코로나19 스파이크 단백질 3차원 구조 완성

[아이뉴스24 최상국 기자] 서울대를 중심으로 한 국제 공동연구팀이 코로나바이러스 스파이크 단백질의 전체 3차원 구조를 완성했다고 발표했다.

연구팀은 "코로나19 감염의 원인이 되는 SARS-CoV-2 바이러스의 표면에 있는 스파이크 단백질의 전체 구조에, 알려진 당 분자를 모두 붙이고, 바이러스 외피까지 포함한 시뮬레이션 시스템을 완성"하고 이를 출판전 논문 저장소인 '바이오아카이브'에 공개했다.

스파이크 단백질은 코로나19 바이러스의 표면에 붙어 있는 단백질로, 인체에 침입하는 첫 관문을 뚫기 위해 사용된다. 당 분자까지 포함된 스파이크 단백질의 전체 3차원 구조가 완성됨으로써 코로나19 예방과 치료 연구에 기여할 것으로 기대된다.

이번 연구에는 서울대학교 화학부 석차옥 교수팀과 미국 리하이 대학 임원필 교수팀, 영국 케임브리지 대학 트리스탄 크롤 박사가 함께 참여했다.

석차옥 교수는 "그동안 극초저온 현미경으로 밝혀낸 스파이크 단백질의 3차원 구조는 여러 부분이 불완전하고, 단백질 표면에 있어야 할 당 분자는 일부만 있으며, 단백질이 뿌리를 내리고 있는 바이러스 외피 구조는 밝혀져 있지 않았다"면서 "이번 연구결과를 바탕으로 스파이크 단백질이 어떻게 인체에 침입하는지, 이 단백질의 활동을 어떻게 억제할 수 있는지 등을 컴퓨터 가상실험으로 시뮬레이션할 수 있는 길이 열런 것"이라고 연구의 의미를 설명했다.

서울대학교 우현욱, 박태용 연구원은 극초저온 현미경 구조에서 시작해 스파이크 단백질 전체의 3차원 구조를 예측했다. 이 예측에는 서울대 화학부에서 자체 개발한 갤럭시(GALAXY) 단백질 분자 모델링 프로그램이 사용되었다.

케임브리지 대학 트리스탄 크롤 박사는 극초저온 현미경으로 얻은 전자밀도를 참고해 구조를 정밀화했으며, 리하이 대학 임원필 교수팀은 단백질 구조에 당 분자를 붙이고 바이러스 외피막의 구조를 만들었다.

당 분자와 바이러스 외피막을 포함한 스파이크 단백질의 전체 구조는 한국과학기술정보연구원(KISTI)의 슈퍼컴퓨터 누리온에서 분자 시뮬레이션을 돌려 안정성을 확인했다.

석차옥 교수는 "이 연구는 그동안 부정확한 부분이 있었던 스파이크 단백질 분자 시뮬레이션 연구를 위한 정확한 시작 구조를 완성한 것"이라고 설명하고 "현재 누리온을 통해 스파이크 단백질의 특성을 자세히 분석하기 위한 시뮬레이션을 추가로 진행하고 있다"고 전했다.

또한 "바이오아카이브를 통해 우선 공개한 것은 연구의 시급성을 감안해 전 세계 과학자들이 바이러스 치료제 개발 및 백신 연구에 활용할 수 있도록 한 것"이며 "최종 논문은 미국 물리화학 B 학술지에 표지논문으로 출판될 예정"이라고 밝혔다.

◇논문명 : Modeling and Simulation of a Fully-glycosylated Full-length SARS-CoV-2 Spike Protein in a Viral Membrane (doi.org/10.1101/2020.05.20.103325)