[코로나19 연구속보] 외부 바이러스로 코로나19 진단 속도·정확도 높인다

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연구진이 개발한 양성대조군을 투과전자현미경(TEM)으로 관찰한 모습이다. 왼쪽이 식물 바이러스 기반으로 만든 나노입자이며 오른쪽이 박테리오파지 기반으로 만든 나노입자다.

미국 샌디에이고캘리포니아대(UC샌디에이고)의 나노과학자들이 코로나19 진단에 활용되는 ‘양성 대조군’으로 알려진 탐지자를 새롭게 개발했다. 개발한 기술을 활용하면 전세계에서 코로나19에 대한 신속한 현장 진단 테스트를 가능케 할 수 있다.

연구진이 개발한 양성 대조군은 바이러스와 유사한 입자로 만들어졌기 때문에 안정적이고 제조하기가 쉽다. 연구진은 기존 진단 도구보다 간단하고 빠르면서도 저렴한 방식으로 코로나19 진단의 정확도를 향상시킬 수 있으며 실험실이 아닌 실제 진단 현장에서도 적용할 수 있는 잠재성이 있다고 강조했다.

니콜 스타인메츠 UC샌디에이고 제이콥스 공과대학의 나노공학 교수는 “연구의 목표는 최첨단 시설이 갖춰진 병원뿐만 아니라 정교한 인프라나 숙련된 의료인력이 부족한 곳에서 코로나19 진단의 효율성을 높이기 위한 것”이라고 설명했다.

바이러스 감염병에 대한 양성 대조군은 연구실에서 필수적인 요소이다. 연구실에서 이뤄지는 테스트나 실험이 실제로 정확히 작동하는지를 확인하는 데 활용된다. 실제로 코로나19 진단에 가장 널리 활용되는 실시간 중합효소연쇄반응(RT-PCR)을 진행할 때도 피검사자의 DNA 염기서열을 코로나바이러스의 양성 대조군과 비교해 양성 판정을 한다. 양성 대조군은 보통 RT-PCR 진단시약에 포함된다.

현재 코로나19 진단의 정확도를 검증하는 데 주로 사용되는 양성 대조군에는 감염된 환자의 바이러스 단백질 합성 RNA와 염색체와 따로 증식하는 유전인자인 ‘플라스미드’, RNA 샘플 등이 포함된다.

문제는 RNA나 플라스미드가 바이러스 입자처럼 안정적이지 않다는 점이다. 쉽게 분해되고 때로는 냉장 보관이 필요해 배송이나 장기간 보관하는 데 불편하고 비용이 많이 든다.

니콜 스타인메츠 교수 연구팀은 코로나19를 유발하는 바이러스(SARS-CoV-2)의 RNA 단백질 영역을 바이러스와 유사한 형태를 갖추는 입자로 패키징해 코로나19 진단의 양성 대조군으로 활용할 수 있다는 사실을 규명하고 국제학술지 ‘ACS나노’에 발표했다. 연구진이 고안안 양성 대조군은 최대 40도의 온도에서 일주일 동안 보관할 수 있으며 한달 동안 보관한 뒤에도 활성이 70% 유지될 수 있다.

연구팀은 2개의 서로 다른 양성 대조군을 개발했다. 하나는 식물 바이러스에 포함된 나노입자로부터 만들었고 다른 하나는 세균에 감염돼 세포 내에서만 증식하는 바이러스를 일컫는 박테리오파지 나노입자로 만들었다. 이렇게 만들어진 양성 대조군은 환자 샘플과 함께 분석돼 진단 결과 양성을 판정할 수 있도록 해준다.

식물 바이러스 기반 양성 대조군을 만들기 위해 연구팀은 검은눈 완두콩을 감염시키는 바이러스를 활용했다. 이 바이러스의 RNA를 제거하고 SARS-CoV-2 바이러스의 특정 염기서열을 포함하는 RNA 탬플릿으로 대체하는 방식으로 만들었다.

박테리오파지 기반 양성 대조군을 만드는 데는 SARS-CoV-2 바이러스의 유전자 서열과 박테리오파지 표면 단백질을 복제하는 유전자를 삽입한 플라스미드가 활용됐다. 이 플라스미드는 박테리아에 의해 흡수된 뒤 박테리아를 재프로그램해 내부에는 SARS-CoV-2 바이러스의 RNA 서열이 있고 외부에는 박테리오파지 단백질이 있는 바이러스와 유사한 입자를 만든 것이다.

연구팀이 개발한 2종의 양성 대조군 모두 임상에서도 검증됐다. 특히 현재 활용되는 있는 양성 대조군과는 달리 코로나19 진단의 모든 단계에서 활용할 수 있는 것으로 분석됐다. 연구진은 “환자의 RNA 추출과 동시에 양성 대조군 분석을 병행할 수 있다”고 밝혔다.

연구팀은 현재까지 미국 질병통제예방센터(CDC)가 승인한 RT-PCR 진단에 적용하기 위해 노력중이다. RT-PCR 진단이 가능한 곳으로 진단 샘플을 보내지 않고도 현장에서 바로 양성 판정을 할 수 있도록 하기 위해 개발한 양성 대조군을 조정하는 작업을 진행하고 있다.

스타인메츠 교수는 “비교적 간단한 나노공학을 통해 코로나19 대량 테스트가 쉽지 않은 곳에서 신속하고 정확하게 진단할 수 있는 데 도움을 줄 것”이라고 밝혔다.