최근 전 세계를 휩쓴 바이러스의 확산은 우리가 누려온 평범한 일상이 얼마나 소중한지 다시금 깨닫게 해주었습니다. 신종 바이러스는 어느 날 갑자기 하늘에서 떨어지는 것이 아니라, 본래 동물을 숙주로 삼던 바이러스가 인간과 접촉하며 변이를 일으킨 결과입니다. 특히 무분별한 환경파괴와 지구온난화로 인해 동물들의 서식지가 이동하면서 인간과의 접촉면적이 넓어졌고, 이 과정에서 발생한 새로운 변이체들이 우리 인류를 위협하는 강력한 적으로 부상하게 된 것입니다.

신종 감염병에 맞서기 위해 가장 먼저 선행되어야 할 과제는 바이러스의 게놈을 파악하고 그 구성 성분을 분석하는 일입니다. 생명체의 핵심 분자인 단백질은 그 입체적인 모양에 따라 고유한 기능을 수행하기 때문에, 단백질의 구조를 정확히 규명하는 것은 생물학적 이해의 근간이 됩니다. 정밀한 구조 분석을 통해 바이러스의 특성을 파악해야만 비로소 질병을 효과적으로 억제할 수 있는 치료제나 백신 개발의 첫 단추를 성공적으로 끼울 수 있기 때문입니다.

바이러스는 스스로 증식할 수 없기에 반드시 숙주 세포 내부로 침투해야만 합니다. 감염의 시작은 바이러스 입자가 표적 세포를 인지하여 세포막에 결합하는 과정에서 이루어집니다. 예를 들어 코로나19 바이러스는 표면에 골프채 모양의 단백질을 가지고 있는데, 이것이 인체 세포의 수용체와 열쇠와 자물쇠처럼 결합하여 침투합니다. 따라서 이러한 단백질 간의 결합을 방해하거나 차단하는 기술을 확보하는 것이 감염병 확산을 근본적으로 막는 핵심적인 전략이 됩니다.

단백질의 3차원 구조를 원자 수준의 고해상도로 규명하기 위해 도입된 초저온 투과전자현미경 기술은 구조 생물학 분야에 혁명을 일으켰습니다. 이 기술은 단백질 시료를 수분이 포함된 자연상태 그대로 영하 196도에서 급속 동결시켜 관찰할 수 있다는 독보적인 장점이 있습니다. 한국기초과학지원연구원은 국내 최고 수준의 분석 시스템을 구축하여 컨트롤 타워 역할을 수행하고 있으며, 수만 개의 분자 영상을 전산처리로 재구성하여 정밀한 입체 구조를 밝혀내고 있습니다.

지름이 3mm인 작은 그리드 위에 단백질 시료를 올려 급속 동결하면, 전자현미경을 통해 아주 미세한 입자까지 고해상도 이미지로 관찰할 수 있습니다.

최근 연구팀은 그동안 분석이 까다롭기로 유명했던 세포막 단백질의 구조를 규명하며 신약 개발 연구에 큰 획을 그었습니다. 또한 코로나19 바이러스 스파이크 단백질에 결합하는 항체 후보 물질을 발굴하고, 단백질 간 상호작용 원리를 이해함으로써 진단키트와 백신 개발에 박차를 가하고 있습니다. 20에서 200 나노미터에 불과한 작은 바이러스가 인류의 삶을 흔들고 있지만, 바이러스가 진화하는 속도보다 더 빠르게 발전하는 과학 기술이 우리의 소중한 일상을 지켜낼 것입니다.