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문석오
문석오(Seokoh Moon) 저자 이메일 보기
성균관대학교
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Virucidal nano-perforator of viral membrane trapping viral RNAs in the endosome

1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드

인플루엔자는 매년 세계적으로 많은 사람들에 감염되고 사망을 야기하는 질병입니다. 백신 접종을 통해 예방을 할 수 있긴 하지만 낮지 않은 백신 가격이나 잘못된 예측으로 인한 백신 예방실패의 두려움 때문에 아직도 많은 사람들이 해마다 인플루엔자로 인해 고통을 겪고 있습니다. 타미플루 같은 치료약을 통한 치료도 가능하지만 최근 타미플루에 대한 부작용의 사례나 타미플루에 저항성을 가진 인플루엔자 바이러스 발견이 보고되고 있습니다. 이에 새로운 인플루엔자 바이러스 치료제의 필요성이 크게 대두되고 있습니다.

인플루엔자 바이러스는 높은 돌연변이율 때문에 새로운 치료약물에 대한 저항성 종이 비교적 빠르게 발생합니다. 현재 개발된 여러 치료제 중, 1세대 약물인 adamantane 계열 약물에 대해 대부분의 인플루엔자 바이러스가 저항성을 갖고 있으며, 현재에도 빠르게 2세대 약물인 oseltamivir(타미플루) 계열 약물에 대한 내성균들이 보고되고있습니다. 따라서 이러한 높은 돌연변이율에 대항할 수 있는 치료제가 필요한 실정입니다.

본 연구는 나노 크기의 평평한 인지질 이중층 형태를 띄고 있는 나노디스크라는 구조체에 인플루엔자가 결합하는 수용체를 삽입하여 만든 나노퍼포레이터를 통하여 바이러스 외막을 천공하여 viral RNP(vRNP)의 용출을 통해 바이러스의 감염을 저해할 수 있다는 것을 보고하였습니다. 플라크 형성 측정법과 세포병변효과 감소 측정법을 통하여 인플루엔자 H1N1 바이러스만 처리했을 때, 대조군에 비하여 나노퍼포레이터를 처리하였을 때 낮은 바이러스 감염과 낮은 세포병변효과를 확인하였습니다. 이러한 바이러스 저해 효능은 나노퍼포레이터에 막융합에 용이한 지질이나 결합력이 더 높은 수용체를 적용할수록 강해지는 것을 확인하였습니다. 투과 전자현미경을 통해, 나노퍼레이터가 바이러스에 결합하여 낮은 pH 조건에서 나노퍼포레이터가 vRNP의 용출을 유발하는 것을 확인하였고 공초점 현미경을 통해 세포 내에서 용출된 vRNP가 핵으로 이동하지 못하고 endosome 내부에 갇혀있는 것을 확인하였습니다. 인플루엔자가 감염된 쥐에 나노퍼포레이터를 투약하여 생체내에서 바이러스 감염 저해효능을 확인한 결과, 나노퍼포레이터가 바이러스 증식 장소인 폐에 작용하여 40%의 치료효과를 보이는 것을 확인하였습니다. 앞으로 다양한 형태로 나노퍼포레이터를 개선시킨다면 현재보다 더욱 뛰어난 바이러스 감염억제 효능을 보일 것으로 기대됩니다.

본연구는 성균관대학교 융합생명공학과의 권대혁 교수 연구팀, 정우재 교수 연구팀 그리고 연세대학교 생명공학과 성백린 교수 연구팀의 공동연구로 수행되었으며, 2019년 1월에 Nature Communications journal에 online publish되었습니다.

2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁 드립니다.

저희는 성균관대학교 생명공학대학 융합생명공학과 권대혁 교수님의 지도 아래 연구를 하고있는 단백질공학 연구실입니다. 현재 저희가 하고있는 연구는 보톡스 미니어처 개발, 천연 보톡스 대체재 개발, 바이러스를 죽이는 나노퍼포레이터, 단백질 개량을 위한 플라스미드 디스플레이 시스템 개발, Fucosyllactose를 감지하는 바이오센서 개발 등 단백질공학에 관련된 다양한 분야를 연구하고 있습니다.

