'코로나19' 입자 하나만 있어도 감염된다

3차원 미니 폐포 배양 기술 확보
코로나19 초기 감염기전 살펴
폐 세포 파괴 과정을 규명
치료제 개발에 큰 도움

[아시아경제 황준호 기자] 신종 코로나바이러스감염증(코로나19) 바이러스 입자 하나만 폐에 들어가도 감염이 일어날 수 있다는 연구 결과가 나왔다. 특히 감염 6시간도 지나지 않아 코로나19의 증식은 이뤄질 수 있으며, 이에 대한 세포의 면역 반응은 증식이 활발하게 이뤄진 뒤인 2~3일이 지나서야 본격적으로 일어나는 것으로 확인됐다.

주영석 한국과학기술원 의과학대학원 교수의 연구팀은 영국 케임브리지대, 서울대병원 등과 공동연구를 통해 인간의 폐포(허파꽈리) 세포를 실험실에서 배양하는 '3D 미니 장기기술'을 개발하고 이를 활용해 코로나19 바이러스가 인간의 폐 세포를 파괴하는 과정을 정밀하게 규명해 이같이 밝혔다. 관련 연구 논문은 줄기세포 분야 국제 학술지인 '셀스템셀'에 실렸다.

인간의 폐세포 3차원적으로 배양한다

연구 결과의 요약도

먼저 연구팀은 실험실에서 3차원적으로 사람의 폐포(허파꽈리)를 배양하는데 성공했다. 폐 조직을 장기간 안정적으로 3차원 배양할 수 있는 조건을 알아낸 것이다. 이 기술을 활용하면 6개월 이상 장기간 폐포 줄기세포를 배양할 수 있다. 연구팀은 면역형광염색, 전자현미경 촬영, 전사체 분석 등을 통해 배양한 세포가 인체의 세포와 구조적, 기능적으로 유사하다는 것을 입증했다.

연구팀이 배양한 세포를 활용하면 코로나19의 정확한 기전을 이해할 수 있다. 실험실에서 배양한 폐세포를 통해 코로나19가 어떻게 감염되는지 살필 수 있다는 뜻이다. 치료제 개발을 위해서는 질병의 기전을 파악하는 작업이 우선적으로 이뤄져야 한다. 하지만 코로나19의 경우 생쥐와 같은 동물모델에 감염시키기 어렵고, 실험실에서 사용할 수 있는 인체 세포 모델이 존재하지 않아 연구에 한계가 있었다.

바이러스 입자 한 개로도 감염

주영석 한국과학기술원 교수(왼쪽부터), 이주현 케임브리지 대학 박사, 최병선 국립보건연구원 과장, 고규영 기초과학연구원 혈관연구단장, 김영태 서울대 의대 교수

연구팀은 배양한 세포에 코로나19 바이러스를 노출시켜, 바이러스 플라크, 면역형광염색, 전자현미경 등의 분석법을 활용해 결과를 살폈다. 전사체 분석을 통해 면역 반응도 점검했다. 이 결과, 코로나19에 노출된 배양된 세포는 6시간만에 급속한 바이러스 증식이 일어나면서 감염되는 것으로 나타났다. 이를 막기 위한 세포의 면역 반응은 약 3일 이상의 시간이 지나야 활성화 됐다. 여기에 연구팀은 코로나19의 경우 입자 하나만 있어도 하나의 세포를 감염시키는 데 충분하다는 사실도 파악했다. 감염 후 3일이 지나면 세포 내 일부는 고유의 기능을 급격히 상실한다는 사실도 확인했다.

공동 교신저자인 주영석 교수는 "이번에 개발한 3차원 인체 폐 배양 모델 규모를 확대한다면 코로나19 바이러스를 포함한 다양한 호흡기 바이러스의 감염 연구에 유용하게 사용될 것"이라며 "동물이나 다른 장기 유래의 세포가 아닌 호흡기 바이러스의 표적 세포인 사람의 폐 세포를 직접적으로 질병 연구에 응용함으로써 효율적이고 정확한 기전 규명은 물론 치료제 개발에도 이용할 수 있다"고 강조했다.

황준호 기자 rephwang@asiae.co.kr