넥스트 코로나 팬데믹 대비, 코로나바이러스 종류별 감염 전략 비교 분석

코로나19, 메르스, 사스 바이러스의 차별화된 감염 전략을 비교 분석했습니다! 인간 기관지 오가노이드를 활용하여 4종 코로나바이러스가 각각 어떤 세포를 공격하고, 어떻게 증식하는지 밝혀냈습니다. 이 연구 결과는 차후 발생할 '넥스트 코로나 팬데믹' 대비에 중요한 단서가 될 것으로 기대됩니다. 

 

코로나바이러스 종류별 감염 전략 비교 분석

최근 코로나19 팬데믹은 전 세계적으로 막대한 피해를 입혔지만, 여전히 변종 바이러스나 신종 코로나바이러스의 등장 가능성은 여전히 존재합니다. 이러한 상황 속에서 과학자들은 차세대 팬데믹에 대비하기 위한 연구를 지속하고 있습니다. 특히, 코로나바이러스 종류별 맞춤형 치료 전략 개발은 중요한 연구 과제입니다.

최근 기초과학연구원(IBS) 한국바이러스기초연구소 신변종 바이러스 연구센터장 최영기 연구팀은 이주연 국립보건연구원 신종바이러스연구센터장 연구팀과 공동으로 인체에 감염을 일으키는 4종의 코로나바이러스, 즉 사스, 메르스, 코로나19, 감기 코로나바이러스의 감염 전략을 비교 분석하는 연구를 수행했습니다. 이 연구는 인간 기관지 오가노이드를 활용하여 각 바이러스가 공격하는 세포와 증식 방식을 밝혀냈습니다.

 

코로나바이러스의 다양성

본 연구는 코로나바이러스 종류별 특징을 이해하고, 이를 기반으로 차별화된 치료 전략을 개발하는데 중요한 기여를 할 것으로 기대됩니다. 또한, 향후 발생할 신종 코로나바이러스에 대한 대비에도 도움이 될 것으로 기대됩니다.

코로나바이러스는 호흡기와 소화기 감염을 유발하는 바이러스로, 현재까지 인간에 감염을 일으키는 것으로 알려진 코로나바이러스는 총 7종입니다. 이 중 대표적인 바이러스로는 2003년 사스 팬데믹을 일으킨 SARS-CoV, 2012년 메르스 발생을 야기한 MERS-CoV, 2019년 전 세계적인 팬데믹을 초래한 SARS-CoV-2 등이 있습니다. 이처럼 코로나바이러스는 다양한 종류가 존재하며, 각 바이러스는 서로 다른 특징을 가지고 있습니다.

 

인간 기관지 오가노이드 활용, 코로나바이러스 4종의 숙주세포 감염 메커니즘 비교

본 연구에서는 인간 기관지를 구성하는 주요 네 가지 세포인 기저세포, 클라라세포, 잔세포, 섬모세포가 온전하게 자라난 기관지 오가노이드를 제작하여 4종의 코로나바이러스를 감염시켰습니다. 연구 결과, 4종의 코로나바이러스 모두 감염 시 총 세포 수는 감소했지만, 호흡기 점액을 생성하는 잔세포의 수는 증가하는 것으로 나타났습니다. 이는 코로나바이러스 감염에 대한 숙주의 방어 반응으로 해석됩니다.

또한, 각 코로나바이러스가 주로 표적하는 기관지 세포에는 차이가 있었습니다. 감기 코로나바이러스는 클라라세포를 주로 감염시키는 반면, 사스와 코로나19 바이러스는 섬모세포를 주로 감염시켰습니다. 메르스 코로나바이러스의 경우 잔세포에 대한 현저한 감염 친화성을 보였습니다.

제1저자인 박동빈 박사후연구원은 “4종 중 감기 코로나바이러스는 감염시킨 세포의 수 자체는 가장 많았지만, 세포 내 바이러스 증식 정도는 가장 낮았다”며 “사스, 메르스, 코로나19와 달리 감기의 병원성이 낮은 이유”라고 설명했습니다.

