인간세포에 감염을 일으키기 위해서 HIV는 돌기부분을 이용해서 세포표면에 갈고리처럼 걸게 된다. 만일 연구자들이 이 과정을 막을 수 있는 방법을 찾게 된다면 오랫동안 기다려온 백신을 개발하는 길을 열 수 있게 된다. 하지만 이러한 입자 작살의 구조 (외피당단백질, envelope glycoprotein으로 알려졌으며 비공식적으로는 HIV 삼합체, HIV trimer로 알려졌다)를 다룬 논문이 발표된 여름 이후에 논쟁이 일어났다. 현재 문제가 되고 있는 연구가 발표된 후에 두 개의 논문이 최근 발표되었다. 그리고 이들 논문들은 모두 초기 분석과는 차이가 있다는 사실에 대해서 합의하고 있으며 초기에 발표된 논문의 철회를 주장하고 있다.
네덜란드 라이덴 대학 (Leiden University)의 구조생물학자인 마린 반 힐 (Marin van Heel)은 “나는 이전 논문에 대해서 큰 비중을 두지 않는다. 이 논문들은 데이터를 발표한 것이 아니라 많은 것을 숨기고 있다. 그리고 논문을 철회하지 않았다. 그 다음 단계는 이 새로운 구조에 대한 것”이라고 말했다. 이전 논문의 주저자인 보스턴의 다나-파버 암연구소 (Dana-Farber Cancer Institute)의 구조생물학자인 유동 마오 (Youdong Mao)는 새로운 데이터의 발표를 환영하지만 그의 연구의 신뢰성이 떨어지는 것은 아니라고 밝혔다. 그는 “우리의 연구팀은 우리의 초기 연구에 확실하게 근거하고 있다”고 밝혔다.

좀 더 높은 화상도를 가지고 HIV의 표면 단백질의 삼차원 구조를 재정의하는 것은 과거 십 년 동안 연구의 목표였다. 이러한 지식은 백신 디자인에 도움을 줄 수 있기 때문이다. 이들 단백질은 유전적으로 불안정하기 때문에 구조생물학자들은 시각화를 통해 돌연변이를 안정화하려고 했으며 액화질소를 이용해서 그 구조를 냉동시키려고 했다. 이러한 이미징 기술은 동결전자현미경 (cryo-electron microscopy, cryo-EM)이라 부른다. 이 단백질의 구조를 둘러싼 논쟁은 6월 초에 시작되었다. 당시에 마오의 연구팀은 동결전자현미경을 통해 6 옹스트롬의 화상으로 재구성했으며 그 결과를 학술지 <Proceedings of the National Academy of Sciences>지에 발표했다 (Mao, Y. et al. 2013). 이 연구에 의하면, 이 고리의 끝은 그 중간에 동공이 존재하는 것처럼 보였다.

하지만 미국 국립암연구소 (National Cancer Institute)의 스리람 섭라마니암 (Sriram Subramaniam)을 포함한 일부의 과학자들은 이 연구결과에 동의하지 않는다. 이들은 이 연구팀이 뒤에 공유했던 10개의 이미지에서도 바이러스 입자가 나타나지 않는다고 주장했다. 섭라마니암은 “이 이미지에는 아무것도 없다. 이것은 어디에 왈도(Waldo)가 있는가? 어디에 입자가 있지?라고 묻는 것과 같다”고 말했다. 영국 캠브리지의 MRC 분자생물학연구소 (MRC Laboratory of Molecular Biology)의 구조생물학자인 리처드 헨더슨 (Richard Henderson)에 의하면, 마오의 연구팀은 평균 5,000개 이상의 입상 이미지를 통해서 결과를 얻었을 것이며 이것을 좀 더 낮은 화상의 참고모델에 정렬했다. 비록 이 참고방법은 동결전자현미경에 광범위하게 사용되고 있지만 존재하지 않는 입자의 허상을 만들었을 가능성이 있다.

이후 <PNAS>지에 발표된 논문에서 헨더슨은 백색소음 (white noise)의 1,000개 이미지를 정렬해서 아인슈타인의 얼굴을 재현할 수 있다고 지적했다 (Henderson, R. 2013). 그는 이러한 의도하지 않은 오류는 이 연구에서 나타날 수 있다고 의심하고 있다. 하지만 마오는 이에 대한 대응에서 “참조물 편견을 피하기 위해서 특정한 조치를 취했다”고 말했다 (Mao, Y., Castillo-Menendez, L. R. & Sodroski, J. G. 2013). 하지만 마오의 연구팀은 그의 비판자들과 함께 전체 데이터세트와 방법을 공유하지 않고 있기 때문에 정확하게 어떤 일이 있었는지 알 수 없다. 헨더슨은 “우리는 완전히 그들의 연구가 넌센스라는 것을 입증하지는 못했다. 하지만 나는 개인적으로 이번 연구가 넌센스라고 믿어 의심치 않고 있다”고 말했다.

