진단키트·치료제 개발에 기여 전망, 세계적 학술지 온라인판 게재
국내 연구진이 세계 최초로 코로나19를 발생시키는 사스코로나바이러스-2(SARS-CoV-2)의 고해상도 유전자지도를 완성했다. 향후 코로나 바이러스 진단시약과 치료제 개발에 기여를 할 수 있을 것으로 기대된다.
기초과학연구원은 지난 9일, RNA 연구단 김빛내리 교수와 서울대 생명과학부 장혜식 교수 연구팀이 질병관리본부 국립보건연구원과의 공동연구를 통해 이 같은 성과를 냈다고 밝혔다.
이전에도 바이러스 유전자 지도가 만들어졌지만 인체 세포에 들어가 실제로 만들어내는 유전자까지 정확하게 확인한 것은 이번이 처음이다. 연구결과는 이날 세계적 국제학술지 셀 온라인판에 게재됐다.
연구팀은 ‘나노포어 직접 RNA 시퀀싱’ 등 차세대 염기서열 분석법을 활용해 사스코로나바이러스-2 바이러스의 유전체와 숙주세포로 침투해 생산한 RNA전사체를 모두 분석했다. 이를 통해 바이러스 유전자의 정확한 위치를 찾아내고 숨겨져 있던 RNA들과 최소 41곳에 바이러스 RNA의 화학적 변형이 일어남을 발견했다.
이와 함께 바이러스의 전사체가 어떻게 구성되어 있는지 이해하고 바이러스 유전자들이 유전체 상 어디에 위치하는지를 정확히 파악하였다. 이로써 사스코로나바이러스-2의 숨겨진 유전자 비밀을 밝힐 수 있는 지도를 확보한 것이다. 또 연구팀은 이번 연구에서 유전체와 전사체에 대한 빅데이터를 생산하여 후속 연구를 위한 다양한 정보를 제공했다.
사스코로나바이러스-2는 DNA가 아닌 RNA 형태의 유전자를 가지고 있다. 바이러스는 숙주세포에 침투해 유전정보가 담긴 RNA를 복제하고 유전체의 RNA를 바탕으로 다양한 하위 유전체의 RNA를 생성해 낸다. 이렇게 생성된 하위 유전체는 스파이크, 외피 등 바이러스 입자구조를 구성하는 단백질을 합성하며 복제된 유전자와 함께 숙주세포 안에서 바이러스 완성체를 이룬다. 이후 세포를 탈출해 새로운 세포를 감염시키는 것이다.
앞서 지난 1월, 중국 상하이 공중보건임상센터 등이 사스코로나바이러스-2의 DNA유전체 정보를 처음 공개했다. 이를 바탕으로 DNA에 기반한 진단키트가 개발됐지만 이는 유전체 RNA정보를 기반으로 유전자 위치를 예측하는 수준에 그쳤다.
김 교수 연구팀은 이번 연구에서 유전체RNA로부터 생산되는 하위유전체 RNA를 실험적으로 규명하고 각 전사체의 유전정보를 모두 분석해 유전체RNA 상에 유전자들이 어디에 위치하는지 정확하게 찾아냈다.
또 이번 연구에는 국내 최초로 도입한 ‘나노포어 직접 RNA 시퀀싱’이라는 염기분석법을 활용했다. 이를 통해 연구님은 매우 긴 사스코로나바이러스-2의 RNA 염기서열을 절단하지 않고 통째로 직접 분석하고 바이러스 RNA에서 메틸화와 같은 화학적 변형도 발견했다.
이번 연구의 성과에는 계산생물학자인 장혜식 교수의 기여가 결정적이었다. 장 교수는 지난달 16일, 세계 최초로 완벽한 전사체와 후성전사체 지도를 바이오아카이브에 올리기도 했다. 컴퓨터과학을 전공한 그는 빅데이터 분석에 사용되는 프로그래밍 언어인 파이썬 개발의 주역이기도 하다. 장교수는 자신의 전공을 활용해 통상 6개월이 소요되는 RNA전사체 분석을 3주 만에 끝낼 수 있다.
국제학술지 셀도 이례적으로 빠른 심사과정을 진행해 이번 논문을 우선 게재했다. 연구팀이 논문 게재를 신청하고 우선 게재까지 한 달이 채 지나지 않았다. 김 교수는 “셀이 코로나19가 전세계적 대유행으로 번지고 있는 상황에서 서둘러 게재를 결정했다”며 “이번 연구는 사스코로나바이러스-2에 대한 세밀한 지도와 정보를 제시함으로써 바이러스의 증식원리를 이해하고 이를 토대로 향후 코로나 계열 바이러스의 진단키트와 치료 전략을 개발에 기여할 것”이라고 말했다.
