신종 코로나바이러스 감염증의 원인인 사스코로나바이러스-2의 RNA전사체를 세계 최초로 분석한 김빛내리(왼쪽)ㆍ장혜식 서울대 생명과학부 교수팀. 이번 연구는 계산생물학자인 장 교수의 기여가 결정적이었다. 장 교수는 제11회 홍진기 창조인상 과학부문 수상자이기도 하다. 변선구 기자

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국내의 대표적 노벨상 수상자 후보로 꼽히는 김빛내리(51) 서울대 생명과학부 교수가 이끄는 공동 연구팀이 신종 코로나바이러스(코로나19)의 RNA 전사체를 세계 최초로 분석해 공개하는 성과를 올렸다. 향후 코로나 바이러스의 고정밀 진단시약과 치료제 개발에 결정적 기여를 할 수 있을 것으로 기대된다.

기초과학연구원(IBS)은 RNA 연구단을 이끌고 있는 김빛내리 교수와 장혜식 생명과학부 교수(40ㆍIBS 연구위원 겸임) 연구팀이 질병관리본부와 공동 연구로 신종 코로나바이러스감염증(코로나19)의 원인인 사스코로나바이러스-2(SARS-CoV-2)의 고해상도 유전자 지도를 완성했다고 9일 밝혔다. 연구결과는 이날 세계적 국제학술지 셀 온라인판에 우선 게재됐다.

연구팀은 나노포어 직접 RNA 시퀀싱 등 두 종류의 차세대 염기서열 분석법을 활용해 사스코로나바이러스-2 바이러스의 유전체와 숙주세포로 침투해 생산한 RNA전사체를 모두 분석했다. 이로써 바이러스 유전자의 정확한 위치를 찾아내는 한편, 숨겨져 있던 RNA들과 여러 가지 RNA의 변형을 발견했다. 또 바이러스의 전사체(세포 안에서 생산된 RNA)가 어떻게 구성되어 있는지 이해할 수 있게 됐다. 사스코로나바이러스-2의 복잡하면서도 숨겨진 비밀들을 밝혀주는 지도를 제시한 셈이다. 유전체와 전사체에 대한 빅데이터를 생산하여 후속 연구를 위한 다양한 정보 또한 제공했다.

전자현미경으로 본 신종 코로나바이러스. [사진 미국국립알레르기·감염병연구소]

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사스코로나바이러스-2는 DNA가 아니라 RNA 형태의 유전자를 지니고 있다. 바이러스는 숙주세포에 침투해 유전정보가 담긴 RNA를 복제하는 한편, 유전체RNA를 바탕으로 다양한 하위 유전체 RNA를 만들어낸다. 이 하위 유전체는 스파이크와 외피 등 바이러스 입자구조를 구성하는 여러 단백질을 합성하며, 복제된 유전자와 함께 숙주세포 안에서 바이러스 완성체를 이룬다. 이후 세포를 탈출해 새로운 세포를 감염시킨다.

지난 1월 중국 상하이 공중보건임상센터등을 통해 사스코로나바이러스-2의 DNA유전체 정보가 처음 공개되면서 이를 바탕으로 DNA기반 진단키트가 개발됐지만, 유전체 RNA정보를 기반으로 유전자 위치를 예측하는 수준에 머물렀다. 김 단장 연구팀은 이번 연구에서 유전체RNA로부터 생산되는 하위유전체 RNA를 실험적으로 규명하는 한편, 각 전사체의 유전정보를 모두 분석해 유전체RNA 상에 유전자들이 어디에 위치하는지 정확하게 찾아냈다.

코로나19의 전파 원리. [그래픽 기초과학연구원]

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이번 연구성과에는 계산생물학자인 장혜식 교수와 질병관리본부의 기여가 결정적이었다. 장 교수는 지난달 16일 바이오아카이브에 완벽한 전사체와 후성전사체 지도를 세계 처음으로 올린 학자다. 학부에서 컴퓨터과학을 전공하고, 빅데이터 분석에 사용되는 프로그래밍 언어인 파이썬 개발의 주역 중 한 사람이다. 장교수는 자신의 전공을 이용해 통상 6개월 걸릴 이번 RNA전사체 분석을 3주만에 끝냈다. 질병관리본부는 지난 2월 연구팀에 불활성화된 코로나19 바이러스를 발빠르게 제공했다.

국제학술지 셀에서도 이례적으로 빠른 심사과정을 진행했다. 김교수팀이 셀에 논문 게재 신청을 한지 한달도 채 못된 9일 이례적으로 우선 게재했다.

김빛내리 단장은 “셀이 코로나19가 전세계적 대유행으로 번지고 있는 상황에서 서둘러 게재결정한 것”이라며 “이번 연구는 사스코로나바이러스-2에 대한 풍부한 정보와 세밀한 지도를 통해 바이러스의 증식원리를 이해하고 이를 바탕으로 향후 코로나 계열의 바이러스에 대한 더 정확한 진단키트와 새로운 치료 전략을 개발하는 데 기여할 것”이라고 말했다.

최준호 과학ㆍ미래 전문기자 joonho@joongang.co.kr

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