팬데믹 종료 이끈 mRNA 백신…당시엔 정확한 기전 못 밝혀
김빛내리 교수 연구팀 '핵심 단백질군' 규명…"세계 최초"
K-백신 개발 단초
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IBS(기초과학연구원) RNA 연구단이 mRNA 백신의 작동원리를 세계 최초로 규명했다. /사진=게티이미지뱅크 |
우리나라의 강력한 노벨과학상 후보로 꼽히는 세계적 석학 김빛내리 IBS(기초과학연구원) RNA 연구단장(서울대 생명과학부 석좌교수, 이하 교수)이 그간 누구도 명확히 설명하지 못한 mRNA의 작동 원리를 세계 최초로 규명했다.
과학기술정보통신부는 김빛내리 교수 연구팀이 '외부 mRNA'가 몸에 들어갔을 때 생기는 생체 반응을 최초로 확인했다고 4일 밝혔다. 연구 결과는 저명 국제 학술지 '사이언스'에 이날 공개됐다.
하지만 이처럼 인공적으로 만든 mRNA가 몸속에 들어왔을 때 정확히 어떤 메커니즘에 의해 효능을 내는지에 대해선 밝혀진 바가 없었다.
지난 2일 서울대에서 열린 연구성과 브리핑에서 김 교수는 "mRNA가 세포 안에서 만들어지고 조절되는 원리는 수십 년간 심층적으로 연구됐지만, mRNA 백신처럼 외부에서 만들어 인체로 주입하는 '외부 RNA'가 몸에 들어가 어떤 반응을 일으키는지에 대해선 거의 연구되지 않았다"고 했다. 2020년 코로나 백신은 메커니즘에 대한 이해를 바탕으로 했다기보단, 여러 변형 염기를 실험한 결과 효능이 있는 것으로 확인된 염기를 사용했다는 것이다.
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2일 서울대에서 열린 연구성과 브리핑에서 연구 결과를 설명하는 김빛내리 IBS RNA연구단 단장(서울대 생명과학부 석좌교수) /사진=IBS |
연구팀은 이처럼 베일에 싸여있던 외부 RNA의 작동 원리를 처음으로 확인했다. 백신 효능의 핵심은 그간 알려지지 않았던 단백질 'TRIM25(트림25)'에 있었다.
연구팀은 먼저 변형하지 않은 일반 mRNA와 코로나 백신에 사용된 'N-1 메틸수도유리딘'이라는 변형 mRNA를 주입했다. 각 mRNA가 생체로 들어가면 형광 단백질을 만드는데, 형광의 활성화 정도를 확인해 mRNA의 기능을 도와주는 물질과 방해하는 물질을 구분할 수 있다.
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외부 mRNA가 체내로 주입될 때 생기는 반응을 설명하는 모식도 /사진=IBS |
우선 세포막 표면에 있는 '황산 헤파란' 분자는 mRNA를 감싼 지질나노입자와 결합해 입자가 빠르게 세포 속으로 들어올 수 있도록 도왔다. 이어 양성자 이온 펌프 'V-ATPase'가 소포체 내부를 산성화해 지질나노입자가 양전하를 띄도록 했다. 소포체는 단백질 형성이 이뤄지는 세포 내 작은 기관을 말한다. 소포체가 산성화되며 소포체의 막이 일시적으로 파열됐고, 깨진 틈으로 mRNA가 들어갔다.
이때 mRNA를 방해하는 단백질이 '트림 25'다. 트림 25는 mRNA를 '침입자'로 인식해 RNA를 제거했다. 트림 25는 소포체 막이 파열되며 방출된 양성자 이온에 의해 활성화되는데, 특히 외부에서 들어온 RNA에 특이적으로 결합해 RNA를 빠르게 절단하고 분해했다. 결국 2020년 개발한 mRNA 백신은 염기 변형을 통해 트림 25의 결합력을 약화해 RNA가 제거되지 않도록 하고, 이를 통해 백신 효과를 낸 셈이다.
김 교수는 "트림 25가 mRNA를 파괴하는 물질이라는 사실이 확인된 만큼, 트림 25를 회피하는 방법을 개발하면 향후 mRNA 백신의 안정성을 더욱 높일 수 있다"고 설명했다. 해외 연구팀이 개발해 특허를 보유 중인 기존 mRNA 염기 변형 기술이 아닌, 우리나라 고유의 염기 변형 기술을 개발할 실마리가 된다는 의미다. 이같은 기술은 곧 'K-백신(한국형 백신)' 개발의 기반이 된다.
김 교수는 "mRNA 백신을 맞으면 몸에서 무슨 일이 일어나는지에 대한 단순한 호기심에서 시작한 연구가 좋은 성과로 이어지게 됐다"며 "이번 연구는 RNA뿐만 아니라 면역, 세포 신호 분야에서도 새로운 연구 방향을 제시할 것"이라고 했다.
박건희 기자 wissen@mt.co.kr
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