전체RNA 상에 유전자들이 어디에 위치하는지 정확하게 찾아냈다는 성과를 거뒀다.

아울러 기존 분석법으로는 확인되지 않았던 RNA들을 찾고, 바이러스의 RNA에 화학적 변형(최소 41곳)이 일어남을 발견했다. 또 기존에는 하위유전체RNA 10개가 있다고 알려져 있었지만, 이번 실험으로 그중 9개의 하위유전체RNA만 실제로 존재함을 확인했다. 나머지 하위유전체RNA 1개에 대한 기존 예측과 다르게 실제로는 존재하지 않는 것으로 확인되었다. 연구팀은 세포 내에서 생산되는 RNA 수십여 종을 추가로 발견했다. 또 융합, 삭제 등 다양한 형태의 하위유전체 RNA 재조합도 빈번하게 일어남을 확인했다.

이처럼 바이러스의 정보를 정확하고 구체적으로 파악함에 따라 치료제 개발도 속도가 붙을 전망이다. 진단 기술도 보다 정확하게 발전할 수 있을 것으로 보인다. 또 변형이나 재조합 등에 대한 예측도 가능해지기 때문에 관련된 추가 연구에도 다양하게 활용될 수 있다.

김 단장은 "이번에 사스코로나바이러스-2 각 전사체의 정량을 정확하게 파악했으며, 이를 토대로 진단용 유전자증폭기술(PCR)을 개선할 수 있을 것"이라며 "이번 연구는 사스코로나바이러스-2 유전자에 대한 풍부한 정보와 세밀한 지도를 제시함으로써 바이러스의 증식원리를 이해하고 새로운 치료전략을 개발하는 데 기여할 것"이라고 말했다.

▲사스코로나바이러스-2의 유전체RNA 및 하위유전체RNA 구성, 바이러스 입자 구조의 모식도. [제공=IBS]

◆ 김빛내리 교수, 매년 노벨상 후보로 거론…'셀'도 이례적 신속 게재  

이번 연구는 9일(한국시간) 생명과학 분야 권위지인 셀 온라인에 게재됐다. 셀은 이례적으로 빠른 심사과정을 진행했다. 김 교수 연구팀이 논문 게재 신청을 한지 한달도 걸리지 않아 우선 게재한 것이다. 연구논문은 현재 교정 작업 중이지만 미리 인터넷에 공개했다.

▲김빛내리 IBS RNA 연구단장(공동교신저자) [사진=IBS]

이는 코로나19 사태가 전세계적으로 심각하다는 상황 판단에 기인한 것으로 보인다. 아울러 김 교수가 그동안 쌓아놓은 연구업적도 신속 게재를 가능케 했다는 평가도 있다.

김 교수는 줄기세포와 암세포에서 RNA 기능을 규명, 네이처·사이언스·셀 등 세계 최상위 학술지에 10여 편의 논문을 게재하며 세계적 주목을 받았다. 노벨상 수상 기간이 되면 국내 과학자 중 빠지지않고 후보로 거론되는 인물이기도 하다. 지난해 재단이 선정한 '노벨상에 근접한 한국인 과학자 17인'에도 이름을 올렸다.

지난 2007년 김 교수는 여성 과학자들의 노벨상이라고 불리는 로레알 유네스코 세계 여성과학자상을 수상했다. 이어 2009년에는 40세의 나이로 호암 의학상을 수상, 역대 수상자 중 가장 젊은 수상자로 이름을 올렸다.

암을 극복한 과학자로도 유명하다. 김 교수는 지난 2007년 위암 선고를 받았지만 약물치료로 병마를 떨쳐냈다. 이후 연구실로 복귀해 본인의 연구 인생을 막으려 했던 암을 정복하기 위해 연구에 더욱 힘을 쓰고 있다.