나노기술 및 정책 정보

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COVID-19 대유행을 일으키는 SARS-CoV-2 바이러스는 코로나 바이러스 계열의 여러 다른 바이러스 중 하나임. 이들 중 다수는 박쥐와 같은 동물 집단에서 순환하고 있으며 SARS-CoV-2와 마찬가지로 인간 집단으로 전이할 가능성이 있음.

데이비드 볼티모어 생물학 및 생명 공학 교수 파멜라 볼크만(Pamela Björkman) 실험실의 연구원들은 미래의 전염병 예방을 목표로 다양한 관련 코로나 바이러스에 대한 백신을 개발하고 있음.

이제 대학원생 알렉스 코헨(Alex Cohen)이 이끄는 칼텍(Caltech) 팀은 최대 8가지 유형의 코로나 바이러스 조각이 부착된 단백질 기반 60-서브유닛 나노입자를 설계함. 이 백신을 생쥐에 주입하면 나노입자에 나타나지 않은 유사한 바이러스를 포함하여 다양한 코로나 바이러스에 반응하는 항체 생성을 유도함.

모자이크 나노입자라고 하는 이 백신 플랫폼은 옥스포드 대학의 공동 연구자들에 의해 처음 개발됨. 나노입자는 60개의 동일한 단백질로 구성된 케이지 모양이며, 각 단백질에는 벨크로 조각처럼 작동하는 작은 단백질 태그가 있음. 코헨과 그의 팀은 서로 다른 코로나 바이러스(스파이크 단백질이 감염에서 가장 큰 역할을 함)의 스파이크 단백질 조각을 가져 와서 각각 케이지에 있는 단백질 태그 벨크로 조각의 나머지 절반)를 갖도록 설계함. 이러한 바이러스 조각을 나노입자 케이지 구조와 함께 혼합하면 각 바이러스 태그가 케이지의 태그에 달라 붙어 나노입자가 표면에 서로 다른 코로나 바이러스 균주를 나타내는 스파이크를 표시함.

이 입자 플랫폼을 사용하여 8개의 서로 다른 코로나 바이러스 스파이크 단편(수용체 결합 도메인 또는 RBD로 알려짐)을 표시하면 다양한 항체 반응이 생성됨. 단일 유형의 바이러스에서만 조각을 제공하는 기존 백신 방법에 비해 이점이 있음. 접종 후 마우스에 의해 생산된 항체는 다양한 코로나 바이러스 균주에 반응할 수 있었음.

중요한 것은 항체가 나노입자에 존재하지 않는 관련 코로나 바이러스 균주에 반응한다는 것임. 이것은 면역계에 여러 가지 다른 코로나 바이러스 변종을 제시함으로써 면역계가 코로나 바이러스의 공통된 특징을 인식하는 방법을 배우고, 따라서 새로운 코로나 바이러스 (단지 SARS-CoV-2 변종이 아닌)에 잠재적으로 반응할 수 있음을 시사함.

팀은 여전히 이 현상의 기저를 연구하고 있지만 결과는 유망함. 다음 단계는 면역이 이러한 항체를 만드는 동물의 바이러스 감염 및 감염 증상을 예방하는지를 조사하는 것임.

코헨은 “만약 우리의 나노입자 기술에 의해 유도된 면역 반응이 실제로 감염으로 인한 질병으로부터 보호한다는 것을 보여줄 수 있다면, 우리는 이 기술을 인간 임상 시험으로 발전시킬 수 있기를 희망한다”며 “우리는 이 방법론이 기존 백신을 대체 할 것이라고 생각하지 않지만, 미래의 새로운 바이러스 위협에 직면할 때 많은 도구를 준비하는 것이 좋다”고 말함.

볼크만은 “안타깝게도 SARS-CoV-2는 전염병을 일으키는 마지막 코로나 바이러스가 아닐 것”이라며 “알렉스의 결과는 주입된 나노입자에 나타나지 않은 코로나 바이러스 균주에 대해서도 다양한 중화 항체 반응을 일으킬 수 있음을 보여준다. 따라서 우리는 이 기술이 인간에게 교차하는 미래의 동물 코로나 바이러스로부터 보호하는 데 사용될 수 있기를 희망한다. 또한 나노입자는 SARS-CoV-2에 대한 중화 반응을 이끌어 현재 이를 사용해 COVID-19 및 전염병 가능성이 있는 다른 코로나 바이러스로부터 보호할 수 있다”고 설명함.

본 연구는 Science ("Mosaic nanoparticles elicit cross-reactive immune responses to zoonotic coronaviruses in mice")에 게재됨.