COVID-19 바이러스는 비교적 느리게 진화하지만 최근 일부 돌연변이는 중요한 영향을 미쳤습니다. 이러한 돌연변이 중 몇 가지는 바이러스의 스파이크 단백질에서 수용체 결합 도메인에 위치하고 있으며, 이는 바이러스가 인간 세포에 결합할 수 있게 해주는 부분입니다. 국제 연구팀이 이 중 하나의 돌연변이를 연구한 결과, 실험실 테스트에서 이 돌연변이가 바이러스가 면역 체계의 일부를 회피하게 하면서도 이전 균주의 감염성을 유지하게 한다는 것을 발견했습니다. 우려스러운 일이지만, 이 돌연변이가 바이러스가 면역 체계의 완전한 제어를 피할 수 있게 한다는 증거는 없습니다. 그러나 이는 향후 치료법이 저항성의 증가 가능성을 고려해야 함을 의미합니다.
국제 연구팀은 SARS-CoV-2 스파이크 단백질의 아미노산 변화인 N439K의 효과와 분자 메커니즘을 규명했습니다. 이 돌연변이를 가진 바이러스는 전 세계적으로 흔히 발견되며 빠르게 퍼지고 있습니다. 이 연구의 동료 검토된 버전은 1월 28일 Cell 저널에 게재될 예정입니다.
연구자들은 이 돌연변이를 가진 바이러스가 전염성과 감염 능력에서 일반적인 유형의 바이러스와 유사하지만, 인간 안지오텐신 전환 효소 2 (ACE2) 수용체에 더 강하게 결합할 수 있다는 것을 발견했습니다. 중요한 것은, 이 돌연변이가 일부 개인의 혈청 항체와 다수의 중화 단클론 항체에 대해 저항성을 부여한다는 것입니다. 여기에는 미국 식품의약국(FDA)에서 긴급 사용을 승인한 치료의 일부인 항체도 포함됩니다.
“이는 바이러스가 면역성을 회피하면서 감염 및 질병을 유발할 수 있는 능력을 유지하기 위해 면역 우세 도메인을 다양하게 변경할 수 있는 여러 방법을 가지고 있음을 의미합니다,”라고 연구의 주 저자인 Gyorgy Snell이 말합니다. 그는 Vir Biotechnology의 구조 생물학 수석 국장입니다. “이 조사에서 중요한 발견은 스파이크 단백질의 면역 우세 수용체 결합 모티프(RBM)에서 발견된 가변성의 정도입니다.”
최근에 등장한 영국 변종 B.1.1.7 및 남아프리카 변종 B.1.351이 더 많은 주목을 받고 있지만, N439K 돌연변이는 수용체 결합 도메인(RBD)에서 두 번째로 흔한 것입니다. N439K 돌연변이는 2020년 3월 스코틀랜드에서 처음 발견되었으며, 이후 두 번째 계통(B.1.258)이 다른 유럽 국가에서 독립적으로 발생하였고, 2021년 1월까지 전 세계 30개국 이상에서 발견되었습니다.
Cell 연구는 또한 N439K RBD의 X선 결정 구조를 보고합니다. Snell은 “우리의 구조 분석 결과, 이 새로운 돌연변이가 바이러스와 ACE2 수용체 간의 추가적인 상호작용을 도입한다는 것을 보여줍니다.”라고 말합니다. “단일 아미노산 변화(아스파라진에서 라이신으로)는 ACE2 수용체와의 새로운 접촉 지점을 형성할 수 있게 하며, 이는 결합 친화도가 두 배로 증가한 것과 일치합니다. 따라서 이 돌연변이는 ACE2와의 상호작용을 개선하고 항체 매개 면역을 회피하게 됩니다.”
연구자들이 N439K 돌연변이가 바이러스 복제를 변경하지 않는다는 것을 확인한 후, 항체 매개 면역 회피가 가능한지를 조사하기 위해 회복된 환자들로부터 440개 이상의 다클론 혈청 샘플과 140개 이상의 단클론 항체의 결합을 분석했습니다. 그들은 N439K 변이가 일부 단클론 항체와 혈청 샘플의 결합을 상당히 감소시킨다는 것을 발견했습니다. 특히, N439K 돌연변이는 FDA의 긴급 사용을 승인받은 두 가지 항체 칵테일의 일부로서 단클론 항체의 중화를 저항하도록 만드는 가짜 바이러스의 저항성을 허용했습니다. 연구자들은 이 문제를 해결하는 한 가지 방법이 RBD의 보존성이 높은 부위를 타겟으로 하는 항체를 사용하는 것일 수 있다고 말합니다. Snell은 “바이러스는 항체 반응을 회피하기 위해 여러 면에서 진화하고 있습니다,”라고 덧붙였습니다.
그는 SARS-CoV-2 변종 연구의 도전 중 하나가 현재 전체적으로 이루어지고 있는 제한된 시퀀싱 양이라고 지적했습니다. COVID-19 사례가 9천만 건 이상 기록되었지만, 시퀀싱된 바이러스 변종은 약 350,000건에 불과합니다. “이것은 겨우 0.4%에 불과하며, 빙산의 일각에 불과합니다,”라고 그는 말합니다. “이것은 광범위한 감시의 필요성, 돌연변이의 분자 메커니즘에 대한 자세한 이해, 그리고 오늘날 순환하고 있는 변종 및 미래에 등장할 변종에 대한 저항성 장벽이 높은 치료법 개발이 필요함을 강조합니다.”
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이 연구는 글래스고 대학교 바이러스 연구 센터의 Emma Thomson, David Robertson 교수 및 그들의 팀과 여러 추가 연구 그룹, COG-UK 컨소시엄의 협력으로 수행되었습니다.
