국내 연구진이 신종 코로나바이러스 감염증(코로나19)의 RNA 전사체를 세계 최초로 분석했다. 이에 향후 치료제 개발에 기여할 수 있을지 기대가 모아지고 있다.

기초과학연구원(IBS) RNA연구단 김빛내리 단장과 장혜식 연구위원(서울대 생명과학부 교수) 연구팀은 질병관리본부 국립보건연구원과 공동으로 코로나19의 원인인 사스 코로나바이러스-2(SARS-CoV-2)의 고해상도 유전자 지도를 완성했다.

연구팀은 차세대 염기서열 분석법인 나노포어 직접 RNA 시퀀싱과 나노볼 DNA 시퀀싱을 활용해 사스코로나바이러스-2가 숙주세포 내에서 생산하는 RNA전사체를 모두 분석했다.

이 분석에서 바이러스 유전자의 정확한 위치를 찾아내는 한편 기존 분석법으로는 확인되지 않았던 RNA들을 찾고, 바이러스의 RNA에 화학적 변형(최소 41곳)이 발생했음을 확인했다.

이를 통해 바이러스 전사체가 어떻게 구성됐는지 이해하고, 바이러스 유전자들이 유전체 상 어디에 위치하는지 정확히 파악, 사스코로나바이러스-2 유전자의 숨겨진 비밀들을 풀 수 있는 지도를 확보할 수 있게 됐다는 게 연구팀의 설명이다.

연구팀에 따르면 사스코로나바이러스-2는 DNA가 아니라 RNA 형태 유전자를 지니고 있으며, 바이러스는 숙주세포에 침투해 유전정보가 담긴 RNA를 복제하는 한편 유전체 RNA를 바탕으로 다양한 ‘하위유전체 RNA'를 생산(전사)한다.

이 하위유전체는 바이러스 입자구조를 구성하는 여러 단백질(스파이크, 외피 등)을 합성하며 복제된 유전자와 함께 숙주세포 안에서 바이러스 완성체를 이룬다. 이후 세포를 탈출해 새로운 세포를 감염시킨다. 숙주세포 안에서 생산된 RNA 총합이 ‘전사체(Transcriptome)'다.

기존 연구에서 사스코로나바이러스-2의 유전체 정보가 보고됐지만, 유전체 RNA정보를 기반으로 유전자 위치를 예측하는 수준에 머물렀다.

하지만 김 단장 연구팀은 유전체 RNA로부터 생산되는 하위유전체 RNA를 실험적으로 규명하는 한편, 각 전사체의 염기서열(유전정보)을 모두 분석해 유전체 RNA 상 유전자들이 어디에 위치하는지 정확하게 찾아냈다.

그 결과 기존에는 하위유전체 RNA가 10개 있다고 알려져 있었지만, 이번 실험으로 그 중 9개의 하위유전체 RNA만 실제로 존재함이 확인됐다. 또한 세포 내 생산되는 RNA 수십여 종을 추가로 발견했다.

융합, 삭제 등 다양한 형태의 하위유전체 RNA 재조합도 빈번하게 일어나는 것으로 확인됐다.

연구팀은 바이러스 RNA에서 메틸화와 같은 화학적 변형을 발견하기도 했다.

DNA 메틸화와 같이 DNA 수준에서 벌어지는 여러 생화학적 변화를 통칭해 후성유전체(Epigenome)라 부르는 것처럼 전사 후 RNA에서 벌어지는 다양한 생화학적 변화는 후성전사체(Epitranscriptome)라고 한다.

연구팀은 전사 이후 변형된 RNA들은 기존에 알려지지 않은 새로운 특성을 가질 수 있으므로 이번에 발견된 변형은 사스코로나바이러스-2 생활사와 병원성을 이해하는데 도움이 될 것으로 기대하고 있다.

김빛내리 단장은 “새로 발견한 RNA들이 바이러스 복제와 숙주의 면역 반응을 조절하는 단백질로 작용하는지 확인해볼 필요가 있다”며 “RNA의 화학적 변형은 바이러스 생존 및 면역 반응과 관련이 있을 것으로 보인다”고 말했다.

김 단장은 “이 RNA들과 RNA변형은 바이러스 치료제를 개발할 때 새롭게 표적으로 삼을만한 후보군”이라며 “이번 사스코로나바이러스-2 각 전사체의 정량을 정확하게 파악했으며 이를 토대로 진단용 유전자증폭기술(PCR)을 개선할 수 있을 것”이라고 했다.

이어 “사스코로나바이러스-2 유전자에 대한 풍부한 정보와 세밀한 지도를 제시함으로써 바이러스의 증식원리를 이해하고 새로운 치료전략을 개발하는데 기여할 것”이라고 덧붙였다.