중동호흡기 증후군 (MERS, Middle East respiratory syndrome)의 백신을 테스트하기 위한 빠른 방법을 제공할 수 있는 코로나바이러스 (coronavirus)에 대한 인간수용체를 갖고 있는 실험쥐를 만들었다. 중동호흡기증후군의 병원체인 코로나바이러스는 DPP4단백질에 결합하여 인간세포에 감염된다. 이 중동호흡기증후군은 사우디아라비아에서 발생하여 180명 중에서 77명이 사망했으며 이 질병의 치료법은 개발되지 않고 있다. 하지만 과학자들은 최초로 이 질병에 대한 실험쥐모델을 만드는데 성공했으며 이것은 약물과 백신에 대한 빠른 테스트가 가능하게 되었다는 점을 의미한다. 중동호흡기 증후군에 취약한 실험쥐를 만드는데 사용된 방법은 앞으로 전세계적으로 확산될 수 있는 바이러스에 대한 실험쥐 연구를 빠르게 할 수 있을 것이다.

이 코로나바이러스는 폐의 세포 표면에 존재하는 DPP4라고 불리는 단백질에 결합하여 인간에게 감염된다. 하지만 이 실험쥐 모델에서 DPP4의 구조는 다르며 이 바이러스는 이 단백질에 결합하지 않는다. 이 바이러스는 마카크 원숭이와 마모셋 원숭이에 감염되어 약한 형태의 질병으로 발달했다. 연구자들은 백신과 약물을 테스트하기 시작했다. 하지만 원숭이를 대상으로 한 연구에는 많은 비용이 들어가고 연구속도도 느리다.

좀 더 실질적인 모델을 만들기 위해서 아이오와 시티에 위치한 아이오와 대학 (University of Iowa)의 미생물학자인 스탠리 펄맨 (Stanley Perlman)의 연구팀은 인간DPP4를 만드는 유전자를 실험쥐가 취약한 아데노바이러스 (adnovirus)에 삽입했다. 이 실험쥐는 독감 바이러스와 유사한 아데노바이러스를 흡입하여 폐로 들어가도록 했다. 일단 아데노바이러스가 폐의 세포에 침입하게 되면, 그 세포는 인간DPP4 단백질을 만들고 그 표면에서 발현되게 된다.

연구자들은 이 실험쥐가 MERS 코로나바이러스가 담긴 물방울을 흡입하도록 하면서 이 코로나바이러스는 인간 수용체에 결합되고 세포를 침입하기 시작했다. 지난 1월 29일 미국 워싱턴 DC에서 열린 미국미생물학회 (American Society for Microbiology)에서 펄맨은 “이 동물들은 바이러스를 담고 다니고 있었다”고 말했다. 이 동물의 면역시스템은 반응을 보였으며 MERS 바이러스를 공격하기 위해서 항체가 만들어졌다. 이 실험쥐는 아프거나 체중이 줄지 않았다. 이것은 아직 풀리지 않는 문제라고 펄맨은 말했다. 하지만 그는 인간 바이러스 질환이 약한 형태로 나타나는 것은 특이한 일이 아니라고 지적했다.

뉴욕 혈액센터 (New York Blood Center)의 바이러스 면역학자인 시보 지앙 (Shibo Jiang)은 이번 연구는 매우 인상적이며 MERS에 대한 소동물 모델이 필요했다고 말했다. 이번 학회에서 그는 연구팀이 DPP4에 결합하는 코로나바이러스의 표면에 막대구조를 발견한 후 MERS 백신 개발방법을 발표했다. 이 백신은 면역시스템을 활성화하는데 사용되었다. 지앙의 연구팀은 이 백신을 펄맨의 새로운 동물모델에 적용하여 테스트할 계획이다. 네덜란드의 로테르담에 위치한 에라스무스 병원 (Erasmus Medical Center)의 바이러스 학자인 바트 하그만스 (Bart Haagmans)는 좀 더 나은 동물모델은 이식유전체 DPP4실험쥐로 그 유전체에 DPP4가 결합되는 유전자를 갖고 있어야 한다고 말했다. 이를 통해서 연구자들은 모든 실험에서 아데노바이러스에 감염된 실험쥐를 피할 수 있을 것이다. 또한 아데노바이러스가 실험쥐와 인간에게서 폐의 동일한 종류의 세포를 표적으로 삼는지 여부는 알 수 없다고 말했다. 이것은 질병의 진전과 면역반응에 영향을 줄 것이다.

뉴욕 록펠러 대학 (Rockefeller University)의 바이러스 학자인 찰스 라이스 (Charles Rice)는 펄맨의 연구는 인간 DPP4단백질의 출현이 감염을 일으킨다는 것을 확인할 수 있었으며 이식유전자 실험쥐를 만드는데 어려움에 있어서 중요하다고 말했다. 지난 2011년에 라이스의 연구팀은 정맥을 통해서 인간유전자인자를 전달하는 아데노바이러스를 만들었으며 이것은 실험쥐에서 C형 간염 바이러스가 들어가는데 필요한 것이었다. C형 간염은 또한 이전에는 실험모델이 없었다. 펄맨은 그의 실험팀은 이식유전자 DPP4 실험쥐를 만들고 있으며 아마 몇 년의 시간이 걸릴 것이라고 말했다. 그는 비록 이러한 모델이 좀 더 확실해질 수 있겠지만 흡입된 아데노바이러스 방법은 이론적으로 공기를 통해 인간에게 감염되는 바이러스를 연구하는 실험쥐 모델에 사용될 수 있으며 몇 달 안에 만들 수 있을 것이라고 말했다.

출처: <네이처> 2014년 2월 2일 (Nature doi:10.1038/nature.2014.14634) / KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2014-02-05
원문참조:

Lu, L. et al. Nature Commun. 5:3067 (2014).
Dorner, M. et al. Nature 474, 208?211 (2011).