 

바이러스별 감염 전략 및 숙주 반응

• 감기 코로나바이러스: 감기 코로나바이러스는 클라라세포를 주로 감염시키고, 소포체에서 유래하는 부적절한 단백질에 대항하는 반응(Unfolder Protein Response pathway)을 통해 바이러스 증식을 저해하는 것으로 나타났습니다. 또한, 감염 시킨 세포의 수는 가장 많았지만, 세포 내 바이러스 증식 정도는 가장 낮았습니다. 이는 감기의 병원성이 낮은 이유를 설명해주는 근거가 될 수 있습니다.
• 사스 코로나바이러스: 사스 코로나바이러스는 섬모세포를 주로 감염시키고, 숙주 세포의 인산화 반응을 통해 바이러스 증식에 필요한 에너지를 조절하여 증식을 저해하는 것으로 나타났습니다.
• 메르스 코로나바이러스: 메르스 코로나바이러스는 잔세포에 대한 현저한 감염 친화성을 보였으며, 세포 내 점액 생산을 조절하여 바이러스 증식을 저해하는 것으로 나타났습니다.
• 코로나19 바이러스: 코로나19 바이러스는 섬모세포를 주로 감염시키고, 세포 내 중요한 신호 전달자인 칼슘 이온을 매개한 방어 기작을 활성화하여 바이러스 증식을 저해하는 것으로 나타났습니다.

▲ 감기 코로나바이러스(HCoV-OC43), 사스 코로나바이러스(SARS-CoV), 메르스 코로나바이러스(MERS-CoV), 코로나19 바이러스(SARS-CoV-2) 등 4종 바이러스 감염 후 세포 변화를 보여주는 현미경 이미지.

 

연구의 중요성

본 연구는 코로나바이러스 종류별 감염 전략과 숙주 반응을 비교 분석한 최초의 연구입니다. 이 연구 결과는 다음과 같은 중요한 의미를 지닙니다.

• 코로나바이러스 종류별 특징 이해: 본 연구는 각 코로나바이러스가 공격하는 세포와 증식 방식을 밝혀냄으로써, 코로나바이러스 종류별 특징을 이해하는데 중요한 기여를 했습니다. 이는 향후 새로운 코로나바이러스가 등장했을 때 신속하게 대응하는데 도움이 될 것으로 기대됩니다.
• 차별화된 치료 전략 개발: 본 연구 결과는 코로나바이러스 종류별 특징을 바탕으로 차별화된 치료 전략을 개발하는데 중요한 단서를 제공합니다. 예를 들어, 메르스 코로나바이러스의 경우 잔세포를 표적으로 하는 치료 전략이 효과적일 수 있으며, 코로나19 바이러스의 경우 칼슘 이온 신호 전달 경로를 차단하는 치료 전략이 효과적일 수 있습니다.
• 차세대 팬데믹 대비: 본 연구는 코로나바이러스 종류별 감염 전략과 숙주 반응을 이해함으로써, 차세대 팬데믹 발생 시 신속하고 효과적인 대응 전략을 수립하는데 기여할 것으로 기대됩니다.

연구 결과는 2024년 4월 9일 국제학술지 ‘의학바이러스저널(Journal of Medical Virology)’온라인판에 게재됐습니다.

 

논문/저널/저자: Differential beta-coronavirus infection dynamics in human bronchial epithelial organoids / Journal of Medical Virology (2024) 
Dongbin Park, Se-Mi Kim, Hobin Jang, Kanghee Kim, Ho young Ji, Heedong Yang, Woohyun Kwon, Yeonglim Kang, Suhee Hwang, Hyunjoon Kim, Mark Anthony B. Casel, Issac Choi, Jeong-Sun Yang, Joo-Yeon Lee, Young Ki Choi

 

맺음말

코로나19 팬데믹은 전 세계적인 위기를 초래했지만, 과학자들의 끊임없는 노력으로 팬데믹 상황을 점차적으로 극복하고 있습니다. 하지만 여전히 변종 바이러스나 신종 코로나바이러스의 등장 가능성은 존재하며, 이에 대한 대비는 여전히 중요한 과제입니다.

본 연구는 코로나바이러스 종류별 감염 전략과 숙주 반응을 비교 분석함으로써 차세대 팬데믹 대비에 중요한 단서를 제공했습니다. 또한, 코로나바이러스 종류별 특징을 바탕으로 차별화된 치료 전략을 개발하는데 기여할 것으로 기대됩니다.

앞으로도 과학자들은 지속적인 연구를 통해 코로나바이러스에 대한 이해를 높이고, 더 나은 치료법과 예방법을 개발해나가야 할 것입니다. 또한, 정부와 국제 사회는 과학 연구를 지원하고 협력을 강화하여 차세대 팬데믹을 효과적으로 대비해야 할 것입니다.

 

 

 

출처: 기초과학연구원

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