신종 바이러스는 지구상에 존재하지 않았던 생명체가 갑자기 나타나는 현상이 아닙니다. 주로 열대 우림 개발로 인한 야생 동물과의 접촉이나 지구 온난화 같은 환경 변화가 주요 원인으로 꼽힙니다. 동물들 사이에서는 큰 문제를 일으키지 않던 바이러스가 서식지 파괴로 인해 인간의 생활권으로 넘어오게 되는 것입니다. 특히 기온 상승으로 인해 매개 곤충이 북반구로 이동하면서 아열대 지역의 질병이 전 세계로 확산되는 등 인위적인 요인이 바이러스의 전파를 가속화하고 있습니다.

동물에게는 증상이 없는 상태로 유지되던 바이러스가 인간에게 감염되어 변이체를 형성하면 치명적인 질병을 유발하는 원인이 됩니다.

새로운 바이러스의 위협으로부터 인류를 보호하기 위해서는 신속하고 정확한 진단법과 안전한 백신을 개발하는 것이 무엇보다 중요합니다. 이를 위해서는 바이러스가 인체에 감염되는 과정을 정밀하게 파악하는 기초 연구가 선행되어야 합니다. 그 핵심 도구로 주목받는 것이 바로 '초저온 전자현미경(Cryo-EM)'입니다. 이 장비는 단백질이나 바이러스의 3차원 구조를 원자 수준에서 규명하여 감염의 메커니즘을 시각적으로 밝혀내는 데 결정적인 역할을 수행합니다.

초저온 전자현미경(Cryo-EM)은 생체 시료를 영하 196도의 액체 에탄에서 순식간에 얼리는 급속 동결 기술을 사용합니다. 이를 통해 시료는 수분을 머금은 자연 상태 그대로 유리화된 얼음 속에 보존되어 전자현미경을 통한 정밀 관찰이 가능해집니다. 이 방식은 기존의 X-선 결정학이나 NMR 기술로는 분석하기 까다로웠던 세포막 단백질이나 거대 단백질 복합체의 구조를 규명하는 데 탁월한 성능을 보입니다. 단백질의 실제 형태를 왜곡 없이 파악할 수 있다는 점이 구조생물학 연구에서 이 기술이 갖는 독보적인 장점입니다.

기술의 발전은 비약적으로 이루어져 2013년 준원자 수준을 넘어 현재는 원자 수준의 분해능을 구현하고 있습니다. 직접 전자 검출 소자와 고도화된 전산 처리 알고리즘 덕분에 이제는 단백질을 구성하는 개별 아미노산 잔기까지 확인할 수 있는 단계에 이르렀습니다. 이러한 정밀도는 효율적인 진단 키트 제작의 밑바탕이 됩니다. 바이러스 표면의 스파이크 단백질 구조를 명확히 이해하면, 이를 정확히 식별해낼 수 있는 항체를 설계하고 환자의 검체 반응을 신속하게 확인하는 시스템을 구축할 수 있기 때문입니다.

최근에는 코로나19 바이러스의 스파이크 단백질과 인간 세포 결합부의 구조가 초저온 전자현미경(Cryo-EM)으로 밝혀지며 백신 개발에 큰 전기를 마련했습니다. KBSI 연구팀은 이러한 최첨단 장비와 기술력을 바탕으로 항체 후보 물질을 발굴하고 단백질 간의 상호작용 원리를 규명하는 데 매진하고 있습니다. 기초적인 구조 분석 연구는 결국 실질적인 치료제 개발과 진단 기술의 고도화로 이어집니다. 인류를 위협하는 제2의 감염병 사태를 예방하고 소중한 일상을 지키기 위한 과학적 노력은 지금 이 순간에도 계속되고 있습니다.