바이러스 백신 성능 높이는 방법을 찾았다

IBS 김빛내리 단장팀, RNA 염기서열 'K5' 찾아내
K5가 바이러스 RNA 분해되는 속도 느리게 만들어
단백질이 증가해 많아질수록 면역작용 잘 일어나

RNA. 게티이미지 제공

[파이낸셜뉴스] 기초과학연구원(IBS) RNA 연구단 김빛내리 단장팀이 mRNA 백신이나 유전자치료제의 효능을 지속시키고 성능을 높일 수 있는 방법을 찾아냈다. 연구진은 바이러스의 RNA 안정성과 단백질 생산을 증가시키는 RNA 염기서열 'K5'를 찾아내고 그 메커니즘을 밝혀내 생물학분야의 세계 최고의 학술지 '셀(Cell)'에 6일 발표했다.

이번 연구의 핵심은 RNA가 오래 살아남는 원리를 발견한 것이다. 일반 RNA의 끝단에는 꼬리가 하나만 있어 쉽게 분해되지만, K5 서열을 이용하면 꼬리가 두개 생기면서 RNA가 분해되지 않고 오랫동안 지속된다.

이번 연구에 참여한 정수진 선임연구원은 "우선 바이러스 RNA의 안정성이 향상됐다는 것은 RNA가 분해되지 않고 오래 버틸 수 있다는 것을 의미한다"고 설명했다. 또 정 연구원은 "mRNA에 백신 같은 경우 RNA를 넣어주면 그 RNA로부터 바이러스 단백질이 만들어지는데, 단백질이 증가해 많아질수록 면역작용이 잘 일어난다"고 말했다.

연구진은 바이러스가 가지고 있는 RNA 안정화와 단백질 생산에 기여하는 조절 서열을 찾는데 집중했다. 지금까지 인간에게 감염된다고 알려진 모든 바이러스 중 대표적인 바이러스 143종을 선별했다.

이후 143종의 바이러스 RNA 서열을 일정한 길이로 잘라 수백종의 바이러스 RNA를 동시에 분석할 수 있는 대량 시퀀싱 기술을 이용해 총 9만개를 분석했다. 각각의 바이러스 서열들을 세포에 넣어 RNA 안정성과 단백질 생산 증가 여부를 살펴본 결과, 총 16개의 서열을 찾아냈다. 그리고 16개 중 그효과가 가장 뛰어난 서열을 찾아내 'K5'라고 이름을 붙였다.

김빛내리 RNA 연구단장

K5는 에이치바이러스의 3말단에 위치한 서열이다. 에이치바이러스는 단일가닥 RNA를 가지고 있으며, 전세계에 널리 퍼져 있지만 약한 장염 정도만 일으킨다. 의학적으로 심각하지 않은 바이러스로 분류돼 거의 연구가 이뤄지지 않았다.

연구진은 K5 서열이 특정 복합체를 이루는 단백질로 RNA에 RNA 끝단에 아데닌(A) 염기로 이뤄진 꼬리와 함께 구아닌(G), 시토신(C), 우라실(U) 등이 섞인 혼합꼬리를 만들어냈다. 이를 통해 RNA가 분해되지않고 단백질을 많이 생산하도록 돕는다는 사실을 밝혀냈다. 이 혼합꼬리로 인해 RNA 분해 속도가 느려져 RNA 안정성이 높아진 것이다.

이후 연구진은 유전자 치료제에서 유전물질을 세포로 운반하는데 쓰이는 '바이러스 벡터'에 삽입해 성능을 실험했다. 그 결과, 바이러스 벡터의 유전자 전달 효과가 크게 증가했다.

또한 mRNA 백신에 삽입하면 mRNA가 안정화되고 오랫동안 많은 양의 단백질이 생산됐다.

김 빛내리 단장은 "이번 성과는 고병원성 바이러스에만 집중하는 기존의 접근 방식으로는 이루기 어려운 성과"라고 설명했다.

그러면서 "현재 경미한 바이러스라도 향후 심각한 바이러스로 진화할 수 있으므로, 편향 없이 다양한 바이러스를 연구하는 것이 중요하다"고 강조했다.

[e-mail] 김만기 기자