[데일리메디 신지호 기자] 전 세계적으로 다양한 방식의 코로나19 대응을 위한 시도가 추진 중인 가운데 기존 코로나19 항체치료제 단점을 보완한 ‘나노바디(Nanobody)’ 기술 이용 치료제 개발이 주목받고 있다.
나노바디 기술은 바이러스 병원성 단백질을 무력화시키는 중화 항체의 장점은 유지하면서 생산 어려움 및 비싼 가격 등의 단점을 극복할 수 있는 새로운 전략을 제시한다.
나노바디는 낙타과 동물(낙타, 라마, 알파카)에서 발견되는 단일 사슬 항체의 항원 인식 가변 부위(variable region)를 분리해 제조한다.
나노바디(~14kDa, 단일 도메인)는 일반적인 항체(~150 kDa, 12개 도메인)에 비해 구조가 단순하고 크기가 작아 구조적 안정성이 높고 정제와 생산이 용이하다.
또한 온도, 산성도 등 환경 요인에 대해 저항성이 강하며 단백질 엔지니어링을 통한 구조적, 기능적 변환 역시 상대적으로 용이해서 의학 및 산업적으로 높은 잠재적 활용성이 엿보인다.
지난해 11월부터 과학전문지 사이언스 지에는 나노바디 관련 몇편의 논문이 게재 됐었고 지난 1월 코로나19 바이러스 단백질을 표적으로 하는 ‘새로운 중화 나노바디’ 개발됐다는 논문이 게재됐다.
독일 본대학, 스웨덴 카롤린스카 연구소, 미국 일리노이 대학 연구팀이 참여한 다국적 연구팀은 코로나19 바이러스의 스파이크 단백질을 표적으로 하는 4종(VHH E, VHH U, VHH V, VHH W)의 중화 나노바디를 발굴하는데 성공했다.
라마와 알파카에 코로나19 바이러스의 스파이크 단백질(spike protein)의 수용체 결합 도메인(receptor-binding domain, RBD)을 주입하여 면역반응을 통해 나노바디 형성한 것이다.
또한, X-선 결정학 기법 및 극저온 전자 현미경(cryo-EM)을 통해 코로나19 바이러스 RBD, 스파이크 단백질과 중화 나노바디가 결합한 복합체 3차 구조를 규명했고 중화 나노바디가 바이러스 단백질이 실제 표적인 인간 수용체 단백질과 결합하는 것을 경쟁적으로 방해한다는 것을 확인했다.
연구팀은 나노바디의 연결체 제작을 통한 중화 효과 극대화를 확인했다.
연구팀은 두 종류 나노바디를 연결해서 결합력을 9~22배, 중화력을 63~119배 증가시킨 이중 나노바디 연결체를 제작했고 나노바디 연결체는 바이러스 스파이크 단백질 구조 변환을 차단해 수용체 단백질과의 결합 및 바이러스 칩입을 억제함을 확인했다.
코로나19 바이러스 스파이크 단백질을 조기 활성화(premature activation) 상태로 만드는데, 이는 바이러스가 인체세포 칩입에 필수적인 스파이크 단백질의 정상적인 단계적 구조 변환을 차단한 것이다.
또한 항원 인식기가 다른 나노바디/항체를 연결하는 것이 바이러스 중화 효과를 월등하게 향상시키는 새로운 전략임을 입증했다.
2020년 11월, 사이언스지에 나노바디 논문 두편 최초 게재 등 연구 활발
장청 미국 피츠버그대 약학과 교수팀은 지난해 11월 사이언스지에 단백질을 미세하게 설계해 실제 항체보다 크기는 10분의 1 수준으로 작으면서 적은 농도만으로 코로나19 바이러스를 억제할 수 있는 나노바디를 동물인 라마에서 발굴해 발표했다.
연구팀이 만든 나노바디는 온도에도 크게 영향을 받지 않았고 동결건조도 가능했으며 미생물로 생산할 수 있어 생산 가격도 저렴할 것으로 예측됐다.
또 이렇게 발굴한 나노바디를 여러 종 묶어 복합체를 만들어 투여하면 효과가 더 높다는 사실도 확인했다. 물방울 20방울에 해당하는 1mL에 나노바디를 0.06ng(나노그램. 1ng는 10억분의 1g)만 넣어도 바이러스 농도를 절반으로 억제할 수 있었다.
피터 월터 미국 샌프란시스코 캘리포니아대 교수팀 역시 비슷한 나노바디를 만들어 11월 사이언스에 공개했다.
연구팀은 효모를 이용해 바이러스 스파이크 단백질의 주요 부위(RBD)에 부착하는 나노바디를 만들고, 이를 극저온 현미경으로 관찰해 효율적으로 바이러스를 중화할 수 있다는 사실을 밝혔다.
신지호 기자 (