지난 11월 23일에 섭라마니암의 연구팀은 자신의 동결전자현미경을 이용해서 단백질 표면을 재구성한 연구논문을 학술지 <Nature Structural and Molecular Biology>지에 발표했으며 이 논문에서 완전히 다른 구조를 밝혀냈다(Bartesaghi, A., Merk, A., Borgnia, M. J., Milne, J. L. S. & Subramaniam, S. 2013). 이 논문에서 갈고리의 중심부에 동공을 발견하기 보다는 세 가지 나선형 구조물 (송곳모양의 구조)이 비활성화 상태에서 갈고리 안에 숨겨져 있었다. 이 표면 단백질은 인간면역시스템의 세포 표면과 접촉할 때 이 갈고리의 외부 요소는 이들 나선형 구조물 주변에 회전고리 형태였으며 독감바이러스에서 볼 수 있는 것과 유사한 방식으로 침입을 준비하고 있었다. 현재 <사이언스>지에 발표된 두 개의 연구를 통해서 동결전자현미경과 X선 결정학을 이용해서 좀 더 세부적으로 이 표면단백질을 설명하고 있다 (Julien, J.-P. et al. 2013; Lyumkis, D. et al. 2013). 그 결과는 섭라마니암의 발견을 좀 더 지지하고 있다.

이번 <사이언스>지에 발표한 논문의 저자인 캘리포니아 라호야 (La Jolla)의 스크립스 연구소 (Scripps Research Institute)의 구조생물학자인 앤드류 워드 (Andrew Ward)는 “이것은 백신 디자인에 대한 사고를 바꾸는 프레임이다. 현재 우리는 면역시스템이 보는 것을 좀 더 잘 볼 수 있다. 그래서 좀 더 나은 가설과 디자인을 할 수 있다”고 말했다. <네이처>지와의 이메일 인터뷰에서 마오는 그는 새로운 데이터의 발표를 반기고 있다고 밝혔다. 하지만 이 구조의 차이는 단순히 자신들의 기술에서 나타나는 오점 때문이 아니라 이미지를 위한 공학적 조작과정의 차이 때문이라고 주장했다. 그는 “이 당단백질의 구조에 대한 완전한 이해는 과학자들이 각기 다른 맥락에서 잡힌 각기 다른 스냅사진을 얻어야 할 필요가 있으며 이들을 모두 연결해야 한다”고 말했다.

이 논쟁의 결과로서 구조생물학자들은 유전자 염기서열 데이터처럼 가공되지 않은 현미경 사진의 발표가 표준화되기를 바라고 있다. 섭라마니암은 그가 찍은 4,713장의 사진을 모두 공개했으며 이것은 전례 없는 사례이다. 반 힐은 “우리는 이번 사건에서 배울 것이 많다. 그리고 좀 더 나은 질을 조절하기 이해서 데이터세트 증거를 개선할 수 있는가를 보아야 한다”고 말했다.

출처: <네이처> 2013년 11월 3일 (Nature doi:10.1038/nature.2013.14071) / KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2013-11-06
원문참조:
Mao, Y. et al. Proc. Natl Acad. Sci. USA 110, 12438?12443 (2013).
Henderson, R. Proc. Natl. Acad. Sci. USA http://dx.doi.org/10.1073/pnas.1314449110 (2013).
Mao, Y., Castillo-Menendez, L. R. & Sodroski, J. G. Proc. Natl Acad. Sci. USA http://dx.doi.org.10.1073/pnas.1316666110 (2013).
Bartesaghi, A., Merk, A., Borgnia, M. J., Milne, J. L. S. & Subramaniam, S. Nature Struct. Mol. Biol. http://dx.doi.org/10.1038/nsmb.2711 (2013).
Julien, J.-P. et al. Science http://dx.doi.org/10.1126/science.1245625 (2013).
Lyumkis, D. et al. Science http://dx.doi.org/10.1126/science.1245627 (2013).
Earl, L. A., Lifson, J. D. & Subramaniam, S. Trends in Microbiology 21, 397?404 (2013).