현재 저희 실험실은 항상 열정을 가지고 저희를 올바른 연구의 길을 걷도록 지도해주시는 교수님과 각자가 이루고자 하는 바를 성취하기 위해 끈기와 열정을 가지고 학업과 연구에 몰두하는 박사 후 연구원 2명, 석 박사 통합 과정 학생 2명, 박사 과정 학생 2명, 석사과정 학생 9명으로 구성 되어있습니다. 실험실원이 많은 만큼 항상 시끌벅적 하고 유쾌한 분위기의 단백질공학 연구실입니다.

3. 연구활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람

대장균에서 단백질을 발현시켜 고순도로 정제하고, 이를 이용해서 만든 나노퍼포레이터를 이용하여 다양한 측정법들을 통해 항-바이러스 효능을 확인하는 과정이 오랜 시간과 복잡한 과정을 요구합니다. 하지만 이러한 복잡한 과정을 모두 잘 시행하고 예상했던 결과를 실제로 보았을 때는 여느 때보다 기쁨과 뿌듯함을 느낍니다.

역사상 누구도 하지 않았던 연구를 하나하나 해가며 과학이라는 학문을 조금이라도 넓혀가고 있는다는 생각을 하면 걷고자 하는 길이 힘들지 언정 커다란 자부심을 느낍니다. 또한 항상 더 이상 나아가기 힘들다고 느낄 때 마다, 결과를 면밀히 분석하고 이후에 나아가야할 길에 대해서 지도해주시는 교수님과 한 문제에 대해서 다양한 시각으로 바라볼 수 있게 도와주는 실험실 구성원들과 함께 나아갈 수 있다는 것에 큰 보람과 자부심을 느낍니다.

4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?

생명공학이라는 학문 특성상 현재 있는 기술과 지식에 기반하여 창의적으로 활용할 수 있는 방안에 대한 깊은 고뇌와 넓은 생각이 필요합니다. 또한 지금까지 해본적이 없는 시도들을 하므로 성공적이 결과를 얻을 때까지 몇 번이고 조건들을 변경해가며 실험을 반복해야 하는 상황들을 마주하기도 합니다. 그러므로 많은 조건들에 대한 입증을 할 수 있도록 부지런히 실험을 할 수 있는 성실함과 끈기를 가지고 실험을 계속해나갈 수 있는 강인한 마음이 있다면 분명 좋은 결과를 얻을 것이라 믿습니다.

5. 연구활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?

현재 나노퍼포레이터가 가진 항-바이러스 효능에 안주하지않고 다양한 변화를 통해 더욱 더 효율적으로 바이러스를 천공할 수 있는 나노퍼포레이터를 만들고자 합니다. 또한 이렇게 개선된 나노퍼포레이터를 이용하여 동시에 인플루엔자의 한가지 strain 뿐만 아니라 많은 strain, 그를 넘어서 다양한 종류의 enveloped virus에 대해서 항-바이러스 효능을 증명해내고자 합니다. 강한 전염성과 치명성을 가지고 있는 enveloped virus들에 대해서 단백질을 기반으로 한 전략을 통해 보다 효과적으로 대응할 수 있는 수단들에 대해서 많은 연구를 이루어내고 싶습니다.

6. 다른 하시고 싶은 이야기들....

많은 사람들의 정성과 노고가 있었기에 훌륭한 논문이 완성될 수 있었기에 항상 저희를 지도해주시는 권대혁 교수님을 포함하여 많은 분들에게 감사의 말을 전하고자 합니다. 또한 항상 후배들에게 귀감이 되고 좋은 기회를 양보해주신 제 1저자인 공병재 선배님에게도 큰 감사를 드립니다. 또 논문을 완성하기까지 활발한 토의와 아낌없은 조언을 하며 많은 문제들을 극복할 수 있게 해주신 김유나, 정영훈, 유석현연구원들을 포함한 모든 실험실원들과 정우재 교수님 연구팀께도 감사의 말을 전합니다. 더불어, 나노퍼포레이터의 안정성 분석에 도움을 주신 반충진 박사님과 저희가 미숙했던 인플루엔자 실험법에 대해서 많은 도움을 주신 연세대학교 성백린 교수님 연구팀께도 감사의 말을 전합니다.

앞으로 더욱 더 노력해서 진취적이고 항상 넓은 생각을 할 수 있는 과학자가 되도록 노력하겠습니다. 

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 등록일 2019-02-22
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