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시간이 꽤 지났음에도, 코로나19가 가져왔던 팬데믹의 영향력은 아직도 남아있다. 당시에 비해 줄어들었을 뿐, 여전히 곳곳에서 감염자가 발생하고 있으며 일부는 ‘장기 코로나 증상’이라 불리는 급성 후유증을 겪고 있다. 

이는 언제든지 변종 바이러스, 혹은 또다른 종류의 바이러스가 나타나 사회를 위협할 수 있다는 위기감을 불러온다. 국내 연구팀이 미래 팬데믹 예방의 핵심 열쇠 중 하나로 박쥐 유래 바이러스를 연구할 수 있는 생체 플랫폼을 개발했다.

 

팬데믹과 박쥐의 연관성

기초과학연구원(IBS)에서 밝힌 바에 따르면, 감염병의 약 75%는 동물로부터 시작된다. 박쥐는 그중에서도 중요한 감염원으로 꼽힌다. 사스코로나-2(SARS-Cov-2), 메르스코로나(MERS-Cov), 에볼라, 니파 등 우리에게도 익숙한 바이러스들은 모두 박쥐를 자연 숙주로 하는 것들이다.

이밖에도 박쥐는 다양한 바이러스를 가지고 있으면서도, 스스로는 그 바이러스에 의해 피해를 입지 않는다. 즉, 박쥐로부터 유래한 변종 또는 신종 바이러스가 미래에 또다른 팬데믹을 일으킬 수 있다는 위기의식은 지극히 타당하다. 박쥐는 그야말로 ‘자연 바이러스 저장고’인 셈이다.

바꿔 말하면, 박쥐가 어떤 바이러스를 가지고 있는지, 그 바이러스들이 어떻게 증식하고 인간에게 전파되는지를 미리 알아낼 수 있다면, 미래 팬데믹 예방에 중대한 성과를 얻을 수 있다는 뜻으로 풀이할 수 있다.

하지만 살아있는 박쥐를 연구하는 데는 여러 면에서 제약이 따른다. 그중 대표적인 것을 꼽자면, 수많은 박쥐 중 일부 종에서만 샘플을 얻을 수 있다는 것, 그리고 박쥐의 여러 장기 중에서도 한정된 것만 모델로 활용할 수 있다는 것 등이다. 세포 배양 방식으로 연구하는 방법도 있지만, 이 방식으로는 실제 박쥐의 복잡한 환경을 완벽하게 구현할 수 없어 연구에 한계가 있다.

 

박쥐 장기 오가노이드 구축

IBS 한국바이러스기초연구소와 유전체 교정 연구단은 함께 연구팀을 구성해 이 한계를 극복하기 위한 연구 방법을 시도했다. 핵심은 ‘오가노이드(유사 장기)의 활용’이다. 연구팀은 우리나라를 포함한 동북아시아 지역, 그리고 유럽에 서식하는 5종의 박쥐로부터 기도, 폐, 신장, 소장 등 여러 장기의 오가노이드를 성공적으로 만드는 데 성공했다.

연구팀은 이렇게 구축된 박쥐 오가노이드를 활용해, 코로나와 인플루엔자, 한타 등 박쥐로부터 유래한 바이러스들의 감염 양상 및 증식 특성을 밝혀냈다. 이들은 각각 특정 박쥐 종 또는 박쥐의 특정 장기에서만 감염되거나 증식하는 경향을 보였다. 

특히 한타 바이러스의 경우, 박쥐의 신장 오가노이드에서 활발하게 증식하는 것을 확인했다. 이를 바탕으로 박쥐 신장 오가노이드를 정밀하게 분석하면 한타 바이러스의 감염 특성을 정밀하게 분석할 수 있을 것으로 기대된다.

연구팀은 또한, 박쥐 장기 오가노이드에 다양한 바이러스를 감염시키는 실험을 진행했다. 박쥐의 종에 따라, 장기에 따라, 그리고 바이러스 종류에 따라 선천성 면역 반응이 어떻게 나타나는지를 정량적으로 확인했다. 동일한 바이러스라 할지라도 어떤 종의 어떤 장기에 감염됐는지에 따라 면역 반응의 강도와 양상에 뚜렷한 차이를 보였다.

 

미래 팬데믹 예방을 위한 플랫폼

한편, 연구팀은 야생 박쥐의 분변 샘플로부터 두 종류의 변종 바이러스를 찾아냈으며, 이를 배양해 분리하는 데도 성공했다. 이번에 개발한 박쥐 오가노이드를 활용한 결과 효과적으로 증식하는 것을 확인했다. 

연구팀은 또한, 기존의 3차원 박쥐 오가노이드를 2차원 배양 방식으로 개량해, 실험 효율을 높였다. 실험 자동화 및 분석·평가 시간을 단축함으로써 미래 팬데믹 예방을 위한 연구에 적지 않은 기여를 할 수 있을 것으로 기대된다.

