타미플루 내성 바이러스에 대한 면역 분석법 개발
연구책임자 : 정주연/강태준/임은경
작성일 : 2021-06-18
조회수 : 1472
타미플루 내성 바이러스에 대한 항체 매개 SERS 면역 분석법 개발
□ 국내 연구진이 타미플루 내성 바이러스* 표면에 높은 선택도로 결합하는 항체를 선별하고, 이를 나노 구조체 기반 바이오 센싱 기술 중 하나인 SERS**에 적용하여 타미플루 내성 바이러스를 전처리 없이 직접 검출할 수 있는 면역 분석법을 개발하였다. 해당 분석법은 다른 면역 분석법과 비교하여 10,000배 이상의 저농도의 타미플루 내성 바이러스도 직접 검출할 수 있다. 이 면역 분석법은 향후 타미플루 내성 바이러스 감염 여부를 간편하게 진단할 수 있게 하고 다양한 현장진단시스템에 활용될 것으로 기대된다.
* 타미플루 내성 바이러스: ‘A/H1N1형 인플루엔자 바이러스(신종 인플루엔자)’ 중 항바이러스제인 Oseltamivir(상품명: 타미플루)에 치료 효과가 없는 내성 바이러스
** SERS : Surface-Enhanced Raman Scattering, 나노구조체를 통해 바이오마커의 라만 신호 세기를 획기적으로 증가시켜 정밀한 질병 진단을 가능케 하는 광학 분석 기술
ㅇ 한국생명공학연구원(원장 김장성, 이하 생명연) 바이오나노연구센터 정주연, 강태준, 임은경 박사 연구팀(교신저자: 정주연/강태준/임은경, 제1저자: 김혜란/강현주)이 수행한 이번 연구결과는 생물공학 분야의 저명 저널인 바이오센서스앤바이오일렉스트로닉스(Biosensors and Bioelectronics, IF 10.257)에 5월 11일 온라인 판에 게재되었다.
- 논문명 : Development of 6E3 antibody-mediated SERS immunoassay for drug-resistant influenza virus (첨부파일 참조)
□ 2008년 세계보건기구(WHO)는 전 세계 41개국에서 타미플루로 치료해도 소용없는 약물 내성 신종플루 바이러스가 발생한 것을 보고했고, 그 이후에도 타미플루 내성과 연관된 신종플루 바이러스의 변이가 급격히 증가하고 있다.
ㅇ 타미플루 내성 바이러스의 대부분은 H275Y-뉴라미니데이즈 변이 바이러스로, 바이러스 표면에 있는 단백질(뉴라미니데이즈; Neuraminidase*)의 아미노산 하나가 변이된 돌연변이다. 이 변이 바이러스는 타미플루 외의 약물에 내성을 갖는 신종플루 바이러스 변이 들과도 밀접한 연관성을 보인다.
* 뉴라미니데이즈(Neuraminidase): 증식된 바이러스가 밖으로 배출되는 것을 돕는 ‘가위’ 역할을 하는 단백질 효소
ㅇ 인플루엔자 바이러스 감염 치료제인 타미플루는 뉴라미니데이즈 효소의 저해제로 작용하여, 증식된 바이러스를 세포 밖으로 배출하는 과정을 방해함으로써 바이러스 감염을 억제시킨다. 그러나 뉴라미니데이즈에 변이가 발생하면 타미플루가 뉴라미니데이즈를 억제하는 기능이 떨어지게 된다. 따라서 타미플루 수요의 급증으로 인한 뉴라미니데이즈 변이 바이러스 유행을 예방하기 위해 약물 내성 바이러스를 신속하고 효과적으로 진단하는 기술의 개발이 요구된다.
ㅇ 타미플루 감수성 바이러스*와 타미플루 내성 바이러스의 뉴라미니데이즈 표면 구조는 유사한 것으로 알려져 표적 단백질의 특정 구조를 인식하는 검출용 항체 개발에 많은 어려움이 있었다. 따라서, 기존 진단법은 돌연변이 된 하나의 아미노산의 유전자를 검출하는 기술에 집중되어 있으나, 이는 검체 확보에서 진단까지 오랜 시간이 걸리는 문제가 있다.
