연구원들은 원자 수준에서 다양한 변종의 SARS-CoV-2-ACE2 돌연변이 메커니즘을 분석합니다.

코로나19의 비밀 밝히기: 획기적인 연구를 통해 바이러스의 진화와 확산 뒤에 숨은 복잡한 생체 역학이 밝혀졌습니다. 리처드 파인만(Richard Feynman)은 다음과 같이 유명하게 말했습니다. "생물이 하는 모든 일은 원자의 진동과 진동의 관점에서 이해될 수 있습니다." 이번 주 Nature Nanotechnology 저널은 바이러스와 인간 사이의 경계면에서 단백질 원자의 행동을 분석하여 코로나바이러스와 그 변종의 진화를 밝히는 획기적인 연구를 발표했습니다.

"SARS-CoV-2-ACE2 변종 인터페이스의 단일 분자 힘 안정성"이라는 제목의 이 논문은 3개국 6개 대학 연구자 간의 국제 협력의 결과입니다.

이 연구는 전 세계적인 유행병으로의 진화의 핵심 요소인 코로나바이러스의 기계적 안정성에 대한 중요한 통찰력을 제공합니다. 연구팀은 바이러스 내 생화학적 결합의 생체역학적 특성을 탐구하기 위해 고급 컴퓨터 시뮬레이션과 자기 핀셋 기술을 사용했습니다. 그들의 결과는 다양한 바이러스 균주의 기계적 안정성의 주요 차이점을 밝히고 이러한 차이가 바이러스의 공격성과 확산에 어떻게 기여하는지 강조합니다.

세계보건기구(WHO)는 미국에서만 100만 명 이상을 포함해 전 세계적으로 거의 700만 명이 코로나19로 사망했다고 보고했습니다. 따라서 이러한 기계적 특성을 이해하는 것은 효과적인 개입과 치료법을 개발하는 데 중요합니다. 연구팀은 이 전염병의 분자적 복잡성을 이해하는 것이 향후 바이러스 발생에 대응하는 능력의 핵심이라고 강조합니다.

심층 연구에서 생물물리학 조교수 Rafael C. Bernardi, Marcelo Melo 박사, Priscila Gomes 박사가 이끄는 Auburn University 팀은 강력한 컴퓨터 분석 기능을 사용하여 연구에서 핵심적인 역할을 했습니다. 그들의 작업은 GPU 컴퓨팅을 위해 NVIDIA HGX-A100 노드를 활용했으며 바이러스 동작의 복잡한 측면을 밝히는 데 중요했습니다.

Bernardi 교수는 중국 국립자연과학재단 직업상을 수상했습니다. 그는 독일 LMU의 Gaub 교수, 네덜란드 위트레흐트 대학의 Lipfert 교수와 긴밀히 협력하고 있습니다. 그들의 전문 지식은 여러 분야에 걸쳐 있으며 SARS-CoV-2 바이러스 제제에 대한 포괄적인 이해로 정점을 이룹니다. 그들의 연구는 바이러스-인간 경계면의 균형 잡힌 결합 친화력과 기계적 안정성이 항상 상관관계가 있는 것은 아니라는 점을 보여 주며, 이는 바이러스 확산과 진화의 역학을 이해하는 데 중요한 발견입니다.

또한 연구팀은 자기 핀셋을 사용하여 다양한 바이러스 균주에서 SARS-CoV-2:ACE2 인터페이스의 힘 안정성과 결합 역학을 연구하여 돌연변이 예측 및 치료 전략 조정에 대한 새로운 관점을 제공했습니다. 이 방법은 인간의 호흡기를 시뮬레이션하는 조건에서 인간 세포로 진입하는 주요 지점인 ACE2 수용체에 대한 바이러스의 결합 강도를 측정한다는 점에서 독특합니다.

연구팀은 알파(Alpha), 베타(Beta), 감마(Gamma), 델타(Delta), 오미크론(Omicron) 등 코로나19의 모든 주요 변종은 원래 바이러스보다 인간 세포에 더 강력하게 결합하지만 알파 변종은 특히 안정적이라는 사실을 발견했다. 이는 코로나19에 대한 면역력이 없는 사람들 사이에서 이 바이러스가 그렇게 빨리 퍼지는 이유를 설명할 수 있습니다. 이번 발견은 또한 베타(Beta)와 감마(Gamma)와 같은 다른 변종들이 특정 면역 반응을 회피하는 데 도움이 되는 방식으로 진화해 왔으며, 이는 이전 감염이나 예방접종으로 인해 사람들이 어느 정도 면역력을 갖고 있는 영역에서 이점을 줄 수 있음을 시사합니다.

흥미롭게도 전 세계적으로 우세한 델타 및 오메클론 변종은 면역 방어를 회피하고 더 쉽게 퍼질 수 있는 특성을 나타냅니다. 그러나 반드시 다른 변종보다 더 강력하게 결합되는 것은 아닙니다. 베르나르디 교수는 “이번 연구는 일부 코로나19 변종이 다른 변종보다 더 빨리 퍼지는 이유를 이해하는 데 도움이 되기 때문에 중요하다”며 “바이러스의 결합 메커니즘을 연구함으로써 어떤 변종이 더 널리 퍼질 가능성이 있는지 예측하고 이에 대처할 준비를 할 수 있다”고 말했다.

이 연구는 바이러스 병인을 이해하는 데 있어 생체역학의 중요성을 강조하고 바이러스 진화와 치료법 개발에 대한 과학적 연구를 위한 새로운 길을 열었습니다. 이는 주요 건강 문제를 해결하는 데 있어 과학 연구의 협력적 성격을 보여줍니다.