이번 연구를 주도한 김현준 선임연구원은 “이번에 개발한 플랫폼을 통해 그동안 어려웠던 바이러스 분리, 감염 분석, 약물 반응 평가를 한 번에 수행할 수 있게 됐다”라며, “실제 자연 숙주에 가까운 환경에서 바이러스를 실험할 수 있다는 점에서, 감염병 대응 연구의 정밀성과 실효성을 크게 높일 수 있을 것”이라고 이야기했다.

한국바이러스기초연구소 최영기 소장은 “이번에 구축한 박쥐 오가노이드는 세계 최대 규모로, 전 세계 감염병 연구자들에게 표준화된 박쥐 모델을 제공하는 바이오뱅크 자원으로서 중요한 의미를 갖는다”라며 “박쥐에서 유래한 바이러스 감시 및 미래 팬데믹 예방 및 대비에 기여할 수 있는 핵심 플랫폼이 될 것으로 기대한다”라고 덧붙였다.

 

바이러스의 표면에 위치한 당분은 바이러스가 면역 체계를 회피할 수 있도록 돕는 역할을 한다. 당분이 바이러스의 외부 구조를 형성함으로써, 체내 정상적인 세포와 비슷하게 보일 수 있다. 이로 인해 체내 면역 시스템은 바이러스를 잘 인식하지 못할 수 있다.

미국 캘리포니아 소재의 스크립스 연구소(The Scripps Research Institute, TSRI)는 지난 23일(일)부터 진행 중인 미국 화학학회 춘계 학술회의(ACS Spring 2025)에서 바이러스 표면의 당분을 표적으로 삼는 범용 백신에 대해 발표했다.

 

‘범용 백신’으로서의 가능성

TSRI 연구팀은 동물 연구를 통해 이 백신의 효과를 검증했다고 밝혔다. 코로나 바이러스의 스파이크 단백질 영역에서 당 분자를 제거하고 바이러스를 불활성화하는 항체를 생성했다는 것이다. 이는 한 번의 예방 접종으로도 변이 바이러스에까지 대응할 수 있는 저항력을 갖출 수 있다는 가능성을 보여준다.

어떤 감염병 백신은 평생 단 한 번만 접종을 받으면 되는 데 비해, 독감과 같은 바이러스는 매년 새로운 예방 접종을 필요로 한다. TSRI의 화학 교수인 치후이 웡에 따르면, 이는 SARS-CoV-2와 같은 바이러스가 복제 과정에서 높은 돌연변이율을 갖기 때문이다. 특히 바이러스 스파이크 단백질의 수용체 결합 도메인(RBD)에서 일어나는 돌연변이로 인해 계속 새로운 백신을 필요로 했다는 것이다.

 

바이러스의 ‘기본 구조’를 표적화

치후이 웡 교수의 연구팀이 개발한 백신은 돌연변이가 거의 발생하지 않는 바이러스 내 스파이크 단백질의 ‘줄기 영역’을 표적으로 한다. 이 줄기는 ‘글리칸’이라고 하는 당 분자 사슬로 코팅돼 있으며, 이 코팅이 면역 체계의 인식과 공격을 방지하는 역할을 한다.

연구팀의 백신은 이른바 ‘저당(low-sugar) 백신’으로, 줄기를 보호하는 당 분자를 표적으로 삼는다. 연구팀은 햄스터와 쥐 등을 대상으로 한 동물 연구에서, 저당 백신으로 SARS-CoV 변종 뿐만 아니라 MERS-CoV(메르스 바이러스)에 대해서도 더욱 다양한 항체를 생성했다고 밝혔다. 이를 바탕으로 연구팀은 이 백신이 범용 백신으로서의 가능성을 갖고 있으며, 코로나 바이러스에 대해서도 효과를 발휘할 거라고 말했다.

 

저당 백신 기술, 암 치료 연구에도 활용

한편, 치후이 웡 교수 연구팀은 저당 백신을 개발한 기술을 응용해 다양한 유형의 암을 치료할 수 있는 백신을 개발하고 있다. 암 세포에도 특정 단백질이나 항원이 존재하기 때문에, 이들을 표적으로 하여 면역 반응을 유도하는 방식이다.

특히 줄기 영역을 표적으로 하는 저당 백신의 접근법은 ‘변이가 적은 영역을 겨냥한다’라는 근본적 특징을 가진다. 따라서 암 세포가 변이를 일으키더라도 보다 효과적으로 대응할 수 있을 가능성이 있다. 또, 다양한 면역 회피 메커니즘을 사용하는 난치성 암 세포에게도 효과를 기대해볼 만하다. 

연구팀은 이 암 치료를 위한 범용 백신 연구가 어느 정도 성과를 거두고 있으며, 최근 암 세포의 글리칸 표적에 관한 연구, 그리고 암 세포의 글리칸 합성과 관련된 효소에 대한 연구를 발표했다고 이야기했다.