* 타미플루 감수성 바이러스: 항바이러스제인 Oseltamivir(상품명: 타미플루)에 치료 효과가 있는 A/H1N1형 인플루엔자 바이러스
□ 이러한 문제점을 해결하기 위해 연구팀은 타미플루 내성 바이러스에서 주로 발견되는 H275Y-뉴라미니데이즈 변이 바이러스에 특이적으로 결합하는 항체를 선별하고 특이적 결합성을 검증한 뒤 SERS 기반 면역검출법에 적용하였다. 그 결과 저농도의 H275Y-뉴라미니데이즈 변이 바이러스를 직접 검출할 수 있었고, 인간 비인두흡입물 내에서도 변이 바이러스의 검출에 성공했다.
ㅇ 연구팀은 발굴된 항체로 H275Y-뉴라미니데이즈 변이 항원에 대한 결합력 측정, 구조적 모델링 연구, 금 나노입자의 기반 비색 검출, 면역진단 래피드 키트 등을 통하여 이 항체가 타미플루 내성 바이러스 변이에 상대적으로 높은 결합력을 가짐을 확인했다.
ㅇ 또한, 선별한 항체를 금나노판에 부착하고 SERS 기반 면역검출법의 적용을 통해 100 PFU/ml의 저농도에서도 H275Y-뉴라미니데이즈 변이 바이러스를 검출하였고, 바이러스 진단의 주요 검체로 쓰이는 비인두흡입물 안에서도 변이 바이러스 검출에 성공했다.
□ 연구책임자인 정주연 박사는 “이번 SERS 면역 분석법을 통한 연구 성과는 기존 유전자 검사에 의존한 항바이러스제 내성 바이러스 진단법과 비교하여 약물 내성 신종플루 바이러스의 감염 여부를 신속하고 간단하게 진단할 수 있는 기술로 다양한 현장에 활용 가능하다”며, “선별된 항체와 기존 연구에서 발굴된 화합물을 진단에 활용하기 위한 새로운 바이오수용체로 조립하고 다양한 면역분석법에 적용하여 초고감도 검출법 개발을 위한 후속연구를 진행하고 있다.”고 밝혔다.
< 그림 설명 >
- 그림 1.
(A) 선별된 항체와 타미플루 감수성 바이러스(WT)와 내성 바이러스(H275Y)의 뉴라미니데이즈의 결합력 비교
(B) 선별된 항체와 다른 단백질과의 결합력 비교
(C) 일반 뉴라미니데이즈와 (D) H275Y-뉴라미니데이즈 변이에 대한 선별된 항체 간 결합자유에너지 모델링 분석결과
- 그림 2.
(A) H275Y-뉴라미니데이즈 변이 바이러스 농도별 도트 블롯 분석결과
(B) 선별된 항체와 뉴라미니데이즈 변이 종류별 ELISA 결과
(C) 선별된 항체로 표면을 개질시킨 금 나노 입자와 바이러스 간 결합으로 인한 변색을 통한 비색 분석 결과
(D) 면역진단 래피드 키트에서의 검출 결과 (선별된 항체와 H275Y-뉴라미니데이즈 변이 간 특이적 결합성 확인)
- 그림 3.
(A) 선별된 항체를 적용한 SERS 면역검출법의 모식도
(B) H275Y-뉴라미니데이즈 변이 바이러스 농도별 SERS 신호 변화
(C) 선별된 항체에 대한 일반 뉴라미니데이즈 바이러스와 H275Y-뉴라미니데이즈 변이 바이러스의 SERS 신호 변화 (SERS 면역분석법으로 기존의 면역검출법보다 10,000배 이상 적은 농도에서도 내성바이러스를 검출)
- 그림 4.
(A) SERS 면역 검출법을 이용하여 인간비인두흡입물과 타미플루 내성바이러스 혼합액에서의 바이러스 검출 모식도
(B, C) SERS면역 검출법을 이용하여 9개의 인간 비인두흡입물 검체 모두에서 타미플루 내성 바이러스를 효율적으로 검출하는데 성공
※ 보도자료 바로보기 (☞이동)
